GLI APPARATI PER L INTERCONNESSIONE DI RETI LOCALI 1

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1 GLI APPARATI PER L INTERCONNESSIONE DI RETI LOCALI 1 Il Repeater 2 L Hub 3 Il Bridge 11 Lo Switch 11 Router 19 Gli apparati per l interconnessione di reti locali Distinguiamo i seguenti tipi di apparati: I Repeater e gli Hub (livello 1 del modello OSI) servono superare le limitazioni di alcuni mezzi trasmissivi I Bridge e gli Switch (livello 2) hanno algoritmi di instradamento molto semplici e si utilizzano normalmente per interconnessioni locali I Router (livello 3) hanno algoritmi di instradamento sofisticati si utilizzano normalmente per interconnessioni geografiche I Gateway (livello 7) si utilizzano per interconnettere applicativi con funzioni simili appartenenti ad architetture di rete diverse 1

2 Il Repeater E un apparato di livello 1 (fisico), quindi interpreta solo i segnali elettrici e ha come unità trasmissiva il singolo bit. Il repeater serve ad estendere la lunghezza del canale trasmissivo e a realizzare topologie ad albero. Rigenera stringhe di bit ricevute su un canale e le ritrasmette sugli altri canali. Il repeater può rigenerare e ritemporizzare segnali al livello del bit per permettergli di superare distanze più lunghe. Gli standard Ethernet e IEEE implementano una regola detta per il numero di ripetitori e segmenti su dorsali Ethernet in una topologia ad albero. La regola divide la rete in due tipi di segmenti fisici: user segment e link segment. Al primo tipo di segmento si possono connettere apparati di utente mentre il secondo tipo di segmento viene utilizzato soltanto per connettere ripetitori. La regola impone che fra due nodi della rete vi può essere un massimo di cinque segmenti, connessi fra quattro ripetitori e solo tre dei cinque segmenti possono contenere connessioni di utente. Il protocollo Ethernet richiede che un segnale inviato lungo una rete raggiunga ogni punto della rete in una specificata quantità di tempo. La regola assicura che questo avvenga. Ogni ripetitore attraverso cui il segnale è costretto a passare introduce un ritardo, per cui la regola è pensata per ridurre i tempi di trasmissione dei 2

3 segnali. Tempi di latenza troppo elevati aumentano la possibilità di collisione riducendo l efficienza della rete. L Hub Gli hub sono dei ripetitori multiporta. La differenza fra i due consiste sostanzialmente nel numero di porte che presentano. Un ripetitore ha soltanto due porte mentre un hub ha da 4 a 24 porte. Gli hub sono utilizzati principalmente nelle reti Ethernet 10BASE-T e 100BASE-T. L uso di un hub 3

4 trasforma una rete a bus in cui ogni computer è collegato al cavo di connessione in una rete con topologia a stella. Gli HUB sono dei dispositivi sui quali sono collegati tutti i computer di una rete costituendo in tal modo il punto di aggregazione di tutti i cavi collegati ai PC. Quando un pacchetto di dati arriva ad una porta di un HUB viene automaticamente inviato a tutti gli altri computer. Nella figura seguente è mostrato un esempio di rete locale (LAN) idonea per un laboratorio o per un piccolo ufficio. In figura seguente è mostrato, invece un esempio di rete più complessa costituita da due reti (ad esempio quelle di due laboratori) connesse tra loro. L'interconnessione avviene mediante il collegamento tra i due HUB 4

5 Per le modalità operative di un hub tutti i computer collegati ad esso condividono la stessa banda di trasmissione. Gli hub sono di tre tipi sostanzialmente - Passivi. Un hub passivo serve sostanzialmente soltanto come punto di connessione fisica. Esso non manipola né vede il traffico di dati che lo attraversa. Un hub passivo è utilizzato soltanto per condividere il mezzo fisico. Un hub passivo non necessita di energia elettrica. - Attivi. Un hub attivo necessita di alimentazione elettrica perché esso amplifica i segnali che provengono da una porta prima di rinviarli sulle altre porte. 5

6 - Intelligenti. Gli hub intelligenti funzionano come gli hub attivi e hanno in più capacità diagnostiche Talvolta gli hub sono chiamati anche concentratori. 6

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11 Il Bridge Le prestazioni di una LAN tendono a peggiorare al crescere del numero di suoi utenti. Una soluzione consiste nell interconnettere diverse LAN, in modo non gerarchico, attraverso dei bridge. Si parlerà di LAN estesa. Il bridge sente tutte le trame trasmesse sulle LAN a cui è connesso, e inoltra selettivamente alcune trame da una LAN all altra attraverso delle porte. Può interconnettere LAN con lo stesso protocollo o con protocolli diversi. Se i protocolli sono diversi, il Bridge traduce l intestazione (la busta ) di un protocollo in quella dell altro prima di inoltrare la trama. Il Bridge è un apparato di livello 2. Serve ad estendere una LAN tenendo separati i domini trasmissivi nel senso che esegue un filtraggio per mantenere separati i traffici 11

12 locali delle reti che interconnette, ma consente il passaggio di messaggi da un computer di una LAN ad un computer di un altra LAN. La funzione del bridge è dunque di prendere decisioni intelligenti sul passare o meno un segnale al segmento successivo della rete. Quando un bridge riceve un frame confronta l indirizzo MAC del destinatario del frame con una sua tabella interna - se il destinatario si trova nello stesso segmento in cui si trova il frame il bridge non invierà il frame su altri segmenti; si parla allora di filtraggio - se il destinatario si trova su un altro segmento il bridge invia il frame al segmento giusto - Se l indirizzo di destinazione risulta sconosciuto al bridge esso lo invia a tutti i segmenti eccettuato quello da cui lo ha ricevuto; si parla in questo caso di flooding 12

13 - Lo Switch Uno switch è descritto talvolta come un bridge a più porte. Un tipico bridge può avere solo due porte che possono unire due segmenti di rete. Se un bridge opera su più di 2 porte, abbiamo uno switch (commutatore). Gli switch (come i bridge) aumentano la capacità della rete perché permettono di trasmettere più pacchetti contemporaneamente se sorgente e destinazione sono diversi. 13

14 Lo SWITCH è un dispositivo che riceve pacchetti di dati da un computer su una porta di ingresso e li invia solo alla porta di destinazione (ove è collegato il computer di destinazione) in base a informazioni contenute nell intestazione dei pacchetti. Ciò lo rende più intelligente rispetto al HUB che, ricevuto da un computer un pacchetto di dati su una porta, lo invia a tutti i computer collegati. Poiché lo SWITCH ottimizza la trasmissione dei dati, il suo impiego diventa conveniente quando il numero di computer è elevato, benché il suo costo sia superiore a quello di un HUB. In figura è mostrata una rete costituita da quattro reti locali interconnesse tra loro da uno SWITCH. Gli switch alleviano il problema della congestione nelle reti Ethernet riducendo il traffico e aumentando la banda a disposizione. 14

15 Uno switch offre molti benefici. uno di questi è che esso permette a molti utenti di comunicare allo stesso tempo attraverso l uso di circuiti virtuali e segmenti di rete dedicati. LAN switch è soprattutto un grande miglioramento rispetto alla rete di hub in quanto ha la capacità di "leggere" la sorgente e il nodo di destinazione di un pacchetto di dati e di trasmettere il pacchetto solo per il nodo di destinazione. Ogni volta che il nodo trasmette i dati destinati ad un altro nodo nella rete locale, lo switch intercetta i dati, determina la destinazione e la trasmissione in avanti per la sua destinazione. Dal momento che si vuole che un pacchetto di dati non venga trasmesso a segmenti inutili, la congestione della rete è ridotto al minimo e la larghezza di banda della rete è conservato. Per decidere su quale porta inoltrare un frame ricevuto, uno switch deve possedere una funzione di instradamento. Questa è basata 15

16 sull'apprendimento passivo degli indirizzi sorgente dei frame inoltrati ("transparent learning"), attraverso il quale lo switch impara su quale porta si trova un determinato indirizzo. Gli indirizzi appresi vengono "dimenticati" dopo un certo tempo dalla loro ultima apparizione. Quando un nodo A cerca di comunicare con un nodo B, il comportamento dello switch dipende dalla porta cui è collegato B: se B è collegato alla stessa porta a cui è collegato A, lo switch ignora il frame. se B è collegato ad una porta diversa, lo switch inoltra il frame sulla porta a cui è collegato B. se lo switch non conosce ancora a quale porta è collegato B, inoltra il frame su tutte le porte. Normalmente, il nodo destinatario riceverà il pacchetto e risponderà, permettendo allo switch di scoprire a quale porta è collegato. Alcuni frame hanno un indirizzo destinazione particolare, denominato broadcast, che indica che sono destinati a tutti i calcolatori della rete. Uno switch inoltra questi frame su tutte le porte. Per questo si dice che lo switch crea un unico dominio di broadcast. La complessità del comportamento di uno switch è compensata dalle migliori prestazioni 16

17 ottenibili. Il fatto che i frame vengano ritrasmessi selettivamente ha anche delle implicazioni di sicurezza informatica, in quanto evita che un calcolatore possa facilmente intercettare il traffico diretto ad un altro (sniffing). Esistono comunque tecniche raffinate che permettono lo sniffing anche in presenza di switch, per cui uno switch non deve essere considerato come una protezione inattaccabile contro i rischi di intercettazione. Esistono 3 tipologie di instradamento che possono essere utilizzate da uno switch: 17

18 cut-through store-and-forward fragment-free Nella prima tipologia lo switch si limita a leggere l'indirizzo MAC del destinatario e quindi manda il contenuto del frame contemporaneamente alla sua lettura. In questo caso l'invio dei frame non attende la ricezione completa dello stesso. Questo tipo di switch è quello con latenza minore. Negli switch store-and-forward invece viene letto l'intero frame e ne viene calcolato il cyclic redundancy check (CRC) confrontandolo con il campo FCS all'interno del frame. Solo se i due valori corrispondono il frame viene mandato al destinatario, altrimenti non viene trasmesso. Questi tipi di switch consentono di bloccare frame contenenti errori ma hanno una latenza maggiore. L'ultima tipologia è un compromesso tra le due precedenti in quanto si leggono i primi 64 bytes del frame in modo da rilevare solo alcune anomalie nel frame. Gli switch fragment-free e cut-through possono essere impiegati solamente nello switching simmetrico ovvero dove trasmettitore e ricevitore operano alla stessa velocità, gli switch store-and-forward invece consentono anche lo switching asimmetrico. 18

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21 Router Un router è un dispositivo hardware che si occupa di scegliere quale sia il percorso migliore per far comunicare due computer connessi ad una rete. In pratica un router è un computer di commutazione che prende parte all'instaurazione di un collegamento in una rete di computer con commutazione di pacchetti, come ad esempio la rete Internet. Tali computer instradano i pacchetti di dati verso il relativo computer di destinazione, servendosi dell'indirizzo IP di un protocollo di instradamento come ad esempio il TCP/IP. L'indirizzo IP di un pacchetto di dati comunica a quale sottorete, a quale altro router o computer si devono inviare i dati. Una volta che il router determina 21

22 dove il pacchetto deve essere spedito, trova la strada più veloce per spedire i dati a destinazione. Il router inoltre deve spedire questi dati nel formato più adatto per il trasferimento delle informazioni. Ciò significa che può reimpacchettare i dati o frammentarli in pezzi più piccoli, in modo tale che il destinatario li possa gestire. Alcuni router possiedono anche un firewall incorporato, poiché il punto di ingresso/uscita di una rete verso l'esterno è ovviamente il luogo migliore dove effettuare controlli sui pacchetti in transito. I router possono essere 22

23 normali computer che fanno girare un software apposito (gateway), o - sempre più spesso - apparati specializzati, dedicati a questo solo scopo. I router di fascia più alta sono basati su architetture hardware specializzate per ottenere prestazioni wire speed, letteralmente alla velocità della linea. Un router wire speed può inoltrare pacchetti alla massima velocità delle linee a cui è collegato. I Router di fascia media ed alta hanno normalmente una costruzione modulare, che permette di aggiungere interfacce verso reti di tipo diverso secondo la necessità. 23

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