Cos'è il computer networking?

Prima di addentrarci in argomenti più complessi relativamente alla rete, è importante comprendere i componenti fondamentali, tra cui:

• Indirizzo IP: un indirizzo IP è il numero univoco assegnato a ogni dispositivo di rete in una rete IP (Internet Protocol); ogni indirizzo IP identifica la rete host del dispositivo e la sua posizione sulla rete stessa. Quando un dispositivo invia dati a un altro, i dati includono una "intestazione" che comprende gli indirizzi IP di entrambi i dispositivi, quello che invia e quello che riceve.

• Nodi: un nodo è un punto di connessione di una rete che può ricevere, inviare, creare o memorizzare dati. È essenzialmente qualsiasi dispositivo di rete, come computer, stampanti, modem, ponti o commutatori, in grado di riconoscere, elaborare e trasmettere informazioni a un altro nodo di rete. Ogni nodo richiede una qualche forma di identificazione (come un indirizzo IP o MAC) per ricevere l'accesso alla rete.

• Router: un router è un dispositivo fisico o virtuale che invia i “pacchetti” di dati tra le reti. I router analizzano i dati all'interno dei pacchetti per determinare il percorso di trasmissione migliore e utilizzano sofisticati algoritmi di routing per inoltrare i pacchetti di dati fino a raggiungere il nodo di destinazione.
  

• Commutatori: un commutatore è un dispositivo che collega i dispositivi di rete e gestisce la comunicazione da nodo a nodo all'interno di una rete, garantendo che i pacchetti di dati raggiungano la destinazione prevista. A differenza dei router, che inviano informazioni tra le reti, le commutazioni inviano informazioni tra i nodi all'interno di una rete.

  Di conseguenza, il termine "commutazione" si riferisce al modo in cui i dati vengono trasferiti tra i dispositivi in una rete. Le reti si basano su tre tipi principali di commutazione:

  • La commutazione di circuito stabilisce un percorso di comunicazione dati dedicato tra i nodi di una rete, in modo che nessun altro traffico possa attraversare lo stesso percorso. La commutazione di circuito fa in modo che l'intera larghezza di banda sia disponibile durante ogni trasmissione.

     

  • Commutazione dei messaggi, che invia messaggi interi dal nodo di origine al nodo di destinazione, con il messaggio che viaggia da commutazione a commutazione fino a raggiungere la destinazione.

     

  • La commutazione di pacchetti comporta la suddivisione dei dati in componenti indipendenti per rendere la trasmissione dati meno esigente in termini di risorse di rete. Con lo scambio di pacchetto, i pacchetti, anziché interi flussi di dati, viaggiano attraverso la rete fino alla loro destinazione finale.

     

• Porte: una porta indica una connessione specifica tra dispositivi di rete, con ogni porta identificata da un numero. Se paragoniamo un indirizzo IP all'indirizzo di un hotel, le porte sono i numeri delle suite e delle camere. I computer utilizzano i numeri di porta per determinare quali applicazioni, servizi o processi possono ricevere quali messaggi.

• Gateway: un gateway è un dispositivo hardware che facilita la comunicazione tra due reti diverse. Router, firewall e altri dispositivi gateway utilizzano convertitori di velocità, traduttori di protocollo e altre tecnologie per rendere possibile la comunicazione tra reti tra dispositivi altrimenti incompatibili.
  

L'architettura della rete di computer stabilisce il quadro teorico di un framework di computer, compresi i principi di progettazione e i protocolli di comunicazione.

Principali tipi di architetture di rete

• Architetture peer-to-peer (P2P): in un'architettura P2P, due o più computer sono connessi come "peer" hanno cioè uguale potenza e privilegi all'interno della rete. Una rete P2P non richiede un server centrale per il coordinamento: ogni computer sulla rete agisce sia come client (un computer che deve accedere a un servizio) che come server (un computer che fornisce servizi ai clienti). Ogni peer della rete mette a disposizione di altri dispositivi di rete alcune risorse, condividendo storage, memoria, larghezza di banda e potenza di elaborazione.

• Architetture client-server: in una rete client-server, un server centrale (o gruppo di server) gestisce le risorse e fornisce servizi ai dispositivi client sulla rete; i client in questa architettura non condividono le proprie risorse e interagiscono solo tramite il server. Le architetture client-server sono spesso chiamate architetture a più livelli, in quanto sono costituite da più livelli.

• Architetture ibride: le architetture ibride incorporano elementi sia del modello P2P che di quello client-server.

Mentre l'architettura rappresenta il framework teorico di una rete, la topologia è l'implementazione pratica del framework architetturale. La topologia di rete descrive la disposizione fisica e logica dei nodi e dei collegamenti su una rete, tra cui tutto l'hardware (router, switch, cavi), il software (app e sistemi operativi) e i supporti di trasmissione (connessioni cablate o wireless).

Le topologie di rete comuni includono bus, anello, stella e maglia.

In una topologia di rete a bus, ogni nodo di rete è collegato direttamente a un cavo principale. In una topologia ad anello, i nodi sono collegati a cerchio, quindi ogni dispositivo ne ha sempre due vicino. Le coppie adiacenti sono collegate direttamente, mentre quelle non adiacenti sono collegate indirettamente attraverso nodi intermediari. Le topologie di rete a stella sono dotate di un unico hub centrale attraverso il quale tutti i nodi sono collegati indirettamente.

Le topologie a maglia sono un po' più complesse, definite sovrapponendo le connessioni tra nodi. Esistono due tipi di reti a maglia: la maglia completa e la maglia parziale. In una topologia a maglia completa, tutti i nodi di rete si connettono tra loro, fornendo il massimo livello di resilienza della rete. In una topologia a maglia parziale, solo alcuni nodi della rete si collegano, solitamente quelli che scambiano dati più frequentemente.

Le topologie a maglia completa possono essere costose e richiedere molto tempo. Per questo motivo sono spesso riservate alle reti che richiedono un'elevata ridondanza. La maglia parziale, d'altra parte, fornisce meno ridondanza ma è più conveniente e più semplice da eseguire.

Indipendentemente dal sottotipo, le reti a maglia hanno capacità di auto-configurazione e auto-organizzazione; automatizzano il processo di routing, in modo che la rete trovi sempre il percorso dati più veloce e affidabile.

Che si tratti della suite di Internet Protocol, Ethernet, LAN wireless (WLAN) o standard di comunicazione cellulare, tutte le reti di computer seguono i protocolli di comunicazione, delle serie di regole a cui ogni nodo di rete deve attenersi per condividere e ricevere dati. I protocolli si basano anche su gateway per consentire la comunicazione tra dispositivi incompatibili (un computer Windows che tenta di accedere ai server Linux, ad esempio)

Molte reti moderne funzionano secondo i modelli TCP/IP, che includono quattro livelli di rete.

• Livello di accesso alla rete. Chiamato anche livello di collegamento dati o livello fisico, il livello di accesso alla rete di una rete TCP/IP include l'infrastruttura di rete (componenti hardware e software) necessaria per l'interfacciamento con il supporto di rete. Gestisce la trasmissione fisica dei dati, utilizzando l'Ethernet e protocolli come il protocollo di risoluzione degli indirizzi (ARP), tra i dispositivi della stessa rete.

• Livello Internet. Il livello Internet è responsabile dell'indirizzamento logico, del routing e dell'inoltro dei pacchetti. Si basa principalmente sul protocollo IP e sul protocollo ICMP (Internet Control Message Protocol), che gestisce l'indirizzamento e l'instradamento dei pacchetti su reti diverse.

• Livello di trasporto. Il livello di trasporto TCP/IP consente il trasferimento dei dati tra i livelli superiore e inferiore della rete. Utilizzando i protocolli TCP e UDP, fornisce anche meccanismi per il controllo degli errori e del flusso.
  
  Il TCP è un protocollo basato sulla connessione generalmente più lento ma più affidabile dell'UDP. L'UDP è un protocollo senza connessione più veloce di TCP ma non fornisce un trasferimento garantito. I protocolli UDP facilitano la trasmissione di pacchetti per le app sensibili al fattore tempo (come le piattaforme di video streaming e di gioco) e le ricerche DNS.

• Livello applicativo. Il livello applicativo di TCP/IP utilizza i protocolli HTTP, FTP, Post Office Protocol 3 (POP3), SMTP, Domain Name System (DNS) e SSH per fornire servizi di rete direttamente alle applicazioni. Gestisce inoltre tutti i protocolli che supportano le applicazioni utente. 

Sebbene il TCP/IP sia più direttamente applicabile alle reti, il modello Open Systems Interconnection (OSI), talvolta chiamato modello di riferimento OSI, ha avuto un impatto sostanziale anche sulle reti informatiche e sull'informatica in generale.

L'OSI è un modello concettuale che divide la comunicazione di rete in sette livelli astratti (anziché quattro), fornendo una base teorica che aiuta ingegneri e sviluppatori a comprendere le complessità della comunicazione di rete. Il valore principale del modello OSI risiede nella sua utilità educativa e nel suo ruolo di framework concettuale per la progettazione di nuovi protocolli, assicurandosi che possano interagire con i sistemi e le tecnologie esistenti.

Tuttavia, l'obiettivo pratico e l'applicabilità nel mondo reale del modello TCP/IP lo hanno reso la spina dorsale delle reti moderne. Il suo design robusto e scalabile e l'approccio a stratificazione orizzontale hanno guidato la crescita esplosiva di Internet, ospitando miliardi di dispositivi e enormi quantità di traffico dati.

Usando l'e-mail come esempio, esaminiamo un esempio di come i dati si spostano attraverso una rete.

Se un utente desidera inviare un'e-mail, deve prima scriverla e poi premere il pulsante "invia".  Quando l'utente preme "invia", un protocollo SMTP o POP3 utilizza il Wi-Fi del mittente per indirizzare il messaggio dal nodo mittente e attraverso gli switch di rete, dove viene compresso e suddiviso in segmenti sempre più piccoli (e infine in bit, o stringhe di 1 e 0).

I gateway di rete indirizzano il flusso di bit alla rete del destinatario, convertendo i dati e i protocolli di comunicazione secondo necessità. Quando il flusso di bit raggiunge il computer del destinatario, gli stessi protocolli indirizzano i dati dell'e-mail attraverso gli switch di rete sulla rete del destinatario. Nel processo, la rete ricostruisce il messaggio originale fino a quando l'e-mail non arriva, in forma leggibile dall'uomo, nella casella di posta del destinatario (il nodo ricevente).