Progettazione di reti locali basate su switch - Switched LAN

Transcript

1 Progettazione di reti locali basate su switch - Switched LAN Mario Baldi Politecnico di Torino mario.baldi@polito.it staff.polito.it/mario.baldi Argomenti della lezione! Criteri di progettazione! Progettazione basata su ripetitori e switch! Tolleranza ai guasti! Progettazione della dorsale in fibra 09_Prog_L2-1 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-3 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protet to dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazio nali. Il titolo ed i copyright relativi alle slide (ivi inclusi, ma non limitatamen te, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori indicati a pag. 1. Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dag li istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non richiesta è alcuna autorizzazione. Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non itatamente, lim le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e mpate) sta in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscr itto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accur ata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente attici did e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, cc. ein ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non sumono as alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incl use, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggio rnamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazio ne contenuta in queste slide. In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimoss a e deve essere riportata anche in utilizzi parziali. Criteri di progettazione 09_Prog_L2-2 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-4 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

2 Criteri di progettazione Risorse di rete Affidabilità Prestazioni Sicurezza Tolleranza ai guasti! Banda trasmissiva! Capacità di elaborazione degli apparati 09_Prog_L2-5 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-7 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Affidabilità! Scelta degli apparati di rete! Rispetto delle specifiche degli standard " Cablaggio " Particolare attenzione alle dorsali in fibra " Attenuazione Occupazione delle risorse Dipende da! Tipologia del traffico! Tempo " Istanti differenti " Fasce orarie " Giorni della settimana " Eventi particolari 09_Prog_L2-6 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-8 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

3 Traffico client-server Flussi di traffico concentrati Server con connessione ad alta velocità (per esempio 1 Gb/s) Client con connessioni a velocità inferiore (per esempio 100 Mb/s) 09_Prog_L2-9 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Occupazione delle risorse Rilevazione del traffico di rete 60% 50% 40% 30% 20% 10% 5% 0% 0 Funzionalità di monitor di analizzatori di rete Tempo 09_Prog_L2-11 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Traffico peer-to-peer Switch Dimensionamento L approccio più comune consiste nel sovradimensionarela rete! Poco costoso! Semplice da realizzare Flussi di traffico incrociati 09_Prog_L2-10 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-12 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

4 Dimensionamento L approccio più comune consiste nel sovradimensionarela rete Struttura logica Un tempo anche struttura fisica! Semplice da gestire " Niente traffic engineering " Niente prenotazione risorse Bridge Canale condiviso 09_Prog_L2-13 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-15 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Struttura fisica Basata su collegamenti punto-punto Linee guida per la progettazione Topologia e tipo di apparati Hub Ripetitore multiporta 09_Prog_L2-14 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-16 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

5 Topologia a stella Quando la rete cresce?? Switch eventualmente gerarchica 09_Prog_L2-17 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-19 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Rappresentazione tipica E se cresce ancora Segment switching 09_Prog_L2-18 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-20 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

6 Al limite Station switching Normalmente3 livelli Core Backbone (dorsale) Distribuzione Aggregazione Accesso 09_Prog_L2-21 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-23 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page Mb/s Collegamenti adeguati 1 Gb/s Normalmente3 livelli Cablaggio verticale Centro elaborazione dati (CED) Armadio di edificio Armadio di piano 10 Mb/s Cablaggio orizzontale 09_Prog_L2-22 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-24 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

7 In un edificio Cablaggio verticale CED Armadio di piano Cablaggio orizzontale Tolleranza ai guasti Fault tolerance La rete è in grado di funzionare in presenza di uno o più guasti Collegamenti Apparati 09_Prog_L2-25 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-27 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Tolleranza ai guasti Fault tolerance Progettazione per la tolleranza ai guasti La rete è in grado di funzionare in presenza di uno o più guasti Parti di apparati Interfaccia Alimentatore Ringraziamenti a Piero Nicoletti 09_Prog_L2-26 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-28 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

8 Come si realizza? Ridondando elementi critici Interfaccia Porta Processore Alimentatore Collegamento Apparato (per esempio switch) Quanta ridondanza? Ogni elemento ha una probabilità di guasto e un costo Ridondare implica aggiungere nuovi elementi Si aumenta La probabilità di avere un guasto Il costo della rete 09_Prog_L2-29 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-31 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Dove introdurre ridondanza? A livello di apparato! Processori, alimentatori, schede A livello di interfaccia! Interfacce parallele, porte ridondanti A livello di rete! Percorsi alternativi Anche in combinazione In sostanza La soluzione tollerante ai guasti è un compromesso tra! Reale necessità di tolleranza! Costi! Qualità (affidabilità) degli elementi 09_Prog_L2-30 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-32 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

9 Una regola d oro La soluzione tollerante i guasti deve essere il più semplice possibile e utilizzare il numero minimo di ridondanze necessarie a garantire un percorso alternativo a quello guasto Dorsale Collegamenti ridondanti! Anello: buon rapporto ridondanza/costo Evitare condivisione di elementi critici! Percorsi fisici (canaline)! Terminazioni (pannelli) Preferire fibra ottica 09_Prog_L2-33 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-35 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Accorgimenti generali Apparati ridondati devono avere alimentazioni indipendenti! Per esempio centro stella Sistema di gestione e controllo della rete per il rilevamento di anomalie e guasti Aspetti protocollari Percorsi alternativi sono problematici per gliswitch Spanning tree protocol IEEE 802.1d Gruppi di continuità per i sistemi essenziali 09_Prog_L2-34 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-36 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

10 Spanning tree protocol Elezione delroot bridge Bridge Protocol Data Unit (BPDU) Elezione delroot bridge Selezione delleroot port Fino a che riceve C-BPDU con priorità più bassa! C-BPDU prioritarie Selezione delledesignated port 09_Prog_L2-37 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-39 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Elezione delroot bridge Ogni bridge si propone come root Genera configurationbpdu (C-BPDU) contenenti! Proprio identificatore! Root priority Root bridge Pri=1 LAN 4 E Pri=2 LAN 1 Pri=3 D A C Pri=2 Root Bridge LAN 6 Pri=4 B LAN 5 LAN 2 LAN 3 09_Prog_L2-38 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-40 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

11 Root bridge eletto Selezione dellaroot port C-BPDU prioritarie sono inoltrate su tutte le porte tranne quella di ricezione A regime sulla rete ci sono C-BPDU generate da un unico bridge! Tutti lo riconoscono come root La porta da cui si riceve la C-BPDU con costo di percorso minore Esistono regole di decisione a parità di costo! Identificatoredel bridge a monte! Identificatoredella porta a monte 09_Prog_L2-41 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-43 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Inoltro delle C-BPDU Una C-BPDU contiene costo del percorso attraversato! Root path cost Ogni bridge riceve da una o più porte C-BPDU generate dal root bridge Il costo del percorso è incrementato del costo della porta di ricezione Root port Costo delle porte: 10 LAN 4 Root Bridge RPC=0 D LAN 1 E RPC=20 (10 di D + 10 di E) C A RPC=0 RPC: root path cost LAN 6 B LAN 5 LAN 2 LAN 3 09_Prog_L2-42 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-44 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

12 Ruolo dellaroot port Selezione delledesignated port Riceve traffico dalroot bridge per il resto dell albero Inoltra traffico verso ilroot bridge Non si ricevono C-BPDU! LAN foglia dellospanning tree! Porte delroot bridge Si ricevono C-BPDU con costo di percorso minore di quello delle BPDU inoltrate 09_Prog_L2-45 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-47 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Stato delle altre porte Le altre porte (oltre allaroot) possono essere Designated! Riceve e inoltra traffico In stato blocking! Non riceve e inoltra traffico! Da utilizzare in caso di guasto Designated port Root Bridge Designated Port LAN 4 D LAN 1 RPC=0 E Designated Port RPC=20 C A RPC=0 Costo delle porte: 10 RPC: root path cost Designated Port LAN 6 Designated Port B LAN 5 LAN 2 Designated Port LAN 3 09_Prog_L2-46 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-48 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

13 Ruolo del designated port Reazione a guasti Riceve traffico da un sottoalbero Inoltra traffico! Verso il root bridge! In altri sottoalberi Riconfigurazione dello spanning tree Tempo impiegato: 50 sec 09_Prog_L2-49 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-51 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Porte in statoblocking Root Bridge Designated Port LAN 4 LAN 1 D RPC=0 Blocking E Designated Port Blocking RPC=20 C A RPC=0 LAN 3 Designated Port B LAN 6 Designated Port LAN 5 LAN 2 Designated Port Limitazioni dello spanning tree protocol Lentezza diriconfigurazione Massimo 7 bridge in cascata! Può essere superato modificando i time-out Unico albero diinstradamento! Risorse sottoutilizzate 09_Prog_L2-50 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-52 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

14 Superare le limitazioni dello spanning tree protocol Rapid spanning tree protocol IEEE 802.1w! Riconfigurazionein 10 ms Multiple spanning tree protocol IEEE 802.1s! Superamento dei limiti di dimensione! Gerarchia di alberi Progettazione dello spanning tree protocol Come minimo! Studio dell albero ottimale in condizioni normali! Studio dell albero in condizioni di guasto! Diametro massimo 7switch Eventualmente, taratura time-out 09_Prog_L2-53 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-55 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Progettazione dello spanning tree protocol Ridondanza del centro stella Stabilire il root bridge Stabilire ilbackup rootbridge! Subentra alroot bridge in caso di malfunzionamento Progettazione dei dettagli dell albero! Porte in stato blocking 09_Prog_L2-54 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-56 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

15 La rete e lospanning tree Root bridge Bridge priority S1-P S1-S Reazione ai guasti S1-P Guasto S1-S S2 S5 S2 S5 S3 S6 S3 S6 S4 LEGENDA Porta root Porta designated Porta blocking S7 S4 LEGENDA Porta root Porta designated Porta blocking S7 09_Prog_L2-57 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-59 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Topologia attiva senza guasti Reazione ai guasti S1-P S1-S S1-P S1-S S2 S5 S2 S5 S3 S6 S3 Guasto S6 S4 S7 S4 LEGENDA Porta root Porta designated Porta blocking S7 09_Prog_L2-58 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-60 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

16 Reazione ai guasti S1-P Guasto S1-S Root bridge S2 S3 S5 S6 Progettazione delle dorsali in fibra ottica S4 LEGENDA Porta root Porta designated Porta blocking S7 09_Prog_L2-61 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-63 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Topologia attiva con cattiva configurazione Root bridge S2 S1-P S5 S3 S6 S4 S1-S S7 Le dorsali in fibra ottica! Progettazione spesso trascurata! Prima degli standardtrasmissivi ad alta velocità " Margine di tolleranza grazie a basse velocità " Divisione netta tra progettista di cablaggio e progettista parte attiva 09_Prog_L2-62 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-64 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

17 Le dorsali in fibra ottica Al confine di domini di responsabilità! Progettista del cablaggio non è aggiornato su standard protocollari recenti! Progettista di livello 2 assume cablaggio appropriato Minimo canale ottico Accopp. ottico Tratta cavo fibra ottica Optical Channel Accopp. ottico Bretella ottica Attenuazione di canale ochannel Insertion Loss: attenuazione sulle parti passive minime 09_Prog_L2-65 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-67 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Terminologia Canale o optical channel: canale trasmissivotra due apparati attivi Accoppiamento ottico Connettore SC Bussola SC Optical Channel Power budget massima attenuazione ammessa sul canale Misurata in db Bussola SC Connettore SC attenuazionemax 0,75 db 09_Prog_L2-66 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-68 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

18 Accoppiamento ottico Punto di rilancio Accopp. ottico Accopp. ottico Optical Channel Cavo multifibra Cassetto ottico Bussola SC montata a pannello Connettore SC Bretella ottica Rilancio 09_Prog_L2-69 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-71 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Dorsale di comprensorio Cavo multifibra Cassetto ottico passante Cavo entrante Fibra uscente sul pannello frontale Fibre passanti Cavo uscente Pig-tail Splice-organizer Rilancio Splice 09_Prog_L2-70 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-72 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

19 In generale L attenuazione di canale è data da L T a + N a 0,75 + N g 0,3 L T = lunghezza tratte in fibra [km] In generale L attenuazione di canale è data da L T a + N a 0,75 + N g 0,3 L T = lunghezza tratte in fibra [km] a = attenuazione della fibra [db/km] Dipendente dalla lunghezza d onda N a = numero di accoppiamenti ottici 09_Prog_L2-73 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-75 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 In generale L attenuazione di canale è data da L T a + N a 0,75 + N g 0,3 L T = lunghezza tratte in fibra [km] a = attenuazione della fibra [db/km] Dipendente dalla lunghezza d onda In generale L attenuazione di canale è data da L T a + N a 0,75 + N g 0,3 L T = lunghezza tratte in fibra [km] a = attenuazione della fibra [db/km] Dipendente dalla lunghezza d onda = numero di accoppiamenti ottici N a = numero di giunzioni N g 09_Prog_L2-74 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-76 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

20 Margine di sicurezza! Sul power budget! Tiene in conto attenuazione aggiuntiva dovuta a " Sporcizia sulle teste dei connettori " Difetti nella smerigliatura della fibra " Difetti nella saldatura della fibra Ethernet10 e 100 Mb/s su fibra ottica Parametri Banda Passante (MHz*Km) Power Budget di canale (db) Distanza massima (m) Attenuazione di canale (db) Margine di sicurezza (db) Budget rimanente (db) MMF 50 µm 850 nm 1300 nm 10B-FL 100B-FX , ,25 4, ,25 1,5 09_Prog_L2-77 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-79 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Ethernet10 e 100 Mb/s su fibra ottica Parametri Banda Passante (MHz*Km) 160 Power Budget di canale (db) 10,5 Distanza massima (m) 2000 Attenuazione di canale (db) 9 Margine di sicurezza (db) 1 Budget rimanente (db) 0,5 MMF 62.5 µm 850 nm 10B-FL , , nm 100B-FX ,5 1 5,5 Attenuazione di canale in 10GBASE -E Caratteristicheattenuatore Attenuazione del canale o tratta Attenuazione minima Attenuazione ideale Attenuazione massima 09_Prog_L2-78 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-80 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2