Topologia delle reti informatiche:
quante sono e come funzionano

L’articolo tratta il tema della topologia delle reti informatiche, i differenti modelli e come funzionano.

Con topologia di rete si descrive quell’insieme di interconnessioni tra dispositivi o elementi in una rete di un’infrastruttura IT.

Una topologia di rete è la disposizione fisica e logica dei nodi e delle connessioni.

Questi nodi sono switch, router e software, con funzionalità di switch e router, che aiutano a completare l’insieme di un network e la posizione dei flussi di traffico di un’azienda.

Uno dei motivi per realizzare una rappresentazione grafica di una topologia di rete è che gli amministratori IT possono sfruttare i diagrammi mostrati per determinare i posizionamenti migliori per ogni nodo e il percorso ottimale per il flusso del traffico.

Non a caso, una topologia di rete informatica ben definita e pianificata permette di scovare più facilmente i guasti e risolvere i problemi, e di conseguenza migliorare l’efficienza del trasferimento dei dati.

La topologia della rete informatica svolge un ruolo importante nel funzionamento di una rete, questo perché la scelta della giusta topologia può aiutare ad aumentare le prestazioni.

Topologia reti informatiche

Cosa si intende con topologia di rete

Quando si costruisce una rete di computer, è necessario definire quale topologia di rete si desidera utilizzare.

Esistono diversi tipi di topologie di rete utilizzate al giorno d’oggi, ognuna con i suoi pro e contro.

La topologia scelta determina le prestazioni ottimali della rete, le opzioni di scalabilità, la facilità di manutenzione e i costi di realizzazione. Ecco perché è importante selezionare il giusto tipo di topologia.

La topologia di rete o la configurazione di rete definisce la struttura della rete e il modo in cui i componenti di rete sono collegati.

Le topologie di reti informatiche sono generalmente rappresentati con diagrammi per comodità e chiarezza.
Esistono due tipi di topologia di rete: fisica e logica.

Concetti chiave nelle reti informatiche: topologia logica e topologia fisica

La topologia fisica descrive il modo in cui i dispositivi di rete (chiamati computer, stazioni o nodi) sono fisicamente collegati in un network di computer.

Lo schema geometrico, le connessioni, le interconnessioni, la posizione del dispositivo, il numero di adattatori di rete utilizzati, i tipi di adattatori di rete, il tipo di cavo, i connettori dei cavi e altre apparecchiature di rete sono gli aspetti della topologia fisica della rete.

La topologia logica rappresenta il flusso di dati da una stazione all’altra, il modo in cui i dati vengono trasmessi e ricevuti, il percorso dei dati nella rete e quali protocolli vengono utilizzati.

La topologia di rete logica spiega come i dati vengono trasferiti su una topologia fisica. Le risorse cloud e di rete virtuale fanno parte della topologia logica.

Le topologie di rete

Nella rete, esistono vari modi attraverso i quali i diversi componenti sono connessi.

La topologia di rete è il modo in cui definisce la struttura e il modo in cui questi componenti sono collegati tra loro.

La disposizione di una rete che comprende nodi e linee di collegamento tramite mittente e destinatario viene definita topologia di rete.

Le varie topologie di rete sono:

Topologia punto per punto

La topologia punto-punto funziona con i conetti di mittente e destinatario. È la comunicazione più semplice tra due nodi, in cui uno è il mittente e l’altro è il destinatario.

La tecnologia Point-to-Point, per come è realizzata nella sua semplicità, fornisce un’elevata larghezza di banda.

Topologia mesh

In una topologia mesh, ogni dispositivo è collegato ad un altro tramite un canale particolare.
I principali protocolli utilizzati sono AHCP e DHCP.
Ogni dispositivo è collegato a un altro tramite canali dedicati. Questi canali sono conosciuti come collegamenti.

I vantaggi vanno dalla comunicazione che è molto veloce tra i nodi alla possibilità di diagnosticare facilmente un guasto. Inoltre, i dati sono affidabili perché vengono trasferiti tra i dispositivi attraverso canali o collegamenti dedicati.
La tecnologia mesh fornisce sicurezza e privacy.

Svantaggi della topologia mesh sono che l’installazione e la configurazione sono difficili. Il costo dei cavi è elevato poiché è richiesto un cablaggio sfuso, quindi adatto a un numero inferiore di dispositivi.

Il costo della manutenzione è elevato. Un esempio comune di topologia mesh è la dorsale Internet, dove diversi fornitori di servizi Internet sono collegati tra loro tramite canali dedicati.

Questa topologia viene utilizzata anche nei sistemi di comunicazione militare e nei sistemi di navigazione aerea.

Topologia a stella

Nella topologia a stella, tutti i dispositivi sono collegati a un unico hub tramite un cavo.
Questo hub è il nodo centrale e tutti gli altri nodi sono collegati al nodo centrale.

L’hub può essere di natura passiva, ovvero non un hub intelligente come i dispositivi di trasmissione, allo stesso tempo però può essere intelligente e noto come hub attivo.

Per collegare i computer vengono utilizzati cavi coassiali o cavi RJ-45.

Nella topologia a stella, vengono usati molti protocolli LAN Ethernet popolari come CD (Collision Detection) e CSMA (Carrier Sense Multiple Access).

Se i dispositivi sono collegati tra loro in una topologia a stella, il numero di cavi necessari per collegarli è lo stesso del numero dei device stessi, quindi la configurazione è semplice.

Ogni dispositivo richiede solo una porta per connettersi all’hub, quindi il numero totale di porte richieste è pari ai device connessi.

Ci sono però anche dei limiti: se l’hub su cui si basa l’intera topologia fallisce, l’intero sistema crollerà. Questo perché le prestazioni si basano sul singolo concentratore, ovvero l’hub.

Topologia a bus

La topologia a bus è un tipo di rete in cui ogni computer e dispositivo di rete è collegato a un singolo cavo. Si tratta di una tecnologia bidirezionale, una connessione multipunto e non robusta perché se la dorsale si guasta la topologia si blocca.

Nella topologia a bus, vari protocolli MAC (Media Access Control) sono seguiti da connessioni Ethernet LAN come TDMA, Pure Aloha, CDMA, Slotted Aloha, ecc. Se N dispositivi sono collegati tra loro in una topologia a bus, il numero di cavi necessari per collegarli è uno, noto come cavo backbone.

I cavi coassiali o a doppino intrecciato vengono utilizzati principalmente nelle reti basate su bus che supportano fino a 10 Mbps. Il costo del cavo è inferiore rispetto ad altre topologie, ma viene utilizzato per realizzare reti di piccole dimensioni.

Topologia ad anello

In questa topologia, un anello collega i dispositivi vicini.

Viene usato un numero elevato di nodi e numerosi ripetitori, perché se qualcuno vuole inviare dei dati all’ultimo nodo nella topologia ad anello con 100 nodi, i dati dovranno passare attraverso 99 nodi per raggiungere il centesimo nodo. Pertanto, per prevenire la perdita di informazioni, nella rete vengono utilizzati i ripetitori.

I dati fluiscono in una direzione, cioè sono unidirezionali, ma possono essere resi bidirezionali avendo due connessioni tra ciascun nodo di rete, in quella che viene chiamata Topologia Dual Ring.

CSMA è il metodo più comune per questo tipo di topologia, che resta piuttosto lice, ma richiede comunque molti cavi.

Se il cavo comune si guasta, l’intero sistema crollerà.

Se il traffico di rete è intenso, aumentano le collisioni nella rete. Per evitare ciò, nel livello MAC vengono utilizzati vari protocolli noti come Pure Aloha, Slotted Aloha, CSMA/CD.

Topologia ad albero

Questa topologia è la variazione della topologia a stella.

Presenta un flusso gerarchico di dati. Nella topologia ad albero vengono utilizzati protocolli come DHCP e SAC (Standard Automatic Configuration).

Consente di collegare più dispositivi a un singolo hub centrale, riducendo così la distanza percorsa dal segnale per raggiungere i device.

Consente alla rete di isolarsi e anche di dare priorità a diversi computer. Il rilevamento e la correzione degli errori sono molto semplici in una topologia ad albero.

Detto ciò, se l’hub centrale si guasta, l’intero sistema fallisce. Il costo è elevato a causa del cablaggio. Inoltre, se vengono aggiunti nuovi dispositivi, diventa difficile riconfigurarli.

Topologia ibrida

Questa tecnologia è la combinazione di tutti i vari tipi di topologie che abbiamo esaminato finora. La topologia ibrida viene utilizzata quando i nodi sono liberi di assumere qualsiasi forma.

Ciò significa che possono essere come la topologia ad anello o a stella o una combinazione di vari tipi di topologie.

Ogni singola topologia utilizza il protocollo discusso in precedenza.

È dunque molto flessibile e infatti la dimensione della rete può essere facilmente ampliata aggiungendo nuovi dispositivi. C’è da dire che è impegnativo progettare l’architettura della rete ibrida.

Gli hub utilizzati in questa topologia sono molto costosi. Il costo dell’infrastruttura è molto elevato poiché la topologia richiede molti cavi e device di rete.

Configurare una rete informatica

Per creare una rete aziendale bisogna tener conto delle dimensioni che si hanno al momento e di quelle che si vogliono raggiungere.

Per configurare e installare una rete c’è da conoscere innanzitutto gli ambienti dell’azienda e la presenza di collegamenti fisici, soprattutto se si sceglie una rete cablata.

Oltre ovviamente alla presenza di computer e altri device, occorre necessariamente uno switch per smistare il traffico tra i computer.

Questo vale sia per le connessioni via cavo che per quelle wireless.

Switch

Mette in comunicazione i dispositivi connessi alla rete e consente la condivisione e lo scambio dei dati digitali.
Lo switch non si limita ad inviare i dati in senso generico, ma li instrada verso il destinatario prescelto.

Router

Il router è un dispositivo che si occupa di connettere tra loro più reti locali, grazie ad un indirizzo IP.
Il router prende il nome da una delle sue attività principali: l’instradamento (routing) dei dati, ossia la direzione dove questi devono essere indirizzati.

Modem

Il modem è un dispositivo che consente di connettere una rete locale alla rete internet, convertendo i segnali analogici della rete telefonica in segnali digitali che i dispositivi informatici sono in grado di gestire con le loro applicazioni.

Molto utilizzati anche in ambito domestico, i modem-router consentono di instradare i dati tra dispositivi collocati su reti locali differenti, utilizzando nel caso la rete internet per veicolare i messaggi.

Firewall

Permette di monitorare il traffico dati in entrata e in uscita e di proteggere la rete da qualsiasi tentativo di intrusione.

Esistono varie tipologie di firewall, sia hardware che software, che consentono di proteggere sia intere LAN / WLAN che un singolo dispositivo.

Server VPN

Questi hanno un ruolo fondamentale nell’intraprendere e terminare le connessioni VPN per garantire un accesso sicuro alla rete aziendale, criptando le comunicazioni degli utenti da e verso le rete internet.

In IFI, progettare l’architettura della rete significa analizzare i processi aziendali e le tecnologie presenti, per comporre la soluzione più adatta a sostenere il business.