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Reti informatiche, tipologia, topologia e componenti principali

Le reti di computer permettono ai pc di comunicare e scambiare informazioni. Le reti informatiche sono ovunque, la maggior parte delle cose che usi quotidianamente sono collegate ad una di queste, anche se non te ne rendi conto. Il tuo smartphone, la tua banca, il negozio di alimentari e persino i semafori della tua città sono collegati ad una rete.

Sai come funzionano le reti informatiche? Come fa il bancomat della tua banca a sapere quanti soldi ci sono sul tuo conto? Cosa succederebbe se queste reti non funzionassero? Cercherò di dare una risposta a tutte queste domande in modo semplice e concreto.

Indice

Le reti informatiche

Le reti di computer sono sistemi fisici che supportano il trasferimento dei dati del computer. Sono i percorsi attraverso i quali le informazioni, sotto forma di segnali elettronici, viaggiano da un sistema all’altro.

Reti informatiche

In particolare, Internet, la rete delle reti, collega le reti di computer tra loro, è una specie di rete sociale, un’associazione elettronica di persone, computer e governi. Un modo per capire come funziona è immaginare un gran numero di persone sedute intorno ad un tavolo molto grande, ogni persona ha un computer con una linea diretta con il computer di tutti gli altri. Così ognuno può parlare con tutti gli altri direttamente dal proprio PC e inviare messaggi ed informazioni.

Questo è quello che succede quando si usa la posta elettronica, WhatsApp, Facebook, Instagram o servizi simili.

Tipi di reti di computer

Ci sono diversi tipi di reti di computer che possiamo suddividere in base alla loro estensione geografica:

Tipi di reti di computer

BAN

Una rete BAN (Body Area Network) è una particolare rete di piccole dimensioni che collega dispositivi spesso indossabili come auricolari, smartphone, smartwatch, apparecchi acustici e dispositivi medici connessi ad internet.

PAN

PAN è l’acronimo di Personal Area Network, collega dispositivi tra loro in piccoli ambienti personali, come una casa o un ufficio. Al suo interno ci sono PC, smartphone, tablet e router spesso collegati con tecnologia senza fili.

LAN

Una LAN (Local Area Network) è una rete privata limitata a un singolo edificio o a un gruppo di edifici vicini. Le LAN più comuni sono le intranet aziendali. Una rete locale collega tutti i computer e i dispositivi all’interno di una azienda, di una scuole o di un ospedale.

La LAN è una rete privata formata da un gruppo di dispositivi collegati tra loro, questi possono condividere risorse e comunicare all’interno di una infrastruttura utilizzando tecnologie di connessione cablate o wireless.

Una LAN collega tipicamente:

  • PC desktop, notebook o workstation
  • Stampanti di rete
  • File server
  • Scanner
  • Router

La maggior parte delle LAN utilizza un cavo in rame per collegare i nodi, mentre alcune usano cavi in fibra ottica.

MAN

La Metropolitan Area Network (MAN) è una rete che collega più dispositivi all’interno di un’area metropolitana. La MAN normalmente usa tecnologie di commutazione di pacchetto e spesso fornisce connessioni a internet.

WAN

Wide Area Network: Una WAN è una rete che si estende per diversi chilometri o addirittura per l’intero globo. La WAN più comune è Internet, ma altre includono le reti di dati dei telefoni cellulari e le reti di comunicazione satellitare.

Se la connessione tra i dispositivi è senza fili distinguiamo:

WPAN

WPAN (Wireless Personal Area Network) è un termine usato per descrivere una rete di computer senza fili che copre un’area relativamente piccola. L’uso del termine WPAN è anche tipicamente limitato alle tecnologie di rete a corto raggio, come Bluetooth e NFC, che collegano dispositivi con una portata effettiva di pochi metri.

WLAN

Che cos’è la WLAN? Una WLAN (Wireless Local Area Network) è fondamentalmente una rete che collega computer, dispositivi mobili e internet usando segnali wireless (Wi-Fi). Può essere considerata come un’estensione della rete LAN, ma invece di usare fili per collegare i dispositivi, usa onde radio.

WMAN

Wireless Metropolitan Area Networks (WMAN) è una rete metropolitana a banda larga senza fili. Il termine si riferisce sia all’infrastruttura fisica che ai protocolli di rete utilizzati secondo lo standard IEEE 802.16m, progettato per fornire accesso wireless a banda larga su una vasta area. WMAN si basa sui principi di MAN e condivide molte caratteristiche con altri standard come WiMAX, ma stabilisce i propri protocolli per il funzionamento e la gestione.

WWAN

WWAN sta per Wireless Wide Area Network ed è usata per creare reti di computer che usano onde radio invece di cavi. La WWAN è anche chiamata rete cellulare (3G, 4G, 5G) perché viene utilizzata per collegare i telefoni a Internet tramite ripetitori.

La WWAN permette agli utenti che si spostano a piedi in automobile, sulla barca ed in moto di accedere a Internet senza fili sui loro computer e dispositivi mobili.

Topologia delle reti

La topologia di rete si riferisce alla struttura di una rete, tra le principali troviamo:

  • reti a stella
  • reti a bus
  • reti a maglia
  • reti ad anello
  • reti ad albero

Topologia delle reti

Rete a stella

Una rete a stella è un tipo di rete in cui tutti i dispositivi si collegano a un nodo centrale chiamato hub. L’hub è considerato il centro della stella e collega i vari rami della rete tra loro. In una rete a stella, se uno dei dispositivi collegati invia informazioni, queste devono passare attraverso l’hub centrale.

Il vantaggio principale di una rete a stella è che può essere espansa molto più facilmente di altri tipi di rete.

Uno svantaggio di una rete a stella è che se il centro stella ha problemi, l’intera rete non funziona perché non c’è un percorso alternativo per far viaggiare le informazioni. Inoltre, poiché tutto il traffico deve passare attraverso l’hub, possono esserci dei sovraccarichi e rallentare tutte le trasmissioni. Per risolvere questo problema, si possono usare più hub invece di uno solo grande. Tuttavia, questo aumenta i costi e crea un altro punto debole all’interno del sistema.

Rete a bus

La topologia di rete a bus è una particolare rete in cui tutto il traffico principale viaggia lungo una linea centrale di comunicazione. Il vantaggio di questa topologia è che è facile da installare ed è economica. Lo svantaggio è che se la linea dorsale non riesce a trasmettere i dati e le informazioni, l’intero sistema è inutilizzabile, quindi questo tipo di rete non è adatto per applicazioni che richiedono alta affidabilità.

Le reti a bus sono anche usate nei sistemi di controllo industriale dove più sensori o attuatori sono collegati a un controllore o processore in una catena di montaggio.

Rete a maglia

Una rete a maglia o mesh è una topologia di rete in cui ogni nodo (hop) sulla rete è collegato ad ogni altro nodo attraverso uno o più percorsi. In altre parole, ci sono più percorsi ridondanti tra qualsiasi due nodi della rete.

Le reti mesh sono solitamente decentralizzate, senza un hub principale o un punto di connessione centrale e permettono a ogni dispositivo di connettersi direttamente all’altro senza bisogno di un punto di accesso aggiuntivo.

Rete ad anello

Una rete ad anello è una topologia di rete in cui ogni nodo (computer o dispositivo) è collegato ad altri due nodi, uno direttamente e l’altro indirettamente. La disposizione può essere visualizzata come un cerchio, da cui ne deriva il nome.

L’esempio più comune di una topologia di rete ad anello è una rete token ring. Ogni nodo dell’anello riceve una copia del segnale inviato. I nodi poi trasmettono lo stesso segnale ai loro vicini, che poi lo passano a loro volta ai loro vicini, e così via.

Una potenziale debolezza delle reti ad anello è che non c’è ridondanza se un singolo nodo fallisce. Se questo accade, tutto il traffico attraverso quel nodo si ferma.

Rete ad albero

La rete ad albero è una topologia di rete di tipo gerarchico. La rete utilizza una linea principale del tronco che si divide in due o più rami in ogni punto di giunzione. Nella topologia di rete ad albero, ogni ramo può essere collegato alla linea principale in un solo punto di giunzione. Ogni dispositivo in una topologia di rete ad albero si connette a un dispositivo centrale che distribuisce le informazioni e i dati mentre attraversano l’albero.

Reti cablate e reti wireless

Vi siete mai chiesti qual è la differenza tra le reti di computer cablate e wireless? Per andare a fondo della questione, esaminiamo prima la definizione di ogni tipo di rete. Una rete cablata è una connessione fisica tra due o più computer che permette loro di comunicare tra loro. Le reti cablate sono di solito più veloci delle reti wireless, ma sono anche più costose da installare. Le reti wireless sono reti di computer che non dipendono dalla connessione fisica per trasferire i dati. Le reti di computer wireless sono in genere più lente di quelle cablate, ma sono facili da configurare e mantenere.

Quando si tratta di reti di computer, ci sono vantaggi e svantaggi nell’usare la tecnologia wireless rispetto a quella cablata.

Quali sono i vantaggi delle reti di computer senza fili? Il più grande vantaggio di usare una rete wireless è che permette di risparmiare tempo per l’installazione. Quando si installa una rete di computer, è necessario considerare tutte le opzioni per quanto riguarda il collegamento dei dispositivi. Un’opzione è quella di utilizzare una rete wireless che ti garantisce di evitare di far passare cavi attraverso il soffitto o le pareti della tua casa o dell’ufficio.

Come si diceva prima, una rete wireless può essere installata più rapidamente di una rete cablata, e forniscono mobilità per gli utenti, che non devono rimanere in un posto per navigare sul web o inviare e-mail.

Le reti wireless non sono però prive di svantaggi. Poiché i segnali wireless viaggiano nell’aria, possono essere intercettati da persone che vogliono catturare i tuoi dati, come gli hacker. I segnali wireless sono anche suscettibili di interferenze che impediscono di raggiungere i tuoi dispositivi.

Le reti cablate sono generalmente più veloci delle reti wireless, anche se questo non vuol dire che queste ultime non siano un’opzione valida. Un altro vantaggio è la stabilità, una volta che i cavi sono in posizione e collegati, è improbabile che causino problemi.

Il più grande svantaggio delle reti cablate è il costo iniziale per la loro installazione, cablare la tua casa o l’ufficio in modo da avere abbastanza prese Ethernet per ogni computer potrebbe essere costoso, ma considera che è anche più sicuro delle reti wireless. Una rete cablata utilizza un cavo per collegare tra loro computer, stampanti e altri dispositivi ciò rende più difficile per i malintenzionati introdursi all’interno della rete.

I mezzi trasmissivi

Le reti di computer sono parte integrante della nostra vita, sono in ogni casa ed in ogni ufficio e forniscono i mezzi per far comunicare tra loro tutti i nostri dispositivi elettronici. Dobbiamo capire come funzionano queste reti e cosa le fa funzionare correttamente. Una rete di computer è un gruppo di computer che possono comunicare tra loro e condividere risorse come file e stampanti attraverso dei mezzi trasmissivi.

Circa la metà del traffico internet mondiale viene trasferito tramite reti wireless, rendendo la tecnologia estremamente importante. Tra le varie tecnologie di trasmissione troviamo:

  • Wi-fi
  • Wi-Max
  • 3G – 4G – 5G

Wi-Fi o WiFi è una tecnologia di rete wireless che permette ai dispositivi elettronici di connettersi a una rete locale (LAN) o a una rete geografica (WAN). Una tipica rete wi-fi usa le onde radio per fornire connettività anche ad alta velocità.

Il WiMax è un tipo di servizio internet a banda larga ad alta velocità che trasmette dati tramite onde radio da una stazione base.

3G, 4G e 5G sono tutti diversi tipi di reti cellulari che utilizzano diverse frequenze radio rispetto a Wi-Fi e WiMax. Sono usate per i telefoni cellulari ma possono anche essere usate per connessioni fisse senza fili.

Una rete di computer è un insieme di due o più computer e dispositivi collegati tra loro. I componenti principali di una rete di computer sono il server e il client. Il server è un punto centrale di controllo, e tutti gli altri dispositivi si collegano ad esso, i client invece possono essere PC che si collegano tramite Ethernet o wireless.

Tra i tipi di cablaggio per collegare dispositivi in una rete troviamo:

  • Cavo coassiale: questo tipo di cavo include un conduttore interno circondato da un isolamento, uno strato isolante, un conduttore esterno e un altro strato di isolamento. Il conduttore interno è di solito un filo di rame attorcigliato su se stesso per ridurre le interferenze elettromagnetiche.
  • Doppino telefonico: questo tipo di cavo ha due fili isolati attorcigliati insieme ed è usato per le reti telefoniche così come per le reti di computer.
  • La fibra ottica è un altro tipo di cavo di rete, ma è più costoso e difficile da installare rispetto al coassiale o al doppino telefonico. I cavi in fibra ottica sono costituiti da fibre di vetro e sono in grado di trasmettere informazioni attraverso la luce.

Ogni tipo di mezzo trasmissivo ha dei vantaggi rispetto all’altro ad esempio il cavo coassiale è più economico, più flessibile e più facile da installare del doppino telefonico, ma il cablaggio in fibra ottica offre una maggiore velocità di trasmissione dei dati.

Il doppino fornisce una migliore protezione dal rumore rispetto al cavo coassiale, che può essere importante per trasportare i segnali su distanze più lunghe.

Apparati di rete

Le reti di computer aiutano i computer e i dispositivi a comunicare tra loro, permettono alle persone di parlare, chattare, inviare e-mail, condividere file e navigare su internet. Le apparecchiature di rete includono l’hardware e il software utilizzati per collegare i computer e inviare messaggi tra di loro.

La nostra banca ha una rete in grado di fornirci alcuni servizi come il prelievo di denaro attraverso uno sportello bancomat in tutto il modo. Tutto questo funziona grazie ad una rete che riesce a comunicare con il server centrale del nostro istituto di credito, che è in grado di fornire il saldo del nostro conto corrente e ci da la possibilità di prendere i soldi dagli sportelli. Naturalmente se ci sono malfunzionamenti sulla rete tutto ciò non avverrebbe in quanto non c’è lo scambio di informazioni tra il bancomat ed il server centrale della banca.

Tutto questo avviene attraverso degli apparati di rete, tra i principali troviamo: Hub, Switch, Bridge e Router.

Hub

Il dispositivo più comunemente usato per collegare i computer in una rete è l’hub. Collega tutti i dispositivi di una LAN ed è solitamente collegato a un router, che a sua volta è collegato a un ISP per collegare la tua LAN a internet.

L’hub funziona ricevendo tutti i pacchetti di dati in arrivo, poi li copia e li invia a tutte le porte tranne quella da cui sono stati ricevuti. Quindi se hai un computer con un cavo collegato alla porta 1 dell’hub, e un altro computer con un cavo collegato alla porta 3, tutti i dati di quel computer saranno inviati anche alle porte 2 e 4. In questo modo tutti i dispositivi sulla LAN riceveranno i dati in arrivo.

Switch

Uno switch collega più dispositivi su una rete locale. Lo switch agisce come un Hub intelligente, poiché opera a livello 2 del modello OSI,è in grado di capire e filtrare gli indirizzi MAC, che sono inclusi in ogni pacchetto di rete. Gli switch possono quindi inviare solo i pacchetti destinati a macchine specifiche, riducendo così il traffico sulla rete ed evitando le collisioni tra i pacchetti.

Bridge

Un bridge collega due o più reti informatiche, spesso è utilizzato per collegare reti fisicamente separate in una rete più grande e complessiva. Questo può essere fatto per ragioni di affidabilità, sicurezza o prestazioni.

Router

Un router è un dispositivo di rete che inoltra pacchetti di dati tra reti di computer. I router svolgono le funzioni di direzione del traffico su Internet. L’indirizzo di destinazione di un pacchetto di dati identifica sia la rete di destinazione che l’host di destinazione finale all’interno della rete. Il router usa queste informazioni per determinare dove inoltrare il pacchetto. Una volta che ha trovato il percorso migliore, trasferisce il pacchetto al collegamento di rete fisico che si collega all’hop successivo verso la destinazione e lo trasmette da lì verso l’host di destinazione.

Mappa concettuale delle reti informatiche

Di seguito la mappa concettuale sulle reti informatiche. Puoi scaricare la mappa anche in PDF da questo link.

Mappa concettuale reti informatiche

Sul sito sono presenti altre mappe concettuali dei concetti di base dell’informatica che puoi semplicemente visualizzare sul tuo PC o stamparle.

Altre lezioni sui concetti di base dell’informatica

Di seguito i link alle lezioni:

  1. Concetti di base della tecnologia dell’informazione
  2. Hardware e Software. Input, output e fasi di lavoro di un PC
  3. Principali componenti di un PC. Tipologia di computer e la loro evoluzione
  4. Unità di misura. Conversioni, multipli, sottomultipli ed esercizi svolti
  5. Sistemi di numerazione, binario, decimale ed esadecimale. Esercizi di conversione
  6. Codifica delle informazioni, testi, immagini, video, suoni
  7. Il software: sistemi operativi e software operativi
  8. Reti informatiche, tipologia, topologia e componenti principali

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