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1 Università degli Studi di Bergamo Facoltà di Ingegneria 3 Reti locali.3 Interconnessione Prof. Filippini

2 2! Limitazioni LAN su grandi aree:! Propagazione! Disturbi! Protocolli di Accesso Multiplo! Occorrono meccanismi per estendere le LAN! Dispositivi! Protocolli Dominio A Dominio B?? Dominio C Dominio D

3 3! Due modi:! Mantenere l instradamento broadcast! Instradamento selettivo sulla base dell indirizzo MAC di destinazione! Trasparenza rispetto all utente! Non va introdotto nessun strato di rete! Transparent bridging 802.1D

4 4 bit Repeater Store and forward dei bit trame Bridge Store and forward dei pacchetti

5 5 IP ARP LLC MAC Livello 1 Repeater Livello 1 Livello 1 Lan 1 Lan 2 IP ARP LLC MAC Livello 1! Lavora solo sui segnali, non ha cognizione della struttura delle trame! Riceve, decodifica e rigenera bit

6 6 IP ARP LLC MAC MAC Bridge MAC relay MAC IP ARP LLC MAC Livello 1 Livello 1 Livello 1 Livello 1 Lan 1 Lan 2! Espleta funzioni di! Filtering: se una trama ricevuta da Lan 1 è indirizzata ad una stazione di Lan 1.! Relay: se una trama ricevuta da Lan 1 è indirizzata ad una stazione di Lan 2 la trama viene trasmessa su Lan 2 secondo le regole del protocollo MAC corrispondente.

7 7 Riconosce se la destinazione della trama è in un segmento diverso da quello su cui ha ricevuto la trama e, in caso, provvede a trasmettere la trama sul segmento verso la destinazione. La trasmissione avviene secondo le regole del protocollo MAC usato sul segmento. BRI DGE Lan 1 Lan 2! L interconnessione di LAN tramite bridge è un dominio di broadcast ma non un dominio di collisione (solo trasmissioni contemporanee sullo stesso segmento causano una collisione)

8 8! Possibile interconnettere apparecchiature in aree geograficamente più estese (es. rete di campus)! Throughput più elevato! trasmissioni contemporanee su più segmenti di LAN sono possibili e non generano collisioni.! Reliability! Sicurezza! VLAN

9 9! Per stabilire se filtrare/instradare una trama si consulta una tabella di instradamento locale chiamata forwarding data base (o FDB) Lan 2 Lan 1 CPU Porta A Lan # 1 Porta B Lan # 2 Filtering Database Filtering Database MAC address Port Destinazione Porta su cui instradare

10 10! L utente deve essere raggiunto ovunque nella LAN (mobilità dei terminali) in modo trasparente! Per effettuare instradamento servono le tabelle di forwarding! MAC destinazione Porta Uscita! L informazione delle tabelle di routing deve essere aggiornata dinamicamente e automaticamente! Se le tabelle di routing sono vuote l inoltro è broadcast

11 11! Come può un router conoscere dove è situato l utente (ossia su quale porta effettuare l instradamento)? O effettuare instradamento broadcast?! Facile se la rete è ad albero!

12 12! Il bridge vede tutte le trame sul Dominio verso il quale ha una porta e registra nelle tabelle gli indirizzi MAC sorgente e la porta attraverso il quale il traffico è osservato! La registrazione ha una validità limitata nel tempo Porta 1 Bridge Porta 3 Porta 2 Porta 4

13 13! Per ogni trama ricevuta si verifica se il MAC di destinazione è nelle tabelle.! Se sì, effettua l instradamento (se è il caso) sulla porta corretta.! Se no, la trama è inviata su tutte le altre porte Porta 1 Bridge Porta 3 Porta 2 Porta 4

14 14 Trama ricevuta senza errori sulla porta X Destinazione esistente nel filtering DB? NO SI Scarta la trama SI Porta di uscita coincidente con la porta X? NO Instrada la trama sulla porta d uscita Instrada la trama su tutte le porte eccetto X

15 15! Metodo rapido ed efficace per riempire la FDB basato sull osservazione delle trame in direzione opposta Trama ricevuta dal processo di instradamento La validità delle entry della FDB è limitata (default: 300 s) Sorgente esistente nel filtering DB? SI Aggiorna porta di uscita e timer corrispondenti NO Aggiungi la nuova sorgente al filtering data base con timer e porta d uscita Fine

16 16 D.MAC E.MAC F.MAC G.MAC Ethernet 1 Porta 2 Porta 1 Ethernet 2 Filtering Database MAC address Port A.MAC B.MAC C.MAC

17 17 D.MAC E.MAC F.MAC G.MAC Porta 2 Ethernet 2 Ethernet 1 Filtering Database MAC address Port C Porta 1 A.MAC 1 A.MAC B.MAC C.MAC Backward Learning

18 18 D.MAC E.MAC F.MAC G.MAC C Porta 2 Ethernet 2 Non avendo C nel filtering database la trama è inviata su tutte le altre porte Ethernet 1 Porta 1 Filtering Database MAC address Port A.MAC 1 A.MAC B.MAC C.MAC

19 19 D.MAC E.MAC F.MAC G.MAC Porta 2 Ethernet 2 A è raggiungibile tramite la stessa porta da cui è stata ricevuta la trama: filtering Ethernet 1 Porta 1 Filtering Database MAC address Port A A.MAC 1 C.MAC 1 A.MAC B.MAC C.MAC Backward Learning

20 20 D.MAC E.MAC F.MAC G.MAC Ethernet 2 Porta 2 Filtering Database Ethernet 1 Porta 1 A.MAC B.MAC C.MAC F MAC address Port A.MAC 1 B.MAC 1 C.MAC 1 D.MAC 2 E.MAC 2 F.MAC 2 G.MAC 2

21 21 D.MAC E.MAC F.MAC G.MAC F Porta 2 Ethernet 1 Porta 1 A.MAC B.MAC C.MAC F non è raggiungibile tramite la stessa porta da cui è stata ricevuta la trama: forwarding Filtering Database MAC address Port A.MAC 1 B.MAC 1 C.MAC 1 D.MAC 2 E.MAC 2 F.MAC 2 G.MAC 2

22 22! Learning&Forwarding funziona se la LAN ha una topologia ad albero! Altrimenti le trame broadcast e le trame la cui destinazione non è nel database vengono ritrasmesse indefinitamente! Broadcast storm B A X B C X B B X

23 23! L interconnessione di LAN è di solito una topologia magliata, miglior fault tolerance! Per funzionare correttamente l algoritmo descritto in precedenza deve operare su una topologia ad albero.! Soluzione: i bridge rendono inattive alcune porte in modo da ridurre la rete ad albero nel funzionamento normale eseguendo periodicamente (tipicamente ogni 2 secondi) un protocollo (spanning tree 802.1D) Lan 5 Lan 1 Lan 4 Lan 2 Lan 3

24 24! Permette di ricavare, a partire da una topologia fisica magliata, una topologia logica ad albero.! La topologia logica ad albero è realizzata ponendo in stato di blocco delle porte.! Una porta bloccata lascia passare i messaggi del protocollo di spanning tree ma non le trame dati. Lan 5 Lan 1 Lan 4 Lan 2 BLOCKED Lan 3 BLOCKED

25

26 26! Lo STP deve convergere in tempi rapidi! La topologia attiva deve essere stabile e predicibile! Fissato l insieme dei parametri di configurazione e a parità di link e apparati funzionanti la topologia calcolata deve essere sempre la stessa! La banda necessaria per lo scambio di messaggi del protocollo non deve essere troppo elevata! Lo STP deve essere plug&play! Una volta configurato deve funzionare correttamente senza chiedere l intervento del network manager

27 27! Viene eletto il Root Bridge (la radice dello spanning tree)! Ciascun bridge individua la Root Port (la porta a distanza minore dal Root Bridge)! Per ciascuna LAN si sceglie il Designated Bridge di interconnessione con il Root Bridge. La porta di connessione del Designated Bridge con la LAN è detta Designated Port.! Le Root Port e le Designated Port sono lasciate attive, mentre tutte le altre porte sono messe in uno stato di blocking! La topologia logica risultante è un albero ricoprente.

28 28 Root Bridge ROOT PORT Designated Bridge DESIGNATED PORT ROOT PORT B BLOCKED PORT

29 29! I messaggi che le entità si scambiano sono chiamate Bridge PDU Trama MAC Configuration BPDU

30 30! Per eleggere il Root Bridge si utilizza il Bridge ID, identificativo univoco di 64 bit dei Bridge Presenti sulla rete. 16 bit 48 bit Priorita Bridge MAC Address! Il campo Priorità è settabile dall amministratore di rete.! Il Bridge MAC Address corrisponde al più piccolo tra i MAC Address delle porte del Bridge.! Al termine del processo di elezione viene scelto come Root Bridge il Bridge con Bridge ID minore.

31 31! Inizialmente ogni bridge crede di essere Root Bridge ed invia BPDU con il proprio ID e RPC=0! Bridge! Se riceve BPDU con ID minore del proprio: non è Root Bridge, cessa trasmissione BPDI la porta di ricezione diventa Root Port! Se riceve più BPDU con root ID minimo, seleziona come Root Port quella associata al minimo RPC, a pari RPC con bridge ID minore

32 32! Se bridge non è Root Bridge, ritrasmette BPDU su altre porte diverse dalla Root Port! Aggiornamento del Root Path Cost! RPC OUT = RPC IN + Costo_rete_attraversata! Tipicamente esprime il numero di hop attraversati! Non aggiorna il Root Identifier

33 33! Solo Root Bridge emette BPDU! Ha ID minimo della rete! Tutte le porte del Root Bridge sono Designated Port! Il bridge generico ha! 1 porta Root Port! altre porte tutte attive, potenzialmente Designated Port! Loop non sono ancora eliminati: una LAN può essere collegata a più Bridge

34 34! Un solo bridge per ogni LAN abilitato a inoltrare trame all esterno! Quello più vicino al Root Bridge, con RPC minore! Se BPDU emessa su una porta ha RPC maggiore di almeno una delle BPDU ricevute dalla porta stessa, la porta diventa Blocked Port! Viceversa, se ciò non accade o nessuna BPDU viene ricevuta, la rimane una Designated Port

35 35 Bridge_Prio: Bridge_MAC_address: b Lan 5 Lan c-10-a0-30 Lan b Lan c b-aa Lan 3 Maglia prima del calcolo dello ST

36 36 Lan c-10-a0-30 Lan c Bridge_Prio: Bridge_MAC_address: b RP DP DP Lan 1 RP Lan 3 DP RP RP Maglia prima del calcolo dello ST b Lan b-aa ROOT

37 37! E un protocollo dinamico! I parametri dello spanning tree sono memorizzate per un certo tempo (tipico 20s)! Le Configuration BPDU vengono generate periodicamente (tipico ogni 2s)! Vengono inoltrate con una ritardo minimo di 1s dalla precedente! Se i parametri memorizzati scadono la procedura riparte, il bridge ritiene di essere il root bridge ed emette BPDU

38 38! Se un bridge si accorge di un cambiamento nella topologia emette una trama Topology Change Notification che viene propagata al root, il quale rigenera le Configuration BPDU con un flag alzato! Lo sblocco delle porte è temporizzato (tipico 15s)! I ritardi nelle varie fasi limitano il diametro della bridged LAN in numero di bridge attraversati (raccomandati max 7)! Difficile in grandi reti! Rapid Spanning Tree (2001): 802.1w! Più performante! Integrato in 802.1D nel 2004

39 39! Tradizionalmente i bridge spesso trovavano posto nell HUB insieme al (ai) repeater! ed erano connessi da backbone Bridge Bridge Repeater Repeater

40 40! Attualmente i terminali sono connessi direttamente ai bridge (switch) eliminando i ripetitori Bridge Bridge

41 41! ed è stata introdotta, con i mezzi trasmissivi che lo consentono, es. con doppini, la modalità di funzionamento in full-duplex (802.3x), previa disabilitazione del CD.! Questa modalità può essere usata anche in collegamenti backbone punto-punto A => B A <= B HALF-DUPLEX A => B A <= B FULL-DUPLEX

42 42! In questo modo il dominio di accesso multiplo viene eliminato e il traffico a disposizione del singolo utente è di 10/100 Mb/s pieni (all interno del bridge)! Soluzione completamente switched Bridge

43 43 IP ARP IP ARP LLC Bridge LLC MAC1 MAC1 MAC relay MAC2 MAC2 Livello 1 Livello 1 Livello 1 Livello 1 Lan 1 Lan 2! Il bridge deve opportunamente modificare la trama MAC e ricalcolare il FCS! Non può effettuare la segmentazione

44 44! Creano una LAN a estensione geografica! Connette due metà di un bridge a lunga distanza tramite tunnel punto-punto o con reti esistenti (X.25, Frame Relay, IP, HDLC) LAN unica Half bridge Half bridge Dominio a Dominio b

45 45! Incapsula la trama MAC nei servizi offerti da collegamenti a lunga distanza Half Bridge MAC Livello 1 MAC relay Livello 3 Livello 2 Livello 1 Half Bridge Livello 3 Livello 2 Livello 1 MAC relay MAC Livello 1 Dominio a RETE o punto-punto Dominio b MAC

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