Progettazione reti - parte 1. Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella

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1 Progettazione reti - parte 1 Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella

2 Progettazione reti Requisiti Progettazione Realizzazione Gestione M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 2

3 Requisiti La comprensione e la ricerca dei requisiti a cui la rete deve soddisfare consiste principalmente: numero iniziale di utenti e nodi tipologia, modalità di accesso e disposizione iniziale dei nodi e delle aree da collegare tipo di traffico (dati, voce, video, capacità iniziale) livello di sicurezza modalità e tipologia della connessione ad Internet vincoli (architettonici, elettrici, legali, di spesa totale) espansione/modifiche previste nel tempo livello di esperienza e quantità del personale addetto (minimizzare l intervento umano) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 3

4 Progettazione La progettazione di un architettura di rete si basa su: i requisiti ed i vincoli il modello del cablaggio strutturato che mira ad utilizzare un unico sistema fisico di distribuzione per tutti i servizi su reti locali alcuni principi generali fondati sull esperienza i principi di Internet (e2e, packet switching) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 4

5 Progettazione In particolare, la progettazione di una rete deve tenere presente tutte le infrastrutture di supporto alla rete e richiederne la modifica o realizzazione: edilizia (canale, montanti, predisposizione locali, scavi fra edifici, accessi protetti, nuove sale, antenne) elettricità (potenza, ridondanza, topologia almeno nei locali dove sono presenti apparecchiature di rete) condizionamento controllo accessi ai locali dedicati Fondamentale è inoltre adempiere agli obblighi di legge per le norme antincendio, antinfortunistiche, suoi luoghi di lavoro, la sicurezza informatica e la privacy. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 5

6 Progettazione Non discuteremo della progettazione e delle regole di disposizione dei sistemi e del posto di lavoro. Naturalmente la disposizione ottimale dei nodi finali in una sala macchine od in una stanza non è completamente indipendente dalla infrastruttura di rete. La dipendenza è molto meno forte però di quella che la disposizione dei nodi ha con la distribuzione elettrica, il condizionamento o l illuminazione. La topologia del collegamento di rete fra i nodi è, invece, parte fondamentale della struttura di rete, è dinamica e può variare nel tempo a seconda del traffico e delle funzioni svolte da ogni nodo. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 6

7 Realizzazione La realizzazione, da parte ad una ditta esterna od in proprio, deve prevedere: precisi progetti tecnici di realizzazione (blueprint) un piano dettagliato temporale con la descrizione delle parti realizzabili in parallelo (diagramma di Gantt) e scadenze intermedie fissate ( milestone ) un controllo accurato del rispetto del progetto durante la fase di realizzazione il rilascio di dettagliate mappe della realizzazione su supporto informatico in formato digitale e database il rilascio dei certificati richiesti dalla legge un piano di prove di accettazione delle varie componenti le fasi di messa in funzione M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 7

8 Controllo, feedback ed evoluzione Il controllo e riparazione guasti o malfunzionamenti è una attività fondamentale che deve essere sempre in funzione e che entra nel circolo di modifica ed evoluzione della rete. Il controllo costante fin dall inizio del funzionamento permette la correzione di eventuali errori di progettazione ed il processo di ottimizzazione dell uso delle risorse. Dopo la realizzazione iniziale, la rete sarà continuamente modificata in funzione del suo utilizzo e dell evoluzione della tecnologia. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 8

9 Principi base progettazione rete Semplicità Componenti standard e open source Sovradimensionamento Scalabilità, Durata e Riciclabilità, Modularità Affidabilità e Robustezza Aspecificità Ordine e informazione completa Economicità M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 9

10 Semplicità Scegliere, a parità di risultato, la soluzione tecnica che rende l architettura la meno complessa possibile. Una struttura semplice inoltre è più facile e veloce da modificare. In particolare va evitata la molteplicità di componenti diverse, ma compiere una precisa scelta uniforme per ogni strato. Esempio: solo cavi UTP cat.5e con connettori RJ-45 e fibre ottiche solo apparecchiature con data link Ethernet, con configurazione iniziale di puro switching a livello 2 routing completamente statico per medie/piccole realtà usare la sovrabbondanza di banda anzichè abilitare QoS M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 10

11 Standard L utilizzo di standard noti e provati da qualche anno permette di: trovare facilmente le componenti a prezzi concorrenziali utilizzare sistemi di controllo e diagnosi già pronti reperire facilmente personale esperto assicurarsi una vita media più lunga ed una riciclabilità maggiore delle apparecchiature e delle competenze. L utilizzo di software e protocolli open source assicura: una vita media molto maggiore al sistema la personalizzabilità completa un costo nullo di acquisto portabilità fra piattaforme diverse. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 11

12 Standard Per esempio: cablaggio in doppino di categoria 5, prese RJ45 fibre ottiche Multi Modali 50/125, connettori SC Ethernet come unico data link IP come protocollo di trasporto OSPF controllo basato su strumenti che utilizzino SNMP protocolli di comunicazione come HTTP, SSL, SSH presentazione grafica via HTTP ed HTML/Java M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 12

13 Sovradimensionamento La realizzazione dell infrastruttura non deve essere in grado di soddisfare solo le richieste, ma deve permettere un espansione dell utenza senza ulteriori lavori onerosi o di sostanza (stendere nuovi cavi per lunghe tratte, cambiare le interfaccie da 10 a 100 Mb/s dopo poco per esempio). Dato che il costo principale dei lavori è la mano d opera e non le componenti (cavi per esempio) conviene sempre sovradimensionare l infrastruttura passiva di almeno in fattore 2 rispetto alle richieste attuali (per ogni utente da 2 a 4 cavi da 4 coppie, almeno 12 o 24 coppie di fibra ottica fra edifici) sovradimensionare le velocità trasmissive nella dorsale M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 13

14 Dorsale di un Tier 1 in USA [ da Nanog 22] 99.99% costante Una settimana di variazione del ritardo da San Francisco a Washington M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 14

15 Dorsale di un Tier 1 in USA [ da Nanog 22] 99.99% costante 99.99% M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 15

16 Sovradimensionamento Il sovradimensionamento si applica a praticamente tutti gli aspetti di una rete, in particolare delle componenti passive. Oltre al numero di cavi conviene sovradimensionare: la lunghezza dei cavi stessi, lasciando qualche metro di abbondanza facilmente utilizzabile la dimensione delle canalizzazioni e dei montanti di intercomunicazione la dimensione degli armadi destinati ad ospitare parti attive e passive il numero delle stanze predisposte ad accogliere la rete la potenza elettrica disponibile il condizionamento etc M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 16

17 Scalabilità, Durata e Riciclabilità, Modularità Parte della scalabilità è compresa nel principio di sovradimensionamento. La scalabilità implica qualcosa in più, per esempio che il comportamento di una apparecchiatura rimanga costante all aumentare del traffico, od almeno degradi uniformemente. La scalabilità è quindi legata alle specifiche di ogni singolo oggetto ed all intervallo di utilizzo permesso. La durata di una componente è da intendersi come: Mean Time Between Failures (MTBF), cioè la qualità della costruzione capacità di integrarsi in una rete in continua modifica, legato alla sua semplicità e modificabilità (via microcodice per le parti attive, con connettori modulari per le prese a muro) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 17

18 Scalabilità, Durata e Riciclabilità, Modularità La riciclabilità consiste nella possibilità di riutilizzare le componenti in altre parti della rete. Per esempi apparecchiature prima nella dorsale possono essere trasferite nell accesso perché sostituite da altre più veloci. La modularità permette di creare la rete utilizzando componenti identiche e che si collegano in modo definito alle altre. Permette quindi una scalabilità maggiore, un minor numero di componenti diverse (per esempio usando sempre lo stesso modello di apparecchiatura di switching, con le stesse schede), una flessibilità per adattarsi a situazioni diverse. A volte è preferibile una soluzione modulare composta da più parti che una monolitica integrata. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 18

19 Scalabilità, Durata e Riciclabilità, Modularità La riciclabilità consiste nella possibilità di riutilizzare le componenti in altre parti della rete. Per esempi apparecchiature prima nella dorsale possono essere trasferite nell accesso perché sostituite da altre più veloci. La modularità permette di creare la rete utilizzando componenti identiche e che si collegano in modo definito alle altre. Permette quindi una scalabilità maggiore, un minor numero di componenti diverse (per esempio usando sempre lo stesso modello di apparecchiatura di switching, con le stesse schede), una flessibilità per adattarsi a situazioni diverse. A volte è preferibile una soluzione modulare composta da più parti che una monolitica integrata. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 19

20 Affidabilità e Robustezza L affidabilità e la robustezza generale di un sistema consiste nella capacità di sopportare il fallimento di una o più delle sue parti, mantenendo un elevato livello di funzionalità. E uno dei principi fondamentali per garantire un servizio costante ed affidabile. Tale principio deve essere applicato a tutti gli strati dell architettura: fisico: avere due cavi su percorsi indipendenti data link: avere un meccanismo che sia in grado di ovviare alla caduta di una linea. rete: un algoritmo di routing che converga in breve tempo dopo una modifica alla rete. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 20

21 Affidabilità e Robustezza L affidabilità e la robustezza sono dette anche ridondanza. La ridondanza nelle componenti di rete: duplicando nella singola apparecchiatura le componenti più importanti (per esempio alimentatori e CPU) con funzionalità di sostituzione automatica in caso di fallimento duplicando l intera apparecchiatura avendo un sistema operativo che recuperi bene in caso di errore, permetta upgrade a caldo, funzioni ininterrottamente per periodi di mesi od anni si utilizzino protocolli che intrinsecamente sono robusti contro i malfunzionamenti dello strato inferiore o superiore. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 21

22 Affidabilità e Robustezza La ridondanza si estende oltre le componenti di rete: l alimentazione elettrica può provenire da due quadri o cabine distinte l alimentazione può prevedere un sistema di batterie di durata varia ed un gruppo elettrogeno il condizionamento può venire fornito da più di un condizionatore il sistema antincendio è a due livelli il sistema di controllo accessi ha due centraline in due posti distinti le cassaforti con copie dei nastri di backup sono due in due edifici diversi e nessuna è nella sala dove sono i nodi principali M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 22

23 Aspecificità La rete generale non deve essere progettata pensando ad una particolare applicazione, ma piuttosto secondo i principi di Internet (il miglior trasporto possibile e2e basato sul multiplexing statistico). Tale scelta garantisce una struttura a più lunga durata e di facile modifica ed ampliamento. Per esempio la scelta del numero di cavi da stendere all interno degli edifici o fra essi, deve seguire il criterio di dimensione intrinseca (numero di stanze, tipologia delle stanze) e non il loroutilizzo attuale. La gente si sposta, le stanze diventano sale riunioni. Ovviamente esigenze particolari implicano una struttura di rete specifica, come una sala congressi. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 23

24 Ordine ed informazione completa Essere ordinati, etichettare ed avere informazioni precise ed aggiornate sulla composizione e funzionamento di ogni componente attivo e passivo della rete è il requisito fondamentale per evitare il caos. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 24

25 Ordine ed informazione completa Dare un codice ad ogni componente ed avere un database che contiene le informazioni e che le lega fra loro (per esempio il nodo con MAC address X è collegato alla presa Y nella stanza Z col cavo W. La presa Y è poi collegata alla apparecchiatura U col cavo T alla porta S per i cavi: tipo, lunghezza, posizione e percorso. Vanno messe un etichetta con numero identico ai due capi del cavo ed un altra con la destinazione dell altro capo per le prese le stanze e le utenze servite ogni componente di una apparecchiatura attiva, il numero di serie, il contratto di manutenzione M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 25

26 Ordine ed informazione completa decidere criteri di stesura dei cavi ed eventuali codice di colore diversi per cavi diversi. Per esempio cavi in rame sempre a sinistra e fibre sempre a destra negli armadi, cavi di corrente dal basso e cavi in fibra dall alto. nella stesura dei cavi patch all interno degli armadi, evitare di inserirli senza farli passare in appositi reggicavi etichettare anche i cavi di corrente con l indicazione del quadro elettrico o spina di provenienza M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 26

27 Cablaggio strutturato Con il diffondersi della trasmissione digitale e dell automazione, si rendeva necessario continuamente ampliare e modificare il sistema di distribuzione dei cavi negli edifici. Venne quindi crato un nuovo campo di studio che codificasse e standardizzasse la stesura di cavi all interno degli edifici Un sistema di cablaggio strutturato (SCS) corrisponde ad una serie di specifiche e prodotti che definiscono la pianificazione e la creazione di un sistema di distribuzione via cavo all interno di edifici. Il sistema di cablaggio strutturato permette di integrare la distribuzione di voce, dati, video e dei vari sitemi di controllo (sicurezza, allarmi, antincendio, elettricità e così via). M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 27

28 Cablaggio strutturato A partire dal 1985 la Electronic Industries Association (EIA) ora Telecommunication Industries Association (TIA) ha prodotto una serie di standard di cui lo stato dell arte sul cablaggio strutturato è l EIA/TIA 568-B. Riconosce il fatto che l installazione di un sistema di cablaggio strutturato durante la costruzione o la ristrutturazione di un edificio è significativamente più economica e semplice che dopo che l edificio sia stato occupato. Tali standard sono rivisti ogni 5 anni e modificati od abrogati. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 28

29 Cablaggio strutturato Altri standard collegati sono: EIA/TIA-569 : Commercial Building Standard for Telecommunication Pathways and Spaces. EIA/TIA-570 : Residential Light Commercial Telecommunication Wiring standards. EIA/TIA-606 : Administration Standard for Telecommunication Infrastructure of Commercial Buildings. EIA/TIA-607 : Commercial Building Grounding/Bonding requirements. EIA/TIA-598 : Color Coding of Optical Fiber Cables. EIA/TIA : Fiber Optic connector Intermateability standard. GR-409-CORE : Generic requirement for premises fiber optic cables. GR-20-CORE : Generic requirements for optical fiber and fiber optic cables. ITU-TG-650-ITU : Transmission media characteristics. TIA/EIA Standards UTP Performance Category 3 M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 29

30 Cablaggio strutturato Il costo di un edificio in arco di 40 anni, scisso nelle componenti fondamentali. funzionamento 50% costruzione 11% finanziamenti 14% Il costo di una rete è simile anche su periodi molto più brevi modifiche 25% M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 30

31 Cablaggio strutturato Lo standard attuale delle caratteristiche richieste ai cavi UTP da EIA/TIA 568-b-2 è: Categoria 3 16 MHz Categoria 4 20 MHz (eliminata) Categoria MHz (eliminata) Categoria 5e 100 MHz Categoria MHz Le specifiche dettagliano anche molte altre caratteristiche dei cavi quali attenuazione massima, ritorno di segnale, massima distanza in funzione di eventuale tensione di alimentazione (limitata a poche decine di Volt). M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 31

32 Cablaggio strutturato Distribuzione attraverso sistemi separati di cavi per ogni sottosistema. Distribuzione attraverso sistema unico e modulare di cavi M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 32

33 Cablaggio strutturato Distribuzione orizzontale (cavi, patch panel e connettori ) Distribuzione verticale Collegamento alla dorsale fra edifici M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 33

34 Componenti fondamentali la distribusione orizzontale, composta di cavi, con struttura a stella, che coprano la maggiore area possibile. Un intero edificio di 4 piani e larghezza di 70 metri può essere basato su un unico centro stella, rispettando la lunghezza massima di 90 metri per ogni cavo. le canale per la distribuzione orizzontale nelle stanze, con il sistema di attestazione dei connettori (femmina) la distribuzione verticale fra piani (monanti e cavedi contenenti in genere fibra ) gli armadi ed i pannelli di attestazione nel centro stella i locali di distribuzione (centro stella) (wiring closet) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Progettazione - 1 pag. 34