Corso di Reti di Calcolatori

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1 Politecnico di Torino Corso di Reti di Calcolatori Internetworking Strumenti di interconnessione Switch, Router e Gateway servono ad interconnettere reti diverse L interconnessione può avvenire su base locale o remota Si collocano a livelli diversi del modello di riferimento OSI: I Bridge a livello 2 I Router a livello 3 I Gateway a livello 7 Differenze Gli Switch (Bridge multiporta) hanno algoritmi di instradamento molto semplici si utilizzano normalmente per interconnessioni locali I Router hanno algoritmi di instradamento sofisticati si utilizzano normalmente per interconnessioni geografiche I Gateway si utilizzano per interconnettere architetture di rete diverse (es. SNA e TCP/IP) BRIDGE Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico BRIDGE Data Link Fisico Data Link Fisico Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico

2 Bridge: Instradamento I bridge calcolano tabelle di instradamento usando un algoritmo molto semplice che funziona solo su reti con topologia ad albero I bridge per operare su topologie magliate devono riportarle ad albero, eliminando i cammini eccedenti tramite un algoritmo di spanning tree L algoritmo di spanning tree opera periodicamente e in presenza di guasti riattiva automaticamente cammini precedentemente eliminati MAC Bridge La IEEE ha standardizzato i bridge con lo standard 802.1D. Tali bridge noti anche con il nome di transparent spanning tree bridge: sono derivati da ethernet hanno tabelle di instradamento locali non necessitano di tabelle/modifiche sui nodi della LAN Transparent Bridge Architettura di un bridge I transparent bridge non richiedono alcuna modifica del software di rete degli end node I transparent bridge svolgono tre funzioni base: Ritrasmissione di pacchetti Apprendimento di stazioni Risoluzione di possibili maglie partecipando all algoritmo di spanning tree Bridge Processing Porta A LAN #1 Porta B LAN #2 Forwarding Data Base

3 Bridge Spanning Tree PC1 PC3 PORTA A BRIDGE PORTA B PC2 PC4 L algoritmo di Spanning Tree (IEEE 802.1D) trasforma dinamicamente (periodicamente) una topologia qualsiasi in un albero L algoritmo opera nei seguenti passi Root Bridge selection Root Port selection Designated/Blocking Port selection Configuration BPDU L algoritmo utilizza una Configuration BPDU definita nello standard IEEE 802.1D DSAP SSAP Length DSAP SSAP Control Multicast Single XY 042H 042H XID MAC LLC Header CONFIGURATION MESSAGE Configuration Message Campi principali del Configuration Message: ROOT_ID: è l identificativo del Bridge assunto come root COST_OF_PATH_TO_ROOT: è il costo totale per raggiungere il Bridge che ha originato il Configuration Message BRIDGE_ID: è l identificativo del Bridge che ha originato il Configuration Message PORT_ID: è l identificativo della porta del Bridge che ha originato il Configuration Message, insieme al costo associato alla porta stessa

4 Root Bridge Ogni bridge è caratterizzato da una root priority e da un indirizzo MAC (quello di una delle sue porte) É designato root bridge quello che ha root priority minore. In caso di parità quello che ha indirizzo MAC minore Elezione del Root Bridge Inizialmente ogni bridge assume di essere root ed invia le BPDU Quando un bridge riceve una BPDU con priority minore assume che il bridge mittente sia il root bridge Solo il root bridge continua a originare le BPDU Port Selection Esempio Per ogni non root bridge si identifica la root port, cioè la porta che ha il cammino di costo minimo con il root bridge I costi sono associati alle porte I costi dei cammini sono propagati tramite le BPDU originate dal root bridge Qualora più porte non root siano collegate sulla stessa LAN solo quella con costo di percorso minore rimane attiva (forwarding), le altre vanno in blocking state 0 0 RP Porta in Blocking State RP RP Costo della porta Costo del cammino verso la radice

5 Spanning Tree su LAN estese MAC Bridge non trasparenti TORINO Blocking State MILANO Esistono anche i Bridge Source Routing derivati da Token Ring non hanno tabelle di instradamento locali necessitano di tabelle di instradamento sui nodi della LAN e quindi una modifica del software di rete ROMA Translating Bridge I Bridge conformi a IEEE 802.1D devono essere translating, cioè tradurre la busta di livello 2 ricevuta da una LAN nella busta di livello 2 da trasmettersi nell altra LAN Questo è critico quando si utilizzano bridge per interconnettere LAN di tipo diverso (es: con 802.5) con lunghezza massima dei pacchetti diversa La frammentazione dei messaggi è un compito tipico del livello 3 Frammentazione I problemi si verificano principalmente passando da o FDDI a ha un pacchetto max 1500 byte ha un pacchetto max byte FDDI ha un pacchetto max 4500 byte Ci sono protocolli quali il DECNET che non hanno questo problema in quanto non generano messaggi di lunghezza superiore a quella di Altri, quali Il TCP/IP, devono realizzare la frammentazione a livello di bridge

6 Filtri Quasi tutti i bridge hanno la capacità di filtrare il traffico in base al contenuto del pacchetto I campi usati per il filtraggio sono: Indirizzo sorgente Indirizzo destinatario Protocol Type I filtri possono essere: esclusivi inclusivi Prestazioni di un Bridge Un bridge è caratterizzato da due parametri: il numero di pacchetti/secondo che può ricevere e processare il numero di pacchetti/secondo che può inoltrare In generale il primo numero è maggiore del secondo (si pensi a un bridge FDDI 802.3) Si parla di bridge full speed quando questi due numeri sono uguali al massimo traffico teorico ricevibile contemporaneamente da tutte le porte Bridge Remoti I bridge remoti possono essere remotizzati utilizzando: fibra ottica (sino a 40Km nel caso FDDI) linee telefoniche con velocità maggiori o uguali a 64kb/s fasci di microonde (difficile in Italia) sino a 10km raggi laser (difficile in Italia del Nord) sino a 2km reti veloci a commutazione di pacchetto: frame relay, SMDS, ATM Bridge Remoti Vengono spesso utilizzati in luogo dei router Sono trasparenti a tutti i protocolli (anche a quelli che non hanno un livello 3!) Rispetto ai router Non gestiscono topologie di complessità molto elevata Non confinano i messaggi di multicast/broadcast Non permettono il bilanciamento ottimale del traffico su rete geografica Non gestiscono algoritmi sofisticati per uso di più link in parallelo

7 ROUTER Router: caratteristiche Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico Data Link Fisico ROUTER Rete Data Link Fisico Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico Sono gli oggetti teoricamente più adeguati ad interconnettere LAN Lavorano a Livello 3 (Network) del modello OSI Sono limitati ad un solo o a pochi protocolli Sono adeguati a gestire topologie anche molto complesse Router: caratteristiche Funzionano bene anche con linee lente Utilizzano tutte le linee a disposizione nella rete Non trasmettono il traffico di broadcast di livello 2 sulle linee Permettono un routing di tipo gerarchico suddividendo la rete in aree Protocolli di livello network IP appartiene allo standard TCP/IP adottato nella rete Internet riscuote i maggiori consensi IS IS è il protocollo standardizzato da OSI è usato in Decnet fase V

8 Protocolli di Livello Network IPX protocollo sviluppato da Novell derivandolo da XNS usato come protocollo di default nelle reti Novell Netware (3.11, 3.12, 4.0, Lite) NETBEUI protocollo di default nelle reti di PC IBM protocollo di default nelle reti Microsoft Lan Manager (Windows NT, Windows for Workgroup) Terminologia Un dispositivo di rete contenente al suo interno almeno i livelli fisico, data link e network è detto nodo (la terminologia OSI corretta è system). I nodi che agiscono come mittente e destinatario finale dei dati sono detti ES (End System) o End Node. 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) o router. Tipicamente gli ES implementano tutti e sette i livelli OSI, mentre gli IS sono limitati ai primi tre. Altri Termini Router Intermediate System (IS) usato dall ISO Interface Message Processor (ICMP) usato da Arpanet Gateway usato impropriamente in IP End Node End System (ES) usato dall ISO Data Terminal Equipment (DTE) usato da X.25 Host usato in IP

9 Il livello Network Instrada i messaggi sulla rete. Provvedere a trovare instradamenti alternativi in caso di guasti. Può fornire sia servizi non connessi sia servizi connessi E molto sviluppato sugli IS, meno sugli ES. Multiprotocol Router DECNET Algoritmo di calcolo della tabella di instradamento Tabella di instradamento Processo di forwarding TCP/IP Algoritmo di calcolo della tabella di instradamento Tabella di instradamento Processo di forwarding OSI Algoritmo di calcolo della tabella di instradamento Tabella di instradamento Processo di forwarding LAN #1 LAN #2 WAN #1 WAN #2 FDDI Brouter Per ogni protocollo è possibile definirne il funzionamento come: Router (solo per i protocolli di cui implementano l algoritmo di routing) Bridge Router vs. Bridge Indirizzamento I router sono indirizzati esplicitamente, la presenza dei bridge (non source routing) è ignorata dai nodi Instradamento I router ricevono e usano molti tipi di informazioni, i bridge solo gli indirizzi di mittente e destinatario di livello 2

10 Router vs. Bridge Buste I router operano sulle buste di livello 3 e possono dividere o riunire i messaggi in frammenti, per adattarli a reti con diverse lunghezze dei pacchetti (es. ethernet e token ring). I bridge non toccano mai il contenuto del campo dati Router vs. Bridge Forwarding I router inoltrano i messaggi cambiando gli indirizzi di livello 2. I bridge non modificano gli indirizzi Priority I router possono differenziare i messaggi per priorità Security In generale i router sono più sicuri poichè processano di più l informazione Tecniche di instradamento Variano in funzione dell architettura di rete Esistono tre tecniche principali: Routing by network address Label swapping Source routing Routing by network address Mittente e Destinatario del pacchetto vengono specificati scrivendo nel pacchetto di livello 3 il loro indirizzo Gli IS usano l indirizzo di mittente come chiave di accesso alla tabella di instradamento Tecnica usata in IP, Decnet e OSI

11 Label Swapping Generalmente usata nei protocolli connessi L instradamento viene deciso in fase di connessione ed identificato da una label La label viene inserita nel pacchetto di livello 3 invece degli indirizzi Ogni IS utilizza la label come chiave di accesso alla tabella di instradamento e la sostituisce con una nuova label Adottata da APPN e ATM Source Routing L instradamento viene deciso dalla stazione mittente È una tecnica simile a quella usata nei bridge token ring È impiegata in APPN+/HPR

12 Politecnico di Torino Corso di Reti di Calcolatori Internetworking

13 Strumenti di interconnessione Switch, Router e Gateway servono ad interconnettere reti diverse L interconnessione può avvenire su base locale o remota Si collocano a livelli diversi del modello di riferimento OSI: I Bridge a livello 2 I Router a livello 3 I Gateway a livello 7

14 Differenze Gli Switch (Bridge multiporta) hanno algoritmi di instradamento molto semplici si utilizzano normalmente per interconnessioni locali I Router hanno algoritmi di instradamento sofisticati si utilizzano normalmente per interconnessioni geografiche I Gateway si utilizzano per interconnettere architetture di rete diverse (es. SNA e TCP/IP)

15 BRIDGE Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico BRIDGE Data Link Data Link Fisico Fisico Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico

16 Bridge: Instradamento I bridge calcolano tabelle di instradamento usando un algoritmo molto semplice che funziona solo su reti con topologia ad albero I bridge per operare su topologie magliate devono riportarle ad albero, eliminando i cammini eccedenti tramite un algoritmo di spanning tree L algoritmo di spanning tree opera periodicamente e in presenza di guasti riattiva automaticamente cammini precedentemente eliminati

17 MAC Bridge La IEEE ha standardizzato i bridge con lo standard 802.1D. Tali bridge noti anche con il nome di transparent spanning tree bridge: sono derivati da ethernet hanno tabelle di instradamento locali non necessitano di tabelle/modifiche sui nodi della LAN

18 Transparent Bridge I transparent bridge non richiedono alcuna modifica del software di rete degli end node I transparent bridge svolgono tre funzioni base: Ritrasmissione di pacchetti Apprendimento di stazioni Risoluzione di possibili maglie partecipando all algoritmo di spanning tree

19 Architettura di un bridge Bridge Processing Porta B LAN #2 Porta A LAN #1 Forwarding Data Base

20 Bridge PC1 PC2 PORTA A BRIDGE PORTA B PC3 PC4

21 Spanning Tree L algoritmo di Spanning Tree (IEEE 802.1D) trasforma dinamicamente (periodicamente) una topologia qualsiasi in un albero L algoritmo opera nei seguenti passi Root Bridge selection Root Port selection Designated/Blocking Port selection

22 Configuration BPDU L algoritmo utilizza una Configuration BPDU definita nello standard IEEE 802.1D DSAP SSAP Length DSAP SSAP Control Multicast Single XY 042H 042H XID MAC LLC Header CONFIGURATION MESSAGE

23 Configuration Message Campi principali del Configuration Message: ROOT_ID: è l come root identificativo del Bridge assunto COST_OF_PATH_TO_ROOT: è il costo totale per raggiungere il Bridge che ha originato il Configuration Message BRIDGE_ID: è l identificativo del Bridge che ha originato il Configuration Message PORT_ID: è l identificativo della porta del Bridge che ha originato il Configuration Message, insieme al costo associato alla porta stessa

24 Root Bridge Ogni bridge è caratterizzato da una root priority e da un indirizzo MAC (quello di una delle sue porte) É designato root bridge quello che ha root priority minore. In caso di parità quello che ha indirizzo MAC minore

25 Elezione del Root Bridge Inizialmente ogni bridge assume di essere root ed invia le BPDU Quando un bridge riceve una BPDU con priority minore assume che il bridge mittente sia il root bridge Solo il root bridge continua a originare le BPDU

26 Port Selection Per ogni non root bridge si identifica la root port, cioè la porta che ha il cammino di costo minimo con il root bridge I costi sono associati alle porte I costi dei cammini sono propagati tramite le BPDU originate dal root bridge Qualora più porte non root siano collegate sulla stessa LAN solo quella con costo di percorso minore rimane attiva (forwarding), le altre vanno in blocking state

27 Esempio 0 0 RP Porta in Blocking State RP RP Costo della porta Costo del cammino verso la radice

28 Spanning Tree su LAN estese TORINO MILANO Blocking State ROMA

29 MAC Bridge non trasparenti Esistono anche i Bridge Source Routing derivati da Token Ring non hanno tabelle di instradamento locali necessitano di tabelle di instradamento sui nodi della LAN e quindi una modifica del software di rete

30 Translating Bridge I Bridge conformi a IEEE 802.1D devono essere translating, cioè tradurre la busta di livello 2 ricevuta da una LAN nella busta di livello 2 da trasmettersi nell altra LAN Questo è critico quando si utilizzano bridge per interconnettere LAN di tipo diverso (es: con 802.5) con lunghezza massima dei pacchetti diversa La frammentazione dei messaggi è un compito tipico del livello 3

31 Frammentazione I problemi si verificano principalmente passando da o FDDI a ha un pacchetto max 1500 byte ha un pacchetto max byte FDDI ha un pacchetto max 4500 byte Ci sono protocolli quali il DECNET che non hanno questo problema in quanto non generano messaggi di lunghezza superiore a quella di Altri, quali Il TCP/IP, devono realizzare la frammentazione a livello di bridge

32 Filtri Quasi tutti i bridge hanno la capacità di filtrare il traffico in base al contenuto del pacchetto I campi usati per il filtraggio sono: Indirizzo sorgente Indirizzo destinatario Protocol Type I filtri possono essere: esclusivi inclusivi

33 Prestazioni di un Bridge Un bridge è caratterizzato da due parametri: il numero di pacchetti/secondo che può ricevere e processare il numero di pacchetti/secondo che può inoltrare In generale il primo numero è maggiore del secondo (si pensi a un bridge FDDI 802.3) Si parla di bridge full speed quando questi due numeri sono uguali al massimo traffico teorico ricevibile contemporaneamente da tutte le porte

34 Bridge Remoti I bridge remoti possono essere remotizzati utilizzando: fibra ottica (sino a 40Km nel caso FDDI) linee telefoniche con velocità maggiori o uguali a 64kb/s fasci di microonde (difficile in Italia) sino a 10km raggi laser (difficile in Italia del Nord) sino a 2km reti veloci a commutazione di pacchetto: frame relay, SMDS, ATM

35 Bridge Remoti Vengono spesso utilizzati in luogo dei router Sono trasparenti a tutti i protocolli (anche a quelli che non hanno un livello 3!) Rispetto ai router Non gestiscono topologie di complessità molto elevata Non confinano i messaggi di multicast/broadcast Non permettono il bilanciamento ottimale del traffico su rete geografica Non gestiscono algoritmi sofisticati per uso di più link in parallelo

36 ROUTER Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico Rete Data Link Data Link Fisico ROUTER Fisico Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico

37 Router: caratteristiche Sono gli oggetti teoricamente più adeguati ad interconnettere LAN Lavorano a Livello 3 (Network) del modello OSI Sono limitati ad un solo o a pochi protocolli Sono adeguati a gestire topologie anche molto complesse

38 Router: caratteristiche Funzionano bene anche con linee lente Utilizzano tutte le linee a disposizione nella rete Non trasmettono il traffico di broadcast di livello 2 sulle linee Permettono un routing di tipo gerarchico suddividendo la rete in aree

39 Protocolli di livello network IP appartiene allo standard TCP/IP adottato nella rete Internet riscuote i maggiori consensi IS IS è il protocollo standardizzato da OSI è usato in Decnet fase V

40 Protocolli di Livello Network IPX protocollo sviluppato da Novell derivandolo da XNS usato come protocollo di default nelle reti Novell Netware (3.11, 3.12, 4.0, Lite) NETBEUI protocollo di default nelle reti di PC IBM protocollo di default nelle reti Microsoft Lan Manager (Windows NT, Windows for Workgroup)

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

42 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) o router. Tipicamente gli ES implementano tutti e sette i livelli OSI, mentre gli IS sono limitati ai primi tre.

43 Altri Termini Router Intermediate System (IS) usato dall ISO Interface Message Processor (ICMP) usato da Arpanet Gateway usato impropriamente in IP End Node End System (ES) usato dall ISO Data Terminal Equipment (DTE) usato da X.25 Host usato in IP

44 Il livello Network Instrada i messaggi sulla rete. Provvedere a trovare instradamenti alternativi in caso di guasti. Può fornire sia servizi non connessi sia servizi connessi E molto sviluppato sugli IS, meno sugli ES.

45 Multiprotocol Router DECNET Algoritmo di calcolo della tabella di instradamento TCP/IP Algoritmo di calcolo della tabella di instradamento OSI Algoritmo di calcolo della tabella di instradamento Tabella di instradamento Tabella di instradamento Tabella di instradamento Processo di forwarding Processo di forwarding Processo di forwarding LAN #1 LAN #2 WAN #1 WAN #2 FDDI

46 Brouter Per ogni protocollo è possibile definirne il funzionamento come: Router (solo per i protocolli di cui implementano l algoritmo di routing) Bridge

47 Router vs. Bridge Indirizzamento I router sono indirizzati esplicitamente, la presenza dei bridge (non source routing) è ignorata dai nodi Instradamento I router ricevono e usano molti tipi di informazioni, i bridge solo gli indirizzi di mittente e destinatario di livello 2

48 Router vs. Bridge Buste I router operano sulle buste di livello 3 e possono dividere o riunire i messaggi in frammenti, per adattarli a reti con diverse lunghezze dei pacchetti (es. ethernet e token ring). I bridge non toccano mai il contenuto del campo dati

49 Router vs. Bridge Forwarding I router inoltrano i messaggi cambiando gli indirizzi di livello 2. I bridge non modificano gli indirizzi Priority I router possono differenziare i messaggi per priorità Security In generale i router sono più sicuri poichè processano di più l informazione

50 Tecniche di instradamento Variano in funzione dell Esistono tre tecniche principali: Routing by network address Label swapping Source routing architettura di rete

51 Routing by network address Mittente e Destinatario del pacchetto vengono specificati scrivendo nel pacchetto di livello 3 il loro indirizzo Gli IS usano l indirizzo di mittente come chiave di accesso alla tabella di instradamento Tecnica usata in IP, Decnet e OSI

52 Label Swapping Generalmente usata nei protocolli connessi L instradamento viene deciso in fase di connessione ed identificato da una label La label viene inserita nel pacchetto di livello 3 invece degli indirizzi Ogni IS utilizza la label come chiave di accesso alla tabella di instradamento e la sostituisce con una nuova label Adottata da APPN e ATM

53 Source Routing L instradamento viene deciso dalla stazione mittente È una tecnica simile a quella usata nei bridge token ring È impiegata in APPN+/HPR