RETI DI CALCOLATORI Lucidi delle Lezioni Capitolo XIII

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1 Prof. Giuseppe F. Rossi Homepage: UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PAVIA A.A. 2011/12 - II Semestre RETI DI CALCOLATORI Lucidi delle Lezioni Capitolo XIII Dispositivi di interconnessione per reti a pacchetto Struttura del capitolo Il problema della costruzione dei nodi intermedi di una rete a commutazione di pacchetto Dispositivi repeater Dispositivi bridge Dispositivi router Dispositivi gateway Capitolo XIII 1-2/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

2 Dispositivi per l'interconnessione di reti Nella pratica esistono diversi dispositivi di interconnessione per costruire reti a pacchetto, cioè diversi dispositivi che possono funzionare da nodo intermedio, che si differenziano in base ad alcune caratteristiche Livello architetturale al quale effettuano l'operazione di commutazione (nello stesso livello quindi dovrà esserci anche la funzione di instradamento) Nella parte introduttiva relativa alle architetture di comunicazione a strati tali funzioni erano state attribuite (in pratica quasi esclusivamente) al livello 3 Qui si vedrà che dette funzioni potranno essere svolte anche ad altri livelli Tipi di reti (link) collegati Modalità con le quali vengono affrontati i problemi del routing e del forwarding Le prossime slide analizzeranno in dettaglio i dispositivi di interconnessione, facendone una classificazione secondo i termini utilizzati nei più comuni prodotti commerciali Dispositivi per interconnessione di reti (Repeater) Interconnette a livello 1 () Visto il livello cui opera non ha senso parlare di commutazione di pacchetto Bridge (Switch LAN o Switch di livello 2) Interconnette (commuta le PDU) a livello 2 (Data Link Control) Router (Switch di livello 3) Interconnette (commuta le PDU) a livello 3 (Network) Esempio classico: i router IP Gateway Interconnette operando la commutazione a livello applicativo (in realtà vi può essere anche una parte di elaborazione dell'intero messaggio) Può essere utilizzato per mettere in comunicazione applicazioni che si appoggiano su architetture di comunicazione diverse Capitolo XIII 3-4/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

3 I repeater Sono dei puri estensori del link fisico (p. es. un segmento LAN Ethernet) "Leggono" i segnali (elettrici o ottici) da un ramo e li immettono sull'altro amplificandoli e cercando di ripulirli dai disturbi Repeater 1 livello I bridge LAN Dispositivi di interconnessione di LAN (in generale eterogenee) Ethernet 100 Mbps Bridge wireless-wired Bridge Switch LAN Ethernet 1 Gbps Capitolo XIII 5-6/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

4 I bridge LAN Collocazione architetturale delle funzioni di bridge Bridging LLC LLC MAC MAC MAC MAC 2 livello LAN1 LAN2 I bridge LAN Funzionalità Passa tutto il traffico di competenza del MAC, anche i broadcast LAN Nessuna operazione sui livelli superiori al MAC, LLC compreso Possono connettere anche LAN di tipo diverso Diversi livelli MAC Occorre la traduzione della frame Capitolo XIII 7-8/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

5 I bridge LAN Lo standard IEEE 802.1D L'IEEE, nell'ambito del progetto 802, ha previsto la standardizzazione delle funzioni di base che devono essere compiute da un bridge Standard IEEE 802.1D Nel documento 802.1D si stabiliscono una serie di aspetti concernenti la funzionalità di bridging (per la spiegazione si vedano le prossime slide) Tecniche di bridging Transparent bridging Algoritmi/Protocolli di servizio utilizzati nel bridging Spanning Tree Protocol I bridge LAN Tecniche di bridging Transparent Bridging (TB), o Learning Bridging Source Route Bridging (SRB)... Capitolo XIII 9-10/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

6 Tecniche di bridging: Transparent Bridging (TB) Tecnica sviluppata da Digital Equipment Corporation per Ethernet, adottata in IEEE 802.1D Utilizzabile anche con reti locali diverse da Ethernet Le stazioni presenti sulle LAN interconnesse non si accorgono dell'esistenza del bridge (il quale infatti é detto "trasparente") Nelle frame non é richiesta l'esistenza di alcuna informazione di routing (basta solo l'indirizzo MAC del destinatario) Il bridge esegue fondamentalmente 2 operazioni Learning (operazione di routing) Apprendimento delle stazioni presenti sui diversi segmenti LAN per decidere l'instradamento dei messaggi Frame forwarding Inoltro dei messaggi sulla base dell'instradamento deciso Tecniche di bridging: Transparent Bridging (TB) Regole di funzionamento di un TB Il bridge riceve ogni pacchetto trasmesso su ogni segmento cui é connesso Per ogni pacchetto ricevuto, il bridge associa il Src_MAC_Addr alla porta dalla quale tale pacchetto é stato ricevuto (la tabella si chiama station cache) Per ogni pacchetto ricevuto il bridge cerca il Dest_MAC_Addr nella station cache Se l'indirizzo non é trovato, allora il pacchetto viene ritrasmesso su tutte le porte eccetto su quella dalla quale esso é stato ricevuto Se l'indirizzo é trovato, allora il pacchetto viene trasmesso sulla specifica porta (se é la stessa porta dalla quale é stato ricevuto il pacchetto allora esso viene eliminato) Le righe della station cache hanno un ageing time che viene fatto ripartire tutte le volte che viene ricevuto un pacchetto con quel Src_MAC_Addr Capitolo XIII 11-12/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

7 Tecniche di bridging: Transparent Bridging (TB) Operatività di un TB: la commutazione (frame forwarding) Inizio Frame ricevuta dalla porta X La destinazione é presente in tabella? NO SI Trasmetti su tutte le porte, eccetto X Elimina la Frame SI Il messaggio deve essere trasmesso su X? NO Trasmetti attraverso la porta corretta Tecniche di bridging: Transparent Bridging (TB) Operatività di un TB: il routing (learning) Inizio Il mittente é presente in tabella? NO SI Aggiungi la entry con la direzione di provenienza Aggiorna il timer di quella entry Capitolo XIII 13-14/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

8 Tecniche di bridging: Transparent Bridging (TB) In quali categorie ricadono i TB, secondo le classificazioni fatte nell'ambito delle operazioni di routing e forwarding? Algoritmi di routing Routing dinamico isolato con algoritmo backward learning Tecniche di forwarding Destination-based-forwarding Trasmissione da parte di un nodo Store-and-forward (negli switch LAN in alcuni casi può essere cut-through) Non é prevista la possibilità di routing gerarchico (reso impossibile dalla struttura flat degli indirizzi LAN) Tecniche di bridging: Transparent Bridging (TB) "Spanning Tree Protocol" I bridge TB non ammettono l'esistenza di loop (attivi) nella rete In una rete magliata di bridge TB deve essere attivo lo "Spanning Tree Protocol" il quale implementa un algoritmo distribuito per l'eliminazione dei loop dalla rete Bridge A Bridge B Bridge D Bridge C Capitolo XIII 15-16/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

9 Tecniche di bridging: Source Route Bridging (SRB) Tecnica proposta nel mondo delle LAN Token Ring Il calcolo delle informazioni di instradamento e la loro conservazione in tabelle sono attività a carico della stazione mittente La stazione mittente opera in 2 fasi: Apprende il percorso (o i percorsi) che la separa dalla stazione destinataria (fase di "discovery") Inserisce le informazioni di instradamento così apprese in ciascuna delle frame trasmesse (per esempio nel campo RIF della frame Token Ring) Il bridge deve eseguire solo poche e semplici funzioni (rispetto al caso TB), ma non é più 'trasparente' alle stazioni Tecniche di bridging: Source Route Bridging (SRB) SRB nelle reti Token Ring Processo di ricerca del percorso ("All-Route Broadcast Route Determination") "A" del Ring 1 deve inviare una frame alla stazione "Z" del Ring 4 "A" invia la frame; questa compie il giro dell'anello senza essere copiata "A" invia una frame di TEST, la quale viene trasmessa lungo tutti i percorsi (n-uplicata) "Z" risponde a tutte le frame di TEST (particolari meccanismi impediscono loop infiniti delle frame di TEST) "A" assume come migliore percorso quello seguito dalla prima risposta ricevuta (che contiene anche la max lunghezza ammissibile di frame) A Ring 1 B2 Ring 2 B1 B3 Ring 3 B4 Ring 4 Z Capitolo XIII 17-18/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

10 Tecniche di bridging: Source Route Bridging (SRB) In quali categorie ricadono gli SRB? Algoritmi di routing In sostanza si tratta di una forma di algoritmo dinamico centralizzato basato su una ricerca del percorso di tipo flooding Tecniche di forwarding Source-route-forwarding Trasmissione da parte di un nodo Store-and-forward Non é prevista la possibilità di routing gerarchico (reso in pratica impossibile dalla struttura flat degli indirizzi LAN) Dispositivi di interconnessione a livello 3 (router( router) Collocazione architetturale delle funzioni di router Routing (di liv. 3) Network Network Network 3 livello DLC DLC DLC DLC LAN1 LAN2 Capitolo XIII 19-20/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

11 Dispositivi di interconnessione a livello 3 (router( router) I comuni dispositivi di interconnessione di livello 3 (router) che trattano i protocolli più diffusi operano normalmente nei seguenti modi Routing statico o dinamico Forwarding di tipo "destination-based" sulla base dell'indirizzo di livello 3 e di informazioni contenute in un database distribuito costituito da routing table Commutazione con ritrasmissione store-and-forward Possibilità di routing gerarchico Dispositivi di interconnessione a livello 3 (router( router) L'importanza della struttura dell'indirizzamento Gerarchia a 2 livelli I router commutano spesso solo sulla base del valore del primo sottocampo 1 regola di instradamento per ogni gruppo di macchine appartenenti ad una rete fisica Esempio: IPv4 unicast address (senza sub/super netting) Gerarchia a N livelli I router commutano spesso solo sulla base del valore di un prefisso 1 regola di instradamento complessiva per tutti i gruppi di macchine appartenenti ad un gruppo di reti raggiungibili attraverso uno stesso link Esempio: IPv4 unicast address (con sub/super netting) Net_ID Host_ID IP_Prefix Host_ID Indirizzo IPv4 Indirizzo IPv4 Capitolo XIII 21-22/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

12 Disp. di interconn. di livello applicativo (gateway) Si definisce gateway un dispositivo di interconnessione che opera a un livello architetturale applicativo Visto il livello architetturale cui operano, i gateway possono essere usati per far colloquiare applicazioni che si appoggiano sullo stesso stack architetturale sia su stack architetturali diversi TCP/IP - OSI TCP/IP - SNA TCP/IP (IPv4) - TCP/IP (IPv4) TCP/IP (IPv4) - TCP/IP (IPv6)... I gateway (diversamente dai dispositivi di livello 1, 2, 3) sono dipendenti dalle specifiche applicazioni che interconnettono (= devono capirne i messaggi) Disp. di interconn. di livello applicativo (gateway) Collocazione architetturale (approssimativa) della funzionalità di gateway Funzionalità di gateway Capitolo XIII 23-24/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi

13 Disp. di interconn. di livello applicativo (gateway) Proxy Nell'uso corrente si definisce proxy (o "application proxy") un dispositivo gateway che interconnette 2 processi applicativi funzionanti entrambi in architettura TCP/IP Il termine "proxy" (= procura) sta a significare che tale dispositivo agisce nei confronti di una parte (server) 'spacciandosi' per l'altra parte (client) Proxy Web HTTP Web Appl. Proxy TCP IP DLC HTTP TCP IP DLC Client Intranet TCP / UDP IP (NO forwarding!!) DLC DLC Internet Server Rete TCP/IP Rete TCP/IP Disp. di interconn. di livello applicativo (gateway) Proxy Un proxy (diversamente dai precedenti dispositivi di livello 1, 2, 3) effettua il forwarding dei soli traffici generati dalle applicazioni di cui é proxy Aspetti positivi Le comunicazioni tra proxy e server avvengono utilizzando 1 solo indirizzo IP (quello dell'interfaccia del proxy che guarda verso il server) => un modo per risparmiare indirizzi Aspetti negativi L'introduzione di una nuova applicazione costringe a modificare il software/configurazione del proxy Il carico della CPU del proxy è mediamente elevato Capitolo XIII 25-26/26 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi