L'hardware delle reti LAN HUB, Switch, Bridge e Router Domini di Collisione T. Motta
Hardware di rete L hardware di rete fondamentale comprende: Hub Repeater Switch Bridge Router Gateway Firewall Modem 2
Dominio di collisione Dominio di collisione = insieme di nodi che concorrono per accedere allo stesso mezzo trasmissivo Concetto relativo al livello datalink, in particolare al sottolivello MAC (Medium Access Control) Se due host accedono contemporaneamente al canale si ha una collisione Quanto più è ampio un dominio di collisione, tanto più probabili sono le collisioni Si ha un decadimento della velocità di trasmissione all'interno del dominio Repeater e hub creano un unico dominio di collisione molto ampio e quindi sono meno performanti Switch e bridge permettono di dividere un dominio di collisione in parti più piccole e quindi più efficienti 3
Repeater Il repeater è un dispositivo che estende i limiti massimi di un segmento di rete Amplifica il segnale ricevuto e lo ritrasmette Opera a livello fisico del modello OSI Non comprendono i segnali che trasmette ma si limitano a ripetere Può collegare solo lo stesso tipo di mezzo fisico (ad esempio 10Base2 con 10Base2) Erano utilizzati solitamente in reti di tipo 10Base2 per estenderne le dimensioni Il repeater non interrompe il dominio di collisione (si limita a propagare il segnale) 4
Hub (o concentratori) Dispositivi di Livello Fisico: Riproducono i bit in ingresso ad una porta su tutte le altre interfacce Permettono di effettuare il cablaggio a stella anche se dal punto di vista logico realizzano una rete a BUS Sono in grado di separare automaticamente nodi con problemi dagli altri nodi Ad esempio: se viene rilevato un corto circuito in un cavo (quindi la porta dell hub riceve continuamente segnali) viene bloccata tale porta Spesso gli hub in commercio hanno caratteristiche avanzate : Rilevazione automatica della velocità di connessione (10BaseT o 100BaseT) Porte ad alta velocità per il collegamento con la dorsale Funzioni di bridging e routing incorporate Normalmente hanno 24 porte, ma possono arrivare fino a 100 5
Hub (o concentratori) Il frame Ethernet è trasmesso dalla porta del PC mittente a tutte le rimanenti porte dei PC collegati all'hub 6
Hub (o concentratori) Gli hub possono essere organizzati in una gerarchia (o architettura multi-livello) A livello più alto viene posto il backbone hub (hub di dorsale) 7
Hub (o concentratori) Gli hub non isolano i domini di collisione: Le stazioni possono subire una collisione per una trasmissione simultanea con qualunque stazione presente su qualunque segmento Vantaggi degli hub: Sono dispositivi semplici e poco costosi L organizzazione multi-livello garantisce una parziale tolleranza ai guasti porzioni di LAN continuano a funzionare in caso di guasto ad uno o più hub Estende la massima distanza esistente tra i nodi (100m per ogni Hub) 8
Limiti degli hub La creazione di un singolo dominio di collisione non comporta alcun aumento del throughput (capacità di trasmissione effettivamente utilizzata) Il throughput complessivo in una rete multi-livello è lo stesso di una rete con un unico segmento Approssimazione throughput = Capacità del canale / numero di host La realizzazione di un unico dominio di collisione impone un limite al numero massimo di stazioni che è possibile collegare Solo una tipologia di Ethernet (per esempio, 10BaseT e 100baseT) 9
Switch Dispositivo che lavora a livello 2 Legge le intestazioni di frame Ethernet e seleziona il link d uscita sulla base dell indirizzo MAC di destinazione I domini di collisione sono separati (aumento del throughput) Sono dispositivi di tipo store & forward: memorizzano i frame in un buffer e poi li inoltrano Possono commutare connessioni da una porta a un altra in modo molto rapido Sono orientati alla connessione Sono molto simili ai bridge (vediamo in seguito) 10
Switch: vantaggi Riducono notevolmente il numero di collisioni Aumentano l efficienza della rete È possibile l invio di pacchietti da A a B e da A a B contemporaneamente senza collisioni Consentono la combinazione di interfacce a 10/100/1000 Mbps 11
Bridge Sono switch a due porte Sono la versione intelligente dei repeater Permettono di collegare due segmenti di rete ma trasmettono il traffico da un segmento all altro solo quando il traffico è destinato all altro segmento Sono utilizzati per segmentare la rete in parti più piccole Possono collegare tra loro diversi tipi di rete con mezzi trasmissivi differenti Isolano i domini di collisione 12
Bridge: vantaggi Vantaggi dei bridge: Isolano i domini di collisione, determinando un aumento complessivo del throughput massimo Non introducono limitazioni sul numero massimo delle stazioni, né sull estensione geografica Possono collegare differenti tecnologie, dal momento che sono dispositivi di tipo store & forward Transparenti: non richiedono alcuna modifica negli adattatori dei computer 13
Backbone Bridge (Bridge di dorsale) Dorsale (backbone) = linea logica con la quale vengono interconnessi ad un livello superiore tronchi di rete 14
Interconnessione senza dorsale Soluzione non consigliata a causa di due motivi: esiste un punto critico presso l hub di Computer Science il traffico tra EE e SE deve necessariamente attraversare il segmento CS 15
Come fanno Switch e Bridge a sapere dove inoltrare i frame? Bridge e Switch devono contenere le informazioni relative agli indirizzi MAC di ogni parte della rete Le informazioni relative alla rete sono memorizzate nella filtering table Due possibilità: Informazioni fornite manualmente con tabella di instradamento statica Informazioni dedotte da un algoritmo di apprendimento dinamico (auto apprendimento) Soluzione migliore! 16
Algoritmo di auto apprendimento Quando uno Switch (o Bridge) riceve un frame, prende nota della porta da cui l ha ricevuto (segmento di LAN di provenienza) L interfaccia di provenienza è memorizzata nella filtering table Le informazioni memorizzate sono: Indirizzo MAC Porta su cui è stato ricevuto pacchetto Time Stamp (Istante di tempo di memorizzazione Le informazioni obsolete vengono cancellate (TTL tipicamente pari a 60 minuti) 17
Esempio (1/2) Indirizzo Porta A 1 B 1 E 2 H 3 J 3 C 1 Supponiamo che C invii una frame a D e che D risponda con una frame a C C invia la frame, il bridge non ha alcuna informazione circa D, pertanto invia in broadcast (tranne che sulla porta 1) Lo switch annota C sulla porta 1 Il frame è ignorata nella LAN in alto Il frame viene ricevuta da D 18
Esempio (2/2) Indirizzo Porta A 1 B 1 E 2 H 3 J 3 C 1 D genera una risposta destinata a C e la invia Lo switch vede la frame proveniente da D Lo switch annota D sul porto 2 Lo switch sa che C è sulla porta 1, quindi invia esclusivamente il frame sulla porta 1 19
Switch In situazione normale Se l indirizzo non è presente 20
Router Dispositivo che lavora a livello di rete (livello 3) Sono a tutti gli effetti dei nodi sulla rete (hanno indirizzo IP) Si occupano di effettuare l instradamento dei pacchetti: Calcolano il percorso più breve verso la destinazione Reagiscono in modo dinamico alle variazioni di traffico o a eventuali problemi nella rete Differenze Router/Bridge (o Switch) Router: Dispositivi di livello rete (esaminano il contenuto dell header di livello 3) Bridge: Si basano sulle routing table ed implementano algoritmi di routing Sono dispositivi di livello Data Link Si basano sulle filtering table ed implementano algoritmi di learning 21
Bridge vs Router Bridge: pro (+) e contro (-) (+) le operazioni nei bridge sono più semplici (+) i bridge processano meno richieste (-) le topologie sono limitate: è necessario uno spanning tree per prevenire i cicli (-) i bridge non offrono alcuna protezione contro le tempeste broadcast (il broadcast ininterrotto generato da un host e normalmente inoltrato da un bridge) 22
Bridge vs Router Router: pro (+) e contro (-) (+) possono essere realizzate differenti topologie, i loop sono limitati grazie al contatore TTL (ed all impiego di buoni protocolli di routing) (+) forniscono una naturale protezione contro le tempeste broadcast (-) richiedono configurazione al livello IP (non sono plug and play) (-) richiedono capacità adeguata per processare una grande quantità di pacchetti I Bridge sono maggiormente utili in caso di reti piccole (con poche centinaia di host) mentre i router sono usati nelle grandi reti (migliaia di hosts) 23
Gateway Lavorano a livello 7 del modello OSI Implementano quindi protocolli applicativi Attualmente vengono impiegati ad esempio per la gestione della posta elettronica SMTP e POP3 sono due protocolli applicativi gestiti da gateway 24
Firewall Firewall = dispositivo utilizzato per la sicurezza della rete Spesso sono installati insieme ai router o fanno parte del router stesso Normalmente il firewall viene posto tra la rete LAN e Internet Due tipi di firewall Di rete: opera a livello di pacchetti ed effettua il filtraggio dei pacchetti secondo regole programmate (sulla base degli indirizzi sorgente e destinazione, della porta TCP/IP ) Applicativo (firewall proxy): hanno il ruolo di intermediari tra due reti (ad esempio il NAT) I firewall possono essere si hardware che software 25
Cablaggio strutturato degli edifici T. Motta
Cablaggio strutturato Il cablaggio è un insieme di componenti passivi posati in opera: Cavi Connettori Prese Permutatori Utilizzati per interconnettere apparati attivi (computer, telefoni, stampanti, monitor...) 27
Tipologie di cablaggio strutturato Cablaggio strutturato = cablaggio che segue opportune specifiche che ne definiscono i vari aspetti I sistemi di cablaggio strutturato si suddividono in: Proprietari: IBM Cabling System Digital DECconnect, Strutturati (conformi a standard nazionali o internazionali): TIA/EIA 568A: standard americano per gli edifici commerciali ISO/IEC IS 11801: standard internazionale per gli edifici commercia 28
Normative specificate dagli standard Definiscono: Mezzi trasmissivi (cavi in rame, fibre ottiche, wireless ) Topologie Distanze Connettori, spine, prese Norme per l'installazione Norme per il collaudo 29
Cablaggio EIA/TIA 568A EIA/TIA prevede che il sistema di cablaggio deve essere: Adatto a un ambiente multiproduct/multivendor: indipendente dai prodotti che verranno installati Pensato per essere realizzato contestualmente alla costruzione o ristrutturazione di un edificio Nello standard si fa riferimento ai concetti di: Comprensorio (campus): area privata all interno della quale vengono realizzati più edifici Edificio (building): struttura a piani Piano 30
Cablaggio EIA/TIA 568A Il cablaggio è di due tipi Cablaggio orizzontale (cablaggio del piano): interconnessione di apparati utente ad apparati di rete Cablaggio verticale: connette solo apparati di rete Differenza tra EIA/TIA 568A e ISO/IEC 11801 Principalmente differiscono per la nomenclatura Entrambi utilizzano la stessa topologia su tre livelli 31
Topologia per il cablaggio Sia EIA/TIA 568A che ISO/IEC 11801 stabiliscono una topologia a stella estesa a 3 livelli: Primo livello: centro stella di comprensorio Campus Distributor (CD), termine ISO/IEC Main Cross Connect (MC), termine TIA/EIA Secondo livello: centro stella di edificio Building Distributor (BD), termine ISO/IEC Intermediate Cross Connect (IC), termine TIA/EIA Terzo livello: centro stella (o armadio) di piano Floor Distributor (FD), termine ISO/IEC Horizontal Cross Connect (HC), termine TIA/EIA 32
Collegamenti Dorsale di comprensorio: interconnette il centro stella di comprensorio ai centro stella di edificio Campus Backbone; termine ISO/IEC Interbuilding Backbone; termine TIA/EIA Dorsale di edificio: interconnette il centro stella di edificio ai centro stella di piano Building Backbone; termine ISO/IEC Intrabuilding Backbone; termine TIA/EIA 33
Altri componenti L armadio di piano: Telecommunication Closet (TC) La presa utente: Telecommunication Outlet (TO) La postazione di lavoro Work Area (WA) Deve essere servita da almeno due prese utente 34
Topologia per il cablaggio 35
Topologia su tre edifici 36
Topologia su un edificio Per ogni edificio: Un cavo dorsale di distribuzione Per ogni piano: Un armadio di distribuzione Un cavo di distribuzione Più placchette utente 37
Cablaggio di un edificio Il cablaggio di un edificio di divide in Cablaggio verticale Dorsale di distribuzione Cablaggio orizzontale Cablaggio dei vari piani 38
Cablaggio di un edificio 1. Sala apparecchiature o locale tecnico (Equipment room) 2. Armadio di edificio 3. Cablaggio verticale o dorsale di edificio (Backbone cabling) 4. Armadio di piano 5. Cablaggio orizzontale 6. Presa utente o connettore delle telecomunicazioni 7. Postazione o area di lavoro. 39
Progettazione della tolleranza ai guasti Fault tolerance = la rete è in grado di funzionare anche in presenza di uno o più guasti Come di realizza? ridondando elementi critici Dove introdurre ridondanza? A livello di apparato Processori, alimentatori, schede A livello di interfaccia Porte ridondate A livello di rete Percorsi alternativi 40
Progettazione della tolleranza ai guasti Se si realizza ridondanza a livello di rete (collegamenti ridondati) si possono introdurre dei cicli nella rete La presenza di percorsi alternativi è problematica per gli switch Non sanno più dove inoltrare i frame È necessario implementare lo spamming tree protocol (IEEE 802.1d) 41
Esempio: Ridondanza del centro stella 42
Esempio: Ridondanza del centro stella 43
Esempio: Ridondanza del centro stella 44
Esempio: Ridondanza del centro stella 45
Esempio: Ridondanza del centro stella 46
Esempio: Ridondanza del centro stella 47
Esercitazione di cablaggio strutturato T. Motta
Progetto di cablaggio strutturato Si deve realizzare un progetto di cablaggio di un edificio di 5 piani Di seguito vengono riportate le planimetrie dei piani 49
Planimetria edificio 50
Planimetria edificio 51
Planimetria piano terra hall 27 m 50 m ascensori scale Centralino (locale tecnico) sala riunioni 50 m locale tecnico Sala server servizi 52
Planimetria piani dal 2 al 5 53 ascensore locale tecnico locale tecnico servizi
Progetto di cablaggio Definire la dislocazione degli armadi Definire i passaggi dei cavi di dorsale Definire i punti dove collocare le prese Definire delle possibili canalizzazioni dove poter installare il cablaggio orizzontale Calcolare il numero totale di prese utente Calcolare il numero totale di pannelli di permutazione degli armadi 54
Due possibili soluzioni Primo progetto: Dorsale e armadi allineati sopra il centralino telefonico Critico per le lunghezze dei cavi Secondo progetto: Armadi di piano al centro 55