Come funziona davvero un Router?

Guida teorica e tecnica per sapere cosa è un Router, a cosa serve, come funziona

L'evoluzione di Internet ha cambiato profondamente il mondo, la tecnologia e le persone ed è difficile immaginarsi una vita senza Internet. Il dispositivo che rende possibile tutto questo si chiama Router, quella piccola scatola collegata alla presa a muro, con sopra diverse porte e lucette, che permette a tutti i dispositivi di connettersi contemporaneamente a Internet.

Senza di esso, non avremmo connessione, non si potrebbero vedere video in streaming e nemmeno collegarsi a Facebook. Anche i fornitori di rete utilizzando i loro router, ma essi non sono accessibili all'utenza domestica, visto che entrano a far parte della colonna portante di Internet (backbone in inglese).

In questo articolo vi spiegheremo come funziona davvero un Router, utilizzando parole semplici per descrivere il funzionamento di questo indispensabile dispositivo. Nella guida faremo riferimento ai router come dispositivi a sé stanti, ma gran parte delle indicazioni sono valide anche per i modem/router (ormai i modelli più diffusi, anche grazie ai modem forniti direttamente dagli operatori di rete).

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Hardware di un router

Il primo sistema che ha funzionato come router è il gateway di ARPANET, l'embrione della moderna internet di diversi anni fa: questo router era una macchina enorme come un frigorifero. I router moderni si possono tenere in mano, costano da 30 a 300€ e hanno caratteristiche hardware comuni con i PC (ossia un processore, una memoria RAM e una memoria flash).

L'elemento più importante sui router sono ovviamente le porte Ethernet, ossia le porte dove è possibile connettere i dispositivi che necessitano di accesso alla rete (utilizzando un cavo Ethernet per lo scopo).

Tipi di porte Ethernet

Tutti i router hanno una porta WAN (Wide Area Network) che è la connessione cablata che collega il router ad un modem o ad uno switch di rete: da questa porta viaggeranno tutti i dati che devono uscire o entrare da Internet. Accanto alla porta WAN troviamo due o più porte LAN (Local Area Network), necessarie per collegare i dispositivi che necessitano di connessione di rete; da queste porte possono partire o arrivare sia dati verso altri dispositivi Ethernet sia i dati verso la porta WAN (e di riflesso verso Internet).

Esistono diversi standard di velocità per la porta Ethernet: al momento la più diffusa è la porta Gigabit Ethernet (da 1000 Megabit al secondo), ma in commercio esistono anche porte Fast Ethernet 10/100 (velocità massima 100 Megabit al secondo) e le nuove 2,5 Gigabit Ethernet (da 2500 Megabit al secondo).

La velocità del cavo Ethernet non corrisponde sempre alla massima velocità di Internet: se abbiamo una connessione FTTC da 100 Mega anche sulle Gigabit viaggeremo sempre a 100 Mega su Internet; di contro potremo ottenere la massima velocità di connessione solo scambiando dati tra due dispositivi Ethernet connessi allo stesso router, ma solo se tutti i dispositivi in uso per la connessione utilizzano lo stesso standard di velocità (quindi dobbiamo usare una porta Gigabit Ethernet del router, un cavo Ethernet almeno Cat.6 e una scheda di rete Gigabit).

Connessione senza fili (Wi-Fi)

I router casalinghi dispongono anche di una o più antenne necessarie a fornire connettività di rete anche senza usare un cavo Ethernet. Alcuni router hanno antenne interne (non visibili), ma nella maggior parte dei casi sono presenti sempre delle antenne orientabili.

La connessione senza fili funziona su frequenze radio 2.4 GHz e 5 GHz, rendendo tutti i router moderni dei router dual band. I router wireless operano su vari protocolli, i più famosi sono 802.11ac e 802.11n (conosciuti anche con Wi-Fi 5 e Wi-Fi 4). Il protocollo più recente è Wi-Fi 6 (conosciuto anche come 802.11ax), che permette di raggiungere velocità addirittura superiori alle connessioni Ethernet. Per approfondire possiamo leggere la nostra guida alle differenze tra reti Wi-Fi 2,4 GHz e 5 GHz.

Le funzionalità di routing sono identiche a quelle necessarie per far collegare alla rete i dispositivi Ethernet: il fatto che funzionino senza cavi non cambia la struttura della rete gestita da un router.

Come funziona un router

Il principio alla base del funzionamento di un router è abbastanza semplice: utilizzando i dati passanti dalla connessione WAN il router indirizza l'informazione ai vari dispositivi collegati assicurandosi che tutti i dati vengano trasmessi correttamente. Il router è in grado di assegnare individualmente IP locali a tutti i computer e, contemporaneamente, creare una strada separata per ogni sistema collegato a Internet.

Il router permette di collegare più dispositivi ad un modem, ampliando il numero di dispositivi che è possibile connettere. Anche uno switch di rete funziona come "moltiplicatore di porte", ma un router dispone di alcune funzioni uniche, che lo distinguono da qualsiasi altro dispositivo di rete: firewall, DHCP e sistema NAT.

Firewall

Oltre a tradurre connessioni dati e di routing, il router fornisce un firewall di rete, impedendo che il traffico internet non richiesto possa entrare nei dispositivi collegati. Esso protegge molto bene anche dai criminali informatici, evitando che gli IP dei singoli device vengano intercettati e monitorati.

Si può pensare al router come la prima linea di difesa della rete, che scarta i dati che non sembrano essere indirizzati verso uno dei computer collegati.

DHCP

Il DHCP fornisce un indirizzo IP a tutti i dispositivi connessi al router e memorizza (per un periodo limitato di tempo) l'IP assegnato, così che ad ogni riconnessione del dispositivo otterremo sempre lo stesso IP. Possiamo ovviamente usare il DHCP per assegnare sempre lo stesso indirizzo a PC o altri dispositivi di rete che necessitano di indirizzi IP fissi (e sempre assegnati allo stesso device).

NAT

Questa è probabilmente la funzione più importante del router, visto che permette di modificare gli indirizzi IP contenuti nei pacchetti in transito, mascherando quindi la destinazione finale del pacchetto (che può essere un dispositivo o più dispositivi insieme).

Il NAT rende la rete casalinga molto sicura, ma alcuni programmi potrebbero non funzionare bene sotto NAT (eMule e BitTorrent): per questo motivo viene effettuato il port forwarding, così da aprire le porte giuste per reindirizzare il traffico verso un preciso dispositivo senza mascheramento. Per approfondire possiamo leggere la nostra guida su come configurare il port forwarding su un router.

Come fa un router a collegarsi ad Internet

Quando si parla di reti di computer, generalmente (non per forza) si intende un gruppo di dispositivi collegati ad uno stesso router. Essi sono collegati tra loro tramite il router che a sua volte è collegato al modem o al cavo per consentire ai dispositivi di navigare su internet.

Il Modem è il dispositivo che comunica con Internet e riceve un indirizzo IP facente parte della rete WAN. I vari computer, passando per il router, escono su Internet come fossero un'unica entità, con lo stesso indirizzo IP pubblico, che viene assegnato dal provider ed è diverso rispetto gli indirizzi di rete LAN che il router stesso assegna ai vari computer.
La rete WAN è quindi separata, anche per motivi di sicurezza, dalla rete LAN, quella che collega tra loro i computer di casa. Internet è a tutti gli effetti una la rete WAN globale e, al suo interno, sono presenti tutti i server che offrono i vari servizi di Internet (dalle pagine web fino allo streaming dei contenuti).

Per esempio, quando si apre una pagina Web, il computer invia un pacchetto di dati e riceve in cambio un altro pacchetto che carichi le informazioni richieste. Questi pacchetti passano per una serie di protocolli di comunicazione (come visto nell'articolo sui protocolli TCP/IP) e giungono fino al dispositivo di destinazione, passando per vari router backbone, arrivando alla centrale telefonica più vicina e, come tratto finale, al router utilizzato in casa, che si occuperà di smistare l'informazione verso il dispositivo che ha richiesto la pagina (o il servizio).

I router hanno un ruolo chiave nel trasmettere questi pacchetti, perché fanno da centralino di smistamento per ogni pacchetto che inviano e ricevono. Tutti i router collegati a internet comunicano tra loro attraverso il sistema IP per garantire che i dati siano presi e restituiti ai nodi giusti (per esempio, dal mio computer ai server di Google quando faccio una ricerca).

Conclusioni

Vista la sua importanza consigliamo sempre di scegliere un router potente e in grado di aggiornare da solo il suo firmware interno, così da ricevere sempre le ultime novità tecnologiche e usare gli ultimi protocolli di sicurezza. Nonostante tutti i provider Internet forniscano un modem dotato di capacità router, il consiglio che vi possiamo dare è di separare sempre i dispositivi di rete, utilizzando l'apparato fornito dal provider solo come modem (disattivando quindi NAT, firewall e DHCP integrati e utilizzando subito la DMZ) e deviare la gestione del traffico di rete su un router, realizzando una connessione in cascata.

Per approfondire possiamo leggere le nostre guide ai migliori router per la fibra e su come usare il modem FRITZ!Box su rete a fibra ottica FTTH.