E-2 Dispositivi di rete e calcolo del traffico by wuxiangyu

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									                                  FORTIC2


 Moduli 5 e 6:
 Conoscenze fondamentali sulle reti
 Hardware di rete

         SECONDA PARTE – reti LAN -




Maggio ‘06                    Alessandro Memo
Indice

1.   Media         8. Dominio di collisione
2.   Transceiver   9. Dominio di broadcast
3.   Repeater      10.Traffico di rete
4.   Hub             • punto/-punto
5.   Bridge          • client/server
6.   Switch        11.Analisi di una rete
7.   Router
Media
 Cavi in rame
     cavo coassiale
     doppino ritorto
 Fibre ottiche
     multimodale
     monomodale
 Wireless
     infrarossi
     radiofrequenza
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
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
STP Shielded twisted pair                  (1)

 cancellazione                       2 coppie di fili
                                  rivestiti, colorati e
 shielded                             attorcigliati
 twisted pair
 150 ohm
 riduzione
 disturbi
                              schermo
                       griglia
         rivestimento metallica
            plastico
ScTP Screened UTP                (1)
                                  coppia
      rivestimento schermatura
                               attorcigliata
         plastico  esterna



                                isolante
                                colorato



 minore isolamento
 maggiore flessibilità         100 ohm
UTP Unshielded Twisted Pair
                        coppia
      rivestimento   attorcigliata
         plastico



                     isolante
                     colorato
   Spettro onde elettromagnetiche
               101         103         105         107         109      1011 1013 1015 1017 1019 1021 1023
         100         102         104         106         108         1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024
frequenza
  [Hz]
                                                                     micro   infra           ultra raggi    raggi




                                                                                     LUCE
                  audio                 onde radio
                                                                     onde    rossi          violetti X     gamma
lunghezza
  d’onda
    [m]           107         105         103         101      10-1 10-3 10-5 10-7 10-9 10-11 10-13 10-15
            108         106         104         102         100 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12 10-14

                        lunghezza_d’onda = c / frequenza
          c = velocità_della_luce = 299,792,458 m/sec
Spettro onde elettromagnetiche

1550 nm
     1310 nm
               850 nm
                        700                              400
   INFRAROSSI



   finestre di trasmissione utilizzate nelle fibre ottiche
Fenomeni fisici
1: raggio incidente                       sen 1       naria
                         normale                   =
2: raggio riflesso                        sen 3       nvetro
3: raggio rifratto
    aria         naria

    vetro       nvetro



 Legge della riflessione     2 = 1

 Legge della rifrazione      se naria < nvetro allora 3 > 1
Riflessione totale




angolo critico per la coppia vetroaria C = 41,8°
1: 1<C quindi riflessione e rifrazione
2: 1=C quindi riflessione e rifrazione
3: 1>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
Fibre multimodali             (1)




                                       rivestimento plastico
                                       nucleo vetroso 50-62.5
pilotate a LED                        riempimento vetroso 125

nucleo centrale da 50 – 62,5 micron
grande dispersione e perdita di segnale
distanze massime di circa 2 Km
Modi di attraversamento



 multimodale step-index                   monomodale

                             light run             core
                               faster
                                         lower n
                                                   high n
                                         lower n

                 multimodale graded-index
I connettori delle fibre
    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
Wireless
        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
Esempio di cablaggio strutturato




TC = Telecom. Closet
(armadio di distribuzione)
                             entrata antenna
 canalizzazione di dorsale            locale RETE
canalizzazione orizzontale
                                        canala passacavi

                                     armadio di
                                     distribuzione
            armadio dei
      dispositivi di piano         canalizzazione
                                      verticale
canalizzazione orizzontale
      armadio d’ingresso


      dorsale tra edifici             presa a muro
     accesso secondario        area di lavoro
                                           area di lavoro
                 cablaggio orizzontale
 armadio di                         90 m
distribuzione
                            cablaggio
                            dell’area           3m
                            di lavoro

                        6m
                                distribuzione

          interconnessione con
           il cablaggio verticale
Simbologia dei dispositivi
       la rete, commutazione ed instradamento


      modem xDSL                 bridge


      repeater                   switch


      hub                        router
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
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)
accesso analogico

  centrale
              doppino in rame
 telefonica

                Local Loop
                                utente



                                    Banda non
                                     utilizzata




              Banda audio
xDSL
                                                              Telefono

           centrale                                Filtro
          telefonica                             (splitter)    ADSL
                              Local Loop
                                                                         1001101



                                                              Modem
                             Banda
                             ADSL




     4      26         140                 1.1
    KHz    KHz         KHz                 MHz
 Banda       Banda                Banda
 audio      emissione          trasmissione
Standard ADSL
           banda banda in           banda in             down     up
standard   audio emissione          ricezione           stream stream
           0-26    26-140                                0,8     8
ADSL       KByte   KByte
                                 0,14-1,1 MByte
                                                        Mbps    Mbps
                                 0,14-1,1 MByte
           0-26    26-140                                1       12
ADSL 2     KByte   KByte      codifica, modulazione,    Mbps    Mbps
                                      framing
           0-26    26-140    0,14-1,1 + 1,1-2,2 MByte    1       24
ADSL 2+    KByte   KByte        raddoppio di banda      Mbps    Mbps
Repeater
• 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: 10/100/1000BASET
 topologia logica a bus, fisica a stella
 ne esistono di 3 tipi:
   –passivi (?)
   –attivi
   –intelligenti (smart)
Hub
Hub e le collisioni
Hub e le collisioni

   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
    domino di collisione.
   un hub permette di effettuare una topologia
    logica a bus su di una topologia fisica a
    stella.
 Hub ed il traffico
                           Caso di studio:
 H1                        1 HUB con 5 utenti omogenei
                           Single case: quando un solo utente deve
  HUB                      trasmettere
  8Px100Base-T             Detto XT il traffico inviato da H5, l’Hub.
                     XR
                                 H2           ritrasmetterà in tutti gli
                                              altri rami lo stesso
                          XR
                                              traffico. Se trasmette solo
      XT                                      H5, XT=XB=BandaMAX =
           XR                                 =100 Mbps
 H5                       XR                               distinguere tra
100 Mbps        H4
                                      H3                   traffico utile e
                                                            traffico totale
  Hub ed il traffico
                                Caso di studio:
              20 Mbps
   H1                           1 HUB con 5 utenti omogenei
                                Worst case: quando tutti gli utenti devono
   HUB                          trasmettere, full duplex
   8Px100Base-T 4XR             Detto XT il traffico inviato da ciascun host,
                        XT              H2         l’Hub ritrasmetterà in tutti
                             4XR
                                  XT               gli altri rami lo stesso
          XT                          20 Mbps traffico. Quindi in ogni
                                                   ramo avremo
20 Mbps          4XR
                                       20 Mbps XT+4XB=BandaMAX =>
                              4XR
               XT                  XT
  H5                                               XT= BandaMAX/5=20 Mbps
        4XR                               H3
                    H4 20 Mbps
                                               Si trascurano le collisioni
   Hub ed il traffico
                           Caso di studio:
         50 Mbps           1 HUB con 4 utenti omogenei ed un server
                           Worst case: quando tutti gli utenti devono
           server          parlare con il server, full duplex
   HUB                     Detto XT il traffico inviato da ciascun host al
                  8XR      server,
   8Px100Base-T 4X                              l’Hub ritrasmetterà in tutti
                      T            H2
                        8XR                     gli altri rami lo stesso
                             XT
                                                traffico. Quindi in ogni
        XT                      12.5 Mbps ramo avremo
20 Mbps       8XR
                         8XR     12.5 Mbps XT+4XB=BandaMAX =>
            XT                XT                XT= BandaMAX/5=20 Mbps
   H5
        8XR                              H3
                   H4 12.5 Mbps                Si trascurano le collisioni
Bridge
  i bridge operano sul secondo livello del
  modello OSI (data link layer)
  la funzione del bridge è di stabilire se il
  traffico presente ad una delle sue due porte
  deve essere trasferito o meno all’altra
Bridge
         the bridge table is filled
         with the MAC address of
         the host connected to a
         specific interface number
          MAC Address         Interface
         00.00.11.11.11.11   Ethernet1
         00.00.22.22.22.22   Ethernet1
         00.11.11.11.11.11   Ethernet2
         00.11.22.22.22.22   Ethernet2
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 costruisce la tabella di
   ritrasmissione come il bridge
Switch
 • lo switch riduce il traffico globale ed aumenta
   la banda utile per ogni host
 • lo switch svolge essenzialmente due funzioni:
    • commutazione delle trame
    • gestione della tabella di instradamento
 Switch ed il traffico
                            Caso di studio:
 H1                         1 SWITCH con 5 utenti omogenei
             server         caso singolo: quando un solo utente
                            deve trasmettere (da H5 a H2)
 SWITCH
                            Detto XT il traffico inviato da H5, lo Switch
      8Px10Base-T                              lo ritrasmetterà solo al
                                  H2
                           XA                  ramo di destinazione. Se
                                               trasmette solo H5,
        XA                                     XA=BandaMAX=100 Mbps

 H5                                                        traffico utile
100 Mbps              H4
                                      H3                          =
                                                          traffico totale
 Switch
                          Caso di studio:
 H1                       1 SWITCH con 5 utenti omogenei
                          caso doppio: quando due utenti devono
                          trasmettere (da H5 a H2 e da H3 a H1)
 SWITCH             XB
                          Detto XT il traffico inviato da H5 e da H3,
      8Px10Base-T                            lo Switch li dirotterà solo
                                H2
                         XA                  ai rami di destinazione.
                                             Se trasmettono a coppie
        XA                                   disgiunte, XA= XB=
                                             BandaMAX=100 Mbps
 H5                         XB
                                          100 Mbps
100 Mbps                             H3
               H4
                                            Non ci sono collisioni
Switch                          Caso di studio:
                                1 HUB con 4 utenti omogenei ed un server
                                caso Server: quando tutti gli utenti devono
              100 Mbps          parlare con il server, full duplex
       server
                                Detto X il traffico inviato da ciascun host al
SWITCH                          server, lo switch lo ritrasmetterà al server
                         4X
                                                   Se tutti cercano di
      8Px10Base-T                                  trasmettere, X è limitato
                                       H2
                              X
                                                   dalla banda del
                                     25 Mbps collegamento al server:
          X                                        X= BandaMAX/4=25 Mbps
                X
 H5                               X
                                               25 Mbps
25 Mbps                                   H3
                    H4 25 Mbps
                                                 Non ci sono collisioni
   Esempio di calcolo di traffico
   Condizione: tutti gli utenti
                                                   alla rete
   abbiano lo stesso traffico       SWITCH         generale
                                  8Px10Base-T
             server                              printer

                                      HUB            SWITCH
     HUB 12Px10Base-T             12Px10Base-T    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 utile                                X < bandaMAX
                                                  Y < bandaMAX
                     24X                         8X < bandaMAX
                                                 24X < bandaMAX

                     8X          8X         8X




X X X X X X X X           X X X X X X X X   X X X X X X X X
 Esempio di calcolo di traffico
                                                             X < bandaMAX
      traffico totale              X = 0,4 Mbps              Y < bandaMAX
                24X                                         8X < bandaMAX
                   24X                                      16X < bandaMAX
                                                            24X < bandaMAX
                        8X            8X          8X
                  16X                 16X              8X




16X               16X        16X            16X    X                     X

X X X X X X X X              X X X X X X X X      X X X X X X X X
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.
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.
                           stanza gestori rete
                    web server


                                         router
  intranet server                  E1

                            E2                    E0
                                                                        ISP
                                   E3


  server
 interno                                          switch
                          switch

                                                                 H20

hub

                                              H11                H19

                                                           produzione


  H1                       H10
               amministrazione
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

                       web server                                            X < bandaMAX
                                          ??
                                                 E1     router               Y < bandaMAX
                                     E2
                            5,5Y
                                                            E0
                                                                 ??          2Y < bandaMAX
     intranet server
                                                  E3                        10X < bandaMAX
                                               5,5Y                         11Y < bandaMAX
                 10X+5,5Y
                                                                          10X+5,5Y < bandaMAX
server interno                     switch                                   5,5Y < bandaMAX
                       10X                            11Y
            hub                                                  switch

                                                                                     2Y




X X X X X X X X X X                              Y Y Y Y Y Y Y Y Y
  traffico utile + traffico totale
                                                                        20X < bandaMAX
                                                                        11Y < bandaMAX
                       web server                                     10X+5,5Y < bandaMAX
                                          ??
                                                 E1     router
                                     E2                     E0
                            5,5Y                                 ??
     intranet server
                                                  E3

                                               5,5Y

                 10X+5,5Y
server interno             10X     switch
                                                      11Y
            hub      20X                                         switch

                                                                                    2Y


  20X                       20X

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
traffico teorico massimo nel caso peggiore


                          web server
                                            ??
                                                  E1            router
                                       E2                           E0
                            25                                           ??
       intranet server
                                                      E3

                                                 25

                     75
  server interno           50      switch
                                                           50
              hub                                                        switch

                                                                                  18,2
               100



  5 5 5 5 5 5 5 5 5 5                             9 9 9 9 9 9 9 9 9
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
  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
Collisioni su cavo coassiale
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 half-duplex
        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

H1              H2

                                da H1 a H2
Collisioni su cavo UTP
                          COLLISIONE IN UN HUB




       da H1 a H2 e contemporaneamente da H2 a H1
Collisioni su cavo UTP
                TRASFERIMENTO CORRETTO
                         IN UNO SWITCH




 da H1 a H2
Collisioni su cavo UTP
                       TRASFERIMENTO CORRETTO
                                IN UNO SWITCH




      da H1 a H2 e contemporaneamente da H3 a H4
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 CON COLLISIONE
                                IN UNO SWITCH
                          se con dispositivi half-duplex




      da H1 a H4 e contemporaneamente da H4 a H3
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

								
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