Gli Apparati di Rete. Repeater, Hub, Bridge, Router. arcipelago scrl

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1 Gli Apparati di Rete Repeater, Hub, Bridge, Router

2 Il Repeater E un apparato di livello 1 (fisico), quindi intepreta 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

3 Lo Hub L Hub è un concentratore di cablaggio (opera al livello 1) Serve a collassare una topologia a bus o ad anello in un topologia a stella, semplificando (e rendendo più affidabili) le operazioni di cablaggio Non aumenta la capacità trasmissiva (l hub si comporta come un ripetitore)

4 Lo Switch Se l hub non si comporta come un repeater, ma opera commutazione a livello di trama, ho uno switch Lo switch aumenta la capacità della rete perché permette di trasmettere più pacchetti contemporaneamente se sorgente e destinazione sono diversi

5 Il Bridge (1) Il Bridge è un apparato di livello 2-MAC Serve ad estendere una LAN tenendo separati i domini trasmissivi esegue filtraggio per mantenere separati i traffici locali delle reti che interconnette Il traffico totale della LAN estesa risulta superiore a quello massimo della singola LAN

6 Il Bridge (2) Può interconnettere LAN con lo stesso protocollo MAC 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

7 Il Bridge L interconnessione di LAN 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.

8 Il Bridge L interconnessione di LAN Questa topologia implica che ogni nodo abbia un indirizzo di livello 2 unico all interno della LAN estesa Le procedure più comuni di instradamento su LAN estese sono: spanning tree source routing

9 Spanning Tree (1) Uno Spanning Tree è un cammino aperto senza cicli all interno della LAN estesa, in modo che esista un unico percorso tra due bridge qualunque della LAN Le porte dei bridge che giacciono sullo Spanning Tree sono dette attive, e un bridge può comunicare con un nodo qualunque attraverso un unica porta attiva

10 Spanning Tree (2) Per implementare uno Spanning Tree, ogni bridge ha, per ogni porta attiva, una lista dei nodi raggiungibili attraverso quella porta. Se un bridge con porte attive su due LAN, A e B, vede passare sulla A una trama diretta ad un nodo incluso nella lista della porta B, la preleva e la inoltra sulla LAN B.

11 Spanning Tree (3) Le liste sono compilate dinamicamente e automaticamente dal bridge stesso: nodo aggiunto quando il bridge sente transitare trame spedite da quel nodo sulla LAN connessa alla porta in questione nodo rimosso dalla lista quando, dopo un timeout, il bridge non vede più transitare trame di quel nodo

12 Spanning Tree (4) Il processo di compilazione delle liste, noto come bridge learning, permette di evitare riconfigurazioni manuali dei bridge quando: un nodo viene spostato da una LAN all altra uno o più nodi vengono spenti o si guastano lo Spanning Tree viene ricostruito aggiungendo o togliendo porte attive

13 Source Routing (1) Alternativa al metodo Spanning Tree : scopro un percorso tra due nodi in comunicazione, e lo includo nell intestazione di ogni trama Due fasi (nodo A nodo B): 1Individuo il destinatario sulla LAN estesa, spedendo in flooding dei frames esplorativi 2Scelgo un percorso tra tutti quelli possibili che connettono mittente e destinatario, cercando di ottimizzare la scelta

14 Source Routing (2) Nel Source Routing è il nodo sorgente che effettua la scelta del percorso da seguire. Il software di Routing dei singoli nodi risulta piu complesso, ma ai bridge non occorre sprecare tempo per instradare ciascun frame.

15 Router Dispositivo di livello 3 (rete) I router più recenti sono in grado di instradare pacchetti di protocolli diversi (IP, DECnet...) Se un router ha un modulo di bridging per quei protocolli - per sola rete locale - che non hanno un livello 3 (es. LAT, NetBeui), è detto brouter

16 Architettura di un router Algoritmo di calcolo della RT Algoritmo di calcolo della RT Algoritmo di calcolo della RT RT Routing Tables DECnet RT Routing Tables IP RT Routing Tables SNA Inoltro dei pacchetti Inoltro dei pacchetti Inoltro dei pacchetti Scheda LAN 1 Scheda LAN 2 Scheda WAN 1 Scheda WAN 2

17 Terminologia OSI Un dispositivo contenente al suo interno almeno i livelli fisico, data link e network è detto nodo system (terminologia corretta OSI) I nodi che agiscono come mittente e destinatario finale dei dati sono detti: ES (End System) End Node

18 ES e IS Tra due ES possono esserci diversi altri nodi che agiscono da intermediari e svolgono funzioni di instradamento. Questi nodi sono detti: IS (Intermediate System) router Tipicamente gli ES implementano tutti e sette i livelli OSI, mentre gli IS sono limitati ai primi tre.

19 Indirizzi e Nomi Un nodo è identificato da uno o più indirizzi di livello 3 e da un nome La finalità del nome è quella di identificare il calcolatore in modo mnemonico per gli umani La finalità dell indirizzo è quella di determinare l instradamento dei pacchetti all interno della rete La corrispondenza tra nomi e indirizzi può essere mantenuta tramite: un file locale ad ogni elaboratore (ormai raro) una base di dati distribuita

20 Il livello Network Tratta le problematiche di Internetworking Instrada i messaggi sulla rete Provvedere a trovare instradamenti alternativi in caso di guasti Può fornire sia servizi non connessi sia servizi connessi È molto sviluppato sugli IS, meno sugli ES.

21 Tecniche di instradamento Routing by Network Address Label Swapping Source Routing

22 Routing by Network Address Usato tipicamente nei protocolli non connessi bridge trasparenti Decnet IPX IPv4 e IPv6 OSI CLNP Ogni pacchetto contiene l indirizzo del nodo destinatario L indirizzo viene usato come chiave di accesso alle tabelle di instradamento

23 Label Swapping È generalmente usato nei protocolli connessi Ogni pacchetto è marcato con una label che identifica la connessione La label viene usata come chiave per determinare l instradamento e sostituita in ogni nodo È usato in: X.25 APPN ATM

24 Source Routing Il nodo mittente scrive nel pacchetto l elenco completo dei nodi da attraversare È usato: nei bridge source-routing in APPN+/HPR

25 Tabelle di instradamento Il livello network per instradare i pacchetti si basa: sull'indirizzo del destinatario finale su tabelle di instradamento presenti negli IS. Le tabelle di instradamento possono essere: scritte manualmente calcolate da algoritmi che imparano la topologia della rete e si adattano ai suoi cambiamenti. Solo gli IS sono tipicamente sede di tabelle di instradamento

26 Scelta dell algoritmo Non semplice: più criteri di ottimalità spesso contrastanti. Ad esempio: minimizzare il ritardo medio di ogni pacchetto massimizzare l'utilizzo delle linee Complicata dalla presenza di un elevato numero di nodi collegati con una topologia qualsiasi Algoritmi troppo complessi, operanti su reti molto grandi, potrebbero richiedere tempi di calcolo inaccettabili

27 Esempio Si supponga di voler inviare un messaggio a tutti i nodi di una rete carica evitando l'utilizzo di tecniche di broadcast per contenere il carico: occorre individuare un algoritmo di routing che garantisca che il pacchetto tocchi sequenzialmente tutti i nodi Per ottimizzare il cammino di questo pacchetto: occorre risolvere il tipico problema del Commesso Viaggiatore che è NP-Hard

28 Caratteristiche di un algoritmo Semplicità: i router hanno CPU e memoria finite Robustezza e adattabilità alle variazioni di topologia Stabilità: l'algoritmo deve convergere Equità: evitare di sfavorire particolari nodi

29 Ottimalità Ottimalità: i criteri adottati sono tipicamente i due esposti precedentemente. Occorre definire una metrica. Gli unici due parametri universalmente accettati sono: HOPS: numero di salti effettuati, cioè il numero di IS attraversati lungo il cammino COSTO: somma dei costi di tutte le linee attraversate (il costo di una linea è inversamente proporzionale alla sua velocità)

30 Algoritmi di Routing Non adattativi (statici, deterministici): criteri fissi di instradamento Fixed Directory Routing Flooding Adattativi (dinamici, non deterministici): calcolano le tabelle di instradamento in funzione della topologia della rete, dello stato dei link e del carico Routing Centralizzato Routing Isolato Routing Distribuito

31 Fixed Directory Routing Ogni nodo ha una tabella di instradamento scritta manualmente (gestione complessa) Indirizzo di destinazione --> linea da usarsi Il gestore della rete ha il totale controllo dei flussi di traffico interventi manuali per ridirigere il traffico in presenza di guasti Questo secondo punto può essere parzialmente evitato adottando tabelle di priorità che diano più scelte in caso di guasto Usato con successo in reti TCP/IP e SNA

32 Flooding Algoritmo non adattativo Ciascun pacchetto in arrivo viene ritrasmesso su tutte le linee eccetto quella su cui è stato ricevuto Adatto a carichi bassi Si può migliorare: introducendo un agecounter scartando i pacchetti la seconda volta che passano in un nodo (richiede memoria nei nodi)

33 Selective Flooding Selective Flooding I pacchetti vengono ritrasmessi solo su linee selezionate: Random Walk: il pacchetto in arrivo su un nodo viene trasmesso in modo casuale su una delle linee disponibili Hot Potato: ogni nodo ritrasmette il pacchetto sulla linea con la coda di trasmissione più breve

34 Routing centralizzato Esiste un Routing Control Center (RCC) che calcola e distribuisce le tabelle Il RCC riceve informazioni sullo stato della rete da tutti i nodi e le usa per calcolare le nuove tabelle Ottimizza le prestazioni, ma è poco robusto (aggiornamenti parziali delle tabelle dovuti a guasti possono generare loop) Induce un notevole carico sulla rete specialmente in prossimità del RCC

35 Routing Isolato È l'opposto del Routing Centralizzato in quanto non esiste un RCC e ogni nodo decide l'instradamento in modo autonomo senza scambiare informazioni con gli altri IS Esempio: Backward Learning Usato dai bridge 802.1D (integrato dall algoritmo di spanning tree).

36 Backward Learning Ogni pacchetto ha un campo in cui vengono sommati i costi di tutte le linee attraversate Gli IS osservano questo campo nei pacchetti ricevuti e imparano quanto dista il mittente tramite la linea su cui è avvenuta la ricezione Occorre limitare la validità temporale delle annotazioni nella tabella in quanto questa tecnica non è in grado di rilevare se un cammino non è più disponibile

37 Routing Distribuito Utilizzato in varie reti proprietarie (es. DECNET) e in OSI Ogni router calcola le sue tabelle dialogando con gli altri router e con gli end-node Tale dialogo avviene tramite dei protocolli ausiliari a livello 3 Esistono due approcci principali al routing distribuito: Algoritmi Distance Vector Algoritmi Link State Packet