Reti di Computer: introduzione

1. Mezzi Trasmissivi

I mezzi trasmissivi sono i canali attraverso cui i dati viaggiano all’interno di una rete. Si dividono in:

Mezzi Guidati (Cablati)

Cavo Ethernet (UTP, FTP, STP): Utilizzato per connessioni cablate tra dispositivi. E’ il cavo più utilizzato per mettere in collegamento i calcolatori ed è fatto di 8 fili racchiusi all’interno di una guaina di gomma. Questi 8 fili sono intrecciati tra di loro, coppia per coppia in modo da creare 4 coppie di fili intrecciati. L’intrecciatura si esegue perché consente di ridurre le interferenze elettromagnetiche tra filo e filo. Tuttavia esistono interferenze anche tra il cavo ethernet ed altri cavi elettrici oppure con i dispositivi elettrici ed elettronici che abbiamo in ufficio o in casa (elettrodomestici, stampanti ecc.). Per abbattere le interferenze che riducono la velocità di Internet si usano alcuni cavi speciali, eccone un elenco.

1. UTP – Unshielded Twisted Pair

• Descrizione: Cavo con solo le coppie di fili intrecciati, senza schermatura.
• Vantaggi: Economico, flessibile e facile da installare.
• Svantaggi: Più suscettibile a interferenze elettromagnetiche (EMI).

2. FTP – Foiled Twisted Pair

• Descrizione: Cavo con uno schermo in foglio di alluminio attorno a tutte le coppie di fili, per ridurre le interferenze.
• Caratteristiche: Include una massa per la continuità elettrica dello schermo.
• Vantaggi: Maggiore protezione contro disturbi esterni rispetto all’UTP.

3. S-FTP – Shielded Foiled Twisted Pair

• Descrizione: Cavo con schermatura individuale per ogni coppia (foglio di alluminio) e una calza esterna in rame.
• Vantaggi: Massima protezione da interferenze, ideale per ambienti industriali o cablaggi ad alte prestazioni.
• Nota: È il più costoso e rigido dei tre

Fibra Ottica: Trasmette dati sotto forma di luce attraverso un nucleo di vetro o plastica, offrendo alta velocità e immunità alle interferenze elettromagnetiche.

Cavo Coassiale: Composto da un conduttore centrale in rame, isolante, schermatura metallica e guaina esterna. Utilizzato in reti TV via cavo e alcune reti locali.

Doppino Telefonico: Coppia di fili di rame utilizzata nelle linee telefoniche tradizionali, può supportare connessioni ADSL.

Mezzi Non Guidati (Wireless).

Un altro tipo di mezzo per trasmettere internet sono le onde radio (elettromagnetiche). Queste sono di due tipi:

Wi-Fi: Tecnologia che utilizza onde radio per trasmettere dati senza fili, ideale per ambienti domestici e uffici. Le antenne hanno un raggio di azione ridotto (10m-50m) perché sono piccole e poco potenti. Il dispositivo che diffonde il segnale wifi si chiama Access Point (AP) e si trova negli uffici e nelle scuole. L’AP è collegato con un cavo di rete ethernet fino allo switch alla rete cablata LAN e con le antenne genera il campo wifi wireless.

Tecnologie Mobili (3G, 4G, 5G, LTE): Utilizzano frequenze radio per fornire connettività a dispositivi mobili su ampie aree geografiche. Qui le antenne sono molto potenti ed il loro raggio d’azione è di diversi chilometri in assenza di ostacoli. L’area in cui l’antenna agisce si dice CELLA e la tecnologia è detta “cellulare”.

2. Topologie di Rete

La topologia di rete definisce la disposizione fisica o logica dei nodi all’interno di una rete. In altre parole a seconda di come mettiamo i computer e di come li colleghiamo si hanno queste topologie (configurazioni)

• Topologia a Stella: Tutti i dispositivi sono collegati a un nodo centrale (hub o switch).
• Topologia a Bus: Tutti i dispositivi condividono un unico cavo di comunicazione.
• Topologia ad Anello: I dispositivi sono collegati in una struttura circolare, con ogni nodo connesso a due altri nodi.
• Topologia a Maglia (Mesh): Ogni nodo è collegato a tutti gli altri, offrendo alta ridondanza e affidabilità.
• Topologia ad Albero (gerarchica): Struttura gerarchica che combina caratteristiche delle topologie a stella.

Le reti LAN più diffuse sono però quelle con la topologia a stella cioè quelle in cui tutti i computer (e le stampanti, digital board e altri dispositivi) sono collegati tra loro tramite un dispositivo al centro della stella: lo switch.

3. Dispositivi di Rete

Hub. Dispositivo semplice che trasmette i dati ricevuti a tutte le porte, indipendentemente dalla destinazione. 

Switch. Dispositivo che riceve i dati e li inoltra solo alla porta corrispondente al dispositivo destinatario, migliorando l’efficienza della rete. 

Router. Dispositivo che instrada i pacchetti di dati tra reti diverse, come tra una rete locale (LAN) e Internet. 

Access Point (AP). Dispositivo che consente ai dispositivi wireless di connettersi a una rete cablata, estendendo la copertura Wi-Fi.

4. Schema di una Rete LAN con Collegamento alla GAN (Internet)

Ecco un esempio di schema di una rete LAN domestica connessa a Internet:

In questo schema:

Il modem/router si connette a Internet attraverso la rete dell’ISP (Internet service provider come Wind, Tim, Vodafone).

Lo switch distribuisce la connessione a vari dispositivi cablati come PC, stampanti e NAS.

L’access point fornisce connettività Wi-Fi a dispositivi mobili come smartphone e tablet.

Questa immagine rappresenta lo schema di una rete LAN (Local Area Network) ben strutturata, connessa a Internet tramite un router. Vediamo in dettaglio i componenti:

📌 Componenti della rete nella figura

🟢 1. Switch

Dispositivo che collega più dispositivi in rete cablata (come PC, server, portatili).

Riceve pacchetti di dati e li indirizza solo al dispositivo di destinazione corretto.

In figura, ci sono due switch: uno centrale (collega PC e server) e uno più in basso (collega l’access point e altri dispositivi cablati).

🟢 2. Router

Si collega a Internet e gestisce il traffico tra la rete locale (LAN) e la rete esterna (Internet).

Assegna gli indirizzi IP ai dispositivi tramite DHCP e gestisce il traffico tra reti diverse.

🟢 3. Server 

Un server è un computer specializzato che fornisce servizi agli altri dispositivi della rete, ad esempio archiviazione, stampa o siti web interni.

🟢 4. Portatile, PC

Sono dispositivi client, ovvero utilizzatori dei servizi offerti dalla rete.

🟢 5. Access Point (AP)

È un dispositivo che consente la connessione wireless (Wi-Fi) di dispositivi mobili come smartphone e tablet alla rete LAN.

È collegato allo switch tramite cavo, ma consente la connessione senza fili.

🟢 6. Smartphone e Tablet

Dispositivi mobili connessi tramite Wi-Fi all’Access Point.

🔄 Flusso dei dati

I dispositivi (PC, portatile, smartphone, tablet) comunicano tra loro grazie agli switch.

Se un dispositivo vuole accedere a Internet, il router gestisce la connessione verso la WAN (Internet).

Il server può fornire contenuti o servizi ai dispositivi locali, come file o dati centralizzati.

🧠 In sintesi

La rete rappresentata è ibrida: usa sia connessioni cablate (Ethernet) sia wireless (Wi-Fi).

Gli switch servono a distribuire la rete all’interno dell’edificio.

Il router è il punto di uscita verso Internet.
L’Access Point estende la rete ai dispositivi mobili.

5. La connessione con fibra ottica. Tipologie di Connessione: FTTC e FTTH

FTTC (Fiber to the Cabinet): La fibra ottica arriva fino all’armadietto di distribuzione in strada, da cui parte il doppino in rame fino all’abitazione. Velocità fino a 200 Mbps in download.

FTTH (Fiber to the Home): La fibra ottica arriva direttamente all’interno dell’abitazione, offrendo velocità fino a 1 Gbps o superiori.

🌐 Protocolli di Rete

I protocolli di rete sono insiemi di regole che definiscono come i dati vengono trasmessi e ricevuti all’interno di una rete. Ogni protocollo opera a un determinato livello del modello di rete e svolge funzioni specifiche.

Esempi di protocolli comuni:

HTTP/HTTPS: trasferimento di pagine web

FTP: trasferimento di file

SMTP/POP/IMAP: gestione della posta elettronica

DNS: risoluzione dei nomi di dominio

DHCP: assegnazione dinamica degli indirizzi IP

🧭 Indirizzo IP

Un indirizzo IP (Internet Protocol) è un identificatore univoco assegnato a ciascun dispositivo connesso a una rete che utilizza il protocollo IP. Esistono due versioni principali:

IPv4: composto da 32 bit, rappresentato da quattro numeri decimali separati da punti (es. 192.168.1.1)

IPv6: composto da 128 bit, rappresentato da otto gruppi di quattro cifre esadecimali separati da due punti (es. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334)

Tipi di indirizzi IP:

Statico: assegnato manualmente e rimane invariato nel tempo

Dinamico: assegnato automaticamente da un server DHCP e può cambiare nel tempo

Pubblico: visibile su Internet e univoco a livello globale

Privato: utilizzato all’interno di reti locali e non instradabile su Internet

I modelli ISO/OSI e TCP/IP sono modelli di riferimento usati per descrivere il funzionamento delle reti di computer. Servono per spiegare, progettare e comprendere come i dati viaggiano da un dispositivo all’altro in una rete (locale o su Internet).  Il protocollo realmente utilizzato su Internet è TCP/IP

Ogni dispositivo che fa parte della rete di calcolatori, ha dei programmi che lo gestiscono in base al protocollo TCP/IP. In particolare TCP/IP è un insieme di protocolli cioè di regole per gestire la comunicazione: il protocollo fisico descrive come si realizza fisicamente il componente, mentre gli altri protocolli definiscono più in dettaglio come procede lo scambio di informazioni.

🧱 Modello ISO/OSI

Il modello ISO/OSI (Open Systems Interconnection) è un modello teorico a sette livelli che descrive le funzioni necessarie per la comunicazione in rete:

Fisico: trasmissione di bit attraverso il mezzo fisico

Collegamento dati: trasferimento affidabile dei dati tra nodi adiacenti

Rete: instradamento dei pacchetti tra reti diverse

Trasporto: trasferimento end-to-end dei dati con controllo di errore e flusso

Sessione: gestione delle sessioni di comunicazione tra applicazioni

Presentazione: traduzione, crittografia e compressione dei dati

Applicazione: interfaccia per le applicazioni utente

🧱 Modello TCP/IP

Il modello TCP/IP è un modello pratico a quattro livelli su cui si basa Internet:

Accesso alla rete: gestione dell’interfaccia fisica e dei protocolli di collegamento dati

Internet: instradamento dei pacchetti attraverso le reti (es. IP)

Trasporto: trasferimento affidabile dei dati tra host (es. TCP, UDP)

Applicazione: servizi di rete per le applicazioni utente (es. HTTP, FTP)

🔄 Confronto tra Modelli ISO/OSI e TCP/IP