TOPOLOGIE DI RETE

MODALITA’ DI TRASMISSIONE

Esistono tre modalità:

• Unicast quando c’è un mittente e un destinatario;
• Multicast quando si invia un messaggio da un mittente a più destinatari;
• Broadcast quando un mittente invia un messaggio a tutti i destinatari ad esempio in una chat di gruppo WhatsApp.

UNICAST

Questa modalità di connessione crea il contatto solo tra le parti interessate. Non è rilevante se il trasferimento sia bidirezionale o meno: non è importante se il destinatario diventa mittente, dando vita a uno scambio bidirezionale di dati, o se la connessione rimane unidirezionale. Finché vi è un flusso di informazioni tra solo due partecipanti alla rete si parla di Unicast. La maggior parte del traffico dati online funziona secondo il principio Unicast. Quando un sito web viene visitato da un utente ha luogo una connessione diretta tra client e server. Anche l’invio di e-mail si basa generalmente sul principio Unicast. Un altro esempio è il trasferimento diretto di dati: quando si scarica o si carica un file sul server questa operazione avviene in modalità Unicast. Solo in determinati scenari, ad esempio nel caso dello streaming, vengono impiegati metodi differenti come il Multicast.

UNICAST VS MULTICAST

 due tipi di comunicazione Unicast e Multicast presentano chiare similitudini, in particolare rispetto al Broadcast. Il Broadcast viene inviato a un apposito indirizzo. Tutti i partecipanti alla rete lo riconoscono e possono rispondere al pacchetto di dati. Unicast e Multicast, invece, vengono indirizzati a destinazioni specifiche; gli altri partecipanti alla rete non prendono atto dei dati e non rispondono.

Unicast e Multicast si differenziano per il fatto che Unicast è inviato a un solo destinatario e Multicast a un intero gruppo di destinatari. Ma Multicast non va inteso come una raccolta di singoli Unicast. L’invio ha luogo mediante un indirizzo Multicast. Questo permette l’inoltro a tutti i membri del gruppo Multicast mediante un router o un server. Il gruppo deve esistere già prima del trasferimento dati e non può essere definito dal nodo di origine al momento dell’invio.

Il vantaggio del Multicast rispetto all’Unicast multiplo, ossia al trasferimento a più indirizzi Unicast, consiste nell’invio unico del pacchetto di dati. Se si impiegano più Unicast, il pacchetto viene rispedito ogni volta nella rete. Il Multicast spedisce il pacchetto una sola volta. I dati vengono moltiplicati solo nella lista di destinatari, con un conseguente risparmio in termini di larghezza di banda. Per questo i Multicast sono particolarmente apprezzati nello streaming multimediale. Dato che un ampio gruppo di clienti richiede i medesimi dati, è molto più comodo inviarli una sola volta. Se gli stessi dati venissero inviati in contemporanea a tanti destinatari via Unicast, si verificherebbero dei rallentamenti.

TIPI DI COLLEGAMENTO

Esistono due tipi di collegamento:

• Broadcast
• PTP (Point-to-Point)

RETE BROADCAST

• si utilizza lo stesso canale fisico di trasmissione, suddividendo la comunicazione in pacchetti
• ogni pacchetto contiene l’identificativo del destinatario che riceve e legge il pacchetto di dati, gli altri nodi della rete lo scartano
• è possibile inviare pacchetti destinati a tutti i nodi della rete (Broadcast)
• è possibile inviare pacchetti destinati ad alcuni nodi della rete (Multicast)

La particolarità del broadcast è che c’è un solo dispositivo che invia il segnale e tutti gli altri ricevono la stessa informazione/dato allo stesso modo e nello stesso momento. Altro esempio tipico è la rete radio televisiva costituita dal dispositivo antenna emettitore di zona e i dispositivi televisori. Questa è una rete broadcast in quanto il segnale emesso dall’antenna (emettitore) è ricevuto da tutte le antenne dei televisori di tutte le case che stanno nel raggio di copertura del segnale.

RETE PUNTO PUNTO

• il canale trasmissivo è riservato alla comunicazione tra due nodi della rete
• per far giungere a destinazione un dato il pacchetto deve passare attraverso più nodi connessi fra loro in modalità “punto-punto”: viene utilizzato un algoritmo di routing per instradare il pacchetto verso il nodo di destinazione

Le reti punto a punto (Point-to-Point) consistono in un insieme di collegamenti tra coppie di elaboratori, che formano grafi di vario tipo (stella, anello, albero, grafo completo, anelli secanti ecc.). Per passare da una sorgente ad una destinazione, l’informazione deve attraversare diversi elaboratori intermedi. La strada che i dati devono seguire per arrivare correttamente a destinazione, è data dai protocolli di Routing. Il Routing è l’insieme delle problematiche relative al corretto ed efficace instradamento sulla rete dei dati.

TOPOLOGIE DI RETI

AD ANELLO

CONFIGURAZIONE

La rete ad anello è un sistema dove i nodi sono disposti a forma di cerchio creando appunto un anello, senza quindi l’esistenza di nodi terminali. A connettere tra loro i computer è un cavo circolare. Questa topologia è usata per la rete Wan, che si avvale spesso della fibra ottica, mezzo di trasmissione unidirezionale.

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COME FUNZIONA UNA RETE AD ANELLO

Ciascun nodo esamina il pacchetto che riceve per decidere se è deve acquisirlo o passarlo a sua volta. Passando da un computer all’altro, il segnale dei dati ricevuti e la trasmissione termina quando il pacchetto fa un intero giro e ritorna al nodo trasmittente. Il percorso può avvenire in maniera:

• Unidirezionale, in senso orario o antiorario a seconda dei casi, in cui sussiste un alto rischio di guasti perché se un collegamento non funziona compromette l’intera rete.
• Bidirezionale, per cui ciascun nodo può inviare il messaggio sia al nodo precedente che a quello successivo. In questa modalità ad un eventuale guasto si può ovviare facilmente sfruttando la direzione ancora praticabile.

I VANTAGGI

• Elevata estendibilità della rete, garantita dal potenziamento del segnale da parte di ogni nodo;
• Facilità di realizzazione;
• Sistema semplice da costruire e sufficientemente veloce.

GLI SVANTAGGI

• Bassa tolleranza ai guasti per quanto riguarda l’anello unidirezionale perché se si verifica un problema a un singolo cavo o nodo l’intera rete si blocca;
• Scarsa diffusione: oggi tale topologia è quasi sparita nelle aziende ma era usata nei primi sistemi a fibra ottica (FDDI) che ora si sono evoluti. Anche le token ring, tecnologia diffusa nei computer di media fascia, stanno abbandonando la topologia ad anello;
• Difficoltà di espansione dovuta proprio al rischio di guasto, minore però nelle reti bidirezionali che sono le più diffuse tra quelle ad anello.

A MAGLIA

La topologia a maglia è nota anche come topologia mesh, unità di misura anglosassone per misurare il numero di maglie in alcuni materiali. Si tratta di una rete in cui tutti i nodi sono collegati tra loro e ciascuno di essi ne riesce a raggiungere un altro attraverso un solo passaggio. Nel caso in cui uno dei cavi dovesse rompersi sarebbe possibile comunque l’arrivo a destinazione dei pacchetti Si viene dunque a formare una maglia con percorsi multipli tra i nodi.

La topologia a maglia può essere a sua volta:

parzialmente connessa se viene utilizzata solo una parte di tutti i collegamenti diretti esistenti tra i nodi;

completamente connessa se ogni nodo è collegato direttamente con tutti i nodi attraverso rami dedicati.

COME FUNZIONA UNA RETE A MAGLIA

In questo caso avviene una comunicazione a doppio senso, cioè sia in termini di trasmissione che di ricezione. Ad esempio in una rete formata da 8 computer, ciascuno di essi dovrebbe avere sette collegamenti, per un totale di 28 cavi (7+6+5+4+3+2+1).

Un’applicazione di questo sistema sono le reti metropolitane e geografiche.

I VANTAGGI

• Massima velocità;
• Massima tolleranza per eventuali errori, perché esiste sempre un percorso alternativo per arrivare ad un determinato nodo, a meno che quest’ultimo non resti completamente isolato;

GLI SVANTAGGI

• Complessa da realizzare e difficile da espandere per l’alto numero di collegamenti;
• Costo piuttosto elevato sia per la realizzazione sia per la gestione dei diversi rami necessari;

A STELLA

CONFIGURAZIONE

Nella topologia di rete a stella ci sono tanti nodi figli, tutti connessi a un nodo padre che si trova appunto al centro della stella e che può essere: un hub cioè un sistema hardware centrale che si limita a inviare lungo tutti i collegamenti un duplicato di ciascun pacchetto, in maniera indistinta. In questo caso si parla di pacchetti broadcast, espressione che può ricordare la lista broadcast di WhatsApp in cui lo stesso messaggio può essere inviato a un elenco predefinito di persone. Uno switch di rete, cioè un dispositivo che assicura la comunicazione tra i diversi nodi e conosce i collegamenti dei singoli computer.

COME FUNZIONA UNA RETE A STELLA 

Il nodo centrale, che sia un hub o uno switch, gestisce le funzionalità della rete: ogni nodo figlio, prima di entrare in comunicazione con un altro, deve inviare il messaggio al nodo centrale che provvederà a smistarlo. Il contesto di applicazione più diffuso sono le reti LAN. Una topologia a stella standard è adatta però solo a reti di piccole dimensioni che tendono però a espandersi creando topologie a stella estese: le reti sono in continua espansione, proprio come l’universo secondo la maggior parte dei fisici e degli astronomi.

I VANTAGGI 

• Grande affidabilità dal momento che eventuali guasti non compromettono il funzionamento dell’intera rete. Rimane isolato solo il nodo guasto, mentre gli altri continuano a funzionare attraverso la mediazione del nodo centrale;
• Facile espandibilità, cioè si possono collegare più reti a stella tra loro andando a collegare solamente gli hub come se fossero due nodi della stessa stella. Si crea dunque un concatenamento, o collegamento in cascata, da cui ha origine la cosiddetta rete a stella in espansione.
• Rete sempre disponibile grazie a tale tipo di collegamento, per cui ogni computer può inviare dati in qualsiasi momento.

GLI SVANTAGGI

• Rischio di sovraccarico del nodo padre in casi di un intenso traffico di rete;
• Possibile blocco della rete se l’hub o lo switch smette di funzionare;
• Necessità di un componente supplementare (hub) che intervenga in caso di problemi.

AD ALBERO

CONFIGURAZIONE

La rete ad albero si può definire come una topologia dalla struttura gerarchica e multilivello, perché a ciascun nodo ne sono collegati altri due di livello inferiore.

COME FUNZIONA UNA RETE AD ALBERO

Il nodo padre o nodo radice (root) è collegato ai nodi figli qui detti anche foglie (leaves) che possono essere a loro volta padri, creando una nuova struttura gerarchica. Ogni nodo si raggiunge attraverso un solo percorso.

I VANTAGGI

• Costi contenuti che garantiscono un ottimo rapporto tra prezzo e velocità e una minore complessità di realizzazione;
• Facile espandibilità attraverso i nodi figli che possono diventare a loro volta radici come visto in precedenza.

GLI SVANTAGGI

• Non c’è tolleranza ai guasti: dal momento che se si interrompe un collegamento che porta a un nodo padre rimane isolata anche tutta la sua discendenza;
• Rischio di blocco totale se si guasta il nodo radice principale.

RETE A BUS

CONFIGURAZIONE

Nella rete a bus tutti i computer sono collegati ad un unico cavo, un canale trasmissivo comune detto dorsale o bus. Questo sistema, che ha caratterizzato per anni le reti Ethernet, fa sì che i dati che “viaggiano” sul bus siano leggibili da tutti i nodi anche se non ne sono i destinatari.

COME FUNZIONA UNA RETA A BUS

Ciascun nodo “tocca” il bus per esaminare i pacchetti contenuti in esso. Se il nodo è destinatario di quel pacchetto lo acquisisce altrimenti lo ignora se destinato ad altri computer. A ciascuna delle estremità del cavo dorsale c’è un terminatore, un componente che assorbe i dati non ricevuti da nessun computer, liberando così il cavo principale che è pronto per inviarne di nuovi.

I VANTAGGI

• Costi bassi e semplice da realizzare;
• Facilmente espandibile e combinabile con le reti a stella. Un bus può mettere in connessione gli hub o gli switch delle varie stelle, ad esempio negli edifici in cui lavorano due o più team diversi.

GLI SVANTAGGI

• Stretta dipendenza dal cavo dorsale, che, in caso di guasto, compromette l’intera rete;
• Velocità contenuta dovuta al fatto che si utilizza un unico cavo per la trasmissione dei dati, per cui può inviare i dati un solo computer alla volta e, se ne sono tanti, si allungano i tempi di trasmissione dei dati.

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