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 staff.polito.it/mario.baldi Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slide (ivi inclusi, ma non limitatamente, 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 dagli 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 è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slide. In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deve essere riportata anche in utilizzi parziali. 09_Prog_L2-1 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-2 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Argomenti della lezione! Criteri di progettazione! Progettazione basata su ripetitori e switch! Tolleranza ai guasti! Progettazione della dorsale in fibra Criteri di progettazione 09_Prog_L2-3 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-4 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

2 Criteri di progettazione Affidabilità Prestazioni Sicurezza Tolleranza ai guasti Affidabilità! Scelta degli apparati di rete! Rispetto delle specifiche degli standard " Cablaggio " Particolare attenzione alle dorsali in fibra " Attenuazione 09_Prog_L2-5 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-6 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Risorse di rete Occupazione delle risorse Dipende da! Banda trasmissiva! Capacità di elaborazione degli apparati! Tipologia del traffico! Tempo " Istanti differenti " Fasce orarie " Giorni della settimana " Eventi particolari 09_Prog_L2-7 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) Traffico peer-to-peer Switch Client con connessioni a velocità inferiore (per esempio 100 Mb/s) Flussi di traffico incrociati 09_Prog_L2-9 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-10 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 Dimensionamento L approccio più comune consiste nel sovradimensionare la rete! Poco costoso! Semplice da realizzare 09_Prog_L2-11 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 sovradimensionare la rete! Semplice da gestire " Niente traffic engineering " Niente prenotazione risorse Linee guida per la progettazione Topologia e tipo di apparati 09_Prog_L2-13 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-14 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Struttura logica Un tempo anche struttura fisica Struttura fisica Basata su collegamenti punto-punto Bridge Canale condiviso Hub Ripetitore multiporta 09_Prog_L2-15 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-16 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

5 Topologia a stella Rappresentazione tipica eventualmente gerarchica 09_Prog_L2-17 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-18 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Quando la rete cresce?? Switch E se cresce ancora Segment switching 09_Prog_L2-19 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 Collegamenti adeguati 1 Gb/s 100 Mb/s 10 Mb/s 09_Prog_L2-21 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-22 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Normalmente 3 livelli Core Backbone (dorsale) Distribuzione Aggregazione Normalmente 3 livelli Cablaggio verticale Centro elaborazione dati (CED) Armadio di edificio Armadio di piano Accesso Cablaggio orizzontale 09_Prog_L2-23 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-24 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

7 In un edificio Armadio di piano Cablaggio verticale CED Cablaggio orizzontale Progettazione per la tolleranza ai guasti 09_Prog_L2-25 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-26 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Tolleranza ai guasti Fault tolerance La rete è in grado di funzionare in presenza di uno o più guasti Tolleranza ai guasti Fault tolerance La rete è in grado di funzionare in presenza di uno o più guasti Collegamenti Apparati Parti di apparati Interfaccia Alimentatore Ringraziamenti a Piero Nicoletti 09_Prog_L2-27 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) 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 09_Prog_L2-29 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-30 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 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 In sostanza La soluzione tollerante ai guasti è un compromesso tra! Reale necessità di tolleranza! Costi! Qualità (affidabilità) degli elementi 09_Prog_L2-31 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 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 Gruppi di continuità per i sistemi essenziali 09_Prog_L2-33 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-34 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Dorsale Collegamenti ridondanti! Anello: buon rapporto ridondanza/costo Evitare condivisione di elementi critici! Percorsi fisici (canaline)! Terminazioni (pannelli) Aspetti protocollari Percorsi alternativi sono problematici per gli switch Spanning tree protocol IEEE 802.1d Preferire fibra ottica 09_Prog_L2-35 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 del root bridge Bridge Protocol Data Unit (BPDU) Elezione del root bridge Selezione delle root port Selezione delle designated port Ogni bridge si propone come root Genera configuration BPDU (C-BPDU) contenenti! Proprio identificatore! Root priority 09_Prog_L2-37 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-38 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Elezione del root bridge Root bridge LAN 4 Pri=1 C Root Bridge LAN 6 Fino a che riceve C-BPDU con priorità più bassa! C-BPDU prioritarie E Pri=2 LAN 1 Pri=3 D A Pri=2 Pri=4 B LAN 5 LAN 2 LAN 3 09_Prog_L2-39 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-40 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

11 Root bridge eletto 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 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 09_Prog_L2-41 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-42 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Selezione della root port La porta da cui si riceve la C-BPDU con costo di percorso minore Esistono regole di decisione a parità di costo! Identificatore del bridge a monte! Identificatore della porta a monte Root port Costo delle porte: 10 E Root Bridge LAN 4 LAN 1 D RPC=0 RPC=20 (10 di D + 10 di E) C A RPC=0 LAN 3 RPC: root path cost B LAN 6 LAN 5 LAN 2 09_Prog_L2-43 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-44 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

12 Ruolo della root port Riceve traffico dal root bridge per il resto dell albero Inoltra traffico verso il root bridge Stato delle altre porte Le altre porte (oltre alla root) possono essere Designated! Riceve e inoltra traffico In stato blocking! Non riceve e inoltra traffico! Da utilizzare in caso di guasto 09_Prog_L2-45 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-46 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Selezione delle designated port Non si ricevono C-BPDU! LAN foglia dello spanning tree! Porte del root bridge Si ricevono C-BPDU con costo di percorso minore di quello delle BPDU inoltrate Designated port Costo delle porte: 10 Root Bridge Designated Port LAN 4 LAN 1 D RPC=0 E Designated Port RPC=20 C A RPC=0 RPC: root path cost Designated Port LAN 6 Designated Port B LAN 5 LAN 2 Designated Port LAN 3 09_Prog_L2-47 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 Riceve traffico da un sottoalbero Inoltra traffico! Verso il root bridge! In altri sottoalberi Porte in stato blocking Root Bridge Designated Port LAN 4 LAN 1 D RPC=0 E Designated Port Blocking RPC=20 C Blocking A RPC=0 LAN 3 Designated Port B LAN 6 Designated Port LAN 5 LAN 2 Designated Port 09_Prog_L2-49 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-50 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Reazione a guasti Riconfigurazione dello spanning tree Tempo impiegato: 50 sec Limitazioni dello spanning tree protocol Lentezza di riconfigurazione Massimo 7 bridge in cascata! Può essere superato modificando i time-out Unico albero di instradamento! Risorse sottoutilizzate 09_Prog_L2-51 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! Riconfigurazione in 10 ms Multiple spanning tree protocol IEEE 802.1s! Superamento dei limiti di dimensione! Gerarchia di alberi Progettazione dello spanning tree protocol Stabilire il root bridge Stabilire il backup root bridge! Subentra al root bridge in caso di malfunzionamento Progettazione dei dettagli dell albero! Porte in stato blocking 09_Prog_L2-53 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-54 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Progettazione dello spanning tree protocol Ridondanza del centro stella Come minimo! Studio dell albero ottimale in condizioni normali! Studio dell albero in condizioni di guasto! Diametro massimo 7 switch Eventualmente, taratura time-out 09_Prog_L2-55 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-56 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

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

16 Reazione ai guasti S2 S3 S1-P Guasto S1-S Root bridge S5 S6 Topologia attiva con cattiva configurazione S1-P S3 Root bridge S1-S S4 LEGENDA Porta root Porta designated Porta blocking S7 S2 S5 S6 S4 S7 09_Prog_L2-61 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-62 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Le dorsali in fibra ottica! Progettazione spesso trascurata Progettazione delle dorsali in fibra ottica! Prima degli standard trasmissivi ad alta velocità " Margine di tolleranza grazie a basse velocità " Divisione netta tra progettista di cablaggio e progettista parte attiva 09_Prog_L2-63 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 Terminologia Canale o optical channel: canale trasmissivo tra due apparati attivi Optical Channel Power budget massima attenuazione ammessa sul canale Misurata in db 09_Prog_L2-65 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-66 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Minimo canale ottico Bretella Tratta cavo fibra ottica ottica Accopp. Accopp. ottico ottico Accoppiamento ottico Connettore SC Bussola SC Optical Channel Attenuazione di canale o Channel Insertion Loss: attenuazione sulle parti passive minime Connettore SC Bussola SC Connettore SC attenuazione max 0,75 db 09_Prog_L2-67 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-68 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2

18 Accoppiamento ottico Dorsale di comprensorio Accopp. Accopp. ottico ottico Optical Channel Cavo multifibra Cassetto ottico Bussola SC montata a pannello Rilancio Cavo multifibra Connettore SC Bretella ottica 09_Prog_L2-69 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-70 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Punto di rilancio Cassetto ottico passante Cavo entrante Fibra uscente sul pannello frontale Fibre passanti Cavo uscente Pig-tail Splice-organizer Splice Rilancio 09_Prog_L2-71 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 09_Prog_L2-73 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-74 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 N a = numero di accoppiamenti ottici 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 N g = numero di giunzioni 09_Prog_L2-75 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 Ethernet 10 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 62.5 µm 850 nm 1300 nm 10B-FL 100B-FX , , , , ,5 1 5,5 09_Prog_L2-77 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-78 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Ethernet 10 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 10B-FL 500 6, ,25 1 0, nm 100B-FX ,5 1 1,5 Attenuazione di canale in 10GBASE-E Caratteristiche attenuatore Attenuazione del canale o tratta Attenuazione minima Attenuazione ideale Attenuazione massima 09_Prog_L2-79 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-80 Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2