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reti informatiche, Valentina Poggioni, anno 25/26, di Chiara Perni
Tipologia: Schemi e mappe concettuali
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Una rete informatica è un insieme di dispositivi — come computer, smartphone, stampanti, server, sensori e altri apparati — collegati tra loro tramite sistemi di interconnessione. Questi collegamenti possono essere via cavo (cablaggio, come Ethernet o fibra ottica) oppure senza fili (wireless, come Wi-Fi, Bluetooth o reti cellulari).
L’obiettivo principale di una rete è permettere ai vari dispositivi di comunicare tra loro e di condividere informazioni e risorse. Attraverso la rete è possibile scambiare dati, accedere a file condivisi, utilizzare stampanti in comune, navigare su Internet o far comunicare applicazioni distribuite su diversi computer.
Le reti vengono spesso classificate in base alle loro dimensioni e all’area geografica che coprono. Ad esempio:
● LAN (Local Area Network) : rete locale che copre ambienti piccoli come abitazioni, uffici o scuole.
● MAN (Metropolitan Area Network) : rete metropolitana che si estende su una città o una grande area urbana.
● WAN (Wide Area Network) : rete geografica molto estesa che collega dispositivi e sedi distribuite su regioni, stati o addirittura continenti. L’esempio più noto di WAN è Internet.
Una rete può essere ospitata in una sede singola , come un edificio scolastico o aziendale, ma può anche essere dislocata in zone molto ampie , collegando sedi distanti fra loro tramite linee dedicate, connessioni satellitari o infrastrutture pubbliche.
In sostanza, le reti informatiche rappresentano l’infrastruttura fondamentale che permette a utenti, dispositivi e sistemi di interagire e scambiarsi dati in modo rapido, efficiente e continuo.
Uno degli elementi fondamentali che caratterizza un'architettura di rete è rappresentato dai mezzi di trasmissione , ossia i canali fisici o logici attraverso i quali i dati viaggiano da un dispositivo all'altro. La scelta del mezzo di trasmissione influisce direttamente su velocità, stabilità, sicurezza e portata della comunicazione.
I principali mezzi di trasmissione utilizzati nelle reti informatiche sono:
- Cablaggi (mezzi trasmissivi cablati)
Si tratta di cavi fisici che collegano i vari dispositivi. Sono tra i mezzi più affidabili poiché offrono velocità elevate e un’ottima stabilità. I più comuni sono:
● Cavi in rame (Ethernet, UTP/FTP/STP) : molto diffusi nelle LAN domestiche e aziendali.
● Cavi coassiali : usati in passato, oggi meno comuni.
● Fibra ottica : sfrutta impulsi di luce, garantendo velocità molto elevate e grande immunità alle interferenze.
- Rete telefonica dati
In questo caso la rete sfrutta le linee telefoniche o infrastrutture tradizionali per trasmettere dati. Alcuni esempi includono:
● ADSL e VDSL , che utilizzano doppini telefonici per l’accesso a Internet.
● ISDN (meno usata oggi), che consentiva comunicazioni digitali sulla rete telefonica. Questi sistemi hanno permesso la diffusione globale dell’accesso a Internet nelle prime fasi dello sviluppo delle reti.
- Satelliti
La comunicazione satellitare consente di collegare reti e dispositivi anche in aree remote o difficilmente raggiungibili da cavi. Caratteristiche principali:
● copertura globale , utile in zone rurali o in mare;
● minore velocità e maggiore latenza rispetto ai cablaggi terrestri;
● usata in ambiti militari, meteorologici, di navigazione e in alcune connessioni Internet (es. satelliti geostazionari o reti a orbita bassa come Starlink).
- Sistemi di comunicazione wireless
Sono sistemi che trasmettono dati tramite onde elettromagnetiche, senza l’uso di cavi. Garantiscono grande flessibilità e mobilità. Esempi comuni:
● Wi-Fi : per reti locali domestiche o aziendali.
una rete. Questa velocità può essere espressa in diversi multipli, a seconda della quantità di dati trasmessi: ○ Kilobit al secondo (Kb/s): rappresenta migliaia di bit al secondo. È un’unità che si utilizza per connessioni molto lente o per comunicazioni di vecchia generazione. ○ Megabit al secondo (Mb/s): indica milioni di bit al secondo. È l’unità più comune per misurare la velocità delle connessioni domestiche e aziendali moderne. ○ Gigabit al secondo (Gb/s): corrisponde a miliardi di bit al secondo. Velocità di questo tipo sono tipiche delle reti più avanzate, come connessioni in fibra ottica ad alte prestazioni o reti interne di grandi aziende.
Protocolli di comunicazione: modello ISO/OSI
La gestione della comunicazione in una rete rappresenta un processo complesso, soprattutto perché i diversi sistemi informatici possono essere molto differenti tra loro. Le incompatibilità possono derivare da differenze hardware , da modi diversi di codificare i dati o dall’utilizzo di protocolli non uniformi. Per permettere a dispositivi e sistemi eterogenei di comunicare tra loro in modo affidabile, è stato necessario definire un modello comune di riferimento.
● Il modello OSI (Open System Interconnection) è stato creato proprio con l’obiettivo di semplificare e standardizzare la comunicazione tra dispositivi. Esso scompone l’intero processo di comunicazione in sette livelli o strati (layer) , ognuno dei quali svolge una funzione specifica e interagisce con gli strati adiacenti. Questa suddivisione permette di analizzare, comprendere e progettare le reti in modo più ordinato e modulare. ● Il modello ISO/OSI è considerato uno standard internazionale , sviluppato dall’ISO (International Organization for Standardization). In questo standard vengono definite le tecnologie , le regole e le metodologie di comunicazione e scambio dei dati che i sistemi devono seguire per potersi interconnettere. Grazie a questo modello, piattaforme diverse possono comunicare senza problemi, rendendo possibile la costruzione di reti globali interoperabili.
Protocolli di comunicazione: Internet Protocol (IP)
Il protocollo IP (Internet Protocol) è uno dei principali protocolli utilizzati nelle reti informatiche e costituisce la base del funzionamento di Internet. Il suo compito fondamentale è quello di gestire l’ indirizzamento e l’ instradamento dei dati tra diverse sottoreti. Questo processo avviene sfruttando l’indirizzo fisico dei dispositivi, chiamato indirizzo IP , che permette di riconoscere e raggiungere ogni nodo presente nella rete.
● Un indirizzo IP è un numero che identifica in modo univoco ciascun dispositivo collegato a una rete che utilizza il protocollo IP. Questo indirizzo funziona come una sorta di “casa digitale” del dispositivo, rendendo possibile l’invio e la ricezione dei pacchetti di dati nel posto esatto.
● Ogni dispositivo connesso alla rete — che si tratti di un router , un computer , un server , una stampante di rete , uno smartphone o persino alcuni modelli di telefono VoIP — possiede il proprio indirizzo IP. Grazie a questo indirizzo, la rete può sapere chi è il mittente e chi è il destinatario di un determinato pacchetto di dati.
● Il protocollo IP opera al 3° livello del modello ISO/OSI , chiamato livello di Rete. In questo livello si gestisce il compito di instradare i pacchetti da un punto all'altro della rete, scegliendo il percorso migliore e garantendo che i dati raggiungano correttamente la destinazione, anche se questa si trova in un’altra sottorete o dall’altra parte del mondo.
Indirizzi IP
All’interno di un indirizzo IP è possibile distinguere due parti fondamentali, ognuna con una funzione specifica:
● L’indirizzo di rete: identifica la rete a cui il dispositivo appartiene. Questa sezione serve ai router per capire in quale sottorete deve essere inviato il pacchetto di dati.
● L’indirizzo dell’host: identifica il singolo dispositivo (host) all’interno di quella rete. Ogni host deve avere un valore diverso, così da poter essere riconosciuto in modo univoco dagli altri dispositivi.
Insieme, queste due parti permettono alla rete di indirizzare correttamente i dati, proprio come avviene con una combinazione di città e via in un indirizzo postale.
● Il meccanismo di interpretazione degli indirizzi IP può essere paragonato a quello dei numeri telefonici :
● La prima parte del numero , chiamata prefisso , indica il distretto telefonico o la zona geografica. Questo aiuta a identificare l’area da raggiungere prima ancora di individuare il singolo numero.
● La parte restante del numero identifica invece l’apparecchio specifico all’interno di quella zona: può essere un telefono in una determinata abitazione, ufficio o interno.
Allo stesso modo, nell’indirizzo IP:
● La parte iniziale (indirizzo di rete) permette di individuare la rete di destinazione.
● La parte finale (indirizzo host) individua precisamente il dispositivo within quella rete.
● Router: gestiscono l’instradamento dei dati tra reti diverse, assegnano indirizzi IP e spesso forniscono funzioni di sicurezza e firewall di base.
● Switch: collegano tra loro più dispositivi all’interno di una stessa rete locale (LAN), permettendo una comunicazione rapida e organizzata.
● Bridge: collegano due reti o segmenti di rete, filtrando il traffico e migliorando le prestazioni complessive.
● Firewall: dispositivi o software che proteggono la rete controllando il traffico in entrata e in uscita, prevenendo accessi non autorizzati o potenzialmente dannosi.
● Apparati wireless (Access Point): permettono la connessione dei dispositivi tramite Wi-Fi, estendendo la copertura della rete senza l’utilizzo di cavi.
Cavi Ethernet e schede di rete
I cavi Ethernet e le schede di rete rappresentano due componenti fondamentali per il corretto funzionamento di qualsiasi rete informatica, sia essa domestica, aziendale o di grandi dimensioni. Senza di essi, i dispositivi non sarebbero in grado di comunicare tra loro in modo affidabile ed efficiente.
● I cavi Ethernet sono il mezzo fisico attraverso cui i dati vengono trasmessi tra computer, router, switch e altri dispositivi di rete. Esistono diversi tipi di cavi Ethernet, come Cat5e, Cat6 o Cat7 , ognuno con prestazioni e velocità di trasmissione differenti. La scelta del cavo giusto è essenziale per garantire una connessione stabile, veloce e priva di interferenze, soprattutto in reti che richiedono elevate prestazioni o coprono lunghe distanze.
● Le schede di rete , note anche come NIC (Network Interface Card) , sono dispositivi installati all’interno dei computer o integrati nella scheda madre che consentono al dispositivo di collegarsi alla rete. Le schede di rete possono essere sia wired (collegate tramite cavo Ethernet) sia wireless (tramite Wi-Fi), e gestiscono l’invio e la ricezione dei dati all’interno della rete. Una scheda di rete efficiente garantisce un trasferimento dati rapido e senza perdite, migliorando le prestazioni complessive della rete.
Modem
Il modem è un dispositivo fondamentale per la connessione a Internet, poiché svolge la funzione di interfaccia tra il computer e la linea di comunicazione esterna. Il suo compito principale è convertire i dati digitali , tipici dei computer e dei dispositivi elettronici, in segnali analogici adatti a viaggiare su linee telefoniche tradizionali o altri tipi di infrastrutture di trasmissione, e viceversa.
● Quando inviamo dati dal computer verso Internet, il modem trasforma i segnali digitali in segnali analogici , così da poterli trasmettere lungo la linea telefonica o via cavo.
● Allo stesso modo, quando riceviamo dati da Internet, il modem riconverte i segnali analogici in dati digitali , rendendoli comprensibili e utilizzabili dal computer.
Senza il modem, una connessione Internet tradizionale (come ADSL o via linea telefonica) non sarebbe possibile, perché i dispositivi digitali non potrebbero comunicare con l’infrastruttura di trasmissione esistente. Inoltre, i modem moderni spesso integrano funzionalità aggiuntive, come il router , il firewall o il Wi-Fi , trasformandoli in veri e propri dispositivi multifunzione per la gestione della rete domestica o aziendale.
HUB e Switch
Gli hub e gli switch sono dispositivi fondamentali per collegare tra loro PC, stampanti e altri dispositivi all’interno di una rete locale (LAN). Sebbene possano sembrare simili, essi si differenziano per il modo in cui gestiscono il traffico dati all’interno della rete.
● HUB:
○ È un dispositivo di rete che funge da nodo di smistamento dati di una rete.
○ Opera come un ripetitore , ricevendo i dati da un dispositivo collegato e inoltrandoli a tutte le altre porte , senza distinguere il destinatario specifico.
○ È considerato un dispositivo di livello 1 (fisico) nel modello ISO-OSI , perché ritrasmette semplicemente i segnali elettrici e non analizza i dati.
○ Questo comportamento può generare traffico superfluo , rallentando la rete, ed è quindi adatto solo a piccole reti con pochi dispositivi.
○ Gli hub possono comunque essere utili per estendere una rete o collegare più dispositivi tra loro senza troppe esigenze di gestione del traffico.
● Switch:
○ Fisicamente simile a un hub, ma molto più intelligente nel gestire i dati.
○ Inoltra selettivamente i pacchetti ricevuti verso la porta corretta in base all’indirizzo di destinazione.
○ A differenza dell’hub, riduce la quantità di traffico non necessario , perché le informazioni ricevute vengono trasmesse solo al dispositivo corretto.
○ È un po’ più costoso rispetto a un hub, ma è adatto a tutti i tipi di reti , da quelle piccole a quelle di grandi dimensioni, grazie alla maggiore efficienza e velocità di trasmissione.
Un router è un dispositivo di rete fondamentale che permette di collegare due o più reti e di instradare correttamente i dati tra di esse. La sua peculiarità principale è che opera al terzo livello del modello ISO/OSI, cioè al livello di rete , che si occupa della gestione degli indirizzi logici, del routing dei pacchetti e della selezione dei percorsi più efficienti per la trasmissione dei dati.
A differenza dei bridge, che lavorano esclusivamente sui primi due livelli (Fisico e Data Link), il router è in grado di trasferire pacchetti indipendentemente dal tipo di rete fisica sottostante. Ciò significa che può collegare reti basate su tecnologie diverse, come Ethernet, Wi-Fi, fibra ottica o reti geografiche (WAN), senza che i dispositivi finali debbano essere dello stesso tipo di rete.
Funzionamento e caratteristiche principali
Il router analizza gli indirizzi IP dei pacchetti in arrivo e, utilizzando una tabella di routing interna , determina il percorso ottimale per instradarli verso la destinazione finale. Può anche applicare regole di filtraggio, traduzione degli indirizzi (NAT) e politiche di qualità del servizio (QoS) per gestire il traffico in maniera efficiente.
Alcune caratteristiche fondamentali del router includono:
● Instradamento intelligente dei pacchetti: seleziona automaticamente il percorso migliore tra reti multiple, anche in presenza di percorsi alternativi o ridondanti.
● Interoperabilità tra reti diverse: consente a dispositivi su reti fisicamente e logicamente differenti di comunicare tra loro.
● Sicurezza e gestione del traffico: molti router moderni includono firewall integrati e funzionalità per controllare il flusso dei dati, proteggendo la rete da accessi non autorizzati.
Un firewall è un dispositivo o software di rete progettato per proteggere una rete filtrando il traffico tra segmenti diversi. La sua funzione principale è quella di agire come barriera di sicurezza , impedendo il passaggio di traffico indesiderato da una rete all’altra e proteggendo i sistemi interni da potenziali minacce esterne.
Il firewall può essere utilizzato, ad esempio, come barriera tra una rete privata e una rete pubblica , come Internet, impedendo l’accesso non autorizzato ai dispositivi interni e garantendo che solo il traffico consentito possa attraversare la rete.
Funzioni principali del firewall
Grazie a un firewall, è possibile:
● Impedire accessi indesiderati: blocca intrusioni provenienti da fonti non autorizzate.
● Monitorare le destinazioni più frequentate: consente di verificare a quali siti o servizi gli utenti accedono più spesso.
● Analizzare l’utilizzo della larghezza di banda: permette di controllare quanta parte della connessione Internet viene utilizzata, identificando eventuali consumi eccessivi o sospetti.
I firewall possono essere integrati in un router , oppure configurati come dispositivi di rete dedicati. In generale, si distinguono due tipologie principali: firewall hardware e firewall software.
Un firewall hardware è un dispositivo fisico o una funzione inclusa in un router, progettato specificamente per proteggere la rete. Può essere realizzato:
● Con un computer normale dotato di almeno due schede di rete e software dedicato;
● Come funzione integrata in un router ;
● Come apparato specializzato , costruito esclusivamente per filtrare il traffico di rete.
Il firewall hardware opera principalmente al livello 3 del modello ISO/OSI (Network) e filtra il traffico in base a indirizzi IP, protocolli e porte dei servizi , garantendo così una protezione solida e indipendente dalle applicazioni presenti sui dispositivi collegati.
Il firewall software è un programma che viene installato su un computer o server e si occupa di controllare le applicazioni che tentano di accedere a Internet.
● L’utente può impostare regole specifiche per consentire o negare l’accesso a determinate applicazioni.
● Opera al livello 7 del modello ISO/OSI (Applicazione) , monitorando quindi l’interazione tra programmi e la rete.
Il firewall software è generalmente più economico , facile da configurare e flessibile, ma anche più vulnerabile rispetto a un firewall hardware. Ad esempio, se un programma protetto da firewall software va in crash o viene compromesso, è possibile aggirare la protezione.
○ Monitora i dati trasmessi e ricevuti per verificare eventuali errori dovuti a interferenze o rumore.
○ In caso di pacchetti corrotti, la scheda richiede la ritrasmissione, garantendo che le informazioni arrivino correttamente a destinazione.
Nelle reti domestiche o di piccole aziende, spesso i dispositivi Modem, Router e Access Point sono integrati in un unico apparato. Questa configurazione consente di:
● Collegare la rete locale a Internet (modem).
● Gestire il traffico interno tra dispositivi cablati e wireless (router).
● Fornire copertura Wi-Fi per dispositivi mobili (Access Point).
Questo tipo di apparato “tutto in uno” semplifica l’installazione e la gestione della rete, riducendo il numero di dispositivi necessari e migliorando l’efficienza complessiva.
Un Access Point è un dispositivo fondamentale per le reti wireless che permette a dispositivi mobili, come laptop, smartphone e tablet, di collegarsi a una rete senza fili.
Funzionamento
● L’Access Point è collegato fisicamente a una rete cablata (tramite cavo Ethernet) oppure via radio ad un altro Access Point.
● Riceve i dati dalla rete cablata e li trasmette sotto forma di segnale radio , consentendo ai dispositivi wireless di connettersi e comunicare con la rete principale.
● Allo stesso modo, riceve i dati dai dispositivi wireless e li invia alla rete cablata, fungendo da ponte tra le due reti.
Caratteristiche principali
● Mobilità: consente agli utenti di spostarsi liberamente senza perdere la connessione, finché si trovano nell’area di copertura.
● Estensione della rete: più Access Point possono essere collegati tra loro per aumentare la copertura Wi-Fi in ambienti ampi, come uffici o edifici multipiano.
● Gestione delle connessioni: l’Access Point può gestire più dispositivi contemporaneamente, bilanciando il carico di traffico per mantenere una connessione stabile e veloce.
Il termine banda larga indica una connessione Internet in grado di trasmettere grandi quantità di dati in tempi rapidi, permettendo un’esperienza digitale fluida e versatile.
Caratteristiche principali della banda larga
○ Grazie alla banda larga, è possibile utilizzare più servizi contemporaneamente sulla stessa linea senza dover cambiare il supporto fisico.
○ Ad esempio, si possono trasmettere telefonia tradizionale, TV digitale, streaming “on demand”, videoconferenze e navigazione web senza interferenze tra loro.
○ La banda larga permette di trasmettere file di grandi dimensioni, come video ad alta definizione, giochi online, musica in streaming e applicazioni multimediali avanzate.
○ Ciò rende possibili esperienze più immersive e interessanti, con tempi di attesa minimi e qualità ottimale.
Trasmissione di dati per contenuti multimediali
Per comprendere meglio cosa significa banda larga, consideriamo i requisiti di trasmissione dati per un video di qualità media :
● Un film o una serie TV in qualità standard richiede la trasmissione di diverse centinaia di kilobit o megabit al secondo.
● Per contenuti ad alta definizione (HD) o ultra HD (4K), la quantità di dati aumenta considerevolmente, arrivando a diversi gigabit in breve tempo.
In pratica, la banda larga è fondamentale per garantire che la trasmissione di dati multimediali sia continua, senza interruzioni e con una qualità costante , permettendo agli utenti di fruire di video, audio e altri contenuti digitali in modo fluido e immediato.
○ Esempio: ?id=123&categoria=libri invia al server i parametri id e categoria.
○ Serve a indirizzare direttamente una sezione interna della pagina , come un titolo o un paragrafo specifico.
○ Esempio: #sezione2 porta direttamente alla sezione identificata dal nome “sezione2”.
Importanza dell’URL
L’URL è essenziale perché permette al browser o ad altri programmi di:
● Rintracciare la risorsa desiderata in maniera precisa.
● Stabilire il tipo di protocollo da usare per comunicare con il server.
● Trasmettere eventuali informazioni aggiuntive tramite parametri.
Le comunicazioni tra individui attraverso Internet hanno subito una grande evoluzione negli ultimi decenni. Tra i principali mezzi di comunicazione individuale troviamo:
○ È uno degli strumenti più diffusi e consolidati per lo scambio di messaggi tra utenti.
○ Consente di inviare testi, allegati come immagini, documenti o file multimediali, a uno o più destinatari in modo rapido e sicuro.
○ La posta elettronica è asincrona, cioè il mittente invia il messaggio anche se il destinatario non è immediatamente online: quest’ultimo potrà leggerlo quando accederà alla sua casella di posta.
○ Permette di comunicare in tempo reale, inviando brevi messaggi testuali, emoticon, immagini o file.
○ Tra le piattaforme più note troviamo applicazioni come WhatsApp, Telegram, Messenger e simili.
○ Questo tipo di comunicazione è molto utile per conversazioni rapide e interattive, spesso integrata anche con chiamate vocali o videochiamate.
Tecnica store-and-forward
La posta elettronica si basa su una tecnica chiamata store-and-forward, che garantisce l’affidabilità del sistema. Il principio è semplice:
● Il messaggio inviato dal mittente viene memorizzato temporaneamente su un server di posta.
● Il server provvede quindi a inoltrarlo al server del destinatario appena possibile.
● Questo processo permette di inviare email con certezza di consegna, anche se il destinatario non è immediatamente online o se il server del destinatario è momentaneamente occupato o non raggiungibile.
Grazie a questa tecnica, la posta elettronica riesce a combinare velocità, affidabilità e flessibilità, diventando uno strumento indispensabile per la comunicazione personale, professionale e lavorativa.
Vantaggi delle comunicazioni via rete
● Velocità: i messaggi raggiungono il destinatario in pochi secondi o minuti.
● Economicità: l’invio di email o messaggi istantanei è generalmente gratuito o molto economico rispetto ai mezzi tradizionali come la posta cartacea o le telefonate internazionali.
● Tracciabilità: è possibile conservare copie dei messaggi inviati e ricevuti, facilitando la gestione delle comunicazioni.
● Multimedialità: è possibile allegare documenti, immagini, video o link, rendendo la comunicazione più ricca e completa.