Instradamento

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Nelle reti telecomunicazioni, sia a commutazione di circuito che a commutazione di pacchetto, l'instradamento è la funzione di un commutatore (centrale telefonica, router, switch) che decide dove inviare un elemento di comunicazione ricevuto (conversazione telefonica, pacchetto, cella, flusso di dati). Il termine è una metafora che si riferisce all'atto di instradare (dirigere, indirizzare).

Ciascun elemento di comunicazione viene inoltrato dalla sorgente ad un commutatore, e da questo al successivo, fino a raggiungere la destinazione desiderata.

Il commutatore spesso usa una tabella di indirizzamento per decidere dove inviare ciascun elemento. Il formato di questa tabella ed il modo in cui viene popolata e possibilmente modificata sono specifici delle diverse tecnologie utilizzate e delle scelte progettuali adottate.

Commutazione di Pacchetto

L'oggetto dell'instradamento è il pacchetto, ovvero la decisione di instradamento viene presa separatamente per ciascun pacchetto. Anche per questa ragione, diversi pacchetti tra la stessa coppia di nodi possono seguire strade diverse, arrivare a destinazione in un ordine diverso da quello con cui sono stati inviati, e alcuni possono andare persi. Nelle reti IP, la risoluzione di questi problemi è tipicamente demandata a TCP, un protocollo di livello di trasporto, oppure alle applicazioni.

switching

Si intende con switching o "commutazione" l'instradamento effettuato a livello di collegamento, ad esempio nelle reti ethernet. Gli switch contengono tabelle di inoltro i cui elementi sono gli indirizzi mac dei singoli calcolatori presenti sulla rete. Questa tecnica ha pertanto dei considerevoli limiti di scalabilità, in quanto è necessario un elemento in queste tabelle per ciascun host presente sulla rete.

Le tabelle di inoltro degli switch vengono normalmente popolate in modo opportunistico man mano che i singoli nodi vengono collegati alla rete, osservando il traffico in transito. Quando lo switch riceve un frame destinato a un mac address che non conosce, lo invia in broadcast su tutte le porte, e questo spreco di risorse è un altro limite alla scalabilità dello switch.

routing

Il routing è l'instradamento effettuato a livello di rete. Nel caso tipico di IP, i router usano tabelle di instradamento i cui elementi sono blocchi di indirizzi IP, che sono detti route o rotte. Questo metodo è pertanto più scalabile, in quanto un singolo elemento della tabella di instradamento può gestire un numero anche molto alto di host.

Le tabelle di instradamento possono essere popolate con una combinazione di diversi metodi:

• routing per reti direttamente connesse: quando una interfaccia di rete di un host IP viene configurata con un indirizzo IP ed una maschera di sottorete, l'host conosce automaticamente la rotta per raggiungere tutti gli host di quella sottorete.
  • Nel caso molto semplice di una rete costituita da diverse sottoreti connesse ad un solo router, questo automatismo è sufficiente a popolare la tabella di routing di quel singolo router con tutti gli elementi necessari.
• routing statico: le rotte possono essere configurate manualmente sui vari router. Questo metodo è poco scalabile, difficile da gestire per reti più che banali, e non consente alla rete di utilizzare percorsi multipli quano questi sono disponibili.
• routing dinamico: le tabelle di instradamento vengono popolate da appositi protocolli di routing, eseguiti sui router, che permettono ai router di scambiarsi informazioni circa la topologia attuale della rete, e quindi di costruire automaticamente le tabelle di instradamento. Questi protocolli permettono alla rete di adattarsi automaticamente ad eventuali modifiche (aggiunta o caduta di nodi e di collegamenti), ed in particolare di reinstradare il traffico in caso di caduta di un collegamento.

Commutazione di circuito

L'oggetto dell'instradamento è una "conversazione" (ad esempio, ma non esclusivamente, una conversazione telefonica). In una rete di questo tipo, ciascuna conversazione segue un ciclo di vita:

• Creazione della connessione: quando la rete riceve la richiesta di stabilire una nuova conversazione tra due terminali, ne decide il percorso volta per tutte, e programma i commutatori per interconnettere tra loro le linee di comunicazione disponibili per realizzare il circuito tra i due nodi interessati. Le risorse necessarie a supportare la comunicazione vengono allocate in questa fase preventiva. Se non sono disponibili risorse sufficienti, la chiamata viene rifiutata. Se la chiamata viene accettata, c'è una garanzia stringente sulla qualità del servizio.
• utilizzo della connessione: i terminali coinvolti possono scambiare dei dati, avendo la garanzia delle caratteristiche del collegamento
• abbattimento della connessione: sulla base di una segnalazione inviata da un terminale o per altri motivi, la conversazione finisce. Le risorse impegnate vengono rilasciate e sono disponibili per altre conversazioni.

Commutazione di circuito virtuale

Molte tecnologie a commutazione di pacchetto prevedono comunque una fase di creazione della connessione, durante la quale viene determinato il percorso che faranno tutti i pacchetti, ed eventualmente possono venir riservate delle risorse per ciascuna comunicazione.