E-2: Dispositivi di rete e calcolo del traffico A. Memo Media Cavi in rame cavo coassiale doppino ritorto Fibre ottiche multimodale monomodale Wireless infrarossi radiofrequenza Indice 1. Media 2. Transceiver 3. Repeater 4. Hub 5. Bridge 6. Switch 7. Router 8. Dominio di collisione 9. Dominio di broadcast 10.Traffico di rete punto-punto client/server 11.Analisi prestazioni di una rete Cavo coassiale (1) Caratteristiche fisiche: un conduttore centrale in rame uno strato di isolante una griglia, o un sottile foglio, metallica un secondo strato di isolante per il rivestimento esterno connettore BNC 1
Cavo coassiale (2) sottile (Thinnet o Cheapernet) 10BASE-2: semplice da installare, diametro 0,35 cm, datato, problemi di gestione Grosso (Thicknet) : 10BASE-5: difficile da installare, costoso, poco usato, maggiore distanza ScTP Screened UTP (1) rivestimento plastico schermatura esterna coppia attorcigliata isolante colorato minore isolamento maggiore flessibilità 100 ohm STP Shielded twisted pair (1) cancellazione shielded twisted pair 150 ohm riduzione disturbi 2 coppie di fili rivestiti, colorati e attorcigliati rivestimento plastico griglia metallica schermo UTP Unshielded Twisted Pair rivestimento plastico coppia attorcigliata isolante colorato 2
Spettro onde elettromagnetiche frequenza 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 16 10 17 10 18 10 19 10 20 10 21 10 22 10 23 10 24 [Hz] lunghezza d onda audio onde radio micro onde infra rossi ultra violetti raggi X raggi gamma [m] 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14 10-15 3 LUCE lunghezza_d onda = c / frequenza c = velocità_della_luce = 299,792,458 m/sec Fenomeni fisici 1: raggio incidente 2: raggio riflesso 3: raggio rifratto aria n aria normale sen θ 1 n aria sen θ 3 n vetro = vetro n vetro Legge della riflessione θ 2 = θ 1 Legge della rifrazione se n aria < n vetro allora θ 3 > θ 1 Spettro onde elettromagnetiche 1550 nm 1310 nm 850 nm 700 400 INFRAROSSI finestre di trasmissione utilizzate nelle fibre ottiche Riflessione totale angolo critico per la coppia vetro aria θ C = 41,8 1: θ 1 <θ C quindi riflessione e rifrazione 2: θ 1 =θ C quindi riflessione e rifrazione 3: θ 1 >θ C quindi riflessione e rifrazione
Fibre ottiche A B un cavo in fibra ottica è composto da una coppia di fibre (A B, B A) (full-duplex) non sono necessarie schermature normalmente un cavo può contenere da 2 a 48 fibre distinte Modi di attreversamento multimodale step-index monomodale light run faster lower n lower n core high n multimodale graded-index Fibre multimodali (1) pilotate a LED rivestimento plastico nucleo vetroso 50-62.5 riempimento vetroso 125 nucleo centrale da 50 62,5 micron grande dispersione e perdita di segnale distanze massime di circa 2 Km I connettori delle fibre 4
Standard Ethernet Media Max length Topology Connector 10BASE2 50 ohm coaxial Thinnet 185 m Bus BNC 10BASE5 50 ohm coaxial Thiknet 500 m Bus AUI 10BASE-T UTP class 3,4,5 two pair 100 m Star RJ-45 100BASE-TX UTP class 5 two pair 100 m Star RJ-45 100BASE-FX 62,5/125 multimode fiber 400 m Star 100BASE-CX STP 25 m Star RJ-45 1000BASE-T UTP class 5 four pair 100 Star RJ-45 1000BASE-SX 62,5/50 multimode fiber 275-550 m Star 1000BASE-LX 62,5/50 multi 9 single fiber 440-550-3000 m Star 10-GigE UTP class 5e/6? Star Cablaggio strutturato regolamentato dallo standard internazionale ANSI/TIA/EIA-568-B.2-1 fornisce un sistema integrato di comunicazione indipendente dai dispositivi e dai protocolli aperto a prospettive ed utilizzi futuri supporta applicazioni multiple (audio, video, dati) consente una semplice e rapida scalabilità Wireless Esempio di cablaggio strutturato TC = Telecom. Closet (armadio di distribuzione) 5
canalizzazione di dorsale canalizzazione orizzontale entrata antenna locale RETE canala passacavi armadio di distribuzione armadio dei dispositivi di piano canalizzazione verticale canalizzazione orizzontale armadio d ingresso dorsale tra edifici accesso secondario presa a muro area di lavoro area di lavoro armadio di distribuzione cablaggio orizzontale 90 m cablaggio dell area di lavoro 3 m 6 m distribuzione interconnessione con il cablaggio verticale Simbologia dei dispositivi la rete, commutazione ed instradamento modem xdsl bridge repeater switch hub router 6
la rete insieme di dispositivi di commutazione, instradamento, interfacciamento normalmente di proprietà dell ente nazionale delle comunicazioni offre vari tipi di punti di accesso offre vari tipi di servizi accesso analogico centrale telefonica doppino in rame Local Loop utente Banda non utilizzata Banda audio modem xdsl xdsl è una famiglia di tecnologie che permettono di trasmettere informazioni digitali a larga banda su normale linea telefonica. Gli standard più noti sono: HDSL (High-bit-rate DSL) SHDSL (Single line High-bit-rate DSL) SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line) VDSL (Very-high-speed DSL) ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) ADSL 2 (ADSL potenziata) xdsl centrale telefonica Local Loop Filtro (splitter) Telefono ADSL 1001101 Banda ADSL Modem Banda audio 4 KHz 26 KHz 140 KHz Banda emissione 1.1 MHz Banda trasmissione 7
Standard ADSL Repeater standard ADSL ADSL 2 ADSL 2+ banda audio 0-26 KByte 0-26 KByte 0-26 KByte banda in emissione 26-140 KByte 26-140 KByte 26-140 KByte banda in ricezione 0,14-1,1 MByte 0,14-1,1 MByte codifica, modulazione, framing 0,14-1,1 + 1,1-2,2 MByte raddoppio di banda down stream 0,8 Mbps 1 Mbps 1 Mbps up stream 8 Mbps 12 Mbps 24 Mbps il repeater riceve un segnale elettrico, a volte lo rigenera nell ampiezza e nel tempo, e poi lo ritrasmette permette di prolungare la distanza massima raggiungibile nei media condivisi sussiste la regola del 5-4-3 (ripetitori, segmenti, accessi condivisi), determinata dai limiti temporali della propagazione delle trame lavora a livello fisico ed estende il dominio di collisione Repeater Hub Hub equivalente a Multiport Repeater standard tipici: 10/100/1000BASE-T topologia logica a bus, fisica a stella ne esistono di 3 tipi: passivi (?) attivi intelligenti (smart) 8
Hub Hub e le collisioni Hub e le collisioni Hub ed il traffico se un host genera un traffico X si verifica una collisione quando due o più HUB inviano dati contemporaneamente. tutti i dispositivi di rete connessi allo stesso segmento di rete appartengono al medesimo dominio di collisione. un hub permette di effettuare una topologia logica a bus su di una topologia fisica a stella. l hub lo ritrasmette su tutte le altre porte se un altro host genera un traffico X l hub lo ritrasmette su tutte le altre porte se tutti gli host generano un traffico X l hub in ogni ramo riceve un traffico X e ritrasmette un traffico (N-1)X e quindi in una unità di tempo in ogni ramo circola un traffico teorico massimo di X = B MAX /N 9
Hub ed il traffico H1 HUB 8Px100Base-T H5 100 Mbps X R H4 Caso di studio: 1 HUB con 5 utenti omogenei Caso singolo: quando un solo utente deve comunicare Detto il traffico inviato da H5, l Hub X R H2 ritrasmetterà in tutti gli X R X R H3 altri rami lo stesso traffico X R. Se trasmette solo H5, =X R =Banda MAX = 100 Mbps TRAFFICO CLIENT/SERVER (bidirezionale) un host scambia un traffico X verso il server (X per l host ed X per il server) l hub lo ritrasmette su tutte le altre porte (2X) se un altro host genera un traffico X l hub lo ritrasmette su tutte le altre porte (+2X) se tutti gli host generano un traffico X l hub ritrasmette in ogni ramo un traffico (N-1)X e quindi in una unità di tempo in ogni ramo circola un traffico teorico massimo di X = B MAX /2N Hub ed il traffico H1 HUB 8Px100Base-T 20 Mbps H5 20 Mbps 4X R 4X R H4 4X R Caso di studio: 1 HUB con 5 utenti omogenei Caso peggiore: quando tutti gli utenti devono trasmettere, half duplex Detto il traffico inviato da ciascun host, 4X R 20 Mbps 4X R H2 20 Mbps 20 Mbps H3 Si trascurano le collisioni l Hub ritrasmetterà in tutti gli altri rami lo stesso traffico. Quindi in ogni ramo avremo un traffico di +4X R =Banda MAX => = Banda MAX /5=20 Mbps distinguere tra traffico utile e traffico totale Hub ed il traffico HUB 8Px100Base-T 12,5 Mbps H5 50 Mbps 8X R server 8X R H4 8X R 4 Caso di studio: 1 HUB con 4 utenti omogenei ed un server Caso peggiore: quando tutti gli utenti devono scambiare dati con il server. Detto il traffico inviato da ciascun host al server, ed X R il traffico dal server all host 8X R 8X R 12.5 Mbps H2 12.5 Mbps 12.5 Mbps H3 Si trascurano le collisioni l Hub ritrasmetterà in tutti gli altri rami lo stesso traffico. Quindi in ogni ramo avremo 4 +4X R =Banda MAX => (e con =X R ) = Banda MAX /8=12,5 Mbps distinguere tra traffico utile e traffico totale 10
Bridge i bridge operano sul secondo livello del modello OSI (data link layer, livello collegamento dati) la funzione del bridge è di stabilire se il traffico presente ad una delle sue due porte deve essere trasferito o meno all altra Switch switch è equivalente a multiport bridge lo switch viene normalmente usato con cavo UTP o fibra ottica lo switch è un dispositivo più sofisticato di un bridge, ma non trasforma i media lo switch deve costruire la tabella di instradamento come il bridge Bridge Eth01 F01 un bridge è anche in grado di cambiare media MAC Address Interface 00.00.11.11.11.11 Ethernet01 00.00.22.22.22.22 Ethernet01 00.11.11.11.11.11 Fiber01 00.11.22.22.22.22 Fiber01 Switch lo switch riduce il traffico globale ed aumenta la banda utile per ogni host lo switch crea un dominio di collisione per ogni sua porta lo switch svolge essenzialmente due funzioni: commutazione delle trame gestione della tabella di instradamento 11
Funzionamento dello SWITCH un host genera un traffico X verso un altro host (X per ogni host) lo switch lo ritrasmette sulla sola porta dell host destinatario se un altro host genera un traffico X verso un altro host, anche ciascuno di loro avrà un traffico X a disposizione e quindi in un unità di tempo ogni postazione può trasferire un traffico teorico massimo di X B MAX Nel caso di collegamento di N host con un server, il traffico è limitato dal ramo switchserver e quindi in un unità di tempo ogni postazione può scambiare con il server un traffico teorico massimo di X B MAX /N Switch H1 SWITCH 8Px10Base-T H5 100 Mbps X A H4 X B Caso di studio: 1 SWITCH con 5 utenti omogenei Caso doppio: quando due utenti devono trasmettere (da H5 a H2 e da H3 a H1) Detto il traffico inviato da H5 e da H3, H2 lo Switch li dirotterà solo X A X B H3 ai rami di destinazione. Se trasmettono a coppie disgiunte, X A = X B Banda MAX 100 Mbps 100 Mbps Non ci sono collisioni Switch ed il traffico H1 SWITCH 8Px10Base-T X A Caso di studio: 1 SWITCH con 5 utenti omogenei Caso singolo: quando un solo utente deve trasmettere (da H5 a H2) Detto il traffico inviato da H5, lo Switch H2 lo ritrasmetterà solo al X A ramo di destinazione. Se trasmette solo H5, X A Banda MAX 100 Mbps H5 100 Mbps H4 H3 traffico utile = traffico totale Switch H5 25 Mbps 100 Mbps server SWITCH 8Px10Base-T X X H4 4X Caso di studio: 1 SWITCH con 4 utenti omogenei ed un server Caso Server: quando tutti gli utenti devono parlare con il server Detto X il traffico inviato da ciascun host al server, lo switch lo ritrasmetterà al server X 25 Mbps X H2 25 Mbps H3 Non ci sono collisioni Se tutti cercano di trasmettere, X è limitato dalla banda del collegamento al server: X Banda MAX /4=25 Mbps 25 Mbps traffico utile = traffico totale 12
Switch Soluzione per il caso di traffico client/server: accorpare più porte di collegamento tra switch e server (trunking) dotare lo switch di una porta di velocità maggiore (da 10 a 100, o da 100 a 1000) Esempio di calcolo di traffico traffico utile 16X+8Y X banda MAX Y banda MAX 8X banda MAX 16X+8Y banda MAX 8X 8X 8Y X X X X X X X X X X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Esempio di calcolo di traffico server SWITCH 8Px10Base-T alla rete generale printer HUB 12Px10Base-T HUB 12Px10Base-T SWITCH 12Px10Base-T UFFICIO 1 UFFICIO 2 UFFICIO 3 utente 1 utente 8 utente 9 utente 16 utente 17 utente 24 Esempio di calcolo di traffico traffico totale 16X+8Y 16X+8Y 16X X 0,31 Mbps Y 0,62 Mbps 8X 8X 8Y 16X 8Y X banda MAX Y banda MAX 8X banda MAX 8Y banda MAX 16X banda MAX 16X+8Y banda MAX 16X 16X 16X 16X Y Y X X X X X X X X X X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y 13
Esempio di calcolo di traffico Se, nell esempio precedente, utilizziamo uno switch per il server con una porta da 100 Mbps, otteniamo: X banda MAX 10 Mbps Y banda MAX 10 Mbps 8X banda MAX 10 Mbps 8Y banda MAX 10 Mbps 16X banda MAX 10 Mbps 16X+8Y banda MAX 100 Mbps Quindi X 10/16 0,62 Mbps e Y 10/8 = 1,25 Mbps (raddoppio delle prestazioni) Esercizio L ulteriore servente web server, posizionato nella stanza gestori rete, offre servizi Web accessibili prevalentemente da utenti esterni all Azienda. Sapendo che tutti i dispositivi di rete sono di standard Fast-Ethernet, e quindi funzionano a 100 Mbps, determinare i flussi di traffico massimo determinati dalla configurazione hardware della rete nel caso peggiore di traffico contemporaneo di tutti gli utenti. Esercizio Lo schema logico riportato in figura rappresenta la rete dati di una piccola Azienda composta da due reparti operativi ed una stanza per i gestori della rete. Il reparto amministrazione è composto da 10 postazioni di lavoro (H1-H10) il cui traffico è prevalentemente di tipo utente-servente, che fanno capo al server interno, mentre le 10 postazioni del reparto produzione (H11-H20) sono caratterizzate da un traffico al 50% di tipo utente-servente che fa capo al server interno e per il rimanente 50% diretto verso l intranet server. Una di queste postazioni (H20) deve avere inoltre un traffico utile doppio delle altre postazioni del suo reparto. stanza gestori rete web server intranet server E1 router E2 E0 ISP E3 server interno switch switch H20 hub H11 H19 produzione H1 H10 amministrazione 14
Soluzione Il router separa le reti locali, isolandone i domini di broadcast, e quindi per il calcolo dei flussi nel caso peggiore possiamo analizzare il traffico separatamente per ogni LAN. Per prima cosa si individuano i flussi utili, cioè quelli indicati dal testo. Detti X = flusso di dati gestito da un generico utente amministrazione della rete LAN 3 (da H1 a H10) Y = flusso di dati gestito da un generico utente produzione della rete LAN 3 (da H11 a H20) traffico utile + traffico totale web server?? E1 router intranet server server interno hub 10X+5,5Y 20X 5,5Y 10X E2 switch E3 5,5Y 11Y E0?? switch 20X banda MAX 11Y banda MAX 10X+5,5Y banda MAX 2Y 20X 20X X X X X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y traffico utile intranet server server interno hub 10X+5,5Y web server 10X 5,5Y E2 switch?? E1 E3 5,5Y 11Y router E0?? switch X banda MAX Y banda MAX 2Y banda MAX 10X banda MAX 11Y banda MAX 10X+5,5Y banda MAX 5,5Y banda MAX 2Y X X X X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y LAN0 e LAN1: il loro traffico dipende solo dagli utenti che navigano sul sito web, e quindi sono limitati solo dal traffico esterno. La rete LAN3, che fa a capo alla porta E3 del router, racchiude al suo interno sia il reparto amministrazione che quello produzione, ed è gestita globalmente da uno SWITCH che segmenta totalmente le due aree di lavoro. Per l amministrazione (condizione peggiore): 20 X 100 Mbps da cui X 5 Mbps Per la produzione (condizione peggiore): 11 Y 100 Mbps da cui Y 9,1 Mbps Verso il server interno siamo al limite: 10 X + 5,5 Y 50 + 50 100 Mbps La rete LAN2 è composta solo dal server interno, ed il suo traffico utile nel caso peggiore vale: 5,5 Y 50 Mbps 15
traffico teorico massimo nel caso peggiore web server?? E1 router intranet server 25 E2 E3 E0?? server interno hub 75 50 switch 25 50 switch X 5 Mbps Y 9,1 Mbps 100 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 9 9 9 Collisioni su cavo coassiale il segnale attraversa il cavo fino a che incontra un altro segnale le forme d onda si accavallano generando anche sovratensioni le sovratensioni vengono rilevate da tutte le postazioni del segmento di rete 18,2 Appendice: Le collisioni collisione singola prima collide e poi si trasferisce regolarmente collisione multipla la stessa trama collide ripetutamente collisione locale all interno dello stesso segmento collisione remota generata in un altro segmento collisione ritardata rilevata oltre il tempo massimo previsto (il mittente non ritrasmette la trama) Collisioni su cavo coassiale 16
Collisioni su cavo coassiale Collisioni su cavo UTP si verifica solo quando una postazione, che sta già trasmettendo, rileva segnali anche sulla coppia di ricezione (se è in half-duplex) gli Hub possono funzionare solo in halfduplex per avere una comunicazione full-duplex occorre che entrambi i dispositivi la possano gestire PS: nelle simulazioni seguenti, non vengono rispettate le lunghezze minime delle trame, e i singoli blocchi numerati rappresentano gruppi di bit Collisioni su cavo UTP TRASFERIMENTO CORRETTO IN UN HUB Collisioni su cavo UTP COLLISIONE IN UN HUB H1 H2 da H1 a H2 da H1 a H2 e contemporaneamente da H2 a H1 17
Collisioni su cavo UTP TRASFERIMENTO CORRETTO IN UNO SWITCH da H1 a H2 Collisioni su cavo UTP TRASFERIMENTO CORRETTO IN UNO SWITCH se in presenza di buffer adeguato da H1 a H4 e contemporaneamente da H3 a H4 Collisioni su cavo UTP TRASFERIMENTO CORRETTO IN UNO SWITCH da H1 a H2 e contemporaneamente da H3 a H4 Collisioni su cavo UTP TRASFERIMENTO CON COLLISIONE IN UNO SWITCH se con dispositivi half-duplex da H1 a H4 e contemporaneamente da H4 a H3 18
Collisioni su cavo UTP per evitar le collisioni dell esempio precedente, gli switch possono funzionare anche in full-duplex occorre dedicare particolare attenzione alla configurazione di dispositivi full-duplex 19