Progettazione di reti locali basate su switch - Switched LAN Mario Baldi Politecnico di Torino mario.baldi@polito.it 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 dell Istruzione, dell Università e della Ricerca, 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 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-2 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Argomenti 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 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-4 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 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 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-6 Copyright 2002 - 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 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-8 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2
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 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-10 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Rilevazione del traffico di rete Dimensionamento Occupazione delle risorse 60% 50% 40% 30% 20% 10% 5% 0% 0 Funzionalità di monitor di analizzatori di rete Tempo L approccio più comune consiste nel sovradimensionare la rete Poco costoso Semplice da realizzare 09_Prog_L2-11 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-12 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2
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 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-14 Copyright 2002 - 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 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-16 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2
Topologia a stella Collegamenti adeguati 1 Gb/s 100 Mb/s eventualmente gerarchica 10 Mb/s 09_Prog_L2-17 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-18 Copyright 2002 - 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_L2-19 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-20 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2
In un edificio Armadio di piano Cablaggio verticale CED Cablaggio orizzontale Progettazione per la tolleranza ai guasti 09_Prog_L2-21 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-22 Copyright 2002 - 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_L2-23 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-24 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2
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_L2-25 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-26 Copyright 2002 - 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_L2-27 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-28 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2
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_L2-29 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-30 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Dorsale Ridondanza del centro stella Collegamenti ridondanti Anello: buon rapporto ridondanza/costo Evitare condivisione di elementi critici Percorsi fisici (canaline) Terminazioni (pannelli) Preferire fibra ottica 09_Prog_L2-31 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-32 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2
Aspetti protocollari Percorsi alternativi sono problematici per gli switch Spanning tree protocol IEEE 802.1d Spanning tree protocol Bridge Protocol Data Unit (BPDU) Elezione del root bridge Selezione delle root port Selezione delle designated port 09_Prog_L2-33 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-34 Copyright 2002 - 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_L2-35 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-36 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2
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_L2-37 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-38 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Progettazione dello spanning tree protocol Come minimo Studio dell albero ottimale in condizioni normali Studio dell albero in condizioni di guasto Diametro massimo 7 switch Eventualmente, taratura time-out La rete e lo spanning tree Root bridge Bridge priority S2 S3 S4 S1-P 24576 LEGENDA Porta root Porta designated Porta blocking S1-S 28672 S5 S6 S7 09_Prog_L2-39 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-40 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2
Topologia attiva senza guasti Reazione ai guasti S1-P 24576 S1-S 28672 S1-P 24576 Guasto S1-S 28672 S2 S5 S2 S5 S3 S6 S3 S6 S4 S7 S4 LEGENDA Porta root Porta designated Porta blocking S7 09_Prog_L2-41 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-42 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 Reazione ai guasti Reazione ai guasti Root bridge S1-P 24576 S1-S 28672 S1-P Guasto 24576 S1-S 28672 S2 S5 S2 S5 S3 Guasto Guasto S6 S3 S6 S4 LEGENDA Porta root Porta designated Porta blocking S7 S4 LEGENDA Porta root Porta designated Porta blocking S7 09_Prog_L2-43 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-44 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2
Topologia attiva con cattiva configurazione S3 Root bridge Switch di piano multipli A D B E S1-P S1-S C F S2 S5 S6 S4 S7 B. Priority 24576 1 2 3 3 2 1 SW-1 4 4 SW-2 6 6 B. Priority 28672 09_Prog_L2-45 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 09_Prog_L2-46 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2 L evoluzione delle LAN Dal bridge allo switch Mario Baldi Politecnico di Torino mario.baldi@polito.it staff.polito.it/mario.baldi 09_Prog_L2-47 Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: see page 2