Come funziona una rete locale (LAN)?

Una LAN è un termine un po' ambiguo. Potrebbe significare il lato interno di una rete aziendale (possibilmente, ma non solitamente contenente router), il lato wireless di un router domestico, o una singola rete commutata nella stessa subnet locale.

Se si dice LAN, solitamente si intende una rete dove tutti i dispositivi sono nella stessa subnet. Questo potrebbe aver bisogno di essere descritto ulteriormente:

Una subnet è una rete dove tutti gli indirizzi IP sono raggiungibili localmente senza il bisogno di un "gateway" o "router".

Se guardate il modello OSI (http://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model), questo significa che avete a che fare con i livelli Physical (Layer 1) e Data Link (Layer 2) del modello. Il Network Layer (Layer 3) è dove avviene il routing.

Iniziamo con il livello fisico. Questo livello descrive come i bit arrivano da un dispositivo all'altro. I più comuni sono IEEE 802.11a/b/g/n wireless e IEEE 802.3 Ethernet (in particolare, 802.3i, 802.3u, e 802.3ab che specificano 10BASE-T, 100BASE-T, e 1000BASE-T Ethernet su cablaggio a coppie intrecciate). Il livello fisico è importante, ma se parliamo di LAN Ethernet possiamo passare al livello Data Link più velocemente.

Il livello Data Link è dove avviene lo switching. Se avete una LAN con due o più computer collegati da uno switch (o hub), i computer useranno il protocollo ARP per connettersi tra loro al livello 2. Per illustrare meglio questo, diamo un'occhiata all'indirizzamento:

L3, il livello di rete, usa indirizzi IP in messaggi chiamati pacchetti
L2, il livello di collegamento dati, usa indirizzi MAC in messaggi chiamati Frames.

Poiché la maggior parte delle applicazioni parla ad altri computer usando un indirizzo IP, non direttamente l'indirizzo MAC, a livello di LAN locale è necessario un protocollo per risolvere l'indirizzo MAC da un indirizzo IP locale.

In primo luogo, il programma cerca di parlare ad un indirizzo IP. Il sistema operativo e la scheda di rete, che lavorano a L3, L2 e L1, sanno che l'indirizzo IP è locale ma non conoscono (inizialmente) l'indirizzo MAC associato a quell'indirizzo IP. L'Address Resolution Protocol (ARP) funziona così:

1. Un'applicazione su IP 10.1.1.2 tenta di parlare con un IP locale sconosciuto 10.1.1.1
2. Un Broadcast Frame (indirizzo MAC di destinazione ffff.ffff.ffff indirizzo MAC sorgente 1234.5678.aaaa) viene inviato con un messaggio ARP "Chi è 10.1.1.1? Tell 10.1.1.2"
3. Il computer 10.1.1.1 riceve il messaggio e risponde con un Frame (destinazione 1234.5678.aaaa, sorgente 1234.5678.bbbb) con il messaggio ARP "10.1.1.2 con MAC 1234.5678.aaaa; 10..1.1.1.1 ha il MAC 1234.5678.bbbb"

A questo punto, entrambi i computer conoscono l'indirizzo MAC e l'indirizzo IP dell'altro.

A questo punto, il livello 1 (e il basso livello 2) diventano di nuovo importanti. Se molti host sono collegati fisicamente usando un Hub, tutti gli host vedono tutti i frame inviati sulla LAN locale. Sta alle loro schede di rete rifiutare tutti i frame che non sono destinati al loro indirizzo MAC.

Se questi host sono collegati con uno Switch, lo Switch è incaricato di sapere quali host sono fuori da quali porte. Lo switch ricorda questi indirizzi MAC e invia i frame solo alle porte che corrispondono al MAC. Gli indirizzi MAC sconosciuti e Broadcast di solito vengono inviati su tutte le porte dello switch.

Questo può sembrare complesso, ma è l'essenza di come funzionano i dispositivi Ethernet collegati al livello 2.