Perché il design gerarchico

Una rete enterprise ben progettata separa le funzioni in layer con ruoli chiari, così da rendere prevedibili scalabilità, fault domain e troubleshooting. Il modello Cisco classico è three-tier: access, distribution e core. L’access connette gli host (con VLAN, PoE, port security), il distribution aggrega gli switch di access ed è il confine tra Layer 2 e Layer 3 (routing inter-VLAN, policy, ACL, first-hop redundancy con HSRP/VRRP/GLBP), il core fornisce switching ad alta velocità tra i blocchi di distribution, senza policy che aggiungano latenza.

Two-tier vs three-tier

Nel modello two-tier (collapsed core) le funzioni di core e distribution convergono su un unico livello, riducendo hardware, costi e hop.

Criterio Three-tier Two-tier (collapsed core)
Scala Campus grande, molti building Campus piccolo/medio
Fault domain Più isolato per blocco Più ampio
Costo/complessità Maggiore Minore
Latenza inter-blocco Un hop in più Ridotta

Regola di scelta: si passa al three-tier quando il numero di distribution block è tale che collegarli a maglia diretta diventerebbe ingestibile. Il core disaccoppia i blocchi, così aggiungere un building non tocca gli altri.

Ridondanza e load balancing

Il design deve eliminare i single point of failure con dual-homing dei nodi access verso due distribution, link ridondati e piattaforme che supportano StackWise/VSS o l’aggregazione logica. Punti chiave:

  • Layer 2 ridondante implica STP: preferire Rapid PVST+ o MST e progettare per evitare loop e blocked link inutili. Multichassis EtherChannel (MEC) su coppie logiche elimina i blocchi di STP e usa entrambi i link.
  • Layer 3 ridondante sfrutta ECMP: più path a costo uguale bilanciano il traffico per-flow tramite hash (src/dst IP e L4 port), non per-packet, evitando riordino.
  • FHRP (HSRP/VRRP) garantisce continuità del default gateway; GLBP aggiunge load balancing tra i gateway.

Il capacity planning dimensiona i link di uplink in base all’oversubscription accettabile (tipicamente più aggressiva all’access, prossima a 1:1 verso il core) e alla crescita prevista.

Spine-leaf per il data center

Il traffico moderno è prevalentemente east-west (server-server), dove il three-tier tradizionale introduce hop e colli di bottiglia variabili. La topologia spine-leaf (Clos) risponde con:

  • Ogni leaf connesso a ogni spine; i leaf non si collegano tra loro, gli spine nemmeno.
  • Latenza deterministica: qualsiasi server è a esattamente due hop da qualunque altro.
  • Scalabilità orizzontale: si aggiunge banda aggiungendo spine, si aggiungono porte aggiungendo leaf.
  • ECMP pervasivo su tutti gli uplink leaf→spine per il load balancing; l’underlay è tipicamente routed (Layer 3) con overlay VXLAN/EVPN per estendere i domini L2.

Forwarding: control plane vs data plane

Un errore concettuale ricorrente è confondere come si costruisce l’informazione di routing con come si inoltra il pacchetto.

  • La RIB (Routing Information Table) è il control plane: la costruiscono i protocolli (OSPF, EIGRP, BGP) e le route statiche/connesse. Contiene tutte le route candidate e la scelta della migliore. È dinamica ma non ottimizzata per l’inoltro a wire-speed.
  • La FIB (Forwarding Information Base) è il data plane: è una copia ottimizzata della RIB, con struttura ottimizzata per lookup rapidissimi. Accanto lavora l’adjacency table, che pre-risolve l’informazione L2 (rewrite MAC di next-hop) via ARP/ND.

Process switching vs CEF

  • Process switching: ogni pacchetto è valutato dalla CPU con lookup route-by-route. Flessibile ma lento e CPU-intensive; oggi usato solo come fallback o per pacchetti destinati al router stesso.
  • CEF (Cisco Express Forwarding): costruisce in anticipo FIB e adjacency table, così il forwarding avviene senza coinvolgere la CPU per ogni pacchetto. È il metodo default e abilitato su piattaforme moderne (in hardware ASIC negli switch L3). Garantisce throughput elevato e prevedibile.

Punto critico: disabilitare CEF non è trasparente. Il router ricade su process switching, la CPU si satura sotto carico e le performance crollano; inoltre alcune feature (NetFlow, certi tipi di load balancing) dipendono da CEF.

Trappole tipiche d’esame

  • Scenario: una route è nella RIB ma il traffico non viene inoltrato correttamente → verifica la FIB/adjacency (show ip cef, show adjacency): il control plane può essere corretto mentre il data plane ha un’adjacency incompleta.
  • Scenario: “quale tabella determina l’inoltro effettivo del pacchetto?” → la FIB, non la RIB. La RIB seleziona, la FIB inoltra.
  • Scenario: performance degradate e CPU alta dopo un no ip cef → il router è passato a process switching; ripristina CEF.
  • Scenario: traffico prevalentemente east-west in data center → spine-leaf, non three-tier campus, per latenza deterministica ed ECMP.
  • Scenario: campus piccolo che chiede riduzione hop e costi mantenendo ridondanza → two-tier collapsed core, non three-tier.