Cos’è e a cosa serve uno switch di rete in informatica

Lo switch è un dispositivo che non si limita a replicare il segnale, ma agisce sui frame ricevuti instradandoli verso la destinazione esatta. Mediante questa capacità tiene i domini di collisione separati, col vantaggio di occupare banda passante solo sulle porte effettivamente interessate dal traffico, lasciando libere le altre. Opera anche sulla gestione dei frame per cui se trova la rete occupata utilizza un buffer per immagazzinare i frame attendendo che la rete si liberi e permettendo il collegamento di segmenti ethernet di tecnologie siche e velocità differenti (non è permessa però la connessione di reti di livello collegamento eterogenee come Token Ring ed Ethernet a meno che non si tratti di un cosidetto switch transazionale). Operando a livello 2 del modello ISO/OSI, lo switch è in grado di identicare l’indirizzo MAC del mittente e del destinatario del frame; lo switch dispone di una memoria volatile (MAC table), che viene riempita con le associazioni fra le porte ed i MAC osservati su di esse, in modo da poter tracciare le connessioni fra porte in funzione. Il riempimento di questa tabella è basato sull’apprendimento passivo progressivo degli indirizzi sorgente contenuti nei frame inoltrati (transparent learning o backward learning) che lo switch associa univocamente alla rispettiva porta di provenienza. Le associazione della MAC table vengono dimenticate dopo un certo tempo e se lo switch inizialmente non conosce ancora a quale porta è collegato un determinato indirizzo, inoltra il frame su tutte le porte. In alternativa è pur sempre possibile, una configurazione del forwarding database in maniera manuale e statica da parte dell’amministratore di rete.

 

L’isolamento fra i domini di collisione permette di non impiegare CSMA/CD evitando la propagazione di collisioni e frame non inerenti alla specica porta e adottando la modalità full-duplex raddoppiando la banda passante. Esistono 3 tipologie di instradamento del pacchetto utilizzate da uno switch:

1. Cut-Through
2. Store-and-Forward
3. 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. 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.

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 però si dierenziano 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.

Spesso su alcune porte possono essere montati trasduttori utilizzati 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. Macchine più evolute invece sono dotate di funzionalità che permettono di collegarsi tra loro ed essere viste come un unico dispositivo. In questo caso rami con caratteristiche di velocità e capacità inferiori, che prima collegavano le macchine, confluiscono ordinatamente su rami con caratteristiche superiori, con velocità che arrivano anche a 10Gbps. Questo tipo di collegamento viene detto “stack”.

Uno switch di fascia medio-alta inoltre è tipicamente dotato di un agente di gestione, ovvero un piccolo programma software (firmware) che permette di controllarne e monitorarne il funzionamento. Questo è accessibile sia attraverso una porta seriale (gestione out-of-band) che attraverso la rete (gestione in-band). In questo caso, dopo aver configurato lo switch con indirizzo IP, maschera di rete e gateway (necessari per configurare un dispositivo in rete) risponde ai protocolli SNMP, telnet e/o SSH, HTTP.