Topologie di rete: cosa sono e quante ne esistono

Quando di parla di topologie di rete si fa riferimento alla disposizione dei cosiddetti componenti di rete (gli elementi che compongono una rete informatica). Nell’ambito dell’informatica con la parola “rete” si intende un qualsivoglia numero di sistemi indipendenti collegati tra di loro, con l’obiettivo di consentire scambi di dati o la condivisione di risorse comuni.

Per fare un esempio, si può definire rete la connessione tra due computer che, dal punto di vista fisico, può avvenire o via cavo o tramite onde radio.

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Cosa si intende per topologie di rete

La parola “topologia” deriva dal greco “topos” ovvero “luogo” e indica quella disciplina che studia (dal greco “logos” ovvero “discorso”) le forme delle figure. In questo caso si fa riferimento alla disposizione dei cosiddetti componenti di rete. Topologie dunque e non tipologie, anche se ci sono comunque diversi tipi di disposizione.

La topologia di rete nelle telecomunicazioni descrive il layout strutturale attraverso cui i nodi (dispositivi o punti di comunicazione) di una rete sono interconnessi, sia su un piano fisico che logico. Essenziale per l’architettura di qualsiasi rete, da quelle telefoniche a Internet e le reti informatiche, la topologia definisce il modo in cui i dati vengono scambiati e gestiti, influenzando direttamente prestazioni, affidabilità e scalabilità della rete..

Distinzione tra topologia di rete logica e topologia di rete fisica

Innanzitutto la prima distinzione è tra topologia logica e fisica:

• la topologia logica descrive il flusso dei dati attraverso una già nota dislocazione spaziale;

• la topologia fisica spiega come si configura tale dislocazione. Qui le opzioni sono diverse e prendono il nome solitamente dal grafo, il disegno e tecnicamente il modello geometrico, che si viene a creare.

Abbiamo dunque topologie ad anello, a maglia, a bus, a stella, ad albero o miste dove cioè confluiscono più forme. Prima di procedere con la differenza tra queste topologie bisogna tener presente due concetti:

• il nodo, ovvero il singolo dispositivo connesso alla rete, che può essere, come vedremo più avanti nella topologia a stella, un nodo-padre o hub, o un nodo-figlio o spoke;

• il pacchetto cioè il messaggio che passa da un nodo all’altro e che, oltre ai dati che contiene, include l’indirizzo del nodo di partenza e quello a cui viene inviato.

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LE DIVERSE TOPOLOGIE DI RETE

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1) RETE A MAGLIA

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Cos’è la rete 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.

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Come funziona la 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.

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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;

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Gli svantaggi

Complessa da realizzare e difficile da espandereper l’alto numero di collegamenti;

Costo piuttosto elevato sia per la realizzazione sia per la gestione dei diversi rami necessari;

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2) RETE A STELLA

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Cos’è una rete a stella

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.

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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.

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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.

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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.

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3) RETE AD ANELLO

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Cos’è una rete ad anello

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.

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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.

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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.

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4) RETE AD ALBERO

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Cos’è una rete ad albero

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

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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.

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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.

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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.

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5) RETE A BUS

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Cos’è una rete a bus

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.

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Come funziona una rete 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.

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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.

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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.