Tipologia di reti

In telecomunicazioni la topologia di rete è il modello geometrico (grafo) finalizzato a rappresentare le relazioni di connettività, fisica o logica, tra gli elementi costituenti la rete stessa (detti anche nodi).

Varie topologie di rete. Dall’alto in basso, da sinistra a destra: ad anello, a mesh, a stella, totalmente connessa, daisy-chaining lineare, ad albero, a bus.

Il concetto di topologia si applica a qualsiasi tipo di rete di telecomunicazioni: telefonica, rete di computer, Internet  

Le reti in base alla loro dimensione geografica sono:
– LAN: sono reti di superficie ridotta caratterizzate da alte prestazioni e mezzi trasmessivi molto veloci.
– WAN: si parla di wan quando l’estensione della rete supera qualche km e l’unione avviene tramite il suolo pubblico.
– MAN: si ha quando la rete copre un’intera area urbana ed è la fibra ottica.

Topologia lineare aperta

Rappresentazione di una rete lineare

In questo tipo di topologia, spesso chiamata anche daisy-chain, ogni nodo è collegato con un ramo al nodo adiacente precedente e con l’altro ramo al nodo adiacente successivo. I nodi terminali sono invece adiacenti a un solo nodo. La comunicazione tra due nodi non adiacenti deve attraversare tutti i nodi intermedi, percorrendo i rami relativi: ogni passaggio tra due nodi viene detto salto o hop.

In una rete lineare aperta costituita da N nodi, il numero R di rami necessari per il collegamento tra tutti i nodi è dato dalla relazione:

{\displaystyle R=N-1}

Questa relazione inoltre fornisce anche la formula del numero di hop necessari perché un’informazione generata da un nodo A raggiunga il nodo di destinazione B dovendo attraversare una sottorete composta complessivamente da Nnodi (A, B e gli N-2 nodi intermedi).

Questa topologia possiede considerevoli svantaggi, primo tra tutti la scarsissima affidabilità: se un nodo si guasta o un ramo si interrompe, la rete viene divisa in due sottoreti isolate. Anche per quanto riguarda la scalabilità, questa struttura è poco efficiente, dato che comporta un’interruzione dell’attività di rete per aggiungere o eliminare un nodo intermedio.

Topologia ad anello

Rappresentazione di una rete ad anello

Una topologia ad anello è una topologia lineare di tipo chiuso, in cui a tutti i nodi fanno capo due rami. Tutti i nodi sono collegati con un ramo al nodo adiacente precedente e con l’altro ramo al nodo adiacente successivo.

In una rete ad anello costituita da {\displaystyle N} nodi, il numero di rami necessari per il collegamento tra tutti i nodi è dato dalla relazione:

{\displaystyle R=N}

Questa formula fornisce anche la relazione per determinare in modo algoritmico il numero di hop necessari per percorrere l’intero anello e viene usata anche per evitare situazioni in cui un’informazione continua a percorrere l’anello indefinitamente senza mai arrivare a destinazione, consumando banda.

Le topologie ad anello sono molto diffuse per via dell’alta tolleranza/robustezza ai guasti dato che l’informazione trasmessa può viaggiare in entrambi i versi/sensi dell’anello per raggiungere una certa destinazione, e non necessita di un nodo centrale per gestire la connessione tra i computer.

Consentono inoltre di ottimizzare l’utilizzo della banda disponibile, per esempio inviando alcuni pacchetti in un verso e altri pacchetti nel verso opposto, bilanciando così l’impiego delle risorse e limitando la possibilità che una parte dell’anello risulti congestionata mentre l’altra parte è scarica.

Di contro, la scalabilità presenta dei problemi, dato che l’aggiunta o la rimozione di un nodo presuppone una variazione della velocità della rete e l’apertura dell’intero anello e inoltre, a seconda delle tecnologie trasmissive e dei protocolli trasmissivi, potrebbe esserci un limite al numero massimo di nodi utilizzabili, per esempio per vincoli legati all’eventuale numero massimo di hop consentiti o al ritardo di propagazione ammesso.

Nel campo delle reti di computer, le più diffuse implementazioni della rete ad anello sono la Token ring^[1] e la Token bus, in cui un pacchetto viene trasmesso da un nodo all’altro fino ad arrivare a destinazione, con un meccanismo di salvaguardia che evita che un pacchetto continui a girare indefinitamente nell’anello (quando il pacchetto viene ricevuto di nuovo nel nodo in cui è entrato nell’anello, ossia quando ha compiuto un giro completo senza riconoscere alcun nodo come destinazione, viene scartato, vedi relazione sul numero di hop).

Nel caso delle reti telefoniche, le strutture ad anello vengono usate per la distribuzione e aggregazione del traffico sia su area metropolitana che su area regionale, oltre che per collegamenti di lunghissima distanza come le reti sottomarine transcontinentali.

Topologia punto a punto

È la topologia più semplice con un collegamento dedicato tra due endpoint.

Il più semplice da comprendere, tra le variazioni della topologia punto-punto che appare, all’utente, in modo da essere associato permanentemente ai due endpoint.

Il telefono con i barattoli e il filo di stoffa che li collega è un esempio di canale fisico dedicato.

Utilizzando tecnologie di commutazione di circuito o commutazione a pacchetto, un circuito point-to-point può essere impostato dinamicamente e rilasciato quando non più necessario.

Le topologie commutate point-to-point sono il modello base della telefonia convenzionale.

Il valore di una rete punto-punto permanente è una comunicazione senza impedimenti tra i due endpoint.

Il valore di una connessione point-to-point su richiesta è proporzionale al numero di potenziali coppie di abbonati ed è stato espresso come Legge di Metcalfe.

Questa rete è utilizzata nei ponti radio wireless a lunga distanza e, quindi, le due stazioni sono collegate tramite un canale diretto.

Topologie lineari complesse

Topologia ad albero

Topologia di rete ad albero

La topologia ad albero è una variante più complessa di una struttura lineare, caratterizzata dal fatto che da ciascun nodo possono dipartirsi più catene lineari distinte e non intersecantesi, realizzando così una struttura multilivello. Anche in questo tipo di topologia, per ogni coppia di nodi esiste un solo percorso di collegamento; ogni nodo è collegato a un solo nodo del livello superiore (nodo padre) tramite un solo ramo e a uno o più nodi del livello inferiore (nodi figli) tramite uno o più rami dedicati (diramazione). Il nodo da cui prende origine tutta la topologia viene denominato anche “nodo radice” (root) mentre i nodi terminali vengono denominati “foglie” (leaf).

Essendo sostanzialmente un’estensione della topologia lineare semplice, anche per questa topologia la relazione tra nodi e rami è data da: {\displaystyle R=N-1}.

Una caratteristica di questa rete è che la comunicazione tra due nodi distinti dello stesso livello può avvenire solo risalendo la struttura fino al primo nodo padre comune, che deve quindi essere dotato di funzionalità di distribuzione più sofisticate per poter determinare la diramazione corretta verso cui instradare il segnale.

Topologia a stella

Topologia di rete a stella.

Le reti a stella sono tra le più comuni topologie di rete.

Questa topologia di rete consiste in un hub o switch che funge da punto centrale per la trasmissione delle informazioni e ogni host è connesso a tale punto (hub/switch).

I dati all’interno di una rete a stella attraversano l’hub prima di arrivare a destinazione. Inoltre l’hub gestisce e controlla tutte le funzionalità della rete (funziona anche come ripetitore per il flusso di dati).

Questa tipologia di rete riduce l’impatto di un guasto sulla linea trasmissiva collegando in modo indipendente ciascun host all’hub. Ogni host può comunicare con tutti gli altri e l’hub.

Il guasto di una linea trasmissiva che collega un host all’hub determinerà l’isolamento di tale host da tutti gli altri, ma il resto della rete continuerà a funzionare tranquillamente.

La configurazione a stella è tra le più comuni usate per i cavi a doppino e fibra ottica. Tuttavia può essere utilizzata anche con cavi di tipo coassiali.

Tipologie Generali di Reti

Reti centralizzateLe reti centralizzate sono costituite da una o più unità centrali definite mainframe e da una serie di terminali collegati direttamente al computer principale.

L’elaborazione dei dati viene effettuata quasi totalmente all’interno dell’unità centrale.Utilizzano, solitamente, hardware dedicato e costoso, non sono molto flessibili e scalabili.

Reti Peer-to-PeerLe reti Peer-to-Peer (p2p) sono costituite da un gruppo di calcolatori,  generalmente non molto potenti, che devono condividere dati e periferiche. In una rete di questo tipo non esiste un elaboratore centrale che è di riferimento per gli altri, ma tutti i calcolatori sono sullo stesso piano ed operano sia come client che come server.Non esiste una figura amministrativa centralizzata che gestisca gli utenti, le password e le impostazioni di sicurezza dell’intera rete. Ogni calcolatore ha un amministratore locale che decide quali sono le risorse che devono essere messe a disposizione degli altri e con quali permessi.I vantaggi della rete Peer-to-Peer permettono:

• la riduzione dei costi di installazione. Non si ha necessità di acquistare un sistema operativo di tipo server per la gestione della rete ma si può lavorare con sistemi operativi non particolarmente costosi come ad esempio Linux, Windows Xp/Seven, Mac OS X.
• la semplicità di amministrazione. La gestione di un sistema operativo di tipo server è molto più complessa e richiede quasi sempre delle competenze specifiche e personale tecnico preparato allo scopo.

Gli svantaggi sono legati al fatto che il sistema Peer-to-Peer non è adatto per reti di grandi dimensioni.

Le reti client-server

Le reti client-server sono costituite da una o più macchine di tipo server che esplicano la fuinzione di punto di riferimento per gli altri calcolatori della rete: i client.Un server è un computer di tipo particolare che mette a disposizione le proprie risorse come memoria, potenza di elaborazione, periferiche, servizi, a disposizione degli altri computer della rete.I client, invece, sono elaboratori dotati di memoria e capacità elaborative locali e che utilizzano le risorse che i server mettono a disposizione.La gestione di un server di questo tipo richiede, ovviamente, l’implementazione di un sistema operativo di tipo server, come ad esempio Unix, Linux, Windows Server, Mac OS X Server.Dal punto di vista amministrativo, le reti client server, solitamente, basano il loro funzionamento sul concetto di dominio.Un dominio è un insieme di calcolatori che viene amministrato in maniera centralizzata in cui uno o più utenti  hanno il controllo completo sull’intera rete. Questi utenti particolari vengono  definiti amministratori di dominio. Essi sono in grado di creare account per gli altri utenti, gestirne le password, configurarne l’ambiente di lavoro, distribuire software ed impostare permessi.Di solito l’architettura client server rappresenta la soluzione migliore quando il numero di Pc che devono essere collegati in rete è elevato.I vantaggi di questo tipo di modello sono:

• scalabilità del sistema
• possibilità di gestire le impostazione di sicurezza in maniera centralizzata
• possibilità di ottimizzare l’utilizzo delle risorse con conseguente incremento delle prestazioni generali.

Lo svantaggio principale deriva dal fatto che l’implementazione e l’amministrazione di un sistema del genere richiedono maggiori competenze tecniche e personale più specializzato. WIKIPEDIA