Che cos'è uno switch di rete?

Che cos'è uno switch di rete?

Uno switch di rete è un'attrezzatura che consente a due o più dispositivi IT, come due computer, di comunicare tra loro. Il collegamento di più dispositivi IT crea una rete di comunicazione. Le risorse di calcolo, stampa, server, archiviazione file, accesso a Internet e altre opzioni IT possono essere condivise in rete.

I dispositivi IT comunicano scambiandosi “pacchetti” di dati attraverso la rete. Gli switch di base inoltrano i pacchetti da un dispositivo all'altro, mentre le operazioni più complicate (come decidere se un pacchetto può raggiungere o meno la destinazione prevista) sono tradizionalmente affidate ad altri tipi di dispositivi di rete.

Gli switch possono essere dispositivi dedicati o componenti di altre apparecchiature, come router di rete e punti di accesso wireless (AP), in grado di eseguire operazioni sui pacchetti di dati. La tecnologia di switching di base è disponibile da decenni ed è uno dei principi costitutivi fondamentali di tutte le reti IT moderne, tra cui anche la rete Internet.

Quali problemi risolvono gli switch?

Uno switch di rete collega utenti, applicazioni e apparecchiature su una rete in modo che possano comunicare tra loro e condividere le risorse. Gli switch di rete più semplici offrono la connettività esclusivamente ai dispositivi che si trovano su una singola rete in area locale (LAN). Gli switch più avanzati, invece, possono collegare dispositivi su più LAN e possono persino avere funzioni di base per la sicurezza dei dati. 

Negli switch più avanzati, le funzioni che vanno oltre la semplice interconnessione LAN sono spesso un sottoinsieme di quelle che tipicamente si trovano su altri dispositivi di rete, come i router e i firewall. Nonostante tali funzionalità avanzate, questi dispositivi continuano a essere chiamati “switch” dal momento che il loro scopo principale è quello di connettere tra loro i dispositivi all'interno di una rete IT. 

Uno dei ruoli più importanti di uno switch avanzato è la sua capacità di creare “reti virtuali”. Le reti virtuali isolano tra loro i gruppi di sistemi di rete in base a configurazioni fornite dagli amministratori di rete. Questa capacità consente di collegare un gran numero di sistemi a un'unica rete fisica, segmentando in modo sicuro alcuni sistemi rispetto al resto. Le reti virtuali includono le reti private virtuali (VPN), le LAN virtuali (VLAN) e le LAN estensibili VPN virtuali (EVPN-VXLAN), utilizzate regolarmente nelle reti di medie e grandi dimensioni. L'EVPN-VXLAN è una implementazione sempre più comune della segmentazione di rete nel contesto delle reti aziendali moderne.

Gli switch di rete sono caratterizzati da una grande varietà di velocità, funzionalità e dimensioni. Possono supportare da tre a migliaia di dispositivi. È possibile collegare più switch di rete per supportare ancora più dispositivi. Il modo in cui tali switch sono collegati viene definito “topologia di rete”. 

Una moderna topologia di tipo “spine-leaf” che utilizza switch ad alta velocità con un'elevata densità di porte potrebbe facilmente collegare decine di migliaia di dispositivi in un'unica rete fisica. In una rete per data center di tipo spine-leaf, gli switch aggregano il traffico dai server e si collegano direttamente agli switch spine, che interconnettono tutti gli switch leaf in una topologia full-mesh. Queste reti di grandi dimensioni sono tipicamente segmentate in un gran numero di reti virtuali utilizzando l'EVPN-VXLAN, dove gli switch leaf forniscono accesso (e routing) per i diversi segmenti.

Questo tipo di rete è comune nei data center condivisi da molti clienti (i cosiddetti data center “multitenant”), nonché in quelli utilizzati da governi e grandi imprese.

Come funziona uno switch?

Uno switch di rete consente la comunicazione tra dispositivi facendo in modo che tutti i sistemi collegati, compreso lo switch stesso, seguano una serie di protocolli di comunicazione standard. Questi standard sono definiti e mantenuti da organizzazioni internazionali di standardizzazione, come l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) e l'Internet Engineering Task Force (IETF).

Esistono tre modi principali con cui i dispositivi possono connettersi a una rete: via radio (come accade per il Wi-Fi), tramite una connessione elettrica (come accade con l'Ethernet RJ-45) e grazie alla tecnologia ottica (basata sulla luce). Ciascun metodo di connessione utilizza un diverso mezzo di interconnessione fisica della rete, rispettivamente lo spettro radio, il cablaggio in rame e il cablaggio in fibra ottica, attraverso il quale i dispositivi informatici comunicano inviandosi un flusso di 1 e 0.

Gli standard di rete consentono di interpretare questi flussi di 1 e 0 nei pacchetti. I pacchetti contengono un'intestazione e un payload. Le intestazioni di pacchetto contengono informazioni come la sorgente e l'indirizzo di destinazione dei dispositivi che stanno partecipando alla comunicazione. I payload contengono i dati che i dispositivi di rete stanno effettivamente tentando di scambiarsi. Ogni dispositivo su una rete ha uno o più indirizzi a cui i pacchetti possono essere indirizzati.

I gruppi di pacchetti scambiati con due o più indirizzi vengono chiamati “flussi di dati”. I flussi di dati sono approssimativamente equivalenti a singole conversazioni tra i dispositivi della rete. Uno switch legge gli indirizzi dalle intestazioni di pacchetto e inoltra i diversi pacchetti verso la loro destinazione.

Gli switch conservano dei record, ovvero, le tabelle di lookup (LUT). Le LUT contengono un elenco degli indirizzi che possono essere raggiunti utilizzando delle porte switch specifiche. Alcuni switch, così come accade per tutti i router, possono essere configurati tramite “instradamenti”. Tali instradamenti sono un tipo di LUT che dirige gli switch per fare in modo che tutti i pacchetti con una certa destinazione vengano inviati a uno switch o router intermedio. Utilizzando tali instradamenti, gli switch possono inviare pacchetti ai dispositivi per cui lo switch non ha a disposizione informazioni relative all'indirizzo.

Andiamo a vedere nel dettaglio il modo in cui uno smartphone utilizza una rete Wi-Fi domestica per accedere a una pagina web. Lo smartphone si connette tramite Wi-Fi a un AP. L'AP ha uno switch RJ-45/Ethernet integrato, il quale è connesso a un router Internet.