Ripetitori, bridge, switch, router

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1 Ripetitori, bridge, switch, router Vittorio Maniezzo Università di Bologna Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 1/31 Limiti delle LAN Distanze massime tra stazioni Limitano la portata geografica delle LAN Numero massimo di stazioni Limita la potenzialità comunicativa delle LAN Massimo carico della rete Limita il throughput Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 2/31 1

2 Estensione delle LAN Molte tecniche per estendere il diametro di una LAN. La maggior parte usa HW addizionale I segnali di una LAN sono inoltrati fra diversi segmenti. La tecnologia mista risultante soddisfa i requisiti strutturali ma copre distanze più lunghe. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 3/31 Estensioni in fibra ottica E' possibile estendere la connessione utilizzando fibre ottiche Si utilizzano fiber modem e fibre ottiche. fiber modem: Converte il segnale AUI (Attachment Unit Interface) in digitale Trasmette il segnale digitale su fibra ottica verso un altro modem Di solito usati per connettere due LAN in diversi edifici Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 4/31 2

3 Ripetitori Per estendere una LAN: la forza del segnale limita la lunghezza dei cavi utilizzabili. Ripetitore - amplificatore bidirezionale, analogico che ritrasmette il segnale analogico Un ripetitore può raddoppiare la lunghezza di un segmento. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 5/31 Ripetitori Copiano semplicemente segnali fra segmenti Non interpretano il formato dei frame Non hanno indirizzo HW Es.: i segmenti ethernet sono limitati a 500 metri, un ripetitore può raddoppiare la lunghezza a 1000 metri. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 6/31 3

4 Limiti dei ripetitori Non é possibile estendere una LAN indefinitamente con dei ripetitori. I protocolli utilizzati richiedono ritardi bassi, se il mezzo é troppo lungo non funzionano. Lo standard ethernet specifica un limite massimo di 4 ripetitori fra qualunque coppia di stazioni. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 7/31 Caratteristiche dei ripetitori Molto facili da usare, basta inserire la presa Semplicemente ritrasmettono il segnale analogico. Problemi; le collisioni influenzano l'intera rete Il rumore si propaga su tutta la rete Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 8/31 4

5 Bridge (e Switch) Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Network Network LLC Relay LLC Physical Physical Physical Physical Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 9/31 Bridge (e Switch) Interconnessione di LAN con diverso (es. Ethernet e Token Ring) Interconnessione di LAN con diversa velocità di trasmissione (es. Ethernet e Fast Ethernet) Incremento della banda complessiva Segmentando una LAN in n reti distinte la banda aggregata aumenta di un fattore compreso tra 1 e n. Aumento della portata geografica Raccordando n reti le distanze massime superabili con la LAN risultante crescono di un fattore compreso tra 1 e n. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 10/31 5

6 Bridge (e Switch) Anche un bridge connette due segmenti LAN Ritrasmette frame da un segmento all'altro Gestisce frame completi Utilizza delle NIC come ogni altra stazione Effettua semplici elaborazioni sui frame Invisibile agli altri calcolatori collegati Caratteristiche dei bridge Relativamente facili da usare Isolano le collisioni e il rumore Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 11/31 Caratteristiche di Bridge / Switch Operano al sottolivello del Data Link La loro presenza è del tutto invisibile al sottolivello LLC (Logical Link Control) Consentono di filtrare il traffico. Possono operare in ambito locale o remoto I livelli da raccordare possono coesistere all'interno dello stesso apparato (situazione più frequente - bridge locale) oppure possono operare separatamente in apparati distinti (caso infrequente - bridge remoti) Utilizzano algoritmi di instradamento semplici Calcolano tabelle di instradamento con algoritmi di routing isolato (si limitano a esaminare gli indirizzi dei pacchetti in transito, senza interagire con altri bridge) Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 12/31 6

7 Tipi di bridge/switch Transparent bridge (standard IEEE 802.1d) Derivano architetturalmente dai primi bridge Ethernet Gestiscono direttamente le tabelle di instradamento, che risiedono in una memoria locale al bridge Sono del tutto invisibili alle stazioni appartenenti alle LAN interconnesse dai bridge, che quindi non richiedono nessuna riconfigurazione quando la rete cambia. Source routing bridge Conformi anche a IEEE 802.1d Derivano architetturalmente dai bridge Token RIng Non gestiscono tabelle di instradamento (che risiedono nelle stazioni, che quindi devono esplicitare l'intero percorso prescelto in ciascun frame da inoltrare) Le stazioni vanno riconfigurate quando la rete cambia. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 13/31 Bridge filtranti I bridge possono effettuare elaborazioni addizionali non propagare collisioni o rumore instradare frame solo dove necessario I bridge effettuano un filtraggio dei frame e inviano frame solo verso i segmenti dove é collegata la destinazione: apprendono la posizione delle stazioni analizzando i frame Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 14/31 7

8 Filtraggio dei frame Il bridge controlla la destinazione di tutti i frame in ingresso Cerca la destinazione in una lista di stazione note Invia il frame solo verso la destinazione Non invia il frame lungo il segmento da cui proveniva il frame Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 15/31 Definizione delle tabelle dei bridge Il bridge esamina l'indirizzo mittente (SSAP) in ogni frame Aggiunge la stazione alla lista del segmento LAN da cui il frame proveniva Invia i frame la cui destinazione (DSAP) é ancora ignota su ogni interfaccia disponibile Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 16/31 8

9 Apprendimento: esempio Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 17/31 Forwarding & learning while (pacchetto ricevuto senza errori sulla porta P) do // FORWARDING (fase di instradamento) if DSAP presente in tabella di instradamento then if tabella richiede instradamento su porta P then ignora il pacchetto else instrada come da tabella else instradare il pacchetto su tutte le porte del bridge ad eccezione della porta P // LEARNING (fase di apprendimento) if SSAP non presente in tabella di instradamento then aggiungi SSAP a tabella di instradamento associalo alla porta P (e al timer corrente) else aggiorna tabella di instradamento (e timer) Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 18/31 9

10 Inizializzazione Inizialmente, le tabelle di tutti i bridge sono vuote. Il primo frame da ogni stazione é propagato a tutti i segmenti della LAN. Dopo che ogni stazione é stata individuata, i frame sono propagati solo dove necessario. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 19/31 Eliminazione dei cicli I bridge devono inviare i frame di broadcast una volta sola in ogni segmento. Si identifica uno spanning tree per determinare quali bridge propagano i braodcast. Quando un nuovo bridge viene aggiunto alla rete, comunica con gli altri bridge per mezzo di un indirizzo HW dedicato (tipicamente multicast). impara la topologia della rete. aggiorna lo spanning tree. determina se chiude un ciclo. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 20/31 10

11 Progetto di segmenti Un bridge permette l'utilizzo contemporaneo di diversi segmenti LAN se il traffico é locale U e V possono scambiare frame contemporaneamente a X e Y Il progettista di reti identifica dei pattern di comunicazione locale e isola i gruppi di calcolatori più connessi con bridge. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 21/31 Bridge fra lunghe distanze E' possibile utilizzare linee dedicate, microonde, laser, satelliti,... per connettere due bridge e segmenti LAN Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 22/31 11

12 Bridge e cicli E' possibile utilizzare bridge multipli per connettere più segmenti Una stazione del segmento c invia frame a una del segmento g attraverso B2, B1, B3 e B6 I broadcast sono inviati attraverso tutti i bridge Se si mette un bridge fra g e f? Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 23/31 Bridge e cicli Un cammino circolare fra bridge é detto ciclo B4 crea un ciclo Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 24/31 12

13 Spanning Tree L'algoritmo di apprendimento funziona solo su reti con topologia ad albero Le topologie magliate vanno ricondotte a topologie ad albero disabilitando alcune porte L'algoritmo di spanning tree costruisce un albero, coerente con la maglia, che raccorda tutti i bridge presenti nella rete Viene eseguito perdiodicamente (ogni secondo) Decide quali porte abilitare (stato di forwarding) e quali disabilitare (stato di blocking) Tutti i bridge di una rete devono gestire uno spanning tree conforme allo standard 802.1d Possono implementare schemi di bridging aggiuntivi Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 25/31 Switch Separano la LAN definendo un segmento per ogni porta Simili agli hub, ma un hub condivide un singolo segmento fra tutte le porte Più stazioni possono trasmettere contemporaneamente Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 26/31 13

14 Switch Bridge multiporta, spesso con molte porte Obiettivo: switching a wire speed su tutte le porte, quindi algoritmo implementato in HW Pacchetti Ethernet di lunghezza minima pps (packets per second) Pacchetti Ethernet di lunghezza massima: 812 pps Algoritmo di forwarding/learning realizzato in hardware Talora implementano tecniche cut-through invece di store-and-forward Ritrasmissione del pacchetto inizia subito dopo aver ricevuto DSAP (e SSAP per completare algoritmo) Non filtra i pacchetti corrotti (e i frammenti di collisione) perché inizia a ritrasmettere ben prima di ricevere FCS Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 27/31 Switching di livello 3 e 4 Se uno switch può commutare pacchetti sulla base dell'indirizzo, può fare lo stesso per l'indirizzo IP? Protocollo IP switching definito da Ypsilon Networks (RCF- 1577), ma altri approcci sono possibili Gli switch diventano sempre più sofisticati, e implementano funzionalità tipiche del livello rete (layer 3 switching) Non è una novità: molti bridge sono in realtà brouter Tendenza a portare lo switching a livello 4. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 28/31 14

15 Router Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Relay Transport Network Network Network Network LLC LLC LLC LLC Physical Physical Physical Physical Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 29/31 Router: caratteristiche Operano a livello rete Implementano poche famiglie di protocolli Sempre più di frequente implementano solo IP Compatibili con topologie magliate Nessun problema di spanning tree, utilizzo pieno di tutte le porte disponibili, nessuna delle quali viene disabilitata Non propagano frame broadcast e multicast del sottolivello Permettono routing gerarchico ripartendo la rete in aree Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 30/31 15

16 Router vs. bridge Router esplicitamente indirizzati dagli host Presenza di transparent bridge ignorata (non rilevabile) dagli host Tabelle di instradamento calcolate sulla base di informazioni provenienti da altri router I bridge si basano su informazione locale Frammentazione e riassemblaggio dei frame possibile con i router I bridge non manipolano mai i pacchetti di livello superiore Priorità dei frame gestibile con i router I bridge non implementano alcuna nozione di priorità Vittorio Maniezzo Università di Bologna 04 Segmentazioni - 31/31 16