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Come funziona uno switch di rete e a cosa serve: storia e vantaggi della tecnologia Ethernet

Il significato dello switch, rispetto alla continua evoluzione delle architetture di networking, non è cambiato: il dispositivo, infatti, agisce sull’instradamento dei dati e serve a veicolare il traffico in modo bidirezionale fra le macchine collegate a un sistema di rete. A cambiare sono le tecnologie di riferimento

Pubblicato il 23 mar 2022

Laura Zanotti

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schema che descrive il funzionamento di uno switch

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Se si ha bisogno di collegare più dispositivi alla rete, è necessario acquistare uno switch, disponibili per tutti i budget e le esigenze.
Gli switch sono anche più veloci degli hub, soprattutto nelle reti con traffico intenso.
La scelta dello switch giusto dipende dalle esigenze specifiche della rete.

Il significato dello switch in informatica (in italiano: commutatore), rispetto alla continua evoluzione delle architetture di rete, non è cambiato. Quindi se stai cercando un modo per sdoppiare il cavo Ethernet o Lan, sei nel posto giusto. A livello di configurazione, il dispositivo agisce sull’instradamento dei dati. Serve inoltre a veicolare il traffico in modo bidirezionale tra più dispositivi collegati o fra le macchine ospitate nei data center. Ecco cos’è un dispositivo switch e qual è il suo compito.

Se è vero che virtualizzazione, cloud computing, enterprise mobility, Internet of Things e Big Data hanno cambiato i paradigmi di lavoro e di business di tutto il macrocosmo aziendale, il presente e il futuro del networking è incentrato sugli switch di rete.

Dalle grandi aziende alle startup, è vero anche che le infrastrutture di networking hanno cambiato protocolli ed esigenze rispetto al traffico di dati movimentato. Per chi non conoscesse la storia di queste tecnologie e come funziona e l’evoluzione della Ethernet alla fine di questo articolo un utile glossario fa da guida nella comprensione dei termini.

Indice degli argomenti

Guida al networking: come configurare uno switch in un sistema di rete

Perché è importante usare uno switch di rete? Ecco la spiegazione. Un nodo, ovvero un qualsiasi dispositivo hardware (pc, stampante, modem, fax eccetera) in grado di comunicare con gli altri parte di un sistema, può cercare di accedere alla rete in qualunque momento. Se il dominio a cui appartiene ha la rete occupata da un’altra trasmissione in corso, si ha una cosiddetta collisione.

Il nodo deve attendere per un tempo casuale prima di ritentare di trasmettere i suoi dati. Il tempo casuale viene incrementato ad ogni nuovo tentativo fallito. In situazioni di traffico intenso, si può così avere un rapido decadimento delle prestazioni della rete. Poiché dispositivi come repeater o hub si limitano a inoltrare ogni trasmissione ricevuta a tutti i nodi cui sono collegati. Espandere una rete tramite simili dispositivi può portare a creare domini di collisione sempre più ampi e quindi meno efficienti.

Cos’è uno switch di rete

Nella configurazione di una rete locale, dunque, lo switch serve a sdoppiare il cavo Ethernet o Lan e a gestire il traffico dei dati quando ci sono più nodi collegati, separando i cosiddetti domini di collisione connessi alle sue porte. Nel caso due o più calcolatori collegati a porte diverse trasmettano contemporaneamente, i pacchetti dei dati possono attraversare lo switch in maniera sincrona, senza mandare in blocco il sistema di rete.

Qual è la differenza tra Ethernet e Lan?

Le reti LAN (Local area network) si possono estendere fino a qualche chilometro, ma non possono andare oltre un certo limite. Si tratta di reti broadcast, con velocità 10, 100, 1000 Mbps.

Con Ethernet si fa riferimento alle tecnologie e ai sistemi standardizzati usati nelle reti LAN. Ethernet nel tempo ha, infatti, sostituito altre tecnologie per LAN cablate (quali ARCnet, FDDI, Token ring).

4 passi per configurare uno switch lan domestico

Ora che sai che per sdoppiare un cavo Lan è necessario munirsi di uno switch passiamo a come configurarlo. Come configurare uno switch rispetto al router, come collegarlo? Predisporre uno switch Lan come funziona? Per configurare uno switch lan domestico bastano 4 passaggi:

Settare il router in modo che accetti le connessioni IP per ogni porta presente utilizzando il menù delle opzioni.
Impostare il firewall per le connessioni in ingresso per tutte le porte, compresa quella nella quale bisognerà andare a collegare lo switch. In questa maniera si evita che eventuali virus o malware installati involontariamente su uno dei pc si possano diffondere a tutta la rete tramite i dispositivi presenti.
Collegare un cavo ethernet a una qualsiasi porta del router ADSL e alla porta denominata LAN1 dello switch (in alcuni dispositivi si chiama LINK o SWITCH o COND).
Una volta collegato il cavo di alimentazione della corrente allo switch verificate che gli sia stato attribuito un indirizzo IP.

Come funziona uno switch di rete e a cosa serve

Dal punto di vista tecnico, il significato dello switch in informatica in una configurazione di networking è proprio quello di commutare i pacchetti dei dati all’interno delle LAN (Local Area Network). Si sfrutta in entrata e in uscita il Media Access Control (MAC), ovvero l’indirizzo fisico, assegnato in modo univoco dal produttore di ogni scheda Ethernet o wireless, secondo lo standard ISO/OSI.

Grazie alla corrispondenza univoca porta/indirizzo è in questo modo che i dati vengono instradati correttamente dallo switch lan, garantendo la qualità della connettività. Ogni switch è costituito da una o più schede, munite di porte. Ognuna di queste può essere connesso un cosiddetto nodo, che può essere una stazione, un altro dispositivo switch, un hub o un qualsiasi altro dispositivo.

Nella sua configurazione standard uno switch di rete lan normalmente inoltra i pacchetti di dati in arrivo da una qualsiasi delle sue porte per inoltrarli solo al nodo destinatario. Grazie a un’intelligenza applicativa distribuita su ogni singola scheda, uno switch riconosce nel flusso di bit il pacchetto dei dati.

Riconosce inoltre l’indirizzo del destinatario e decide su quale porta in uscita veicolare il pacchetto e trasferirlo. L’amministratore di sistema, dal suo canto, può configurare il dispositivo switch per gestire la prioritizzazione del traffico. E lo fa stabilendo quali flussi debbano essere favoriti rispetto ad altri meno importanti.

Ethernet: significato e vantaggi degli switch a 10 Gigabit

A livello aziendale, 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 fornendo una velocità dieci volte maggiore (10 gigabit al secondo) rispetto allo standard Gigabit Ethernet (GbE). Tale scelta è economicamente più conveniente di una rete 100Base-T, con una configurazione logica a bus.

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Se fino a qualche anno fa gli switch a 10GbE venivano adottati soprattutto dai data center e dalle grandi imprese, a livello della rete core, con la funzione di aggregazione di flussi di dati a velocità più ridotta. Oggi anche le reti di medie e piccole dimensioni stanno rivolgendosi a questo tipo di standard.

Come collegare uno switch Ethernet a un router

Per collegare uno switch Ethernet al router è necessario svolgere i seguenti passaggi.

Lo switch deve essere posto in uno spazio dove possa dissipare il calore. Dopo avere collegato il prodotto alla rete elettrica si accendono i vari LED che ne indicano il funzionamento.

Il cavo Ethernet deve, invece, collegare una delle porte libere dello switch con una delle porte Lan del router.

Così facendo la connessione Internet è condivisa con i dispositivi collegati allo switch.

I migliori switch di rete

Tante variabili (velocità, silenziosità, ingombro eccetera) determinano la scelta relativa a quale switch acquistare. Ecco una breve selezione di alcuni dei migliori switch a seconda del numero di porte ovvero a seconda di quanti dispositivi serve collegare allo stato attuale, oppure sulla base delle valutazioni relative a ciò che servirà nel breve e medio termine.

switch 8 porte

TP-Link TL-SF1008D Switch 8 porte Gigabit, 10/100/1000 Mbps

D-Link DGS-108 Switch 8 porte Gigabit

Zyxel 8-Port Desktop Gigabit Ethernet switch

Cisco Business CBS110-8T-D Unmanaged Switch 8 porte GE

Netgear Switch Ethernet 8 porte Unmanaged GS308GE Switch Gigabit

switch 5 porte

D-Link Go-Sw-5G Switch 5 Porte Gigabit Serie Dlinkgo

TP-Link LS105G Switch Ethernet 5 Porte Gigabit

Netgear Switch Ethernet 5 porte Gigabit Unmanaged GS305

Tenda SG105 Desktop/parete Switch 5 porte Gigabit

switch 4 porte e switch 2 porte

Per le piccole reti, a costi bassi si possono trovare switch di tutti i produttori che vantano un’offerta completa, che include quindi switch a 4 porte e switch a 2 porte. Vi è una vasta selezione di prodotti nei più comuni marketplace online e siti di e-commerce, oltre che presso i migliori rivenditori.

Che cosa ha comportato l’adozione della tecnologia Gigabit Ethernet?

In sostanza, la tecnologia Gigabit Ethernet funziona e sta diventando lo standard di connettività anche sui desktop. Questo sia perché le porte GbE oggi costano meno, sia per la fame di banda associata alla crescente digitalizzazione della nostra società. Un segno dei tempi è che molti computer desktop e laptop sono già equipaggiati con porte GbE.

Questa ampia adozione di GbE ha però condotto a un significativo incremento della quantità di traffico a livello dell’edge, cioè alla periferia della rete. Oggi, il risultato è che, pur continuando a essere funzionanti, le infrastrutture di rete GbE esistenti tendono a generare generano colli di bottiglia e rallentamenti. Questo si verifica soprattutto quando all’interno delle organizzazioni, grandi o piccole, si fa largo utilizzo di applicazioni che necessitano di banda. Ecco perché, parlando di significato dello switch è importante capire come la tecnologia 10GbE stia diventando una necessità tecnica anche sulle reti edge.

Switch: nel futuro del networking meglio in rame o in fibra?

Lo sviluppo del networking ha un grande passato e un grande futuro. Il 2002 è stata l’epoca dell’approvazione della specifica IEEE 802.3ae che ha favorito la diffusione dello standard 10GbE. Questo è stato poi implementato su fibra dalle grandi organizzazioni, nei propri data center, oltre che sulle dorsali (backbone) a livello corporate, per supportare applicazioni mission-critical a elevato consumo di banda.

L’evoluzione tecnologica e gli investimenti dei produttori però non si sono fermati. Nel 2006 l’istituto IEEE è arrivato a ratificare la specifica per lo standard 10GBASE-T (IEEE 802.3an). Anche questo supporta una capacità di 10 gigabit al secondo, ma utilizzando cavi in rame. Oggi, questi ultimi, se in CAT6 (schermato) o CAT7, nelle installazioni possono supportare un lunghezza fino a 100 metri.

Dunque, se ieri la tecnologia 10GBASE-T non ha ottenuto il successo di mercato atteso, a causa essenzialmente dei costi degli switch, dei loro consumi di energia e dei loro livelli di latenza, oggi le cose sono molto cambiate.

L’importanza di consumi e latenza

Dal 2013, sono stati compiuti alcuni progressi fondamentali che hanno permesso di portare sul mercato switch a 10 gigabit con porte in rame con rapporti prezzo/prestazioni molto interessanti. Dunque, se ieri gli switch in rame arrivavano a richiedere anche 20 W (watt) per porta, sono nati dispositivi che consumano meno di 4 W per porta. Dal punto di vista della latenza, invece, in funzione della dimensione dei pacchetti, il ritardo per gli apparati 10GBASE-T si aggira in un intervallo tra 2 e meno di 4 µs (microsecondi). Tale livello rende l’uso di tale tecnologia accettabile anche in applicazioni bandwidth-intensive, come la gestione di audio/video, il backup di dati o lo storage di rete.

Semplificare le complessità di implementazione

Un altro vantaggio della tecnologia 10GBASE-T è il fatto di essere retrocompatibile con le reti aziendali basate sugli standard precedenti e tuttora funzionanti. Questo vale per le reti Fast Ethernet a 100 Mb/s (100BASE-T) e le reti Gigabit Ethernet (GbE) a 1000 Mb/s (1000BASE-T). Ciò significa interoperabilità e possibilità di mantenere o riutilizzare, in fase di installazione, le tipologie di cavi, CAT6, CAT6a, o CAT7, già presenti nell’infrastruttura.

Questo non solo consente una riduzione della complessità dei cablaggi ma evita anche l’acquisto di costosi cavi in fibra e apparati. Un beneficio che si traduce in un ulteriore abbattimento delle spese Capex, in particolare quando le dimensioni del cablaggio da realizzare sono significative. In aggiunta, un altro vantaggio è la possibilità di lavorare sfruttando anche la familiarità e la praticità di utilizzo dei connettori RJ45 per la connessione dei vari dispositivi. Connettori che, in sostanza, funzionano in modalità plug-and-play.

Infine, va considerato che un’implementazione dell’infrastruttura di rete in rame può risultare anche meno complicata e più economica da gestire e manutenere rispetto a una in fibra. Quest’ultima infatti richiede tecniche più sofisticate per la terminazione della fibra nei cablaggi, oltre a costosi apparati di test per collaudare funzionalità e connettività. Attività di manutenzione e collaudo che, per altro, richiedono personale esperto e installatori specializzati e certificati.

Differenze tra un hub e uno switch

Un hub (in inglese fulcro e, per traslato, elemento centrale) è un dispositivo di rete che funge da concentratore. Esso opera come nodo di smistamento dati di una rete improntata con una logica a bus è una topologia fisica a stella. Sia un hub di rete che uno switch svolgono la stessa funzione. La differenza è che un hub trasmette le informazioni su tutta la rete esponendole a tutti i dispositivi. Uno switch è in grado di aumentare il livello di sicurezza della rete garantendo che tali informazioni vengano indirizzate a uno specifico dispositivo.

Guida alle terminologie LAN switching: storia, significato e acronimi

ISO/OSI

Si tratta di uno standard per le reti informatiche il cui acronimo sta per Open Systems Interconnection (OSI) ed è stato stabilito dall’International Organization for Standardization (ISO), il principale ente di standardizzazione internazionale. L’OSI stabilisce in un’architettura di rete come sia composta la pila di protocolli di comunicazione. Lo fa secondo una struttura a 7 strati che, secondo un modello logico-gerarchico, eseguono tutte le funzionalità.

Protocollo di rete

Si tratta di un insieme di regole che due macchine devono rispettare per poter comunicare tra di loro. L’utilizzo di protocolli è necessaria quando la tipologia di macchina varia (es: computer e palmare) o più semplicemente quando il costruttore è diverso. L’insieme di più protocolli definisce un’architettura di rete a strati. Questa altro non è che un’astrazione per concettualizzare le funzionalità logiche di un sistema di networking.

Ethernet

Le origini affondano nella storia. L’idea di realizzare una famiglia di tecnologie standardizzate per migliorare il funzionamento delle reti locali è stata di Robert Metcalfe e David Boggs (suo assistente) allo Xerox PARC. Nel 1975 chiamarono il sistema Ethernet. Essi si ispirarono a quel luminiferous ether, attraverso cui un tempo si pensava si propagassero le radiazioni elettromagnetiche. Il successo di questo approccio portò nel 1978 un gruppo di imprese (Xerox, Intel e Digital Equipment) a caratterizzare meglio le specifiche tecniche a livello fisico (includendo tipologia di connettori, di cavi, di trasmissione e via dicendo) e a livello MAC.

IEEE 802.3

Nel 1985 l’Institute of Electrical and Electronic Engineers (associazione internazionale di scienziati e professionisti) ha perfezionato e consolidato l’Ethernet creando uno standard tecnologico basato sull’originale specifica. Si è così data vita a una famiglia di nuovi protocolli, chiamati IEEE 802. In seguito, lo standard Ethernet come tale non è più stato mantenuto. Ma il termine continua ad essere usato come fosse un sinonimo di IEEE 802.3, pur non coincidendo completamente.

10Base-T

È una specifica di livello fisico dello standard IEEE 802.3, caratterizzata da velocità di trasmissione di 10 Mbps in banda base su due doppini di derivazione telefonica intrecciati e non schermati di categoria 4 o 5.

CSMA/CD

Acronimo di Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (accesso multiplo tramite rilevamento della portante con rilevamento delle collisioni). È un protocollo di accesso multiplo, evoluzione del protocollo di livello MAC CSMA. È nato per la risoluzione dei conflitti di trasmissione. Risolve cioè collisioni, dovuti al CSMA puro, presenti in un certo dominio di collisione su reti locali cablate di tipo broadcast.

100BASE-T

Si tratta di uno dei tanti standard CSMA/CD per cavi UTP (Unshielded Twisted Pair – ovvero cavi non schermati usati per collegare le reti Ethernet) a 100 Mbps. Include: 100BASE-TX (100 Mbps su due coppie – cavi Cat 5 o migliori), 100BASE-T4 (100 Mbps su quattro coppie – cavi Cat 3, deprecato), 100BASE-T2 (100 Mbps su due coppie Cat 3 o migliore, deprecato). La lunghezza del segmento per un cavo 100BASE-T è limitato a 100 metri (come 10Base-T e 1000Base-T). Tutti sono o erano parte dello standard IEEE 802.3 CSMA/CD approvato nel 1995.

Bus

È un canale di comunicazione che permette a periferiche e componenti di un sistema elettronico di scambiare informazioni o dati di sistema tra loro attraverso la trasmissione di segnali.

Gigabit Ethernet: GbE (standard IEEE 802.3z su fibra e IEEE 802.3ab su rame)

È l’evoluzione a 1.000 Mbit/s del protocollo Fast Ethernet (standard IEEE 802.3u) operante a 100 Mbit/s. Per rendere possibile il Gigabit Ethernet si è reso necessario introdurre delle modifiche al protocollo IEEE 802.3u.

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