Architetture di reti locali

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1 Architetture di reti locali

2 Obiettivi Introduzione Standard Ethernet Dispositivi e mezzi trasmissivi Evoluzione standard Ethernet Bridging / Switching VLAN Fast Ethernet Ethernet Full-Duplex Gigabit Ethernet

3 Introduzione

4 Reti in area locale Le Reti di Telecomunicazioni si possono distinguere in base: alla loro estensione: locale (Local Area Network, LAN) o geografica (Wide Area Network, WAN)

5 Reti in area locale Architettura stratificata di una LAN Standard per LAN

6 Lo standard Ethernet

7 Ethernet Ethernet è una tecnologia per reti locali nata agli inizi degli anni 70 alla Xerox Palo Alto Research Center PARC da Robert M. Metcalfe (velocità pari a 2.94Mb/s) The diagram... was drawn by Dr. Robert M. Metcalfe in 1976 to present Ethernet... to the National Computer Conference n June of that year. On the drawing are the original terms for describing Ethernet. Since then other terms have come into usage among Ethernet enthusiasts. The Ethernet Sourcebook, ed. Robyn E. Shotwell (New York: North-Holland, 1985), title page.

8 Ethernet Il primo documento standard contenente la descrizione di Ethernet è stato prodotto nel 1980 da un consorzio di costruttori DEC-Intel- Xerox (DIX) [10Mb/s] Nel 1982 lo standard divenne Ethernet II (DIX II) Perché nome Ethernet? Ether per evidenziare che il mezzo trasmissivo (cavo coassiale) trasporta il segnale verso tutte le stazioni nello stesso modo in cui "luminiferous ether" era stato pensato trasportare le onde elettromagnetiche attraverso lo spazio

9 IEEE 802 La tecnologia Ethernet fu in seguito adottata dal comitato di redazione di standard per reti locali e metropolitane dello Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE 802) Il primo standard IEEE venne pubblicata nel 1985 "IEEE Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications

10 IEEE 802 Questo standard venne adottato da International Organization for Standardization (ISO) Da allora tutti i dispositivi Ethernet vengono prodotti in base alle specifiche dello IEEE ( o quasi)

11 IEEE 802 vs OSI Livelli Superiori (OSI 3-7) Data Link Fisico Logical Link Control (LLC) Medium Access Control (MAC) Fisico Recupero errori, controllo di flusso, gestione della connessione logica Controllo di accesso, indirizzamento, 'framing' controllo di errore Codifica, sincronizzazione, interfaccia con il mezzo trasmissivo Modello OSI Modello IEEE 802

12 Standard IEEE 802 Interfaccia unificata con il livello network Strato di rete Gestione e interoperabilità Logical Link Control ISO LLC Strato di collegamento FDDI MAC ISO ISO ISO 9314 ISO ISO Strato fisico CSMA/CD TOKEN RING FDDI Wireless AnyLAN

13 MAC PDU ed indirizzi MAC Il formato della MAC-PDU è differente per ogni singolo MAC, ma alcuni campi principali sono presenti in tutte le MAC-PDU MAC-DSAP MAC-SSAP LLC-PDU FCS MAC-PDU L indirizzo di livello MAC lunghi 6 byte (48 bit) Individuale (o Unicast): primo bit 0 Di gruppo (o Multicast): primo bit 1 Broadcast: tutti bit 1 (ff-ff-ff-ff-ff-ff) b 3 c a OUI assegnato dall IEEE Assegnato dal costruttore

14 Richiami Protocollo di acceso multiplo Gestione delle collisioni Limiti di dimensione della rete Formato delle trame Strato fisico

15 Protocollo di acceso multiplo C S C C S C Un client deve in genere "vedere" più server C C C S C C Necessità di connessioni tra server Svantaggi: C C caotico poco flessibile difficile da gestire costoso

16 Protocollo di acceso multiplo C S C C S C C C C S C C C C Mezzo trasmissivo ad accesso multiplo

17 Protocollo di accesso multiplo: CSMA/CD Standard Ethernet su topologia a bus protocollo di accesso multiplo ad accesso casuale Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) 1-persistente Backoff esponenziale sulle ri-trasmissioni Adotta la tecnica : Ascolta prima di parlare e mentre parli

18 CSMA/CD Funzionamento: si ascolta il canale prima di trasmettere se il canale è sentito libero si inizia a trasmettere se il canale è sentito occupato si continua ad ascoltare il canale e si inizia la trasmissione non appena il canale diventa libero durante la trasmissione di una PDU, si ascolta il canale per verificare che la trasmissione vada a buon fine in caso di collisione, si trasmette per un breve periodo una sequenza standard (jam sequence) e poi si sospende la trasmissione si ritenta la trasmissione dopo un ritardo casuale

19 CSMA/CD: collisioni A causa dei ritardi di propagazione il protocollo CSMA(/CD) non evita le collisioni Ipotesi: S1 e S2 siano alla massima distanza (caso peggiore) Tra due stazioni avviene una collisione se esse accedono al canale in istanti che distano tra loro meno del tempo di propagazione tra le due stazioni collisione S1 S2

20 Gestione delle collisioni Rilevamento delle collisioni dipende dal mezzo fisico: Doppino intrecciato o fibra (2 canali simplex) collisione = attività su entrambi i canali Cavo coassiale (1 canale half-duplex) collisione = valore di corrente media superiore a una soglia In ricezione Stazione scarta i bit già ricevuti e ignora il segnale fino all inizio della trama successiva

21 Gestione delle collisioni In trasmissione La/e stazione/i trasmette la jam sequence (32 bit) per facilitare la rilevazione della collisione Interrompe la trasmissione della trama e ritenta dopo un tempo T calcolato in base all algoritmo di backoff T = r x 51,2 µs 0 r < 2^k, k = min(10,n), n = num. tentativi (max 16) Le collisioni non rilevate dallo strato 2 possono degradare notevolmente il throughput percepito dall utente

22 Limiti di dimensione della rete Una stazione trasmittente può rilevare una collisione soltanto durante la trasmissione della trama stessa T em_trama RTD = 2 L MAX < T em_trama = V prop DIM trama_min V em L MAX < DIM trama_min * V prop = 2 V em 72 * 8 bit * 2*10 8 m/s 2 * 10Mbit/s 5.7 Km Limite teorico deve essere considerato in concomitanza ai limiti di strato fisico (dipendono dai mezzi trasmissivi e dalle modalità di trasmissione) molto minori di 5 km

23 Formato delle trame Ethernet Lunghezza della trama tra 64 e 1518 ottetti PREAM. SFD Dest Source Address Address Type LLC PDU FCS PREAM. SFD Dest Address Source Address Lenght LLC PDU PAD FCS Ottetti Preambolo: Starting Frame Delimiter:

24 Formato delle trame Type: indica il codice del protocollo incapsulato Valore > 1500 e conferme allo standard Ethernet Lenght: lunghezza del campo Payload Valore < 1500 e conforme allo standard PAD (Padding): riempimento fino a 46 byte FCS Frame Check Sequence: codice rilevam/correzione degli errori Calcolato sui bit dal campo Destination Address in poi

25 Formato delle trame

26 Temporizzazione Trama Trama Inter Frame Spacing (IFS) t La trasmissione di ogni trama è conclusa da un tempo di silenzio IFS pari a 9,6 µs (= 96 bit) Segnala la fine della trama Permette ad altre stazioni di acquisire il canale Attraverso un repeater il IFS può diminuire Il valore minimo dell IFS è 4,7 µs (ricezione senza errori)

27 Strato fisico Velocità trasmissione: 10 Mb/s (bit time = 0.1 µs) Codifica Manchester Ethernet prevede trasmissioni solo su cavo coassiale spesso prevede vari mezzi trasmissivi: 10BASE5: cavo coassiale spesso RG213 10BASE2: cavo coassiale sottile RG58 10BASE-T: doppino telefonico UTP cat 3 o superiore 10BASE-FL, 10 BASE-FB, 10 BASE-FP: fibra ottica multimodale, prima finestra (850 nm) altri Topologie: bus o albero di bus: 10BASE5, 10BASE2 stella: 10BASE-T, 10BASE-FB, 10BASE-FP

28 Architettura Strato di rete Strato di collegamento Logical Link Control CSMA/CD LLC MAC Strato fisico 10BASE-T Physical Layer Signaling (PLS) 10BASE2 10BASE5 10BASE-F

29 Strato fisico Tipo di rete Tipo di cavo Max lunghezza singolo segmento Numero massimo nodi nel segmento Diametro massimo della rete Numero massimo di ripetitori Numero massimo segmenti in cascata 10Base-5 Coax grosso 500m m 4 5* 10Base-2 Coax fino 186m m 4 5* 10Base -T UTP 2 Coppie 100m da stazione ad hub 2 500m 4 5* * = 3 segmenti popolati da stazioni e 2 dedicati esclusivamente al collegamento tra Hub

30 Strato fisico: Repeater (Hub) Elementi di rete: Repeater (Hub) Opera allo strato fisico del modello OSI Rigenera il segnale analogico (re-shaping, re-timing re-trasmitting) e lo ritrasmette su tutte e interfacce decodificano e ri-codificano Manchester rivelano collisioni e le inoltrano su tutte le porte isolano segmenti di rete se si verificano 30 collisioni consecutive Permette di aumentare le dimensioni di una LAN rispettando: a) Limite teorico imposto dal CSMA/CD b) Limiti al numero massimo di ripetitori utilizzabili (dovuti a riduzione del preambolo e accorciamento del IFS)

31 Strato fisico: Repeater (Hub) Il repeater deve sincronizzare il ricevitore prima di poter ritrasmettere un segnale Ethernet: ignora la parte persa e inizia a trasmettere dal primo bit utile accorciamento del preambolo lo standard limita a 2 il numero max di repeater che possono essere attraversati da una trama 802.3: ritrasmette l intero preambolo compresi i bit persi introduce un ritardo (aleatorio) di attraversamento Questo ritardo va sommato al RTD nel calcolo del limite teorico La natura aleatoria del ritardo può ridurre lo IFS (trame vicine con lo stesso clock) lo standard limita a 4 il num. max di repeater in cascata Nota: caso di 10BASE-FB i repeater sono sempre sincronizzati fino a 20 repeater in cascata

32 Strato fisico: Repeater (Hub) Dominio di collisione Sezione di rete in cui qualsiasi coppia di stazioni che trasmettono contemporaneamente generano una collisione La sezione di rete collegata a repeater è un unico dominio di collisione

33 10BASE5 Caratteristiche: alto costo, lunga distanza, media vulnerabilità, rapida obsolescenza, adatto per dorsali Regola del (5 segmenti, 4 ripetitori, 3 segmenti popolati) Segmento popolato max 100 stazioni 500 metri Estensione massima = circa metri Popolazione massima = 300 stazioni R R R R S1 S2 S3 S1 S2 S3 S1 S2 S3 Segmento di collegamento 500 metri

34 10BASE2 Caratteristiche: basso costo, media distanza, alta vulnerabilità, potenziale obsolescenza Regola del (5 segmenti, 4 ripetitori, 3 segmenti popolati) Segmento popolato max 30 stazioni 185 metri Estensione massima = circa 910 metri Popolazione massima = 90 stazioni R R R R S1 S2 S3 S1 S2 S3 S1 S2 S3 Segmento di collegamento 186 metri

35 10BASE-T Caratteristiche: costo medio-basso, grande distanza, bassa vulnerabilità, massimo sviluppo HUB 1 HUB 2 HUB 3 S4 max 100 m HUB 4 S1 S2 S3 S5 S6 S7 Estensione massima = circa 500 metri Popolazione massima = 1024 stazioni

36 Evoluzione standard Ethernet

37 Evoluzione standard Ethernet Aumento della banda richiesta dagli applicativi (es. multimedialità) Aumento delle dimensioni delle reti LAN ad alte prestazioni: Bridging // Switching Virtual LAN Ethernet Full-Duplex Ethernet 100 Mb/s Gigabit Ethernet

38 Bridging / Switching

39 Bridge Transparent bridge originariamente sviluppati dalla DEC alla metà degli anni 80 Bridging definisce le modalità per l inoltro selettivo delle trame ricevute da una rete locale e dirette verso un altra LAN Transparent bridge descritti nello standard IEEE 802.1D ( 93, 98) Trasparenti perché non vengono utilizzati in modo esplicito dalle stazioni

40 Bridge Bridge permette di collegare tra loro differenti domini di collisione (LAN) Il bridge ha il compito di filtrare, in base all indirizzo MAC di destinazione, le trame in transito facendo passare solo quelle dirette a un determinato dominio (processo di forwarding) Creano una rete di vasta estensione e con maggiore efficienza Apprendono la struttura di rete osservando il campo 'Source Address' delle trame ricevute (processo di learning)

41 Bridge Livelli 3-7 Livelli 3-7 LLC LLC MAC1 MAC1 Relay MAC2 MAC2 Fisico1 Fisico1 Fisico2 Fisico2 LAN 1 LAN 2 Bridge opera a livello di strato 2 del modello OSI Possono interconnettere LAN con strati MAC e PHY diversi (translating bridge)

42 Bridge Perché usare i bridge? Interconnettere LAN con tecnologie differenti (es. Ethernet e Token Ring) Estendere la rete Migliorare le prestazioni (es. separare il traffico per ridurre il carico) Affidabilità (es. isolare nodi difettosi) Sicurezza (es. controllare il traffico in uscita da una rete) Bridge 802.1D inoltrano le trame con la tecnica store-andforward

43 Bridge: apprendimento Tabella di inoltro Indirizzo Interfaccia Segmento 1 BRIDGE Segmento A1-40-9A-26 Trama in uscita Segmento A D-36 Indirizzo Interfaccia A A BRIDGE E-0A-2A-28 Segmento 1 Segmento 8 Indirizzo Interfaccia A A1-40-9A-26 1 Trama per A scarta Segmento 3 BRIDGE Indirizzo Interfaccia Segmento 1 Segmento A A1-40-9A A D-36 8 Segmento 3 Trama per E-0A-2A- 28

44 Bridge: esempio 1 BRIDGE 1 Indirizzo Interfaccia 00-0A A1-40-9A-26 Segmento 1 BRIDGE 1 Segmento 3 Segmento A D A E-0A-2A-28 BRIDGE 2 Indirizzo Interfaccia 00-0A BRIDGE 2 Segmento 14 Segmento A A Trama in uscita 00-0A

45 Bridge: esempio 2 BRIDGE 1 Indirizzo Interfaccia 00-0A A D A1-40-9A-26 Segmento 1 BRIDGE 1 Segmento 3 Trama per 00-0A Segmento A D A E-0A-2A-28 BRIDGE 2 Indirizzo Interfaccia 00-0A A D BRIDGE 2 Segmento A A Segmento A

46 Bridge: esempio 2 BRIDGE 1 Indirizzo Interfaccia 00-0A A D A1-40-9A-26 1 Trama per 00-0A A1-40-9A-26 Segmento 1 BRIDGE 1 Segmento 3 Segmento A D A E-0A-2A-28 BRIDGE 2 Indirizzo Interfaccia 00-0A A D A1-40-9A BRIDGE A Segmento 14 Segmento A A

47 Bridge: esempio 3 Indirizzo Interfaccia A BRIDGE 1 BRIDGE Configurazione robusta ai guasti Link primario A Link secondario A seguito di un guasto sul link primario il bridge 1 continua a instradare trame destinate alla stazione sull interfaccia 2 fino a quando Ageing-time della riga della tabella non scade La stazione invia una trama sul link secondario Lo standard 802.1D raccomandava un ageing-time di 5 min (oggi molto minore)

48 Interconnessione di LAN tramite Bridge Problema dei cicli infiniti A B INFO LAN 1 B LAN 2 B LAN 3 B B B LAN 6 B LAN 5 LAN 4 B LAN 7

49 Spanning Tree Protocol (SFP) La rete magliata deve essere trasformata in albero Protocollo di spanning tree (IEEE 802.1D) influenza il processo di forwarding LAN 1 RB LAN 2 B4 LAN 3 B1 B2 B5 LAN 6 B3 LAN 5 LAN 4 B6 LAN 7

50 Spanning Tree Protocol (SFP) Per ottenere un albero si deve: Determinare il bridge radice B1 disabilitare alcune porte dei bridge B2 LAN1 B3 LAN2 B4 Quali salvare?? LAN3 B5 LAN4

51 Spanning Tree Protocol (SFP) Per ottenere un albero si deve: Determinare il bridge radice B1 disabilitare alcune porte dei bridge B2 LAN1 B3 LAN2 B4 Quali salvare?? LAN3 B5 LAN4 Verso la radice Verso le LAN

52 Spanning Tree Protocol (SFP) Opera in tre fasi: 1. Elezione del Root Bridge: radice dell albero 2. Selezione della root port: per ogni bridge la porta per raggiungere il Root Bridge 3. Selezione della designated port: per ogni LAN la porta utilizzata per inoltrare e ricevere le trame della LAN Alla fine vengono abilitate al forwarding solo le porte root e designated (le altre vengono bloccate) Utilizza trame denominate BPDU Bridge Protocol Data Unit trasmesse in multicast Topology Change Notification BPDU

53 Spanning Tree Protocol (SFP) Configuration BPDU inviate periodicamente contengono: Root id: l identificativo del bridge candidato a diventare il Root Bridge Bridge id: identificativo del bridge che trasmette la BPDU Root path cost: costo totale del percorso per raggiungere il Root Bridge (posto a 0 dal Root Bridge e aggiornato da ogni altro bridge) Flag:Topology Change (TC), TC Acknowledgment TCA Topology Change Notification BPDU trasmesse solo a seguito di un cambiamento nella topologia verso il Root Bridge

54 Spanning Tree Protocol (SFP) Elezione del Root Bridge Tutti i bridge si credono Root e trasmettono Configuration BPDU con Root id = Bridge id Alla ricezione di una Configuration BPDU trasmessa dal bridge j il brdige i verifica se Bridge id i > Root id j interrompe la tx delle Conf. BPDU e ritrasmette solo le ricevute se Bridge id i < Root id j continua a tx Conf BPDU Alla fine solo il bridge con l identificativo più piccolo genera Configuration BPDU Root Bridge

55 Spanning Tree Protocol (SFP) Selezione della root port È la porta attraverso la quale ogni bridge raggiunge il Root Bridge (riceve le Conf. BPDU) Ogni bridge somma al campo Root path cost delle Conf. BPDU il costo della percorso (della LAN) associato alla porta di ricezione Ogni bridge seleziona la root port come la porta a costo minimo per raggiungere il Root Bridge

56 Spanning Tree Protocol (SFP) Selezione della designated port Ogni bridge ritrasmette le Conf. BPDU ricevute dalla root port su tutte le altre porte Se esistono più bridge sulla stessa LAN questi bridge riceveranno Conf. BPDU da porte non root In ogni LAN il bridge con Root path cost minore è scelto come designated bridge e la sua porta verso tale LAN è la designated port designated port root port Root path cost = 2 B2 B3 root port Root path cost = 3 LAN3 B5 root port Root path cost = 4

57 STP: esempio B1 Bridge Bridge id Bi i LAN1 LAN2 LAN LAN cost Stazione b LANi i B2 B3 B4 Stazione a LAN3 B5 LAN4 Determinare l instradamento di una trama dalla stazione a alla stazione b e indicare lo stato delle porte di tutti i bridge dopo la convergenza dello STP

58 STP: esempio Root Bridge B1 LAN1 LAN2 B2 B3 B4 LAN3 B5 LAN4

59 STP: esempio Root Bridge B1 costo 1 LAN1 LAN2 costo 2 Root path cost = 1 Root path cost = 2 Root path cost = 2 B2 B3 B4 costo 3 LAN3 Root path cost = 4 B5 Root path cost = 6 LAN4 costo 4

60 STP: esempio Root Bridge B1 costo 1 LAN1 LAN2 costo 2 rp rp rp B2 B3 B4 costo 3 LAN3 rp B5 LAN4 costo 4

61 STP: esempio Root Bridge B1 costo 1 LAN1 LAN2 costo 2 rp rp rp Root path cost = 1 B2 B3 Root path cost = 2 B4 costo 3 LAN3 rp B5 Root path cost = 4 LAN4 costo 4

62 STP: esempio Root Bridge dp B1 dp costo 1 LAN1 LAN2 costo 2 rp rp rp dp B2 B3 B4 dp costo 3 LAN3 rp B5 LAN4 costo 4

63 STP: esempio Root Bridge dp B1 dp costo 1 LAN1 LAN2 costo 2 rp rp rp dp B2 B3 B4 dp costo 3 LAN3 rp B5 LAN4 costo 4

64 STP: esempio A regime l instradamento delle trame dalla stazione a verso la stazione b segue il percorso B4 B1 B2

65 STP: cambiamenti di topologia Cambiamenti della topologia vengono notificati al Root Bridge attraverso Topology Change Notification BPDU Il Root Bridge invia Conf. BPDU con flag TC = 1 verso tutti gli altri bridge I bridge reagiscono al cambiamento della topologia impostando il timer ageing-time al valore forward delay (trasportato nelle Conf. BPDU raccomandato 15 s)

66 STP: convergenza Per evitare il problema dei cicli infiniti durante la creazione dello spanning tree le porte passano attraverso stati intermedi listening learing forwarding elabora rx/tx BPDU Risolto lo spanning tree elabora rx/tx BPDU aggiorna tabella filtr. elabora rx/tx BPDU aggiorna tabella filtr. inoltra trame forward delay t

67 STP: convergenza Poiché le porte root o designated guaste sono sostituite dopo un tempo pari a max age (trasportato nell Conf. BPDU) circa 20 s Il tempo di convergenza dello STP è circa pari a max age + 2 x forward delay ( 50 s) 802.1w (2001) Rapid STP riduce tempi di convergenza del protocollo ( < 1 s) Alternate port (backup della root port) Backup port (backup per la designated port)

68 Switch Svolge le stesse funzioni del bridge (inoltro e filtraggio dei pacchetti) Differenze con il bridge: Maggior numero di porte: un bridge ha generalmente 2-4 porte, uno switch può avere decine di interfacce hardware ad hoc Impiega generalmente strategie di I/O buffering e queuing Cut-through switching : non è necessario salvare un pacchetto in ingresso prima di inoltrarlo sul collegamento di uscita

69 Switch Switch A B C D E F Senza Switching Con switching LAN Collision Domain Collision Domain Collision Domain Collision Domain Switch Collision Domain Collision Domain Collision Domain Broadcast Domain Broadcast Domain

70 Switch Si sostituiscono ai repeater nei centro stella Hanno una banda aggregata molto superiore a quella della singola porta Molte trasmissioni in contemporanea tra segmenti Traffico locale confinato su ciascun segmento Derivati dalla tecnologia dei bridge: Ethernet Switch Token-Ring Switch FDDI Switch

71 Ethernet switching Mezzo dedicato Più comunicazioni simultanee Throughput massimo: 10/100/1000 Mb/s dedicati SWITCH Flussi di traffico

72 Ethernet switching HUB Switch HUB Accessi dedicati Utilizzo pesante e continuativo di risorse di rete Accessi condivisi server stazioni per video-comunicazione etc. Stazioni che generano traffico discontinuo

73 IEEE 802.1p È possibile definire una gerarchia di priorità tra le trame da rilanciare sulle porte dello switch Permette di differenziare il traffico che transita attraverso lo switch Il valore di priorità può essere dichiarato nella trama user priority del campo Tag inserito nell intestazione delle trame Ogni porta può essere configurata con valore di priorità da 0 a 7: Trame ricevute dallo switch su quella porta sono taggate secondo il valore di priorità assegnato In base al valore di priorità la trama all interno dello switch viene inserita in una coda a diversa priorità per essere rilanciata sulla porta di uscita

74 IEEE 802.1p L associazione tra il valore di priorità ed il tipo di coda è configurabile La configurazione di default prevede tutte le classi di priorità (0-7) assegnate alla coda a minor priorità Esempio di architettura con due code (traffic class)

75 Internetworking Stazione Bridge Router Hub Stazione Appl Tras Rete LLC MAC Fis LLC MAC Fis Rete LLC MAC Fis Fis Appl Tras Rete LLC MAC Fis LAN 1 Sezione 1 LAN 1 Sezione 2 LAN 2

76 Virtual LAN Le figure di questa sezione sono tratte da Using the BayStack /100/1000 Series Switch Copyright 2000 Nortel Netwoks

77 Virtual Local Area Networks (VLAN) All aumentare delle dimensioni delle LAN, problemi: il traffico di broadcast e di multicast viene inoltrato su tutta la rete e va ad occupare banda trasmissiva e la capacità elaborativa di stazioni ed apparati anche se non ce n è bisogno con una rete più grande diventa più difficile controllare eventuali accessi non autorizzati, problemi in termini di sicurezza Virtual LAN: su un unica infrastruttura fisica ( cablaggio preesistente) si definiscono diverse sottoreti logiche separate, ognuna delle quali risulta essere un dominio di broadcast indipendente

78 Virtual Local Area Networks (VLAN) Lo standard 802.1Q definisce due tipi di VLAN: 1. Port-based VLAN Le porte sono esplicitamente attestate ad una specifica VLAN attraverso un identificativo Port VLAN Identifier (PVID) Il PVID è utilizzato per coordinare VLAN tra più switch (con un solo switch non sarebbe stato necessario l identificativo esplicito) 2. Protocol-based VLAN Le trame sono attestate ad una specifica VLAN attraverso un identificativo che dipende dal protocollo (Protocol Id) Ogni VLAN diventa un dominio broadcast per un dato protocollo

79 Virtual Local Area Networks (VLAN) Port-based VLAN Quando una porta dello switch viene attestata a una VLAN la porta stessa viene aggiunta ad un gruppo di porte (workgroup) che appartiene ad un dominio broadcast È possibile assegnare differenti porte (e quindi i dispositivi ad esse collegati) a differenti domini broadcast Lo standard che permette la gestione delle VLAN e IEEE 802.1Q

80 IEEE 802.1Q: alcune definizioni Porte delle Virtual LAN: Port VLAN Identifier (PVID): identificativo che associa le trame entranti in una porta dello switch (uscenti da un host) ad una certa VLAN VLAN port members: insieme di porte che formano un dominio broadcast per una specifica VLAN (una porta può essere member di più VLAN contemporaneamente) Untagged member: porta appartenente ad una certa VLAN da cui escono trame NON taggate (senza il campo Tag) Tagged member: porta appartenente ad una certa VLAN da cui escono trame taggate (con il campo Tag aggiunto) Port_priority: livello di priorità assegnato alle trame untagged ricevute su quella specifica porta (le trame taggate hanno valore di priorità nel Tag)

81 IEEE 802.1Q: alcune definizioni Trame delle Virtual LAN: Tag: campo utilizzato dal protocollo 802.1Q per gestire le VLAN, contiene il VLAN Identifier (VID) e il valore di priorità Priority (0-7) associati alla trama Tagged/Untagged frame: trame che hanno/non hanno il campo Tag Attenzione!!! PVID serve per assegnare le trame entranti in una porta dello switch ad una certa VLAN VLAN port member serve per capire su quali porte dello switch far uscire le trame appartenenti ad una certa VLAN

82 VLAN: configurazione di default Configurazione di default per VLAN: Tutte le porte sono configurate come untagged member della VLAN 1, tutte con PVID=1 Tutte le trame entranti nello switch sono considerate appartenenti alla VLAN 1 (poiché PVID=1 su tutte le porte) e le trame non taggate sono inoltrate senza modifiche (non viene aggiunto il Tag)

83 VLAN: assegnazione port-based prima dopo

84 VLAN: assegnazione protocol-based prima dopo

85 VLAN: assegnazione Tag prima dopo

86 VLAN attraverso più switch In generale può essere necessario configurare VLAN che si estendono su più di uno switch (utenti della stessa VLAN connessi a switch differenti) In questo caso la configurazione degli switch dipende dal supporto del protocollo 802.1Q degli switch connessi e dalla sua interazione con il protocollo di Spanning Tree Protocol STP (802.1D) STP crea un albero (privo di loop) disabilitando alcune porte degli switch (o dei bridge)

87 VLAN: con switch IEEE 802.1Q Esiste un solo collegamento tra i due switch Il protocollo STP non attua nessuna modifica (poiché c è un solo link) Trame delle due VLAN condividono lo stesso link (porte) è necessario il campo Tag per discriminarle (si deve utilizzare 802.1Q) Porte S1 e S2 sono tagged port della VLAN 1 e della VLAN 2 contemporaneamente

88 VLAN: con switch non IEEE 802.3q Switch non supportano tagging (802.1Q) è necessario utilizzare un collegamento per ogni VLAN Switch connessi con più di un collegamento STP potrebbe disabilitare uno dei collegamenti tra gli switch in questo caso va disabilitato Protocollo 802.3d disabilitato su tute le porte con VLAN attive

89 VLAN: risorse condivise Printer VLAN 2?? VLAN 1 Eleggere una porta come member port di più VLAN contemporaneamente permette di condividere risorse (server, stampanti, ecc.) tra stazioni appartenenti a diversi domini broadcast Esempio: utenti delle VLAN1 e VLAN2 vorrebbero condividere la stampante di rete

90 VLAN: risorse condivise Per comunicare verso la stampante lato VLAN1 e VLAN2 si deve rispettivamente configurare la porta 8 come member port della VLAN1 e VLAN2 VLAN 2 VLAN 3 VLAN 1 Per comunicare dalla stampante verso gli host delle VLAN si deve definire una nuova VLAN3 e configurare tutte le porte come member port della VLAN3

91 VLAN: risorse condivise Porte 8, 6, 11 untagged member della VLAN1 Porte 2, 4,10, 8 untagged member VLAN2 Porte 2, 4, 6, 8, 10, 11 untagged member VLAN3 Affinché il traffico prodotto dagli host della VLANx sia inoltrato solo sulle porte relative a quella VLAN (member port) vengono configurati: PVID = 1 sulle porte 6,11 PVID = 2 sulle porte 2, 4, 10 PVID = 3 sulla porta 8 VLAN 2 VLAN 3 VLAN 1 Cosa accadrebbe se fosse PVID = 2 sulla porta 8?

92 Ethernet Full-Duplex

93 Ethernet Full-Duplex Lo standard 802.3x definisce le modalità di funzionamento full-duplex Non c è contesa per l utilizzo al mezzo ovvero sono permesse tx e rx contemporanee È possibile solo tra dispositivi collegati punto-punto Non può essere impiegato su tutti i mezzi trasmissivi (solo 10BASE-T e 10BASE-F ) Le trasmissioni avvengono su canali fisici diversi due coppie separate del cavetto in rame due fibre ottiche

94 Ethernet Full-Duplex MAC trasmette le trame non appena sono disponibili Abbandonato il jamming e l algoritmo di backoff Mantenuto il vincolo sullo IFS Nella modalità full-duplex il circuito di rilevamento delle collisioni è disabilitato Consente a due dispositivi di raggiungere una capacità aggregata di 20 Mb/s La distanza tra due stazioni full-duplex dipende solo dalle caratteristiche del mezzo trasmissivo è indipendente dal diametro del dominio di collisione

95 Ethernet 100 Mb/s

96 Ethernet a 100 Mb/s Obiettivi: aumento delle prestazioni a costi contenuti possibilità di introduzione graduale della nuova tecnologia nelle attuali reti Due diverse tecnologie: IEEE 802.3u Estensione di VG-AnyLAN (IEEE ) Realizza un MAC totalmente diverso dal CSMA/CD

97 IEEE 802.3u (1/2) 802.3u detto anche 100BASE-T o Fast-Ethernet Stesso protocollo CSMA/CD del Stessa lunghezza del pacchetto Round trip delay ridotto di 10 volte dimensioni max. della rete ridotte di 10 volte stazioni connesse a max. 100 mt dall HUB gli HUB sono connessi tramite bridge o router Compatibilità a livello di scheda con 10BASE-T (capacità di Autonegoziazione) Codifica multilivello Tre sotto-standard per tre tipi di mezzi fisici: 100BASE-T4 (doppino, su 4 coppie) 100BASE-TX (doppino, su 2 coppie) 100BASE-FX (fibra ottica)

98 Architettura 802.3u Strato di rete Strato di collegamento Logical Link Control CSMA/CD LLC MAC Strato fisico 100BASE-T4 Reconciliation Sublayer 100BASE-T2 100BASE-X 100BASE-TX 100BASE-FX

99 IEEE 802.3u (2/2) Brevissima distanza, bassa vulnerabilità, rapido sviluppo HUB 1 max 5 metri HUB 2 max 100 metri max 100 metri S4 S1 S2 Estensione massima circa 205 metri

100 Migrazione da Ethernet a Fast Ethernet (1/2) Acquisto di schede nuove 100 Base X compatibili con i vecchi HUB Stazioni 100BaseX HUB 10BaseT Stazioni 10BaseT

101 Migrazione da Ethernet a Fast Ethernet (2/2) Sostituzione graduale dei vecchi HUB 10BaseT con nuovi HUB/Switch 100BaseX Switch 10/100BaseX Stazioni 100BaseX HUB 100BaseX Switch 10/100BaseX HUB 10BaseT Stazioni 100BaseX 10 Mb/s condivisi: stazioni ordinarie 10 Mb/s dedicati: stazioni ad alto traffico medio 100 Mb/s condivisi: necessità di trasferimenti veloci 100 Mb/s dedicati: server ad elevato carico Stazioni 10 / 100 HUB Dual Speed

102 Standard IEEE Tipo di rete 10Base -5 10Base -2 10Base -T Coassiale Grosso RG8- RG11 Coassiale Fino RG58 UTP 2 coppie 100Base- TX Tipo di cavo UTP 2 coppie Max lunghezza del singolo segmento Numero massimo di nodi per segmento Diametro massimo delle rete Numero massimo di ripetitori 500 m m 4 5* 186 m m 4 5* 100 m da stazione ad Hub 100 m da stazione m 4 5* m 2 3** Numero massimo di segmenti in cascata ad Hub * = 3 segmenti popolati da stazioni e 2 dedicati escusivamente al collegamento tra Hub ** = di cui un segemento di 5 metri per il collegamento tra i due Hub

103 Gigabit Ethernet

104 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z/ab) Come lo standard IEEE 802.3u, rappresenta un evoluzione di Ethernet Offre i vantaggi tipici di Ethernet: semplicità del metodo di accesso CSMA/CD alta scalabilità tra le diverse velocità di trasmissione Permette di velocizzare le LAN Ethernet esistenti a costi contenuti tramite: sostituzione degli apparati di rete (hub, switch, moduli, interfacce)

105 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z/ab) Protocollo CSMA/CD Formato e dimensione del pacchetto uguali a Ethernet / Fornisce una banda di 1 Gb/s Supporta le seguenti modalità operative: Half-Duplex quando si usa un repeater (banda condivisa) Full-Duplex (con controllo di flusso) per connessioni tra switch per connessioni tra switch e stazione (Ethernet dedicato)

106 Architettura 802.3z e 802.3ab Strato di rete Strato di collegamento Logical Link Control CSMA/CD LLC MAC Strato fisico 1000BASE-T Reconciliation Sublayer 1000BASE-X 1000BASE-SX 1000BASE-LX 1000BASE-CX

107 MAC di Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet utilizza protocollo CSMA/CD Ma mantenendo inalterata la dimensione minima del pacchetto, i parametri tipici di Ethernet si ridurrebbero di un fattore 100 Gigabit Ethernet estende il pacchetto mimino Ethernet Fast Gigabit Ethernet Ethernet Velocità trasmissiva 10 Mb/s 100 Mb/s 1 Gb/s Bit Time 100 ns 10 ns 1 ns Inter Packet Gap 9.6 µs 0.96 µs 96 ns Slot Time 51.2 µs 5.12 µs µs

108 Estensione del pacchetto corto Vengono estese le trame corte Il campo Extension estende la dimesione minima della trama a 4096 bit È possibile raggiungere una dimensione massima di rete paragonabile a quella Fast Ethernet Senza estensione le collisioni non verrebbero rilevate in tempi utili PREAM. SFD DSAP SSAP LEN. / TYPE LLC PDU / DATA PAD FCS Extension (3584 bit) min. 64 byte (512 bit times) copertura FCS min bit times ( ) tempo utile in cui si può rilevare la collisione (4159 b/t)

109 Distanze massime consentite Mezzo trasmissivo Distanze 1000BASE-SX MMF 50/125 µm da 2 a 550 m MMF 62.5/125 µm da 2 a 300 m 1000BASE-LX MMF 50/125 µm da 2 a 550 m MMF 62.5/125 µm SMF 9/125 µm da 2 a 550 m da 2 a 3 Km 1000BASE-CX STP 150 Ω 25 m massimi 1000BASE-TX UTP 100 Ω cat m massimi MMF = Multi Mode Fiber Nota:Fibra 62.5/125 conforme alle spec. ISO/IEC SMF = Single Mode Fiber Fibra 50/125 con 500 MHz * Km a 850 e 1300 nm

110 Gigabit Ethernet Configurazioni tipica di rete LAN ad alta velocità 100Mbps links 1Gbps links 100m 5 Km 1Gbps Bridge Server Centrali 100Mbps Hubs

111 Tabella vari standard Tipo di rete Tipo di cavo Max lunghezza singolo segmento Numero massimo nodi nel segmento Diametro massimo della rete Numero massimo di ripetitori Numero massimo segmenti in cascata 10Base-5 Coax grosso 500m m 4 5* 10Base-2 Coax fino 186m m 4 5* 10Base -T UTP 2 Coppie 100m da stazione ad hub 2 500m 4 5* 100Base-TX 5 UTP 2 Coppie 100m da stazione ad hub 2 205m 2 3** 1000Base-T (Gigabit Eth) 5 UTP 4 Coppie 100m da stazione ad hub 2 205m 2 3** * = 3 segmenti popolati da stazioni e 2 dedicati esclusivamente al collegamento tra Hub ** = di cui un segmento di 5 metri per il collegamento tra i due Hub

112 Links Web pages: Charles Spurgeon's Ethernet Web Site Standard IEEE Report: For a report on the experimental Ethernet system by two of the inventors see: Robert M. Metcalfe and David R. Boggs. ``Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks,'' Association for Computing Machinery, Vol19/No 5, July 1976.

113 Libri Ethernet: The Definitive Guide Author: Charles E. Spurgeon Publisher: O'Reilly and Associates Switched LAN Authors: M.Baldi, P.Nicoletti Publisher: Mc Graw Hill