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Reti distribuite di dati a basso carico: concetto, classificazione e analisi comparativa

Autore del concetto: Kolpakov Andrey

Versione: 30 settembre 2026

Materiali correlati: Manifesto Zero Knowledge Infrastructure, confronto tra reti.

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Sommario

L'articolo introduce il concetto di rete distribuita di dati a basso carico: una rete in cui il carico di ogni nodo (traffico, archiviazione, stato di servizio) è limitato dalla cerchia di partecipanti di quel nodo e non cresce con la crescita della rete nel suo insieme. Si mostra che le classificazioni del carico usate nella teoria delle comunicazioni (fattore di utilizzo, erlang, i punti del «ginocchio» (knee) e della «scogliera» (cliff) sulla curva del throughput in funzione del carico, classi di qualità del servizio) descrivono lo stato di una rete in un dato momento e non una proprietà della sua architettura, e perciò non distinguono le reti secondo questo tratto. Si propongono sei tratti di una rete a basso carico e una classificazione LL-0…LL-3 in base all'andamento asintotico del carico per nodo. Si confrontano quindici reti, da FidoNet (1984) a Nevod (2026), indicandone i predecessori nella letteratura: reti friend-to-friend (F2F), reti tolleranti ai ritardi (DTN), tabelle hash distribuite, software local-first e reti comunitarie (community networks).

Parole chiave: reti distribuite, decentralizzazione, carico per nodo, scalabilità, F2F, DTN, reti peer-to-peer, messaggistica, Zero Knowledge Infrastructure.

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1. Introduzione

La maggior parte degli odierni servizi di messaggistica è centralizzata: l'intera rete è servita dai server di un'unica azienda, e il carico di quei server cresce con il numero di utenti. Le alternative decentralizzate (reti federate, overlay peer-to-peer, reti di anonimato) distribuiscono la proprietà dell'infrastruttura ma, come mostrato più avanti, di norma non distribuiscono il carico: un server di federazione o un nodo overlay trasporta traffico, cronologia e stato di servizio prodotti dagli utenti altrui, e il suo carico torna a crescere con la dimensione della rete o della sua parte più popolare.

Lo scopo del lavoro è isolare la classe di reti in cui il carico di un nodo è determinato solo dalla sua cerchia: gli utenti e gli agenti software (bot, agenti di IA, servizi) per cui esso è il nodo di casa; definirla, proporre una classificazione misurabile e confrontare le reti esistenti secondo questo tratto.

2. Il carico nelle reti di dati: concetti esistenti

2.1 Fattore di utilizzo

Nella teoria delle code il carico di un canale o di un nodo è caratterizzato dal fattore di utilizzo ρ = λ/μ, il rapporto tra tasso di arrivo e tasso di servizio [1]. Per ρ → 1 la lunghezza della coda e il ritardo crescono senza limite; con ρ > 1 il sistema è sovraccarico. In pratica si usano livelli indicativi: utilizzo basso (ρ < ~0,3), moderato (0,3–0,7), alto (0,7–0,9), saturazione e sovraccarico; gli operatori dimensionano di solito i collegamenti con un margine fino a ~70–80 % nell'ora di punta. Queste soglie sono linee guida ingegneristiche, non uno standard unico.

2.2 Teletraffico: erlang e ora di punta

In telefonia l'intensità di traffico si misura in erlang (1 Erl è un canale occupato in modo continuo) [2]; il dimensionamento si basa sull'ora di punta; si distinguono traffico offerto, smaltito e perso, e il grado di servizio si fissa come probabilità di blocco ammissibile (formule di Erlang B e C) [1, 2].

2.3 Come una rete reagisce all'aumento del carico: il «ginocchio» e la «scogliera»

Jain, Ramakrishnan e Chiu [3] descrissero tre regioni di funzionamento di una rete: prima del «ginocchio» il throughput cresce con il carico e il ritardo è basso; tra il «ginocchio» e la «scogliera» il throughput quasi non cresce mentre il ritardo sale rapidamente; oltre la «scogliera» arrivano congestione e collasso. Nel «ginocchio» il rapporto tra throughput e ritardo (la «potenza» della rete) raggiunge il massimo; su questa distinzione si basano l'evitamento della congestione (congestion avoidance: mantenere il funzionamento vicino al «ginocchio») e il controllo della congestione (congestion control: impedire la caduta dalla «scogliera»). Il controllo della congestione di TCP si basa su queste idee [4].

2.4 Classi di traffico e di qualità del servizio

L'architettura Differentiated Services [5] introduce comportamenti di inoltro (Expedited Forwarding EF, Assured Forwarding AF, Best Effort BE); la Raccomandazione ITU-T Y.1541 [6] definisce classi di qualità 0–5 per le reti IP secondo ritardo, jitter e perdite. Sono classificazioni dei requisiti di consegna, non del carico.

2.5 Regimi di carico: dal sottocarico al collasso

I regimi di funzionamento di una rete secondo il carico sono descritti nelle norme e nei lavori classici:

Non esiste un termine consolidato per una rete «pienamente carica»; il livello per cui una rete è dimensionata corrisponde al «carico normale» di E.500.

Tutti questi regimi sono stati di una rete in un dato momento: la stessa rete è sottocarica al mattino, in carico normale la sera e sovraccarica durante un guasto. L'asse dei regimi e l'asse delle classi architetturali introdotto più avanti sono indipendenti: anche una rete di classe LL-0 può andare in sovraccarico, ad esempio se un nodo funziona su un collegamento debole.

2.6 Scalabilità del carico per nodo

Nella letteratura sui sistemi distribuiti il costo di un nodo si valuta in modo asintotico in funzione del numero di partecipanti N: la diffusione a tutti i nodi costa O(N) per messaggio; le tabelle hash distribuite (Chord [7], Kademlia [8]) costano O(log N) per instradamento e tabella dei vicini. Si trova anche l'affermazione che nei sistemi peer-to-peer il carico massimo per nodo non cresce con il numero di nodi, perché i nuovi nodi portano più risorse di quante ne consumino [9], ma si tratta di un bilanciamento statistico di un carico fatto di richieste altrui.

2.7 Conclusione

Le classificazioni 2.1–2.5 rispondono alla domanda «quanto è carica la rete adesso»; secondo esse la stessa rete è a volte poco e a volte molto carica. L'espressione russa «rete poco carica» (малонагруженная сеть) si usa in pratica proprio in questo senso descrittivo (una rete o una macchina con basso utilizzo) e non è un termine che designi una classe architetturale. Nella telefonia su cavo la parola «carico» ha perfino un terzo significato: la «linea caricata» con bobine di induttanza (pupinizzazione). Solo l'asse 2.6 riguarda una proprietà dell'architettura, e non esiste una classificazione standard delle reti secondo esso.

3. Reti distribuite: panoramica degli approcci

Servizi centralizzati (WhatsApp, 2009; Telegram, 2013; Signal, 2014 [10]): la cifratura end-to-end dei contenuti può essere robusta, ma server, account e metadati sono nelle mani di un'unica organizzazione; il carico dei server cresce con l'intero pubblico.

Reti federate: posta elettronica, Matrix (2014) [11], ActivityPub/Mastodon (2016; Raccomandazione W3C 2018) [12]. La proprietà è distribuita tra i server, ma il carico di un server cresce con i suoi collegamenti esterni: in Matrix la cronologia di una stanza grande viene replicata su ogni server partecipante, in ActivityPub la distribuzione cresce con il numero di follower.

Overlay peer-to-peer e tabelle hash distribuite: Freenet (2001) [13], Chord [7], Kademlia [8]. I nodi sono pari e il carico è O(log N), ma un nodo archivia e instrada dati di sconosciuti.

Reti friend-to-friend (F2F). Il termine fu proposto da D. Bricklin nel 2000 [14]: un nodo si collega solo ai nodi dei propri conoscenti. Esempi: Turtle (Popescu, Crispo, Tanenbaum, 2004) [15], OneSwarm [16], la modalità «darknet» di Freenet, RetroShare, GNUnet; rientra qui anche l'archiviazione su nodi fidati [17]. Il numero di connessioni di un nodo è limitato dal numero dei suoi amici [18, 19], ma i messaggi percorrono catene di amici attraverso nodi non interessati, e l'instradamento in queste reti resta un problema difficile [18, 19, 20]. Le reti F2F sono il predecessore più vicino del concetto proposto: sono state le prime a limitare un nodo alla sua cerchia di conoscenti, ma per numero di connessioni, non per carico.

Reti overlay di anonimato (onion routing): sviluppo delle reti di mix di D. Chaum (1981) [40] e dell'onion routing di D. Goldschlag, M. Reed e P. Syverson (1996) [41]; implementazioni: Tor (2002–2004) [21] e Session (2020) [22]. I nodi relay, gestiti da volontari o operatori, trasportano transito altrui in proporzione alla propria larghezza di banda.

Reti tolleranti ai ritardi (DTN): l'architettura di Fall (2003) [23], RFC 4838 [24], Bundle Protocol v7, RFC 9171 [25]: «memorizza e inoltra» in caso di interruzioni. Un'implementazione storica dello stesso principio è FidoNet (1984) [26], una moderna è NNCP (2016) [27].

Stack per qualsiasi mezzo e reti radio: Reticulum (protocollo pubblicato nel 2016) e il messenger LXMF [28]: funzionamento da pochi bit al secondo (LoRa, radio a pacchetto) fino a internet, con cifratura predefinita; Meshtastic (2020) [29]: messaggi di testo tramite moduli radio LoRa.

Reti comunitarie (community networks): Freifunk, Guifi.net [30]: reti create e gestite dagli stessi utenti.

Software local-first [31] e Secure Scuttlebutt (2014) [32]: i dati restano all'utente; in SSB un nodo conserva i feed dei suoi amici e degli amici degli amici, e la sincronizzazione avviene quando i nodi si incontrano.

Relay: Nostr (2020) [33]: semplici server relay, dei quali quelli popolari sono caricati dall'intero pubblico.

4. Il concetto di rete distribuita a basso carico

4.1 Definizione

Una rete distribuita di dati a basso carico è una rete in cui ogni nodo serve una cerchia di partecipanti piccola e naturalmente limitata e trasporta soprattutto il loro traffico. I nodi sono pari e funzionano su hardware comune. La rete trasmette solo il necessario, tollera ritardi e interruzioni dei collegamenti e non ha un centro il cui spegnimento o sequestro ne fermerebbe il funzionamento.

Il concetto riguarda la struttura di una rete, non il suo carico in un dato momento (paragrafi 2.5, 2.7).

4.2 Tratti

1. Cerchia propria: il carico di un nodo cresce con la sua cerchia, le persone e gli agenti software che serve, non con la dimensione dell'intera rete. Il tratto principale.
2. Hardware comune: un computer di casa, un mini server o un router; non serve un data center.
3. Economia di trasmissione: prima testo e segnali, i dati voluminosi su richiesta.
4. Tolleranza ai ritardi: senza connessione il messaggio attende e viene trasmesso più tardi, anche su un canale lento.
5. Nessun centro: nessun singolo punto di guasto, blocco o sequestro.
6. Cecità del nodo: il nodo trasporta solo testo cifrato e non può leggerlo (il principio Zero Knowledge Infrastructure).

4.3 In che cosa differisce dai predecessori

5. Classificazione: classi LL

La classe di carico di un nodo è determinata dalla componente che cresce più rapidamente tra le tre: traffico trasportato, dati archiviati, stato di servizio mantenuto. N è il numero di partecipanti alla rete, k la dimensione della cerchia del nodo: il numero dei suoi utenti e agenti software. La notazione O(x) («O grande di x»; introdotta da P. Bachmann nel 1894 [42] e diffusa da E. Landau nel 1909 [43]) significa che una grandezza non cresce più rapidamente di x moltiplicato per una costante; per la classe LL-0 la stima del carico non contiene N, solo k.

Una rete a basso carico in senso stretto è una rete di classe LL-0; LL-1 è quasi a basso carico.

6. Analisi comparativa

6.1 Tratti (1 = soddisfatto, ½ = in parte, 0 = no) e classi

Note. Signal e WhatsApp ottengono ½ nel tratto 6: il contenuto è cifrato end-to-end, ma l'organizzazione vede i metadati e gestisce i server. In Reticulum e NNCP i nodi intermedi trasportano e conservano pacchetti altrui (tratto 1 = ½, classe LL-1). L'anno è la prima versione pubblica (Reticulum: in sviluppo dal 2014; Signal: predecessori TextSecure/RedPhone, 2010; Briar: in sviluppo dal 2011).

6.2 Osservazioni

• Per il tratto principale (classe LL) i più rigorosi sono Nevod, Briar e Secure Scuttlebutt (LL-0); Reticulum e NNCP appartengono a LL-1.
• Tutte le reti centralizzate e federate, così come le reti overlay di anonimato, sono LL-3: decentralizzare la proprietà non significa decentralizzare il carico.

7. Nevod come esempio della classe LL-0 e i suoi limiti

Nevod [34] è una rete di messaggistica costruita secondo il principio Zero Knowledge Infrastructure: un nodo («node») serve solo i propri partecipanti e trasporta messaggi cifrati senza accesso al loro contenuto; non esiste un centro; i nodi funzionano su hardware domestico o su server a noleggio. La tabella di servizio dei nodi cresce con il numero di nodi, non di utenti, ed è piccola.

Limiti a settembre 2026 (tratti non pienamente soddisfatti, nessuna verifica pratica):

• tratto 3: i contenuti multimediali sono trasmessi interi, senza anteprima né scaricamento su richiesta;
• tratto 4: i messaggi non consegnati sono conservati per 72 ore; funziona solo via internet;
• nessuna forward secrecy: i messaggi sono cifrati con la chiave a lungo termine del destinatario;
• un nodo vede i metadati di consegna (chi, a chi, quando);
• un prototipo funzionante senza utenti reali e senza audit indipendente; codice chiuso; app solo per iOS.

I tratti sono stati ricavati dai principi di Nevod, quindi il confronto lo favorisce in partenza; il punteggio di Nevod riflette la sua architettura, non la maturità del prodotto.

8. Questioni aperte

1. Archiviazione per un destinatario a lungo offline: chi la conserva e per quanto, senza violare la classe LL-0.
2. Ricerca del percorso tra molti nodi senza un indice centrale.
3. È ammissibile un transito limitato (LL-1) per consegnare su canali lenti, e serve reciprocità («porti il traffico altrui, altri portano il tuo»)?
4. Quali componenti contano come carico: traffico, archiviazione, stato, consumo di energia, tempo dell'amministratore.
5. Una metrica formale della cerchia del nodo k e la sua misurazione su reti reali.

9. Conclusione

I concetti di carico della teoria delle comunicazioni descrivono lo stato di una rete, non una proprietà della sua architettura. Il concetto proposto di rete distribuita a basso carico isola una classe architetturale in cui il carico di un nodo è limitato dalla sua cerchia, e integra gli approcci noti (F2F, DTN, tabelle hash distribuite, local-first, reti comunitarie) con una combinazione di sei tratti. La classificazione LL-0…LL-3 rende il concetto misurabile e permette di assegnare qualsiasi rete a una classe. La verifica pratica e una rassegna completa della letteratura nelle banche dati chiuse (IEEE, ACM, eLibrary) sono i prossimi passi.

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Bibliografia

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Nota sul metodo. La rassegna è stata svolta su fonti aperte; le banche dati a pagamento (IEEE Xplore, testi completi della ACM Digital Library, Springer, eLibrary) non sono state consultate in modo sistematico. I punteggi dei tratti e delle classi sono valutazioni esperte basate sulle descrizioni pubbliche delle reti a settembre 2026.

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