Internet è un mondo immenso che alla base ha delle dinamiche e delle meccaniche da far impallidire chiunque, anche chi ne ha contribuito alla costruzione!
Nelle puntate precedenti della panoramica che abbiamo deciso di offrirvi, abbiamo affrontato argomenti quali la storia di Internet ed il viaggio che i dati compiono per trasformarsi da un segnale elettrico in un film in streaming, ad esempio.
A questo punto sorge spontanea la domanda: abbiamo visto il percorso che i dati compiono ma, in realtà, la strada come è fatta? Come si fa a connettere tutti quei nodi tra loro per creare quella che è l’immensa rete Internet?
Ebbene tutto ciò va riassunto nei concetti di tipologia e topologia delle reti: la tipologia di una rete è la categorizzazione di essa in base a fattori come l’estensione geografica ed il canale di trasmissione usato, mentre la topologia di una rete è l’implementazione reale di essa – ovvero la “forma” vera e propria di una rete.
Nel nostro discorso daremo per scontato che il “nodo” connesso ad una rete possa essere sia un qualsiasi tipo di elaboratore (ad esempio un computer) sia un’altra rete di tipologia/topologia uguale o differente.
Tipologie di rete
Sembra piuttosto scontato, ma la classificazione delle varie tipologie di rete – appartenenti o meno a Internet – non è così immediata come sembra: non si può ad esempio classificare una rete in base all’operazione che essa compie poiché, comunque essa sia composta, il suo scopo primario è sempre quello di trasmettere dati da un punto all’altro.
Dunque, un po’ per convenzione un po’ per comodità, si è deciso di classificare le tipologie di rete in base a criteri differenti che possano categorizzarle in maniera più o meno specifica, in modo da creare meno confusione possibile. Cerchiamo insieme di semplificare i concetti e di analizzare le più note tipologie di reti esistenti in base a due categorie principali: l’estensione geografica ed il tipo di collegamento.
Classificazione per estensione geografica
I tipi di rete che si differenziano per estensione geografica sono numerosi e, sebbene le sigle possano inizialmente spaventare, un po’ di inglese ed il concetto del loro spazio di copertura possono aiutare e non poco a ricordarle:
- le reti BAN – body area network – sono quelle il cui range di copertura non supera il metro, in pratica una rete che si estende sul solo corpo di chi la utilizza (ad esempio uno smartband al polso connesso ad uno smartphone in tasca);
- le reti PAN – personal area network – sono quelle che hanno un range di copertura di alcuni metri, circondando senza eccedere per estensione chi le utilizza (ad esempio una cassa Bluetooth collegata ad un PC desktop dall’altra parte della stanza);
- le reti LAN – local area network – sono ad oggi le più diffuse in ambito casalingo ed aziendale, ovvero tutte quelle reti in grado di coprire un appartamento, un edificio o un intero residence (e simili), con una copertura che non supera solitamente i 2-3 Km;
- le reti CAN – campus area network – sono delle “speciali” LAN utilizzate solitamente all’interno dei campus universitari, in interi plessi aziendali e simili, che possono permettere lo scambio di dati con apparecchiature e cavi proprietari riducendo al minimo la richiesta di servizi ad operatori di telecomunicazioni, ciò in favore delle prestazioni e della stabilità dei servizi offerti;
- le reti MAN – metropolitan area network – sono quelle reti che si estendono all’interno di una città, ad esempio gli hotspot gratuiti che diversi comuni italiani mettono oggi a disposizione;
- le reti WAN – wide area network – sono delle reti tipicamente composte da sottoreti di tipologie CAN o MAN connesse tra loro e per definizione coprono aree molto grandi, ad esempio intere nazioni o nazioni adiacenti; le cosiddette dorsali, ad esempio, sono delle WAN.
Classificazione per canale di trasmissione
La classificazione per canale di trasmissione è basata principalmente sull’utenza specifica di ciascuna tipologia di rete. Tra le più note:
- Reti locali: tipicamente associata alle reti LAN, questa tipologia di rete è prevalentemente utilizzata in case o aziende ed utilizza come canale di comunicazione principale il cosiddetto “cavo di rete” – il cavo UTP – con velocità che possono arrivare sino a 1 Gbps; solitamente la rete locale viene anche definita “rete ethernet”;
- Reti pubbliche: sono le reti gestite dai fornitori di servizi; la maggior parte di esse sono basate sulla comunicazione tramite il classico doppino telefonico, rimasto in uso ancora oggi (sebbene inizialmente adatto soltanto alla telefonia analogica) e riadattato per supportare anche la moderna ADSL; dalla classica connessione dial-up (ovvero quella in cui il modem, per accedere ad Internet, doveva comporre un numero telefonico) sino alle più moderne ADSL, questa tipologia di connessione richiede un modem installato su entrambi i capi che possa tradurre il segnale. L’ADSL trova un valido successore nei collegamenti basati sulla fibra ottica, che a livello commerciale può raggiungere velocità sino ai 300 Mbps (in Italia);
- Reti di trasporto: sono delle reti ad elevata capacità e velocità di collegamento (sino a 40 Gbps in fibra ottica) che permettono di trasportare il traffico generato tra le varie centrali degli operatori di telecomunicazioni.
Topologia di rete
Il termine “topologia” in questo contesto potrebbe spaventare ma, concettualmente, il tutto è più semplice di quanto si creda: se la tipologia di rete è più collegata al contesto, con topologia di rete intendiamo invece la forma “geometrica” di una rete, ovvero una rappresentazione del modo in cui i vari nodi (elaboratori, sottoreti e quant’altro) che la compongono sono collegati sia fisicamente che logicamente.
La rappresentazione grafica di questi modelli, solitamente, viene definita grafo.
A seconda del campo di utilizzo di una sottorete – che può essere domestica, aziendale o collegata direttamente ad una rete dorsale (ovvero ad un’enorme rete di collegamento internazionale/intercontinentale) per diventare parte di Internet – le topologie sono differenti, e differenti sono anche gli apparati di rete utilizzati per connettere tra loro le componenti.
Vediamo insieme le più comuni!
Topologia a stella
Gli elaboratori che compongono una rete a stella sono connessi tra loro grazie ad un hub piazzato nel mezzo, hub che si occupa di trasmettere i dati inviati dal computer mittente a tutti gli altri (broadcasting).
Chiaramente più ampia è la rete più cavi saranno necessari, ed in caso di malfunzionamento di un cavo l’unico computer a restare isolato sarà quello connesso al cavo stesso; in caso di malfunzionamento dell’hub, invece, l’intera trasmissione di rete cesserà di funzionare.
E’ possibile anche collegare tra loro più reti a stella ottenendone una più ampia semplicemente aggiungendo il secondo hub ad uno principale, questo non comporta problemi grazie al broadcasting e alla trasparenza dell’hub rispetto alla rete.
Topologia ad anello
Le reti ad anello, a differenza di quelle a stella, sono reti punto-punto in cui i nodi sono connessi direttamente tra loro tramite un cavo: ogni nodo funziona da ripetitore e trasmette il segnale al nodo successivo.
Un particolare tipo di rete ad anello molto efficiente è la cosiddetta rete “Token Ring”: essa basa il suo funzionamento su un “token”, un dato particolare che viene diffuso sull’intero anello finché non raggiunge un nodo che abbia dati da inviare; quando ciò succede, il nodo mittente modifica il token aggiungendo il dato, l’indirizzo del mittente e quello del destinatario e lo reimmette sull’anello, dove resterà finché non raggiungerà il destinatario.
Una volta raggiunto, sarà il destinatario stesso ad immettere un messaggio di conferma sull’anello diretto al mittente; una volta che la conferma arriverà, il mittente creerà un nuovo token “vuoto” e lo rimetterà in circolo sull’anello, così che il ciclo possa iniziare di nuovo.
In una rete di tipo token ring uno dei nodi viene scelto per fungere da “monitor”, ovvero per verificare l’integrità del token e che questo non venga smarrito.
Come vi dicevo questa particolare tipologia di rete è efficiente perché il monitor può rilevare una macchina non funzionante ed escluderla automaticamente dall’anello, cosa che non succede in altre varianti di reti ad anello – nelle quali una macchina non funzionante può provocare il non funzionamento dell’intera rete.
Solitamente le reti WAN (in particolare per i collegamenti intercontinentali che attraversano mari ed oceani) hanno struttura ad anello.
Topologia a bus
Le reti a bus sono quelle strutturalmente più semplici: tutti i nodi sono collegati tramite un singolo cavo e connessi tra loro in modo lineare tramite il cavo stesso – che prende il nome di “cavo dorsale”.
L’informazione, in questo tipo di rete, viene immessa sul cavo sotto forma di segnale elettrico ed inviata a tutti i nodi, ma verrà accettata soltanto dal nodo che l’informazione contrassegna come destinatario.
Ciò ovviamente ha un grande svantaggio: più nodi sono connessi, più l’attesa per la trasmissione è alta – trattandosi di un unico cavo, finché l’informazione non viene ricevuta dal destinatario non è possibile immetterne una nuova.
Onde evitare che informazioni non ricevute rimbalzino avanti e indietro interrompendo l’attività della rete in modo indefinito, a ciascuna estremità del cavo di comunicazione viene aggiunto un dispositivo chiamato “terminatore” in grado di togliere dalla rete i dati non recepiti da nessuno (ad esempio in caso di errore o informazione malformata), liberando di fatto il cavo di comunicazione.
Ciò ha una conseguenza diretta: in caso di interruzione del cavo o di eliminazione di uno o più terminatori, la rete diverrà inattiva poiché i dati rimbalzeranno in maniera indefinita.
Una rete a bus può essere espansa tramite connettori in grado di collegare con un percorso alternativo i due capi, tuttavia ciò andrebbe ad indebolirne notevolmente il segnale – dunque si preferisce creare reti a bus con cavi particolarmente lunghi o usare dei ripetitori “sul percorso” in grado di potenziare e replicare il segnale.
Topologia a maglia
Una rete a maglia è un particolare tipo di rete ad anello in cui i nodi sono collegati tra loro più di una volta, così da creare canali di comunicazioni alternativi in caso che la rete sia congestionata, che la linea non funzioni bene o che uno dei nodi abbia malfunzionamenti.
Una rete a maglia può essere definita completa se tutti i nodi sono connessi tramite percorsi alternativi in maniera diretta a tutti gli altri o parziale se vengono implementati soltanto alcuni percorsi alternativi tra i nodi.
Ed è proprio la rete a maglia parziale ad essere particolarmente utilizzata in scenari reali, poiché il costo è relativamente contenuto rispetto a quanto impiegherebbe realizzare in toto una maglia totale – si sceglie, per la realizzazione, un buon compromesso tra i collegamenti richiesti ed il costo per implementarli.
Le reti a maglia, seppur costose, riducono sensibilmente il pericolo di malfunzionamento generale rispetto alle reti ad anello e alle reti a bus.
Topologia ad albero
Le reti ad albero possono essere viste come tante reti a stella collegate tra loro in maniera gerarchica: tutto parte da un nodo di origine, il nodo “padre”, che può essere collegato tramite un solo canale di comunicazione ad ogni singolo figlio; tuttavia il padre può avere più figli.
La cosa si ripete ricorsivamente (immagine): ogni figlio può diventare a sua volta padre. La particolarità di una rete ad albero è che tutti i nodi possono essere raggiunti seguendo uno ed un solo percorso, tuttavia lo svantaggio è che se c’è un malfunzionamento ad un nodo padre la sua intera discendenza resta isolata dalla rete.
Chiaramente, se a non funzionare è il nodo principale, l’intera rete smetterà di trasmettere dati.
Questo articolo è parte della nostra grande guida ad Internet e all’home networking, che potrete consultare integralmente seguendo il link in basso.
