Reti wireless — classificazione e panoramica

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📋 Obiettivi di apprendimento
✓Classificare le reti wireless in WPAN, WLAN, WMAN e WWAN spiegando le caratteristiche distintive di ciascuna categoria
✓Distinguere le bande ISM libere dalle bande licenziate spiegando perché questa distinzione influenza la scelta della tecnologia
✓Descrivere le principali tecniche di trasmissione wireless: FHSS, DSSS, OFDM e MIMO
✓Confrontare le principali tecnologie wireless per distanza, velocità, consumo e sicurezza in una tabella sinottica
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Classificazione reti wireless — slide complete

Perché il wireless ha cambiato tutto

Fino a pochi decenni fa, comunicare in rete significava necessariamente essere connessi fisicamente a un cavo. Oggi questa limitazione è diventata l’eccezione: smartphone, sensori industriali, veicoli autonomi, elettrodomestici e infrastrutture urbane comunicano attraverso l’aria, senza alcun collegamento fisico.

Alla base di questa trasformazione c’è un principio fisico semplice: le onde elettromagnetiche possono trasportare informazioni attraverso lo spazio libero. Variando frequenza, potenza di trasmissione, tecniche di modulazione e protocolli, è possibile realizzare reti wireless con caratteristiche radicalmente diverse — da pochi centimetri (NFC) a migliaia di chilometri (reti satellitari).

📌 Vantaggi e sfide del wireless
✅ Vantaggi
  • Mobilità degli utenti e dei dispositivi
  • Assenza di infrastruttura fisica (cavi, condotti)
  • Rapida espansione e scalabilità
  • Connettività in luoghi difficili da cablare
⚠️ Sfide
  • Mezzo condiviso — intercettabile senza accesso fisico
  • Interferenze con altri dispositivi o reti
  • Attenuazione del segnale con distanza e ostacoli
  • Variabilità delle prestazioni

Lo spettro radio — il fondamento fisico

Tutte le tecnologie wireless usano onde radio — una porzione dello spettro elettromagnetico con frequenze comprese tra pochi Hz e centinaia di GHz. La frequenza determina le caratteristiche fondamentali del segnale:

Relazione frequenza — propagazione
Bassa frequenza
LF / MF / HF
✅ Copertura ampia
✅ Penetra gli ostacoli
❌ Bassa capacità di dati
Media frequenza
UHF (700 MHz – 6 GHz)
✅ Buon compromesso
✅ Wi-Fi, 4G, 5G sub-6
⚠️ Affollamento banda
Alta frequenza
mmWave (>24 GHz)
✅ Altissima capacità
❌ Copertura ridotta
❌ Ostacolata da edifici

Bande ISM libere vs bande licenziate

Una distinzione fondamentale — spesso ignorata ma cruciale per comprendere l’ecosistema wireless — è quella tra bande di frequenza libere e bande licenziate:

Bande ISM — Industrial, Scientific, Medical

Frequenze aperte a tutti, senza necessità di licenza. Chiunque può trasmettere rispettando i limiti di potenza regolamentati.

Bande principali:
  • 2,4 GHz — Wi-Fi b/g/n, Bluetooth, Zigbee, microonde
  • 5 GHz — Wi-Fi a/n/ac/ax
  • 6 GHz — Wi-Fi 6E (aperta in molti paesi dal 2020)
⚠️ Rischio interferenze: molti dispositivi diversi condividono lo stesso spazio radio
Bande licenziate

Frequenze assegnate a operatori specifici tramite aste governative. Garantiscono qualità del segnale e assenza di interferenze.

Esempi:
  • 700 MHz / 800 MHz — 4G LTE (ex frequenze TV)
  • 1,8 / 2,1 GHz — 3G e 4G
  • 3,5 GHz / 26 GHz — 5G (bande assegnate agli operatori)
Le aste 5G in Italia hanno raggiunto miliardi di euro per banda assegnata
📌 Perché questa distinzione è importante

Bluetooth e Wi-Fi non richiedono nessuna licenza perché usano bande ISM libere — chiunque può produrre e vendere dispositivi. Le reti cellulari (4G, 5G) usano bande licenziate: solo gli operatori che hanno acquistato la licenza possono trasmettere, garantendo qualità e assenza di interferenze. Questo spiega anche perché le reti cellulari hanno copertura garantita e le reti Wi-Fi pubbliche possono essere instabili.

Classificazione per estensione geografica

Il criterio più usato per classificare le reti wireless è l’estensione geografica coperta. Ogni categoria corrisponde a scenari d’uso, tecnologie e protocolli specifici:

WPAN
< 30 m
Bluetooth
Zigbee
NFC
→
WLAN
< 100 m
Wi-Fi
IEEE 802.11
→
WMAN
< 50 km
WiMAX
IEEE 802.16
→
WWAN
globale
4G LTE
5G NR
LoRaWAN

Le quattro categorie in dettaglio

WPAN — Wireless Personal Area Network
Rete personale a corto raggio

Collega dispositivi di uno stesso utente: smartphone, smartwatch, auricolari, sensori IoT. Progettata per comunicazioni a basso consumo e bassa complessità.

Distanza: pochi cm – 30 m
Frequenza: 2,4 GHz, 13,56 MHz (NFC)
Standard: IEEE 802.15.x
Consumo: Da molto basso (NFC) a basso
Tecnologie:
Bluetooth Classic, BLE, Zigbee, Z-Wave, NFC, RFID, UWB
WLAN — Wireless Local Area Network
Rete locale senza fili

La tecnologia wireless più diffusa nelle abitazioni, scuole e uffici. Fornisce accesso a Internet e alla LAN locale con buone velocità di trasmissione.

Distanza: 30–100 m per AP
Frequenza: 2,4 / 5 / 6 GHz
Standard: IEEE 802.11 (Wi-Fi)
Velocità: 11 Mbps – 9,6 Gbps
Tecnologie:
Wi-Fi 4 (802.11n), Wi-Fi 5 (802.11ac), Wi-Fi 6 (802.11ax), Wi-Fi 6E
WMAN — Wireless Metropolitan Area Network
Rete metropolitana wireless

Copre un’intera città o area urbana. Usata per fornire accesso a banda larga come alternativa o complemento alle infrastrutture cablate tradizionali.

Distanza: fino a 50 km (LOS)
Frequenza: 2–11 GHz (licensed)
Standard: IEEE 802.16
Velocità: decine di Mbps
Tecnologie:
WiMAX (IEEE 802.16), alcune configurazioni 5G mmWave per backhaul
WWAN — Wireless Wide Area Network
Rete geografica estesa

Copre aree geografiche estese — città, nazioni, intero pianeta. Include le reti cellulari mobili (4G/5G) e le reti LPWAN per IoT a lunga portata.

Distanza: km – scala globale
Frequenza: 700 MHz – 26 GHz (e oltre)
Standard: LTE, 5G NR, LoRaWAN
Velocità: kbps (IoT) – Gbps (5G)
Tecnologie:
4G LTE, 5G NR, LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT, reti satellitari

Tecniche di trasmissione wireless

Trasmettere dati via radio non significa semplicemente “accendere un’antenna”. Le tecniche di modulazione e accesso al mezzo determinano efficienza, robustezza e capacità del collegamento. Queste sono le principali:

Tecniche di trasmissione — dal salto di frequenza al MIMO
FHSS
Frequency
Hopping SS
Il trasmettitore salta rapidamente tra frequenze diverse secondo una sequenza pseudocasuale nota a entrambi i lati. Utilizzato da Bluetooth — riduce interferenze e rende difficile l’intercettazione.
DSSS
Direct Sequence
Spread Spectrum
Il segnale viene espanso su una banda più larga moltiplicandolo con una sequenza di chip ad alta velocità. Maggiore robustezza al rumore. Usato nei primi standard 802.11b e in GPS.
OFDM
Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Divide il canale radio in centinaia di sottoportanti parallele ortogonali tra loro. Ogni sottoportante trasmette a bassa velocità, ma l’insieme raggiunge velocità elevatissime. Altamente resistente ai fenomeni di multipath. Standard per Wi-Fi 802.11a/g/n/ac/ax e LTE/5G.
MIMO
Multiple Input
Multiple Output
Usa più antenne in trasmissione e ricezione per inviare flussi dati paralleli indipendenti (spatial multiplexing) o migliorare l’affidabilità (diversity). Wi-Fi 4 introduce 4×4 MIMO, 5G usa Massive MIMO con centinaia di antenne.

Tabella sinottica — confronto tra tutte le tecnologie

TecnologiaCat.DistanzaVelocitàFrequenzaConsumoUso tipico
NFCWPAN< 4 cm424 kbps13,56 MHzBassissimoPagamenti, badge, pairing
Bluetooth BLEWPAN10–30 m2 Mbps2,4 GHzMolto bassoWearable, IoT, sensori
ZigbeeWPAN10–100 m250 kbps2,4 GHzBassissimoDomotica, automazione
Wi-Fi 5WLAN50–100 m3,5 Gbps5 GHzMedioUffici, abitazioni
Wi-Fi 6WLAN50–100 m9,6 Gbps2,4 / 5 / 6 GHzMedioAmbienti ad alta densità
WiMAXWMANfino a 50 km70 Mbps (teorico)2–11 GHzMedio-altoAree rurali, backhaul
LoRaWANWWAN2–15 km0,3–50 kbps868 MHz (EU)BassissimoSmart metering, sensori
4G LTEWWANdecine di km150–300 Mbps700 MHz – 2,6 GHzAltoSmartphone, mobile broadband
5G NRWWAN100 m – kmfino a GbpsSub-6 GHz / mmWaveMolto altoIoT, automazione, eMBB

Il problema della sicurezza nel wireless

In una rete cablata, intercettare il traffico richiede un accesso fisico all’infrastruttura — un cavo, uno switch, un patch panel. In una rete wireless il mezzo trasmissivo è l’aria: chiunque si trovi nel raggio di copertura può ricevere i segnali radio e tentare di decodificarli.

Principali minacce alle reti wireless
👁️ Sniffing
Intercettazione passiva del traffico non cifrato
🎭 Evil Twin
Access point falso con lo stesso SSID della rete legittima
🔨 Brute Force
Attacchi a dizionario sulla password della rete
🔄 Replay Attack
Ritrasmissione di pacchetti catturati per ingannare l’autenticazione
📡 Jamming
Disturbo deliberato del segnale radio (attacco DoS fisico)
🔓 Accesso non auth.
Connessione alla rete senza credenziali valide

Per rispondere a queste minacce ogni tecnologia wireless integra meccanismi di sicurezza specifici. La tabella seguente offre una prima visione d’insieme — ciascun protocollo sarà approfondito nelle lezioni dedicate:

TecnologiaAutenticazioneCifraturaStandard sicurezza
Bluetooth / BLEPairing (PIN, SSP, ECDH)AES-CCM 128 bitSecure Simple Pairing
ZigbeeNetwork/Link KeyAES-128IEEE 802.15.4 security
Wi-Fi (WPA3)SAE / 802.1X + RADIUSAES-CCMP / AES-GCM 256WPA3 Personal/Enterprise
WiMAXPKI + certificati X.509AES-128PKMv2
LoRaWANDevEUI + AppKeyAES-128 doppio livelloNwkSKey + AppSKey
5G NR5G-AKA (SIM/USIM)AES, SNOW 3G, ZUC3GPP TS 33.501
📌 Riepilogo — Punti chiave
  • Le reti wireless si classificano in WPAN, WLAN, WMAN e WWAN in base all’estensione geografica coperta — da pochi centimetri (NFC) a scala globale (5G)
  • Le bande ISM (2,4 GHz, 5 GHz) sono libere — nessuna licenza richiesta ma rischio interferenze. Le bande licenziate (4G/5G) garantiscono qualità del servizio ma richiedono costose concessioni agli operatori
  • OFDM è la tecnica dominante nelle reti moderne (Wi-Fi, LTE, 5G): divide il canale in sottoportanti parallele, ottimizzando efficienza e resistenza al multipath
  • MIMO usa multiple antenne per trasmettere flussi paralleli — Wi-Fi 6 usa 8×8 MIMO, 5G usa Massive MIMO con centinaia di antenne
  • Il mezzo trasmissivo aperto rende il wireless intrinsecamente più vulnerabile delle reti cablate — ogni tecnologia integra meccanismi di cifratura e autenticazione specifici

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