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[APPUNTI] Hub - Switch - Router

Posted by yoruno on 07-06-2005 11:07

[DISCLAIMER: gli appunti che seguono sono stati presi a scopo personale in ambiente lavorativo e non in ambito universitario; possono pertanto differire da quanto spiegato in aula dai professori e possono contenere inesattezze]

Il classico pacchetto di rete che viaggia ha una struttura di questo tipo:

code:+-----------------------------------------------------------------------+
| incapsulamento  +---------------------------------------------------+ |
| ethernet        | incapsulamento       +--------------------------+ | |
| (MAC address)   | TCP/IP (IP address)  | protocollo (ad es. http) | | |
|                 |                      | e informazione           | | |
+-----------------+----------------------+--------------------------+-+-+

Un hub è un semplice accentratore di rete, è una sorta di accentratore "elettrico" dove i segnali presenti su tutta la linea vengono mescolati assieme; collegati ad un hub tutte le schede di rete sentono tutto il traffico presente sulla LAN, come se il collegamento fosse realizzato in 10base2 (coassiale).
In una simile situazione qualunque protocollo proprietario passerà ovunque, e un malintenzionato (ma molto bravo) potrebbe rimanere listening sulla sk di rete e monitorare l'intera attività di rete.
Le collisioni sul traffico di rete (con conseguenti ritrasmissioni e rallentamenti) saranno tanto più frequenti quanti più computer sono connessi alla rete, e tutti i computer subiranno i rallentamenti dovuti a queste collisioni.

Uno switch, invece, effettua una commutazione di pacchetto ethernet (attraverso l'analisi del frame ethernet): all'interno di uno switch viene costruita una mappa dei diversi dispositivi collegati e dei loro MAC address (indirizzi fisici delle sk di rete), dopodiché i pacchetti ethernet in arrivo da una macchina vengono reinviati solo alla macchina con il MAC address di destinazione (gli altri non vendono attività in rete).
In pratica con uno switch si ha più una LAN classica, ma n tronconi di LAN ognuno diretto ad una macchina, con lo switch al centro che li separa e li reindirizza.
In pratica uno switch a n porte ha fino a n/2 canali di comunicazione distinti a piena banda disponibile per ogni canale, inoltre permette di utilizzare la modalità "full duplex" delle schede di rete (che possono inviare e ricevere allo stesso tempo, raddoppiando così la velocità massima raggiungibile quando sono in corso scambi bidirezionali tra due macchine).
Le collisioni saranno comunque limitate, perché lo scambio di pacchetti avviene sempre e solo tra due macchine (e solo quelle due macchine vedranno le collisioni e ne subiranno i rallentamenti).

(AGGIUNTA: Lo switch è un evoluzione del bridge, il suo compito consiste nel far passare i dati solo ai segmenti interessati. Lo switch, a differenza del bridge, possiede diverse porte, ognuna collegata ad un segmento. Il traffico di un segmento viene propagato solo al segmento interessato. Come nel bridge, se il segmento del destinatario è uguale al segmento del mittente, il traffico non viene propagato. In pratica, è come se in uno switch fossero presenti tanti bridge. Molto efficaci per ottimizzare la velocità della rete sono gli switch 10/100, dove le porte sono tutte a 10Mbps eccetto una, a 100Mbps. Il vantaggio consiste nel poter collegare la porta a 100Mbps ad un server centrale, e le altre porte, a 10Mps, ad altri computer o segmenti. In questo modo, il traffico diretto verso il server dispone di un canale dieci volte più veloce, sul quale possono viaggiare, contemporaneamente, i dati provenienti da una decina di porte da 10Mbps.)

Gli hub 10/100 (i cosiddetti "hub switching") hanno due bus interni, uno a 10 e uno a 100.
Quando si collega un computer all'hub 10/100 in base alla velocità supportata dal computer (e quindi dalla sua scheda di rete) l'hub lo collegherà l'host al bus a 10 o al bus a 100.
In alcuni modelli molto economici di hub 10/100 i due bus interni non comunicano tra loro, quindi si ottiene lo sgradito effetto che gli host a 10 non "vedono" gli host a 100 e viceversa.
Negli hub 10/100 più "seri" esiste un "bridge" interno (in pratica uno switch a due porte) che mette in comunicazione il bus a 10 con quello a 100, e in questo modo i due hub (10 e 100) possono comunicare. Possiamo considerare dunque un hub di questo tipo come se si trattasse di due distinti hub (uno a 10 ed uno a 100) connessi da uno switch: le collisioni e la velocità totale saranno comunque limitate nelle singole sezioni (10 e 100) come in qualsiasi hub.

Il router lavora come lo switch, ma ad un livello più alto: invece di analizzare il pacchetto (frame) ethernet ricava l'indirizzo di destinazione dal protocollo in uso, ad es. TCP/IP o IPX/SPX (e quindi il router deve supportare espressamente il protocollo in uso, tipicamente TCP/IP).
Un router, a differenza di uno switch, può essere usato per connettere tra di loro (in modo trasparente) LAN diverse che hanno classi di indirizzi IP diversi: il router stesso viene informato delle strade (route) che i pacchetti devono seguire a seconda delle diverse destinazioni di IP address.
Molti router hanno anche possibilità ulteriori (NAT, port mapping, DHCP), e di fatto un router può essere considerato come un computer dedicato, con due distinte interfacce di rete (anzi, spesso è esattamente così).
Un router ha tipicamente due sole porte, da collegare alle reti che mette in comunicazione (sebbene esistano router che, su una di queste porte, hanno un hub incorporato); l'uso di un router in una LAN è tipicamente limitato a LAN di grandi dimensioni e fisicamente distinte, con classi IP diverse nelle diverse sezioni della LAN come nel caso di LAN distinte (interconnesse in una WAN) o di collegamenti verso internet di una intera LAN (in questo caso la scheda di rete "esterna" del router potrebbe essere rappresentata da un modem, da un TA ISDN o da altro ancora).

Il bridge, come dice il nome, è un ponte tra due reti. Il suo lavoro consiste nel fare in modo che i dati generati da una rete rimangano separati dall'altra, salvo quando il destinatario non appartenga proprio all'altra rete. Si evita così il propagarsi di inutile traffico aggiuntivo. Il bridge lavora a livello 2, cioè a livello data link. Questo comporta che l'indirizzo, in base al quale si decide se inoltrare o meno un messaggio, è un indirizzo Ethernet, non un indirizzo IP, usato invece dai router.