Cos'è il computer networking?

Il networking, o computer networking, implica il collegamento di due o più dispositivi informatici (ad esempio, computer desktop, laptop, dispositivi mobili, router, applicazioni) per consentire la trasmissione e lo scambio di informazioni e risorse.

I dispositivi in rete si basano su protocolli di comunicazione, ovvero regole che descrivono come trasmettere o scambiare dati attraverso una rete, consentendo loro di condividere informazioni tramite connessioni fisiche o wireless.

Le reti informatiche costituiscono la spina dorsale di quasi tutte le esperienze digitali, dalle comunicazioni personali e l'intrattenimento alle operazioni aziendali cloud-native, fino alle infrastrutture globali. Progettate per la scalabilità, la velocità e la sicurezza IT, le reti moderne supportano flussi di dati dinamici sia nei sistemi on-premise che negli ambienti cloud virtualizzati .

Prima delle pratiche di rete attuali, gli ingegneri informatici dovevano spostare fisicamente i computer per condividere i dati tra i dispositivi: un compito arduo in un'epoca in cui i computer erano grandi e ingombranti.

Per semplificare il processo (soprattutto per i dipendenti governativi), il Dipartimento della Difesa ha finanziato la creazione della prima rete informatica funzionante (chiamata infine ARPANET) alla fine degli anni '60. Questa pietra miliare ha gettato le basi non solo per Internet ma anche per il cloud networking, che oggi supporta infrastrutture e servizi di applicazione distribuiti a livello globale.

Da allora, le pratiche di rete e i sistemi informatici che le guidano si sono evoluti enormemente. Le moderne reti informatiche facilitano la comunicazione tra più dispositivi su larga scala per ogni scopo di business, intrattenimento e ricerca. Internet, la ricerca online, le e-mail, la condivisione di audio e video, il commercio online, il live streaming e i social media esistono grazie ai progressi dell'informatica nel networking.

In ambito aziendale, questo progresso ha portato a modelli di rete più flessibili orientati all'infrastruttura cloud. Le organizzazioni si affidano sempre più a strategie di networking hybrid cloud e multicloud, in cui le applicazioni e i dati fluiscono perfettamente tra l'infrastruttura on-premise e gli ambienti cloud forniti dai provider di servizi cloud. Alcuni noti provider sono AWS, Microsoft Azure, IBM® Cloud e Google Cloud Platform. Questa strategia di rete cloud-first consente alle aziende di scalare le risorse in modo dinamico, ridurre i costi dell'infrastruttura e accedere a servizi avanzati senza mantenere l'hardware fisico.

L'intelligenza artificiale (AI) e il machine learning (ML) stanno trasformando ulteriormente il networking, dando vita a sistemi più intelligenti e adattivi. Queste tecnologie aiutano ad automatizzare la gestione della rete, a migliorare la sicurezza attraverso il rilevamento delle anomalie e a ottimizzare le prestazioni prevedendo e rispondendo ai modelli di traffico in tempo reale.

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

Quando un utente desidera inviare un'e-mail, deve prima scriverla e quindi 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 attraverso gli switch di rete. Qui il messaggio è compresso e suddiviso in segmenti sempre più piccoli (e infine in bit, o stringhe di uno e zero).

I gateway di rete indirizzano il flusso di bit alla rete del destinatario, convertendo i dati e i protocolli di comunicazione in base alle 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. Durante questo processo, la rete ricostruisce il messaggio originale finché l'e-mail non arriva in forma leggibile nella casella di posta del destinatario (il nodo ricevente).

Per comprendere appieno le reti informatiche, è essenziale esaminare i componenti di rete e le loro funzionalità, tra cui:

• Indirizzo IP: un indirizzo IP è un 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. Quando un dispositivo invia dati a un altro, i dati includono un "header" che consiste negli indirizzi IP di entrambi i dispositivi, ovvero 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 di fatto qualsiasi dispositivo di rete (ad esempio, un computer, una stampante, un modem, un bridge o uno switch) 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 “pacchetti” di dati tra le reti. I router analizzano i dati all'interno dei pacchetti per determinare il percorso di trasmissione ottimale e utilizzano sofisticati algoritmi di routing per inoltrare i pacchetti di dati fino a raggiungere il nodo di destinazione previsto.
  

• Switch: uno switch è un dispositivo che connette i dispositivi di rete e gestisce la comunicazione da nodo a nodo attraverso una rete, assicurando che i pacchetti di dati raggiungano le loro destinazioni previste. A differenza dei router, che inviano informazioni tra le reti, gli switch inviano informazioni tra i nodi all'interno di una rete.

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

  • La commutazione di messaggio invia messaggi interi dal nodo di origine al nodo di destinazione. Il messaggio viaggia da switch a switch fino a raggiungere la destinazione.

  • La commutazione di pacchetto comporta la suddivisione dei dati in componenti indipendenti per rendere la trasmissione dei dati meno esigente in termini di risorse di rete. Con la commutazione 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 e ogni porta è identificata da un numero univoco. 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 determinati messaggi.

• Gateway: i gateway sono dispositivi hardware che facilitano la comunicazione tra due reti diverse. Router, firewall e altri dispositivi gateway utilizzano convertitori di velocità, traduttori di protocollo e altre tecnologie per facilitare la comunicazione tra reti di dispositivi altrimenti incompatibili.
  

Sebbene i componenti di rete tradizionali (ad esempio router, switch, porte, gateway) rimangano fondamentali per le operazioni di rete, gli ambienti cloud hanno trasformato il modo in cui questi elementi vengono implementati e gestiti.

Negli ambienti cloud, molti di questi componenti tradizionali sono virtualizzati e offerti come servizi gestiti, consentendo alle organizzazioni di creare solide infrastrutture di rete senza la necessità di mantenere l'hardware fisico. I provider di cloud astraggono la complessità sottostante, pur basandosi sugli stessi principi fondamentali di rete, ma con una maggiore scalabilità, flessibilità e portata globale.

Le reti moderne si basano sempre più su componenti cloud-native che estendono e migliorano le capacità di rete tradizionali. Questi componenti sono:

• Bilanciatori di carico: i bilanciatori di carico distribuiscono il traffico in entrata su più server o servizi.

• Content Delivery Network (CDN): le Content delivery network memorizzano nella cache i contenuti web statici e dinamici più vicini agli utenti, riducendo la latenza e migliorando le prestazioni delle applicazioni.

• Cloud privati virtuali (VPC): i cloud privati virtuali forniscono ambienti di rete isolati all'interno di un'infrastruttura di cloud pubblico.

• API gateway: gli API gateway gestiscono, indirizzano e proteggono il traffico tra le applicazioni e le loro interfacce di programmazione tramite API, garantendo una comunicazione sicura e affidabile.

• Middleware: il middleware funge da ponte tra applicazioni, servizi e database, facilitando la comunicazione, lo scambio di dati e l'integrazione in ambienti distribuiti o cloud-native.

• Service mesh: i service mesh gestiscono la comunicazione interna da servizio a servizio in moderne applicazioni basate su microservizi, gestendo attività come il bilanciamento del carico, il routing del traffico e la sicurezza.

In genere, le aree geografiche definiscono le reti informatiche. Una rete locale (LAN) connette i computer all'interno di uno spazio fisico definito, mentre una rete geografica (WAN) può connettere i computer tra i continenti. Tuttavia, le reti sono definite anche dai protocolli che utilizzano per comunicare, dalla disposizione fisica dei componenti, dal modo in cui gestiscono il traffico di rete e dallo scopo che hanno nei rispettivi ambienti.

I tipi di reti informatiche più comuni e ampiamente utilizzate rientrano in tre grandi categorie:

• Tipologie di rete per area geografica

• Tipi di rete per mezzo di trasmissione

• Tipi di rete per tipo di comunicazione

I tipi di rete in questa categoria si distinguono in base all'area geografica coperta dalla rete.

I nodi di rete possono inviare e ricevere messaggi utilizzando collegamenti (connessioni) cablati o wireless.

Le reti di elaborazione possono trasmettere dati utilizzando una gamma di dinamiche di trasmissione, tra cui: 

L'architettura di rete informatica stabilisce il framework teorico per una rete informatica, inclusi i principi di progettazione e i protocolli di comunicazione.

I principali tipi di architetture di rete includono:

• Architetture peer-to-peer (P2P)

• Architetture client-server

• Architetture ibride

In un'architettura P2P, due o più computer sono connessi come "peer", ovvero hanno 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 client). 

Ogni peer della rete mette a disposizione di altri dispositivi di rete alcune risorse, condividendo storage, memoria, larghezza di banda e potenza di elaborazione.

All'interno di un'organizzazione ad alta intensità di ricerca, ad esempio, i membri del team potrebbero utilizzare un sistema di condivisione di file decentralizzato per scambiare set di dati di grandi dimensioni direttamente tra le loro workstation, eliminando la necessità di un server centrale.

In una rete client-server, un server centrale (o un gruppo di server) gestisce le risorse e fornisce i 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 definite architetture a livelli a causa dei loro livelli multipli.

Ad esempio, in un ambiente aziendale che utilizza un'architettura client-server, i dipendenti (client) hanno spesso accesso a un sistema centrale di risorse umane (server). Questo server consente loro di gestire i dati personali, inviare richieste di ferie e visualizzare documenti interni.

Le architetture ibride incorporano elementi sia del modello P2P che di quello client-server. Molte aziende richiedono sia servizi centralizzati (come l'autenticazione degli utenti) che funzionalità peer-to-peer (come la condivisione locale di file) per ottimizzare le prestazioni e l'uso delle risorse.

Mentre l'architettura rappresenta il framework teorico di una rete, la topologia si riferisce all'implementazione pratica di tale framework. La topologia di rete descrive la disposizione fisica e logica dei nodi e dei collegamenti in una rete. Include tutto l'hardware (ad esempio, router, switch, cavi), il software (ad esempio, app, sistemi operativi) e i mezzi di trasmissione (ad esempio, connessioni cablate, wireless).

Le topologie di rete comuni includono:

• Topologia di rete bus

• Topologia di rete ad anello

• Topologia di rete a stella

• Topologia di rete a maglia

In una topologia bus, ogni nodo della rete è collegato direttamente a un cavo principale.

In una topologia ad anello, i nodi sono collegati in un loop, quindi ogni dispositivo ne ha sempre due vicini. Le coppie adiacenti sono collegate direttamente, mentre quelle non adiacenti sono collegate indirettamente tramite nodi intermedi. 

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 più complesse, definite sovrapponendo le connessioni tra nodi. Esistono due tipi di reti a maglia: completa o parziale.

In una topologia a maglia completa, ogni nodo di rete si connette a ogni altro nodo di rete, fornendo il massimo livello di resilienza della rete. In una topologia a maglia parziale, solo alcuni nodi di rete si connettono, in genere i nodi 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. Tuttavia, la maglia parziale fornisce meno ridondanza ma è più conveniente e più semplice da eseguire.

Indipendentemente dal sottotipo, le reti mesh hanno funzionalità di configurazione e organizzazione autonome e automatizzano il processo di routing, affinché la rete trovi il percorso dati più veloce e affidabile.

Che si tratti della suite di Internet Protocol (IP), Ethernet, LAN wireless (WLAN) o standard di comunicazione cellulare, tutte le reti informatiche seguono i protocolli di comunicazione. Questi protocolli sono insiemi di regole che ogni nodo della rete deve seguire per condividere e ricevere i dati.

L'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) stabilisce gli standard globali per le tecnologie di rete e sviluppa e gestisce molti di questi protocolli, tra cui Ethernet (IEEE 802.3) e Wi-Fi (IEEE 802.11). I protocolli di rete si basano anche sui gateway per consentire la comunicazione tra dispositivi incompatibili (ad esempio, un computer Windows che tenta di accedere ai server Linux).

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 necessaria per l'interfacciamento con il supporto di rete. Questo livello gestisce la trasmissione fisica dei dati, utilizzando 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 sull'Internet Control Message Protocol (ICMP), che gestisce l'indirizzamento e routing dei pacchetti su reti diverse.

• Livello di trasporto: il livello di trasporto TCP/IP consente il trasferimento dei dati tra i livelli superiori e inferiori della rete. Utilizzando i protocolli TCP e UDP, fornisce anche meccanismi per il controllo degli errori e del flusso. TCP (Transmission Control Protocol) è un protocollo basato sulla connessione più lento ma più affidabile dell'UDP. UDP (User Data Protocol) è un protocollo senza connessione che è più veloce del TCP ma non offre un trasferimento garantito. I protocolli UDP facilitano la trasmissione di pacchetti per applicazioni sensibili al fattore tempo (come video streaming e piattaforme di gioco) e le ricerche di Domain Name System (DNS).

• Livello di applicazione: il livello di applicazione di TCP/IP utilizza protocolli come HTTP (Hypertext Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol), POP3 (Post Office Protocol 3), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), DNS e SSH (Secure Shell). Questi protocolli vengono utilizzati per fornire servizi di rete direttamente alle applicazioni. Questo livello gestisce inoltre tutti i protocolli che supportano le applicazioni utente.

Sebbene TCP/IP sia la suite di protocolli utilizzata oggi nella maggior parte delle reti, il modello Open Systems Interconnection (OSI) è un framework standardizzato che definisce il modo in cui i dati si spostano attraverso una rete su sette livelli.

Ogni livello ha un ruolo specifico: dall'invio di bit grezzi attraverso i cavi nel livello fisico, alla gestione delle applicazioni utente nel livello superiore. Questo approccio a più livelli aiuta i network engineer a progettare, risolvere i problemi e standardizzare la comunicazione tra sistemi diversi. Sebbene l'OSI di per sé non sia un insieme di protocolli utilizzati nella pratica, il suo modello rimane fondamentale per comprendere come interagiscono le diverse tecnologie di rete.

Dalle aziende globali agli utenti quotidiani, le reti informatiche sono alla base di quasi ogni esperienza digitale, dispositivo di connessione, applicazione di dati e utente in tutto il mondo. In ambito aziendale, supportano le operazioni, abilitando i servizi cloud, la collaborazione in tempo reale e lo scambio sicuro di dati. Ecco alcuni dei casi d'uso più comuni delle reti informatiche:

• Trasferimento dati efficiente

• Altro data storage

• Condivisione delle conoscenze semplificata

• Gestione automatizzata della rete e rilevamento delle minacce

• Solida sicurezza della rete

Il networking consente ogni forma di comunicazione digitale, tra cui e-mail, messaggistica, condivisione di file, videochiamate e streaming. Il collegamento in rete collega tutti i server, le interfacce e i mezzi di trasmissione che rendono possibile la comunicazione aziendale.

Senza il networking, le organizzazioni dovrebbero memorizzare i dati in repository di dati individuali, un'operazione insostenibile nell'era dei big data. Le reti informatiche aiutano i team a mantenere degli storage dei dati centralizzati che servono l'intera rete, liberando preziosa capacità di storage per altre attività.

Le comuni soluzioni di storage basate su rete includono le storage area network (SAN) e il network attached storage. La SAN offre il block storage ad alta velocità, solitamente utilizzato per applicazioni mission-critical come database e virtualizzazione, mentre il NAS fornisce file storage accessibile tramite una rete standard.

Approfondimenti sulle differenze tra SAN e NAS.

Utenti, amministratori di rete e sviluppatori traggono tutti vantaggio dal modo in cui il networking semplifica la condivisione di risorse e conoscenze. I dati di rete sono più facili da richiedere e recuperare, affinché utenti e client ottengano risposte più rapide dai dispositivi di rete. I dati in rete offrono benefici anche dal punto di vista aziendale, poiché facilitano la collaborazione e la condivisione delle informazioni via via che le tecnologie e le imprese si evolvono.

L'AI e gli algoritmi aiutano ad automatizzare attività complesse, come il monitoraggio della rete, l'analisi del traffico, il rilevamento delle anomalie e la risposta agli incidenti, la riduzione degli interventi manuali e il rafforzamento generale della sicurezza della rete.

Ad esempio, molte organizzazioni in settori come le telecomunicazioni, i servizi finanziari e l'industria manifatturiera si affidano a un centro operativo di rete (NOC) per monitorare e gestire costantemente le prestazioni, la disponibilità e la sicurezza della rete.

Le soluzioni di rete ben progettate non solo sono più resilienti, ma offrono alle aziende anche maggiori opzioni per la cybersecurity e la protezione della rete. La maggior parte dei provider di rete offre protocolli di crittografia e controlli di accesso integrati (come l'autenticazione a più fattori) per proteggere i dati sensibili e tenere lontani i malintenzionati dalla rete.