Uno switch (inglese ; commutatore), nella tecnologia delle reti informatiche, è un dispositivo di rete che si occupa di commutazione a livello datalink (collegamento dati), il livello 2 del modello ISO/OSI, introdotto per ridurre il cosiddetto dominio di collisione nelle reti LAN Ethernet (ora IEEE 802.3).
Descrizione
Uno switch è un dispositivo in una rete di computer che collega insieme altri dispositivi. Più cavi di rete sono collegati a uno switch per abilitare la comunicazione tra diversi dispositivi. Gli switch gestiscono il flusso di dati attraverso una rete trasmettendo un pacchetto di rete ricevuto solo a uno o più dispositivi per i quali il pacchetto è destinato. Ogni dispositivo collegato in rete a uno switch può essere identificato dal suo indirizzo MAC, consentendo allo switch di dirigere il flusso del traffico massimizzando la sicurezza e l'efficienza della rete.
Uno switch è più "intelligente" di un hub Ethernet, che semplicemente ritrasmette i pacchetti fuori da ogni porta dell'hub, eccetto la porta su cui è stato ricevuto il pacchetto: l'hub è incapace di distinguere i diversi destinatari e pertanto ottiene un'efficienza di rete complessivamente inferiore.
Uno switch Ethernet opera sul livello di collegamento dati (livello 2) del modello OSI per creare un dominio di collisione separato per ciascuna porta dello switch. Ogni dispositivo collegato a una porta dello switch può trasferire dati a una qualsiasi delle altre porte in qualsiasi momento e le trasmissioni non interferiranno. Nella modalità half duplex, ogni porta dello switch non può contemporaneamente ricevere e trasmettere al dispositivo a cui è connessa. Al contrario, ciò è possibile nella modalità full duplex, assumendo che il dispositivo connesso supporti tale modalità. Poiché le trasmissioni continuano a essere inoltrate a tutti i dispositivi connessi tramite lo switch, il nuovo segmento di rete continua a essere un dominio di trasmissione.
La segmentazione implica l'uso di uno switch per dividere un dominio di collisione più grande in uno più piccolo al fine di ridurre la probabilità di collisione e migliorare il throughput complessivo della rete. Nel caso estremo (cioè micro-segmentazione), ogni dispositivo si trova su una porta switch dedicata. A differenza di un hub Ethernet, esiste un dominio di collisione separato su ciascuna porta dello switch. Ciò consente ai computer di disporre di una larghezza di banda dedicata sulle connessioni point-to-point alla rete e anche di eseguire in modalità full-duplex. La modalità full-duplex ha un solo trasmettitore e un ricevitore per dominio di collisione, rendendo impossibile la collisione.
Lo switch gode, rispetto a 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; Shortest Path Bridging; supporto di LAN virtuali (VLANs) secondo lo standard 802.1Q; mirroring delle porte; supporto della QoS (Quality of Service).
Centro stella In una porzione di edificio cablato (piano, uffici contigui, aule o stanze, area, cortitle, reparto, magazzino, ala, etc.) esiste il cosiddetto centro stella ovvero il punto in cui convergono tutti i connettori dei singoli e distinti cavi di rete LAN infilati nelle apposite canaline interne ai muri oppure interrate nel pavimento flottante o provenienti dal falso soffitto o da passarelle aeree. Il centro stella corrisponde allo switch principale, quello che ha "dietro" il router (da qui arriva il cavo WAN del provider) e che sta dopo il firewall fisico oppure, per LAN piccole, solo un firewall domestico che fa anche da switchOccorrono cavi schermati quando il passaggio è condiviso con l'impianto elettrico al fine di evitare interferenze.. A questo switch principale va connesso lo switch di area (il fascio di cavi va intestato prima ad un patch panel da interporre-per ovvie ragioni di manutenzione-allo switch). Spesso, negli uffici piccoli o nelle abitazioni il centro stella è posizionato dietro un coperchio del vano apposito a muro nel cosiddetto "sgabuzzino" (tipicamente è dove è installata anche la borchia telefonica, il quadro elettrico e-possibilmente-una presa d'aria). Nelle strutture più complesse lo switch di area è posizionato in un armadio rack.
Quando le tratte dei cavi sono lunghe (circa 90-100 m) occorre posizionare, tra un tratto e l'altro, uno switch che opera come ripetitore di segnale in modo da non perdere prestazione.
Nei cablaggi strutturati ogni switch di area deve essere collegato (con cavo in fibra ottica, in parallelo con gli altri) allo switch del centro stella (sala CED), evitando la connessione in cascata.
Struttura interna
Internamente, uno switch è costituito da una o più schede munite di porte. A ogni porta può essere connesso un nodo, che può essere una stazione, un altro switch, uno hub o altro dispositivo di rete.
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 a una porta sulla stessa scheda cui è collegato A, la scheda stessa inoltra i frame in arrivo su tale porta; se B è collegato a una scheda diversa da quella cui è collegato A, la scheda invia i frame a 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 a 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.
Tipi di switch Forme Gli switch sono disponibili in molte forme, comprese le unità desktop stand-alone, che sono in genere destinati ad essere utilizzati in un ambiente di casa o di ufficio al di fuori di un armadio di cablaggio.
Opzioni di configurazione Switch non gestiti: questi switch non hanno un'interfaccia di configurazione o opzioni. Sono plug and play. Sono in genere gli switch meno costosi e quindi spesso utilizzati in un piccolo ufficio. Gli switch non gestiti possono essere montati su desktop o su rack.
Switch gestiti: questi switch hanno uno o più metodi per modificare il loro funzionamento. I metodi di gestione comuni includono: un'interfaccia a riga di comando (CLI) accessibile tramite console seriale, telnet o Secure Shell, un agente SNMP (Simple Network Management Protocol) incorporato che consente la gestione da una console remota o una stazione di gestione o un'interfaccia Web per la gestione da un browser web. Esempi di modifiche alla configurazione includono: attivazione di funzionalità come Spanning Tree Protocol o port mirroring, impostazione della larghezza di banda della porta, creazione o modifica di LAN virtuali (VLAN), ecc.
Oggi sono commercializzate due sottoclassi di switch gestiti: Switch intelligenti (smart): si tratta di switch gestiti con un set limitato di funzioni di gestione. Allo stesso modo, gli switch "gestiti via web" sono apparati che rientrano in una nicchia di mercato tra non gestiti e gestiti. Per un prezzo molto più basso di uno switch completamente gestito forniscono un'interfaccia web (e in genere nessun accesso CLI) e consentono la configurazione di impostazioni di base, come VLAN, larghezza di banda della porta e duplex. Enterprise gestito (managed): questi hanno una serie completa di funzioni di gestione, tra cui CLI, agente SNMP, e l'interfaccia web. Possono avere funzionalità aggiuntive per manipolare le configurazioni, come la possibilità di visualizzare, modificare, eseguire il backup e ripristinare le configurazioni. Rispetto agli switch intelligenti, gli switch aziendali hanno più funzionalità che possono essere personalizzate od ottimizzate e sono generalmente più costosi degli switch intelligenti. Gli switch aziendali si trovano in genere in reti con un numero maggiore di switch e connessioni, dove la gestione centralizzata è un notevole risparmio in termini di tempo e sforzi amministrativi. Uno switch impilabile (stackable) è una versione di switch che può operare da solo o essere utilizzato insieme ad altri esemplari uguali o compatibili che opportunamente collegati possono operare come fossero un unico switch con una quantità di porte pari alla somma degli apparati coinvolti nella pila (stack).
Funzionamento e utilizzo Lo switch agisce sull'indirizzamento e sull'instradamento all'interno delle reti LAN mediante indirizzo fisico (MAC), selezionando i frame ricevuti e dirigendoli verso il dispositivo corretto (leggendo il MAC di destinazione). L'instradamento avviene per mezzo di una corrispondenza univoca porta-indirizzo.
Lo switch ha un comportamento analogo a quello del bridge, mentre si differenzia dal router che opera a livello 3 (internetworking), mettendo in comunicazione più reti locali attraverso il protocollo IP, e dall'hub che invece è solamente un ripetitore multiporta di strato fisico ovvero diffusivo senza indirizzamento. L'instradamento attraverso switch è in grado di ridurre il dominio di collisione presente nelle reti locali broadcast in maniera più efficiente ed efficace rispetto al bridge.
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, a 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 switch-router o, più precisamente, switch di livello 3 (layer-3 switch).
Funzionalità specifiche dei livelli Mentre gli switch possono conoscere le topologie su molti livelli e inoltrare su uno o più livelli, tendono ad avere caratteristiche comuni. Oltre alle applicazioni ad alte prestazioni, i moderni switch commerciali utilizzano principalmente interfacce Ethernet.