La nostra vita lavorativa e social dipende nella quasi esclusività dal connettersi a internet e utilizzare uno dei suoi servizi. Utilizziamo questo potentissimo mezzo senza conoscere l´infrastruttura ICT che ci consente di scambiare messaggi, mandare email e realizzare videoconferenze. Tutto questo è astratto e sostituito dalla famosissima "nuvola" (Cloud) che ci consente di usare i servizi senza preoccuparci minimamente di cosa c´é dietro ne come componenti hardware che software.

I termini più conosciuti dagli utilizzatori del mondo delle comunicazioni sono Internet, LAN (rete locale), MAN (rete metropolitana), WAN e "Remoto" e in termini di dispositivi per le connessioni Router e Switch.

Oggi analizzeremo in modo dettagliato basandoci sul modello (che è uno standard) di comunicazione ISO/OSI i dispositivi che ci consentono l´interfacciamento e la comunicazione con la "rete delle reti" e in generale in una qualsiasi rete dati.

Il modello ISO/OSI si basa sulla gestione a livelli (strati). Immaginiamo due persone che devono comunicare e scambiare tra loro importanti documenti, possiamo immaginare che la pila ISO/OSI lavori in questo modo.
I sette livelli del modello ISO/OSI visti dall´alto verso il basso sono:
Livello Applicativo, Livello Presentazione,  Livello Sessione, Livello Trasporto, Livello Rete, Livello Data Link e Livello Fisico che si occupa della comunicazione di mittente e destinatario tramite i mezzi fisici di trasporto.

Ora illustreremo le caratteristiche principali dei dispositivi utilizzati nei vari livelli per realizzare la comunicazione.

Dispositivi di Rete

In informatica, quando parliamo di dispositivi di rete indichiamo degli apparati attivi (poiché il loro funzionamento dipende dall’energia elettrica, nella quasi totalità dei casi), che hanno come scopo quello di ottimizzare le funzionalità della rete stessa (fungendone da nodo) in termini di efficienza, affidabilità e la scalabilità. Di conseguenza per mantenere il servizio che erogano si utilizzano gruppi di continuità su misura (in base a vari parametri intrinsechi al dispositivo di interesse) in modo da evitare interruzioni di corrente. In dettaglio vedremo:

Dispositivi del livello Fisico

Iniziamo la nostra analisi dei dispositivi da quelli che appartengono (lavorano) al livello fisico.

Repeater

Il Repeater è un dispositivo elettronico che opera al livello fisico, rigenerando il segnale elettrico in ingresso eliminandone le attenuazioni (dovute alla perdita di potenza) e ritrasmettendolo in uscita sotto forma di segnale che viene potenziato anche in termini termini velocità.

Questo consente di coprire segmenti di reti distanti senza preoccuparsi della degradazione. Anche se questo dispositivo lavora secondo la pila ISO/OSI, non prevede alcuna di gestione dei dati, non delimitando né i domini di collisione né quelli di broadcast. Il repeater consente di collegare due reti.

HUB

L´HUB (mozzo) anche se ormai sostituito completamente dallo switch, è un dispositivo che consente di collegare più host (tramite connessione half-duplex), fungendo da ripetitore multiporta, dove convergono i collegamenti punto-a-punto provenienti dai vari nodi. L´HUB riceve un segnale in ingresso su una delle sue porte e lo ripete rigenerandolo su tutte le altre che lo compongono (operazione di flooding). Tutti i computer collegati all´HUB appartengono allo stesso dominio di collisione (condividono la banda disponibile), quindi se due computer collegati all´HUB trasmettono contemporaneamente abbiamo una collisione.
L´HUB non distingue i segmenti di rete. L´insieme delle collisioni, del traffico sul nodo e delle ritrasmissioni verranno rigenerate su tutte le porte, sottraendo equamente della banda passante a tutti gli utenti che appartengono alla rete, generando un decadimento delle prestazioni. Come i repeater l´HUB non gestiscono l´arbitraggio dell´accesso al mezzo trasmissivo. La gestione degli host collegati avviene per mezzo dell´algoritmo CSMA/CD.

Se il nostro HUB è connesso ad una dorsale (backbone), consentirà a tutti i computer ad esso collegati di comunicare con i computer a sua volta connessi alla dorsale. Se si devono collegare più computer della capacità (in termini di numero di porte) dell´HUB, possiamo collegare più HUB fra loro (per un massimo di quattro). La distanza massima che un HUB può coprire è di 500m. Più la rete di computer aumenta in termini di dimensioni (e quindi di HUB) più il domino di collisione aumenta più la rete peggiora di prestazioni.

Modem

Con il termine modem (dall´unione delle iniziali di MOdulazione e la DEModulazione) si intende un dispositivo di ricetrasmissione con funzionalità logiche di modulazione/demodulazione (analogica o numerica) in trasmissioni analogiche e digitali rendendo possibile la comunicazione di più sistemi informatici per mezzo del doppino telefonico.
Un modem (DCE Data Communication Equipment) di solito è collegato ad un computer  (DTE Data Terminal Equipment) e ne gestisce la conversione del segnale elettrico in ingresso al computer come sistema digitale e in uscita dal PC verso il doppino come sistema analogico. 
Il modem è parte integrante del Fax.

Dispositivi del Livello Datalink

Proseguiamo la nostra analisi dei dispositivi da quelli appartenenti al livello Datalink.

Bridge

Un Bridge (ponte) di rete è un elemento software o hardware che connette due o più reti di tecnologie diverse (non solo ethernet ma anche FastEthernet o Wireless) per consentirne la comunicazione. Quindi tramite un Bridge si possono connettere dei segmenti lan, replicando ed instradando i frame secondo le informazioni presenti nella sua tabella di instradamento.

Una caratteristica principale del Bridge è la capacità di filtrare i dati sui vari segmenti di rete. Se il destinatario fa parte dello stesso segmento di rete del mittente la politica di inoltro fa si che non si vada al segmento successivo (frame filtering), diversamente si esegue l’inoltro del frame (frame forward). Se il dispositivo di destinazione non è presente nella tabella di instradamento del Bridge, il frame verrà inoltrato verso tutti i segmenti eccetto quello di provenienza (frame flooding). Un dispositivo Bridge migliora le performance di una rete, poiché riduce il numero di collisioni. Il Bridge è detto anche dispositivo di “store-and-forward” (immagazzina e inoltra) perché prima di prendere una decisione di inoltro analizza l’intera rete presente nella tabella di instradamento.

In pratica per mezzo della tabella quando un pacchetto arriva al bridge esso ne determina la destinazione e i segmenti di provenienza. Il filtraggio dei pacchetti, la rigenerazione dei pacchetti inoltrati fanno si che il Bridge divide una rete in più domini di collisione.

Switch

Gli Switch hanno completamente sostituito l´utilizzo degli HUB tanto da pensare a loro come un HUB con la capacità di bridge (lo switch è detto anche multi-port bridge), poichè concentra i collegamenti punto-a-punto a stella e come il bridge si pone a livello due analizzando e filtrando i pacchetti instradandoli a destinazione.
Inoltre gli Switch ottimizzano anche la velocità della rete consentendo il collegamento di stazioni o sottoreti operanti a velocità diverse (10, 100, 1000 Mbps), senza che le postazioni che utilizzano schede di rete obsolete influiscano sull´efficienza delle altre. Gli switch separano i domini di collisione riducendo il traffico e ottimizzando la banda in ogni singolo dominio, permettendo di lavorare in Full-duplex.
Gli Switch esaminano i pacchetti ricevuti, in particolare il MAC (Media Access Control) che sarebbe il Codice Fiscale della scheda di rete, effettuando l´instradamento alla macchina destinataria (e non a tutte quelle che fanno parte della stella), in questo modo ogni ramo non sarà influenzato da pacchetti inutili.

Esistono degli switch evoluti che lavorano anche a livello tre tenendo conto dell´indirizzo IP e gestendone l´instradamento bilanciato (load balancing).
Lo switch è lo strumento principale per l´implementazione e la ottimizzazione di una rete locale, in particolare quando esiste un numero di nodi molto elevato ne distribuisce la "banda" in modo mirato.
 
Dispositivi del Livello Rete

Vediamo adesso i dispositivi appartenenti al livello Rete.

Router

Il Router o instradatore ha come obiettivo quello di instradare i dati, scomposti in pacchetti, attraverso reti diverse. L´instradamento avviene o verso reti direttamente connesse su diverse interfacce fisiche, oppure verso altre sottoreti remote attraverso l´interrogazione dei dati contenuti nella tabella di instradamento.
Oltre ad instradare i pacchetti in reti remote un´altra caratteristica importante è l´interfacciamento tra diverse sottoreti (internetworking).

Router ADSL

I router Adsl oltre alle funzioni illustrate precedentemente, sono in grado di intervenire sui pacchetti e modificarli per ottenere una suddivisione del traffico secondo criteri fissati dall´utente. Ormai questi tipi di router includono al loro interno uno switch, un Access Point e un porta USB che funge da server di stampa o per condividere dati di pennette o HD esterni.

Firewall

Il Firewall é un dispositivo di rete presente nei livelli tre, quattro e sette della pila ISO/OSI, agendo come filtro del traffico (analizzando tutti i pacchetti) che proviene dall’esterno e quello generato internamente secondo le autorizzazioni assegnate (decisione in linea alle regole definite dall’utente).
Un Firewall può essere software od hardware, ed è posto a protezione dei punti di interconnessione tra una rete privata interna (tipo una Intranet) ed una rete pubblica esterna (Internet) oppure tra due reti differenti, ricordiamo che ogni dispositivo di rete si identifica tramite l´indirizzo IP (quattro ottetti binari) e scambia i datagrammi sotto forma di pacchetti in base al protocollo usato. Inoltre nella comunicazione all´indirizzo IP è associata una porta di comunicazione (socket) che distingue il servizio di rete (http corrisponde alla porta 80). Ricordiamo che la funzione che permette lo scambio di informazioni è la three-way handshake.
I Firewall a livello di circuito sono molto più costosi, poichè forniscono un livello di protezione più elevato esaminando oltre l’intestazione anche il contenuto dei pacchetti in transito. 

Gateway

Il termine Gateway è usato per indicare il servizio di inoltro dei pacchetti (ma ormai anche i servizi di proxy DNS, firewall, NAT) verso l´esterno, compito usualmente realizzato a livello hardware dal router. Nelle piccole reti è presente un solo gateway che corrisponde all´unico router, esso inoltra il traffico diretto all´esterno verso la rete Internet. In reti di grandi dimensioni esistono varie subnet, ognuna delle quali farà riferimento ad un gateway che instraderà il traffico verso le altre sottoreti in alcuni casi reindirizzandoli ad altri gateway.
Quando il computer locale confronta (matching) gli "1" della sua subnet mask dell´indirizzo di destinazione dove inviare i dati con il proprio network prefix e corrispondono, allora il computer di destinazione è sulla sua stessa rete locale. Se invece il matching è negativo, il computer mittente invierà i dati al gateway predefinito, che si occuperà dell´instradamento verso la rete remota di destinazione.

Conclusioni

Per essere più consapevoli di cosa e con quale dispositivo si sta realizzando un determinato servizio sulla nostra rete aziendale (o residenziale che sia) è essenziale conoscerne le caratteristiche tecniche di funzionamento. In particolar modo quando non si riesce a navigare o ad accedere su una cartella condivisa di rete, riuscire ad individuare il dispositivo che ha generato l´inconveniente a volte non ha prezzo.