Infrastruttura Internet: cos'è e come funziona

Internet sembra così semplice: basta toccare uno schermo o cliccare con il mouse per avere a portata di mano un intero mondo di informazioni e connessioni.

Dietro le quinte, tuttavia, Internet è tutt’altro che semplice. È costituito da una complessa rete interconnessa di elementi, dai cavi in fibra ottica ai protocolli di rete. Questa guida ti porta dietro le quinte, alla scoperta dell’affascinante mondo delle infrastrutture Internet.

Che cos’è l’infrastruttura Internet?

Il termine "infrastruttura Internet” indica l'insieme di tutti i sistemi fondamentali, le apparecchiature e i software che rendono Internet ciò che è. Consente la creazione di reti e la comunicazione tra dispositivi in tutto il mondo.

L'infrastruttura è costituita da un'intera rete di tecnologie, organizzate in livelli. C'è il livello fisico, costituito da hardware come cavi, satelliti e dispositivi di rete che gestiscono i segnali (come switch e router), e poi c'è il livello digitale o logico, che comprende software e protocolli.

Insieme, questi livelli e i numerosi componenti che li costituiscono si combinano per dare vita allo straordinario sistema che conosciamo come Internet, alimentando le connessioni che consentono a chiunque di prendere in mano il proprio smartphone o accendere il proprio PC e accedere a un mondo di informazioni, intrattenimento e comunicazione.

Infrastruttura Internet vs. infrastruttura di rete

L'infrastruttura di rete e l'infrastruttura Internet sono strettamente correlate, con numerose sovrapposizioni tra le due categorie. Sebbene entrambe riguardino i sistemi fisici e virtuali che consentono ai dispositivi di connettersi, il termine "infrastruttura di rete” è più ampio e comprende tutti i componenti necessari per realizzare reti di qualsiasi tipo.

L'infrastruttura Internet, invece, è un sottoinsieme dell'infrastruttura di rete e si concentra esclusivamente sui componenti che costituiscono Internet stessa.

Tipi di infrastrutture Internet

Esistono numerose forme e categorie di architettura e infrastruttura di Internet, tra cui:

• Infrastruttura fisica: i componenti fisici che costituiscono l'infrastruttura di Internet comprendono cavi sottomarini, fibre ottiche, server, satelliti e ripetitori di telefonia mobile, tutti elementi che facilitano il flusso di dati da un punto A ad un punto B.
• Infrastruttura dati: Internet, in sostanza, ruota attorno al flusso di dati tra server e client. I data center ospitano i server che archiviano tali dati, in modo che i client possano accedervi su richiesta, quando e come desiderano.
• Protocolli e software: i protocolli e gli standard sono le regole o le linee guida di Internet. Regolano il modo in cui i programmi e i dispositivi interagiscono e comunicano, e hanno un forte impatto sulla sicurezza e sull'affidabilità complessive di Internet.
• Infrastruttura di supporto: esistono inoltre componenti dell'infrastruttura Internet che svolgono ruoli più specifici, come il Domain Name System (DNS) e i punti di interscambio Internet (IXPs).

Rete centrale vs. rete periferica

L'infrastruttura Internet può essere suddivisa in vari modi; due delle possibili categorie sono "centrale” e "periferica”.

L'infrastruttura di rete centrale viene talvolta definita la "spina dorsale” di Internet. È costituita dai data center più grandi, dai cavi in fibra ottica e sottomarini più veloci e dai principali IXP. Trasporta la maggior parte del traffico online su lunghe distanze, attraversando paesi e persino continenti.

L'infrastruttura di rete periferica, invece, è più simile allo "strato esterno” di Internet. È costituita da elementi infrastrutturali più piccoli ma comunque significativi, fisicamente più vicini all'utente finale, come le torri di telefonia mobile, i data center regionali e i provider di servizi Internet (ISP) locali. Il suo ruolo è quello di trasportare i dati e il traffico per l'ultima tratta verso i dispositivi degli utenti in modo rapido ed efficiente.

Componenti dell’infrastruttura Internet

Vediamo ora di approfondire un po’ i tipi di infrastrutture Internet citati in precedenza, esaminando più nel dettaglio alcuni degli elementi più importanti.

La fibra ottica nelle infrastrutture Internet

Se Internet fosse un corpo umano, i cavi in fibra ottica sarebbero le arterie e le vene, che convogliano i dati ovunque sia necessario. Si tratta di elementi assolutamente fondamentali dell'infrastruttura di Internet, e oggi ci sono centinaia di migliaia di chilometri di questi cavi che si estendono su tutta la superficie terrestre.

Come funziona la fibra ottica

In sostanza, i cavi in fibra ottica utilizzano la luce, anziché l'elettricità, per trasmettere dati da un luogo all'altro. Ogni cavo è costituito da filamenti molto sottili di fibra di vetro o plastica ed è suddiviso in due parti principali: il nucleo, ovvero la zona centrale che trasporta la luce, e il rivestimento, ovvero lo strato esterno che circonda il nucleo e contribuisce a mantenere i dati, sotto forma di luce, all'interno del cavo.

Per trasmettere un dato attraverso un cavo in fibra ottica, l'informazione viene prima convertita in segnali digitali, ovvero in sequenze di 1 e 0. Un trasmettitore speciale converte poi tali segnali in impulsi luminosi, che attraversano il cavo in fibra ottica, riflettendosi lungo le fibre senza fuoriuscire grazie al rivestimento che le circonda.

La luce (i dati) viaggia a una velocità incredibile, raggiungendo i 2 × 10⁸ m s⁻¹ (circa due terzi della velocità della luce nel vuoto). Una volta giunta all'altra estremità, un rilevatore riceve gli impulsi e li riconverte in segnali elettronici. Questi possono quindi essere decodificati e presentati all'utente finale in un formato leggibile o comprensibile.

L'utilizzo dei cavi in fibra ottica nelle infrastrutture Internet offre numerosi vantaggi. Innanzitutto, sono veloci e in grado di trasmettere grandi quantità di dati in frazioni di secondo, anche su distanze molto lunghe. Inoltre, sono meno soggetti a disturbi quali interferenze elettromagnetiche o diafonia rispetto ai cavi in rame tradizionali.

Cavi sottomarini

I cavi in fibra ottica non si estendono solo sulla terraferma. Sono anche sott’acqua. I cavi sottomarini, sono fasci di cavi in fibra ottica che trasportano il traffico dati internazionale sotto gli oceani e i mari. Alcuni di questi cavi si estendono per migliaia di chilometri e la stragrande maggioranza del traffico Internet (oltre il 95%, per l'esattezza) passa attraverso questi cavi.

In genere funzionano proprio come i normali cavi in fibra ottica, convertendo i dati in impulsi luminosi e inviando poi quella luce da un punto all'altro. Ma ci sono un paio di differenze, come il fatto che questi cavi tendono ad avere ulteriori strati esterni protettivi per aiutarli a resistere al difficile ambiente sottomarino.

Dato che coprono distanze così lunghe, i cavi sottomarini passano solitamente anche attraverso dei ripetitori di segnale, posizionati a intervalli regolari lungo il percorso del cavo per "rinnovare” il segnale ed evitare che i dati vadano persi durante il tragitto. Una volta che il cavo emerge sulla terraferma, di solito passa attraverso una stazione di approdo prima di collegarsi alle reti via cavo terrestri.

Aspetti operativi dei data center

I data center sono le strutture che ospitano i server e i dispositivi di archiviazione necessari per gestire le enormi quantità di dati indispensabili al funzionamento di Internet. Comprendono inoltre apparecchiature di rete quali switch e router, grandi impianti elettrici e generatori, nonché sistemi di raffreddamento volti a impedire il surriscaldamento di tutte queste apparecchiature.

Il ruolo dei data center nel contesto più ampio dell'infrastruttura di Internet è complesso e sfaccettato. Esso comporta:

• Gestione della larghezza di banda: i data center regolano la capacità di rete per garantire un flusso regolare del traffico Internet, in modo che gli utenti possano usufruire di connessioni veloci e stabili.
• Bilanciamento del carico: i data center distribuiscono le richieste in entrata su più server in modo equilibrato, per ridurre al minimo il rischio di sovraccarico dei singoli server o di esaurimento delle risorse.
• Gestione della ridondanza: i data center dispongono in genere di sistemi di backup che consentono loro di continuare a funzionare anche in caso di guasti o malfunzionamenti tecnici. Ciò riduce al minimo i tempi di inattività e garantisce che i siti e i servizi rimangano online e accessibili il più a lungo possibile.

Anche la sicurezza riveste un ruolo fondamentale nelle operazioni dei data center. Data l'enorme quantità di dati sensibili che gestiscono, queste strutture necessitano di misure di protezione sia fisiche che digitali. Spesso i data center dispongono di guardie di sicurezza, telecamere di sorveglianza e scanner biometrici, oltre a firewall e sistemi crittografati per garantire la sicurezza dei dati.

Il ruolo del cloud computing

Il cloud computing è una componente dell'infrastruttura Internet che ha acquisito sempre maggiore importanza negli ultimi anni e ha rivoluzionato il modo in cui i dati vengono archiviati e trasmessi. Si avvale di server e risorse informatiche basati sul cloud, come sistemi di archiviazione e persino software, accessibili tramite Internet. Ciò elimina la necessità per gli utenti di disporre di server fisici e hardware propri.

Grazie al cloud computing sono emersi nuovi settori dei servizi Internet, come il Software-as-a-Service (SaaS). Il cloud è inoltre noto per la notevole scalabilità delle risorse e la sua flessibilità, che supportano le aziende in molti modi in ambiti quali il lavoro da remoto, la collaborazione e altro ancora.

Protocolli e infrastruttura software

Oltre agli elementi fisici, esiste un vasto strato virtuale dell'infrastruttura di Internet, composta da programmi software e protocolli. Questi sono come insiemi di regole che indicano a dispositivi e programmi come interagire e comunicare.

Tra i protocolli più importanti figurano:

• Protocollo Internet (IP): l'IP assegna a ogni dispositivo un indirizzo IP univoco, ovvero una serie di numeri utilizzata per identificare i dispositivi.
• Transmission Control Protocol (TCP): Il protocollo TCP controlla il flusso dei dati, assicurandosi che arrivino a destinazione, oltre a individuare e ritrasmettere eventuali pacchetti di dati che potrebbero andare persi o danneggiarsi durante il tragitto.
• User Datagram Protocol (UDP): l’UDP è un’ alternativa più semplice e veloce al TCP. Invia i dati senza attendere la conferma della loro ricezione, il che risulta utile per le applicazioni in cui la velocità è più importante della garanzia di consegna.
• HyperText Transfer Protocol Secure (HTTPS): questo protocollo crittografa i dati e autentica i siti web, contribuendo a rendere Internet un luogo più sicuro per gli utenti.

Fornitori di servizi Internet (ISP)

Gli ISP sono le aziende che forniscono l'accesso a Internet a privati e aziende in tutto il mondo. Queste aziende sono numerose in tutto il mondo e svolgono un ruolo fondamentale nell'ampio tessuto dell'infrastruttura di Internet: aprono le porte di Internet e di tutti i suoi servizi, consentendo alle persone di accedervi.

Gli ISP possono essere suddivisi in diversi gruppi, o livelli. Gli ISP di livello 1 si collocano al vertice e possiedono e gestiscono gran parte della dorsale di Internet. All'altra estremità dello spettro si trovano gli ISP di livello 3, che operano principalmente a livello locale o forniscono la distribuzione dei servizi Internet nell'ultimo miglio. Nel mezzo si collocano gli ISP di livello 2, che tendono a servire paesi o regioni specifici.

Domain Name System (DNS)

Il DNS è un altro elemento fondamentale della rete Internet. Viene spesso definito la "rubrica telefonica di Internet” e il suo ruolo è semplice: converte i nomi dei siti web leggibili dall’uomo che si digitano nella barra degli indirizzi del browser, come www.expressvpn.com, negli indirizzi IP numerici che i computer e gli altri dispositivi utilizzano effettivamente per individuarsi a vicenda su Internet.

Ogni volta che digiti un indirizzo nel browser e premi il tasto "Invio”, il sistema DNS entra in azione. È costituito da vari componenti, come i server DNS root, che indirizzano le richieste DNS verso nomi di dominio di primo livello più specifici. Questi ultimi individuano quindi il server DNS corretto per ciascun dominio e restituiscono l'indirizzo IP corrispondente al tuo dispositivo, consentendoti di accedere al sito desiderato.

Punti di interscambio Internet

I punti di interscambio Internet (IXP) sono sedi fisiche in cui diverse aziende che gestiscono infrastrutture Internet, come gli ISP e le reti di distribuzione dei contenuti (CDN), si collegano tra loro. Si trovano solitamente ai margini delle reti e ospitano switch di rete che controllano il flusso di traffico tra le reti affiliate.

Se gli IXP non esistessero, le reti intermediarie denominate "provider di transito" dovrebbero trasportare il traffico dalla fonte alla destinazione. Ciò avviene in molti casi, ma gli IXP possono offrire vantaggi agli ISP semplificando il processo di transito, consentendo alle aziende di risparmiare denaro e migliorando gli indicatori di prestazione quali la latenza.

Importanza dell’infrastruttura Internet

Senza le infrastrutture di rete, Internet non funzionerebbe. È semplice. Tutti i servizi e le esperienze online che conosciamo e amiamo non esisterebbero: dalle piattaforme dei social media e dalle caselle di posta elettronica alle tecnologie intelligenti e al lavoro da remoto. Le infrastrutture di rete sono il motore dei servizi che mantengono il mondo connesso.

Impatto economico

Le economie moderne dipendono da Internet per la loro crescita e prosperità. Oggi gran parte dell'attività commerciale si svolge online, un numero crescente di aziende ricorre a lavoratori da remoto o in modalità ibrida e interi settori, come l'e-commerce e il SaaS, sono nati proprio grazie alle infrastrutture di Internet. Anche innumerevoli posti di lavoro dipendono in un modo o nell’altro da Internet.

La disponibilità di Internet può avere un impatto anche sulle economie in via di sviluppo ed emergenti. Uno studio della Banca Mondiale ha rilevato che un aumento della penetrazione della banda larga pari appena al 10% è sufficiente a generare una crescita del PIL dell'1,38% nei paesi in via di sviluppo.

Connettività sociale

È evidente che le infrastrutture Internet svolgono un ruolo fondamentale nella connettività sociale, avvicinando persone provenienti da ogni parte del mondo. Grazie a Internet, la distanza fisica non costituisce più un ostacolo alla comunicazione; due persone che si trovano ai lati opposti del mondo possono chattare e interagire in un istante. Questo ha cambiato radicalmente il modo in cui le persone interagiscono tra loro nei decenni trascorsi dalla nascita di Internet.

Tendenze nel campo della comunicazione rese possibili dall’infrastruttura

Molte delle tendenze e delle abitudini comunicative odierne che diamo per scontate sono rese possibili dall'infrastruttura di Internet, come:

• Comunicazione sempre attiva: grazie a una solida infrastruttura di Internet mobile, come le tecnologie 4G e 5G, le persone sono sempre connesse, ovunque si trovino.
• Social media: Instagram, Facebook, TikTok e le numerose altre app di social media si avvalgono tutte dell'infrastruttura di Internet.
• Collaborazioni internazionali: gli strumenti aziendali basati sul cloud consentono a team provenienti da paesi o continenti completamente diversi di lavorare efficacemente fianco a fianco nel cyberspazio.
• Streaming e videochiamate: l'infrastruttura Internet ha permesso al mondo di passare dalle semplici chiamate vocali alle videoconferenze in diretta, agli streaming e alle interazioni in alta definizione e in tempo reale.

Esempi concreti di infrastrutture Internet

Tra i nomi più importanti nel settore delle infrastrutture Internet figurano oggi:

• Equinix: possiede e gestisce 270 data center in decine di paesi in tutto il mondo.
• Meta: comproprietario di oltre una dozzina di grandi sistemi di cavi sottomarini.
• Alphabet: possiede o è comproprietaria di numerosi collegamenti via cavo internazionali.
• Arelion: una delle principali società di rete dorsale di Internet specializzata nel transito IP.
• Alcatel Submarine Networks: una delle principali società di cavi sottomarini.

Queste aziende, tra le altre, gestiscono e controllano la rete dorsale di Internet. Essa costituisce una parte significativa dell’infrastruttura di Internet.

Sfide e futuro delle infrastrutture Internet

Come illustrato in questa guida, garantire il corretto funzionamento di Internet per consentire a miliardi di dispositivi e utenti di connettersi tra loro da ogni parte del mondo non è affatto semplice. Ciò richiede l'impiego di molteplici livelli di tecnologie altamente avanzate, tutte inserite in un delicato ecosistema in continua evoluzione.

Sfide attuali

Quando lo si utilizza, Internet può sembrare veloce e fluido. L'infrastruttura di rete sta diventando sempre più veloce, robusta e efficiente sotto molti aspetti. Ma non è perfetta né esente da problemi. Ecco alcune delle numerose sfide.

Affidabilità e manutenzione dell’infrastruttura

Come spiegato in precedenza, gran parte dell'infrastruttura di Internet è costituita da elementi fisici, quali cavi in fibra ottica, data center, server e così via. Dispositivi e apparecchiature di questo tipo sono sempre soggetti a danni e deterioramento nel corso del tempo. I cavi possono rompersi o sfilacciarsi a causa di calamità naturali come i terremoti, mentre le connessioni possono subire interruzioni a causa di blackout elettrici o guasti e malfunzionamenti hardware.

Sicurezza e privacy

Ogni giorno su Internet circolano quantità inimmaginabili di dati. Gran parte di questi dati rientra nelle categorie dei dati personali o sensibili e deve essere gestita con la massima cura. Le componenti rilevanti dell'infrastruttura Internet devono essere protette e sicure non solo contro manomissioni o interferenze fisiche, ma anche contro gli attacchi informatici.

Capacità e domanda

L'aumento della popolazione mondiale comporta un aumento del numero di dispositivi, e un numero maggiore di dispositivi significa più traffico e carichi di dati più pesanti che i siti e i server devono gestire, soprattutto con l'avvento dell'Internet delle cose e di servizi online che richiedono un uso intensivo di dati, come i giochi e lo streaming. L'infrastruttura Internet deve adattarsi costantemente per soddisfare questi livelli crescenti di domanda.

Normative internazionali

Internet è un fenomeno globale, ma ogni paese ha una propria visione di come dovrebbe funzionare. Alcuni governi adottano un approccio relativamente liberale nei confronti dei servizi Internet, mentre altri sono molto più restrittivi e bloccano l'accesso a determinati siti e servizi. Di conseguenza, quando si tratta di configurare le infrastrutture Internet, è necessario superare innumerevoli ostacoli legali e normativi, oltre ad affrontare dilemmi etici legati a concetti quali la neutralità della rete e la censura.

Prestazioni variabili

Nonostante tutti i progressi compiuti nella moderna tecnologia delle infrastrutture Internet e le velocità di download e upload molto più elevate di cui molti utenti dispongono oggi, i livelli di prestazione di Internet continuano a variare notevolmente. Alcune parti del mondo devono fare i conti con una copertura insufficiente e velocità ridotte, e ostacoli geografici come montagne e specchi d'acqua possono rendere difficile garantire un servizio stabile in determinati luoghi.

Sostenibilità e questioni ecologiche

Le infrastrutture Internet comportano alcune sfide ambientali. I data center rappresentano circa l’1% del consumo globale di energia elettrica, percentuale che sale al 2-4% nelle grandi economie e raggiunge livelli ancora più elevati in alcune nazioni e regioni. È probabile che tale dato aumenti in futuro, mettendo a dura prova il settore energetico. Inoltre, le apparecchiature di rete generano grandi quantità di rifiuti elettronici.

Tendenze emergenti nell’infrastruttura Internet

L'infrastruttura di Internet non è un'entità immutabile. È in continua evoluzione, con nuovi protocolli, hardware emergente e molto altro ancora. Il futuro potrebbe riservare cambiamenti radicali nel funzionamento della struttura di Internet, accelerando le comunicazioni e superando i sistemi in uso da molti anni. Ecco uno sguardo più da vicino a due delle tendenze più significative.

5G e oltre

L'infrastruttura di Internet mobile è migliorata in modo esponenziale nel corso del tempo, grazie alle numerose generazioni successive di tecnologia wireless, dalla prima 1G fino alla più recente 5G. Il 5G, ovvero la "quinta generazione", offre le velocità più elevate e le latenze più basse mai raggiunte finora nell'ambito di Internet mobile.

Eppure il 5G non rappresenta un punto di arrivo, ma semplicemente l'ultima tappa di un lungo percorso verso capacità di banda larga mobile sempre più veloci e potenti. Sono già in corso i lavori sulla tecnologia 6G, che potrebbe garantire velocità ancora più elevate e una latenza inferiore al millisecondo, aprendo la strada a nuovi casi d'uso e opportunità.

Probabilmente seguiranno la 7G e le generazioni successive, con livelli di prestazioni ancora più elevati. Le future infrastrutture di Internet mobile potrebbero inoltre integrarsi con altre tecnologie emergenti, come l'intelligenza artificiale, l'apprendimento automatico e l'edge computing.

Le mega-costellazioni satellitari e il loro impatto

Le mega-costellazioni satellitari potrebbero determinare cambiamenti epocali nell'infrastruttura di Internet. Il loro funzionamento è completamente diverso da quello delle infrastrutture convenzionali: invece di basarsi su cavi in fibra ottica, cavi sottomarini e ripetitori, utilizzano migliaia di satelliti in orbita terrestre bassa (LEO). Tra gli esempi più noti di questi sistemi figurano Starlink e il Project Kuiper di Amazon.

I sistemi satellitari LEO offrono numerosi vantaggi potenziali. Ad esempio, sono in grado di fornire una connessione Internet ad alta velocità in luoghi che normalmente non potrebbero usufruirne a causa di difficoltà o limitazioni geografiche.

Internet via satellite è inoltre più resiliente rispetto alle infrastrutture tradizionali. Non può essere danneggiato o messo fuori uso dagli stessi disastri che possono compromettere le infrastrutture di rete tradizionali, come inondazioni, terremoti e tempeste. Può inoltre essere rapidamente implementato su richiesta laddove è necessario.

Tuttavia, questa tecnologia presenta alcuni svantaggi. Ad esempio, molti sistemi esistenti non riescono a eguagliare l'infrastruttura Internet tradizionale in termini di velocità e latenza, anche se le nuove costellazioni LEO stanno colmando alcune lacune (soprattutto per quanto riguarda la latenza) e stanno raggiungendo un'elevata capacità di trasmissione. Inoltre, le reti satellitari sono esposte a rischi specifici in materia di sicurezza informatica e richiedono quindi una protezione efficace.

FAQ: Domande frequenti sull’infrastruttura Internet