Switch - IN Servizi IT Srl

Definizioni per aiutare a capire meglio
il “computerese”
Switch
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Scheda madre di uno switch
Nella tecnologia delle reti informatiche, uno switch, voce inglese, in italiano è letteralmente il
commutatore, è un dispositivo di rete che inoltra selettivamente i frame ricevuti verso una porta di
uscita.
Indice
[nascondi]
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1 Definizione
2 Prestazioni
3 Utilizzo dello switch
4 Instradamento
5 Struttura interna
6 Metodi di instradamento
7 Gestione
8 Stackable
9 Voci correlate
Definizione
Come con un hub, due nodi possono comunicare attraverso uno switch come se questo non ci fosse,
ovvero il suo comportamento è trasparente. A differenza però di quanto farebbe un hub, uno switch
normalmente inoltra i frame in arrivo da una qualsiasi delle sue porte soltanto a quella cui è collegato il
nodo destinatario del frame.
Uno switch possiede quindi l'intelligenza necessaria a riconoscere i confini dei frame nel flusso di bit,
immagazzinarli, decidere su quale porta inoltrarli, trasferirli verso una porta in uscita, trasmetterli.
Normalmente uno switch opera al livello datalink del modello di riferimento ISO/OSI.
Iaccheo Nunzio
www.in-serviziit.it
Pagina 1 di 5
Definizioni per aiutare a capire meglio
il “computerese”
Lo switch gode, rispetto ad un bridge, di:
•
•
maggiore espandibilità in termini di numero di porte
performance migliori
Inoltre uno switch di fascia alta fornisce tipicamente le seguenti caratteristiche:
•
•
•
•
•
possibilità di gestione
supporto di più istanze del protocollo Spanning Tree;
supporto di LAN virtuali (VLANs) secondo lo standard 802.1Q
mirroring delle porte
supporto della QoS (Quality of Service).
Prestazioni
Il ritardo introdotto da uno switch è generalmente di pochi microsecondi, quindi quasi ininfluente per la
gran parte delle applicazioni.
Quando un host è connesso ad uno switch, o su una connessione diretta tra due switch, non sono possibili
collisioni, e quindi è possibile utilizzare la modalità "Full-Duplex", ovvero i due nodi possono trasmettere
contemporaneamente.
L'inoltro selettivo dei frame permette anche a più frame di attraversare contemporaneamente lo switch, e
quindi la banda totale disponibile non viene ridotta con l'aumento del numero di nodi attivi. In una
connessione di questo tipo si dice che l'host ha un accesso dedicato al commutatore. Questo garantisce
che due nodi connessi da uno switch possano comunicare tra loro alla velocità nominale del
collegamento, ma solo se non sono impegnati contemporaneamente in altre conversazioni.
Nella realtà, l'introduzione di uno switch in una rete locale porta ad un aumento del traffico sulla rete ed a
un miglioramento delle prestazioni, ma spesso questo miglioramento porta ad evidenziare altri "colli di
bottiglia" della rete, spesso la connessione ad internet o la capacità dei server.
Utilizzo dello switch
Storicamente lo switch è stato introdotto per ridurre le collisioni nelle reti Ethernet (ora IEEE 802.3).
L'uso esclusivo di switch per collegare nodi (con esclusione di hub e bridge) consente di aumentare
l'efficienza di una tipica rete 10Base-T di un fattore 10, portandola dunque a competere con una più
costosa rete 100Base-T provvista esclusivamente di hub, e quindi con topologia logica a bus.
Normalmente uno switch non è in grado di interconnettere reti di livello 2 eterogenee, ad esempio una
rete Ethernet con una Token Ring, a meno che non si tratti di un cosiddetto "switch transazionale", mentre
può interconnettere ad esempio reti ethernet con velocità o tecnologie fisiche diverse.
Nel gergo delle reti locali, uno switch separa i domini di collisione connessi alle sue porte, ovvero se due
calcolatori collegati a porte diverse trasmettono contemporaneamente, non si verifica una collisione, e i
due frame possono attraversare lo switch contemporaneamente.
Il termine switch viene usato anche al di fuori delle reti Ethernet, ad indicare un dispositivo che inoltri
selettivamente i frame ricevuti, per esempio in ATM o frame relay. Inoltre, un dispositivo di rete che
abbini le prestazioni di uno switch con le funzioni di livello superiore di un router viene detto switchrouter o, più precisamente, switch di livello 3 (layer-3 switch).
Iaccheo Nunzio
www.in-serviziit.it
Pagina 2 di 5
Definizioni per aiutare a capire meglio
il “computerese”
Instradamento
Per decidere su quale porta inoltrare un frame ricevuto, uno switch deve possedere una funzione di
instradamento. Questa è basata sull'apprendimento passivo degli indirizzi sorgente dei frame inoltrati
("transparent learning"), attraverso il quale lo switch impara su quale porta si trova un determinato
indirizzo. Gli indirizzi appresi vengono "dimenticati" dopo un certo tempo dalla loro ultima apparizione.
Quando un nodo A cerca di comunicare con un nodo B, il comportamento dello switch dipende dalla
porta cui è collegato B:
•
•
•
se B è collegato alla stessa porta a cui è collegato A, lo switch ignora il frame.
se B è collegato ad una porta diversa, lo switch inoltra il frame sulla porta a cui è collegato B.
se lo switch non conosce ancora a quale porta è collegato B, inoltra il frame su tutte le porte.
Normalmente, il nodo riceverà il pacchetto e risponderà, permettendo allo switch di scoprire a quale porta
è collegato.
Alcuni frame hanno un indirizzo destinazione particolare, denominato broadcast, che indica che sono
destinati a tutti i calcolatori della rete. Uno switch inoltra questi frame su tutte le porte. Per questo si dice
che lo switch crea un unico dominio di broadcast.
La complessità del comportamento di uno switch è compensata dalle migliori prestazioni ottenibili.
Il fatto che i frame vengano ritrasmessi selettivamente ha anche delle implicazioni di sicurezza
informatica, in quanto evita che un calcolatore possa facilmente intercettare (sniffare) il traffico diretto ad
un altro. Esistono comunque tecniche raffinate che permettono lo sniffing anche in presenza di switch,
come l'ARP Poisoning o lo Switch Flooding, per cui uno switch non deve essere considerato come una
protezione inattaccabile contro i rischi di intercettazione.
Struttura interna
Switch modulare a 24 porte
Internamente, uno switch è costituito da una o più schede munite di porte. Ad ogni porta può essere
connesso un nodo, che può essere una stazione, un altro switch, un hub o altro dispositivo di rete.
Iaccheo Nunzio
www.in-serviziit.it
Pagina 3 di 5
Definizioni per aiutare a capire meglio
il “computerese”
Quando un nodo A cerca di comunicare con un nodo B, il comportamento dello switch dipende dalla
scheda cui è collegato B:
•
•
se B è collegato ad una porta sulla stessa scheda cui è collegato A, la scheda stessa inoltra i frame
in arrivo su tale porta;
se B è collegato ad una scheda diversa da quella cui è collegato A, la scheda invia i frame ad un
canale di trasmissione interno detto backplane, caratterizzato da elevata velocità (tipicamente
sull'ordine del Gbps), che provvede a consegnare il frame alla scheda giusta.
L'intelligenza necessaria a gestire le porte di ingresso e di uscita (riconoscere i frame, estrarre gli indirizzi
sorgente e destinazione, trasmetterli) è distribuita sulle singole schede.
Spesso su alcune porte possono essere montati trasduttori di tipo diverso per risolvere diversi tipi di
esigenze (si veda ad esempio la ricchezza di tecnologie di livello fisico disponibili per IEEE_802.3).
Questa possibilità viene tipicamente utilizzata per aggiungere ad uno switch 100Base-TX una o due porte
di tipo 1000Base-X per il collegamento verso il resto della rete (uplink) o per un server veloce.
Alcuni switch hanno una costruzione modulare, ovvero le schede possono essere montate dal gestore, per
modulare il numero di porte a disposizione o per utilizzare porte di tipo diverso.
Anche se non conveniente soprattutto in termini economici, è possibile realizzare uno switch anche con
un comune computer dotato di più interfacce di rete.
Metodi di instradamento
Esistono 3 tipologie di instradamento che possono essere utilizzate da uno switch:
•
•
•
cut-through
store-and-forward
fragment-free
Nella prima tipologia lo switch si limita a leggere l'indirizzo MAC del destinatario e quindi manda il
contenuto del frame contemporaneamente alla sua lettura. In questo caso l'invio dei frame non attende la
ricezione completa dello stesso. Questo tipo di switch è quello con latenza minore.
Negli switch store-and-forward invece viene letto l'intero frame e ne viene calcolato il cyclic redundancy
check (CRC) confrontandolo con il campo FCS all'interno del frame. Solo se i due valori corrispondono il
frame viene mandato al destinatario, altrimenti non viene trasmesso. Questi tipi di switch consentono di
bloccare frame contenenti errori ma hanno una latenza maggiore.
L'ultima tipologia è un compromesso tra le due precedenti in quanto si leggono i primi 64 bytes del frame
in modo da rilevare solo alcune anomalie nel frame.
Gli switch fragment-free e cut-through possono essere impiegati solamente nello switching simmetrico
ovvero dove trasmettitore e ricevitore operano alla stessa velocità, gli switch store-and-forward invece
consentono anche lo switching asimmetrico.
Le tre tipologie si differenziano solo se il buffer di trasmissione è vuoto e se il link di uscita è libero. Nel
caso contrario le tre tipologie si riducono all'unica store-and-forward.
Iaccheo Nunzio
www.in-serviziit.it
Pagina 4 di 5
Definizioni per aiutare a capire meglio
il “computerese”
Gestione
Uno switch di fascia medio-alta è tipicamente dotato di un agente di gestione, ovvero un piccolo
programma software che permette di controllarne e monitorarne il funzionamento. Questo è accessibile
sia attraverso una porta seriale (gestione out-of-band) che attraverso la stessa rete ethernet (gestione inband). In questo caso, all'agente di gestione viene normalmente assegnato un indirizzo IP, e questo
risponde ai protocolli SNMP, telnet e/o ssh, HTTP.
Uno switch gestito permette tipicamente di accedere da remoto a queste funzionalità:
•
•
•
•
•
interrogazione dello stato delle porte (permette di sapere se c'è un nodo collegato, e a quale
velocità)
statistiche di traffico e di errori per ciascuna porta (permette di identificare i nodi più attivi e i
collegamenti malfunzionanti)
interrogazione della tabella di instradamento (permette quindi di sapere a quale porta è collegato
il nodo che ha un certo MAC address)
interrogazione e modifica dei parametri di configurazione, ad esempio VLAN, Spanning Tree
modifica dello stato amministrativo di una porta (permette di escludere dalla rete un nodo
malfunzionante, o che non rispetti le policy della rete)
Stackable
Macchine più evolute sono dotate di funzionalità che permettono l'interconnessione backbone, in cui rami
con caratteristiche di velocità e capacità inferiori confluiscono ordinatamente su rami con caratteristiche
superiori; per questi collegamenti vengono utilizzate velocità che possono arrivare anche a 10Gbps.
Generalmente in una macchina stackabile le porte adibite a queste connessioni sono dotate di
interoperabilità o sono addirittura modulari, questa caratteristiche rendendo flessibile la modalità di link
es. nella scelta di velocità e trasporto fisico (rame o fibra).
Caratteristiche significative della macchine stackabili sono:
1.
2.
3.
4.
la possibilità di impilare varie macchine;
la possibilità di gestirle assieme come fossero una;
la possibilità di interconnettere macchine di tipo diverso switch, hub, router;
la possibilità di realizzare sistemi tolleranti ai guasti (se si rompe una macchina le altre continuano
a funzionare e allo stesso modo se una porta non funziona se ne collega un'altra).
Iaccheo Nunzio
www.in-serviziit.it
Pagina 5 di 5