FORTIC 2 Moduli 5 e 6 Conoscenze fondamentali

FORTIC 2 Moduli 5 e 6: Conoscenze fondamentali sulle reti Hardware di rete SECONDA PARTE – reti LAN - Maggio ‘ 06 Alessandro Memo

Indice 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Media Transceiver Repeater Hub Bridge Switch Router 8. Dominio di collisione 9. Dominio di broadcast 10. Traffico di rete • punto/-punto • client/server 11. Analisi di una rete

Media Cavi in rame n n cavo coassiale doppino ritorto Fibre ottiche n n multimodale monomodale Wireless n n infrarossi radiofrequenza

Cavo coassiale (1) Caratteristiche fisiche: un conduttore centrale in rame l uno strato di isolante l una griglia, o un sottile foglio, metallica l un secondo strato di isolante per il rivestimento esterno l connettore BNC

Cavo coassiale (2) sottile (Thinnet o Cheapernet) n 10 BASE-2: semplice da installare, diametro 0, 35 cm, datato, problemi di gestione Grosso (Thicknet) : n 10 BASE-5: difficile da installare, costoso, poco usato, maggiore distanza

STP Shielded twisted pair cancellazione shielded twisted pair 150 ohm riduzione disturbi (1) 2 coppie di fili rivestiti, colorati e attorcigliati schermo griglia rivestimento metallica plastico

Sc. TP Screened UTP (1) coppia rivestimento schermatura attorcigliata plastico esterna isolante colorato minore isolamento maggiore flessibilità 100 ohm

UTP Unshielded Twisted Pair rivestimento plastico coppia attorcigliata isolante colorato

Spettro onde elettromagnetiche [Hz] audio lunghezza d’onda [m] onde radio micro onde infra rossi LUCE 101 103 105 107 109 101 101 101 102 100 102 104 106 108 1011 1013 1015 1017 1019 1021 1023 102 0 2 4 6 8 0 2 4 frequen za ultra ragg violetti i X raggi gamma 107 105 103 101 10 - 10 -13 10 -15 11 108 106 104 102 1001 10 -3 10 -5 10 -7 10 -9 10 -10 10 -12 102 4 6 8 lunghezza_d’onda = c / frequenza c = velocità_della_luce = 299, 792, 458 m/sec 14

Spettro onde elettromagnetiche 1550 nm 1310 nm 850 nm 700 400 INFRAROSSI finestre di trasmissione utilizzate nelle fibre ottiche

Fenomeni fisici 1: raggio incidente 2: raggio riflesso 3: raggio rifratto aria sen 3 = naria nvetro naria vetro normale sen 1 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° quindi riflessione e rifrazione 1: < 1 C 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) pilotate a LED nucleo centrale da 50 – 62, 5 micron rivestimento plasticovetroso 50 nucleo 62. 5 riempimento vetroso 125 grande dispersione e perdita di segnale distanze massime di circa 2 Km

Modi di attraversamento monomodale multimodale step-index light run faster core lower n high n lower n multimodale graded-index

I connettori delle fibre

Standard Ethernet Media Max length Topolo gy Connect or 10 BASE 2 50 ohm coaxial Thinnet 185 m Bus BNC 10 BASE 5 50 ohm coaxial Thiknet 500 m Bus AUI 10 BASE-T UTP class 3, 4, 5 two pair 100 m Star RJ-45 100 BASE-TX UTP class 5 two pair 100 m Star RJ-45 100 BASE-FX 62, 5/125 multimode fiber 400 m Star 100 BASE-CX STP 25 m Star RJ-45 1000 BASE-T UTP class 5 four pair 100 Star RJ-45

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

Esempio di cablaggio strutturato TC = Telecom. Closet (armadio di distribuzione)

canalizzazione di dorsale canalizzazione orizzontale armadio dei dispositivi di piano entrata antenna locale RETE canala passacavi armadio di distribuzio ne canalizzazion e 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 m 90 cablaggio dell’area di lavoro 3 m 6 m distribuzione interconnessione con il cablaggio verticale

Simbologia dei dispositivi la rete, commutazione ed instradamento modem x. DSL 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 x. DSL 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 telefonica doppino in rame Local Loop utente Banda non utilizzata Banda audio

x. DSL Telefono centrale telefonica Filtro Local Loop (splitter) ADSL 1001101 Banda ADSL 4 KH Bandaz audio 26 140 KH KH z Banda z emissione 1. 1 MH Banda z trasmissione Modem

Standard ADSL banda in standard a emissio audio ne ADSL 0 -26 KByte banda in ricezione down up strea m m 26 -140 KByte 0, 14 -1, 1 MByte 0, 8 Mbps 0, 14 -1, 1 MByte codifica, modulazione, framing 1 Mbps 12 Mbps 0, 14 -1, 1 + 1, 1 -2, 2 1 MByte raddoppio di Mbps banda 24 Mbps ADSL 2 0 -26 KByte 26 -140 KByte ADSL 2+ 0 -26 KByte 26 -140 KByte

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 l Hub equivalente a Multiport Repeater l standard tipici: 10/1000 BASET l topologia logica a bus, fisica a stella l ne esistono di 3 tipi: –passivi (? ) –attivi –intelligenti (smart)

Hub

Hub e le collisioni

Hub e le collisioni l si verifica una collisione quando due o più HUB inviano dati contemporaneamente. l tutti i dispositivi di rete connessi allo stesso segmento di rete appartengono al medesimo domino di collisione. l un hub permette di effettuare una topologia logica a bus su di una topologia fisica a stella.

Hub ed il traffico H 1 HUB 8 Px 100 Base-T X R XT XR H 5 100 Mbps H 4 Caso di studio: 1 HUB con 5 utenti omogenei Single case: quando un solo utente deve trasmettere Detto XT il traffico inviato da H 5, ritrasmetterà in tutti l’Hub. H 2 gli altri rami lo stesso X traffico. Se trasmette R solo H 5, XT=XB=Banda. MAX = X =100 Mbps distinguere R H 3 traffico utile e traffico

Hub ed il traffico Caso di studio: H 1 1 HUB con 5 utenti omogenei Worst case: quando tutti gli utenti HUB devono trasmettere, full duplex 8 Px 100 Base-T 4 XR Detto XT il traffico inviato da XT ciascun host, l’Hub ritrasmetterà in H 2 4 XR tutti gli altri rami lo XT XT 20 Mbps stesso traffico. Quindi in ogni ramo avremo 4 XR 20 Mbps XT+4 XB=Banda. MAX => 4 XR XT XT XT= Banda. MAX/5=20 H 5 4 X Mbps H 3 H 4 20 Mbps R Si trascurano le collisioni 20 Mbps

Hub ed il traffico Caso di studio: 1 HUB con 4 utenti omogenei ed un 50 Mbps server serv Worst case: quando tutti gli utenti er devono parlare con il server, full HUB duplex 8 XR 8 Px 100 Base-T 4 X l’Hub ritrasmetterà in Detto. H 2 T il traffico inviato da ciascun X tutti gli altri rami lo T 8 XR host al server, XT stesso traffico. Quindi XT 12. 5 in ogni ramo avremo Mbps X +4 X =Banda 20 Mbps 8 XR T B MAX => 12. 5 8 XR XT XT Mbps XT= Banda. MAX/5=20 H 5 Mbps 8 XR H 3 12. 5 H 4 Si trascurano le Mbps 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. 11. 11. 11 Ethernet 1 00. 22. 22. 22 Ethernet 1 00. 11. 11. 11 Ethernet 2 00. 11. 22. 22 Ethernet 2

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 H 1 serv er SWITCH 8 Px 10 Base -T XA H 5 100 Mbps H 4 Caso di studio: 1 SWITCH con 5 utenti omogenei caso singolo: quando un solo utente deve trasmettere (da H 5 a H 2) lo ritrasmetterà solo Detto. H 2 T il traffico inviato da H 5, lo X al ramo di Switch X A destinazione. Se trasmette solo H 5, XA=Banda. MAX=100 Mbps traffico utile H 3 = traffico totale

Switch H 1 SWITCH 8 Px 10 Base -T XA H 5 100 Mbps H 4 XB Caso di studio: 1 SWITCH con 5 utenti omogenei caso doppio: quando due utenti devono trasmettere (da H 5 a H 2 e da H 3 a H 1) lo Switch li da H 5 e Detto. H 2 T il traffico inviato dirotterà X solo ai rami di da X H 3, A destinazione. Se trasmettono a coppie disgiunte, XA= XB Banda. MAX=100 Mbps 100 H 3 Mbps Non ci sono collisioni

Switch Caso di studio: 1 HUB con 4 utenti omogenei ed un server 100 caso Server: quando tutti gli utenti serv Mbps devono parlare con il server, full er duplex SWITCH 4 Se inviato da ciascun Detto X il traffico tutti cercano di 8 Px 10 Base X host al server, trasmettere, X è lo switch lo H 2 -T limitato dalla banda X ritrasmetterà al server 25 Mbps del collegamento al X server: X= Banda. MAX/4=25 X X Mbps H 5 25 Mbps H 3 25 Mbps H 4 25 Mbps Non ci sono collisioni

Esempio di calcolo di traffico Condizione: tutti gli utenti abbiano lo stesso traffico serve r 8 Px 10 Base-T HUB 12 Px 10 Base-T UFFICIO 1 utente SWITCH 12 Px 10 Bas e-T UFFICIO 2 utente 8 utente 9 utente alla rete generale print er SWITCH 12 Px 10 Base-T UFFICIO 3 utente

Esempio di calcolo di traffico utile X < banda. MAX Y < banda. MAX 8 X < banda. MAX 24 X 8 X X X X X 8 X X X X X

Esempio di calcolo di traffico X < banda. MAX Y < banda. MAX 8 X < banda. MAX 16 X < banda. MAX 24 X < banda. MAX X = 0, 4 Mbps traffico totale 24 X 16 X 16 X X X X X 8 X 8 X 16 X X X X X 8 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 (H 1 -H 10) il cui traffico è prevalentemente di tipo utente-servente, che fanno capo al “server interno”, mentre le 10 postazioni del reparto “produzione” (H 11 -H 20) 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 (H 20) 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 E 1 E 2 E 0 ISP E 3 server interno switch H 20 hub H 11 H 19 produzione H 10 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 H 10) Y = flusso di dati gestito da un generico utente “produzione” della rete LAN 3 (da H 11 a H 20)

traffico utile web server intranet server 5, 5 Y ? ? router E 1 E 2 E 0 ? ? E 3 5, 5 Y 10 X+5, 5 Y server interno 10 X hub switch 11 Y switch X < banda. MAX Y < banda. MAX 2 Y < banda. MAX 10 X < banda. MAX 11 Y < banda. MAX 10 X+5, 5 Y < banda. MAX 2 Y X X X X X Y Y Y Y Y

traffico utile + traffico totale web server intranet server 5, 5 Y ? ? 20 X < banda. MAX 11 Y < banda. MAX 10 X+5, 5 Y < banda. MAX router E 1 E 2 E 0 ? ? E 3 5, 5 Y 10 X+5, 5 Y server interno 10 X 20 X hub switch 11 Y switch 2 Y 20 X X X Y Y Y Y Y

LAN 0 e LAN 1: il loro traffico dipende solo dagli utenti che navigano sul sito web, e quindi sono limitati solo dal traffico esterno. La rete LAN 3, che fa a capo alla porta E 3 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 LAN 2 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 intranet server 25 ? ? router E 1 E 2 E 0 ? ? E 3 25 75 server interno 50 hub switch 50 switch 18, 2 100 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9

Appendice: Le collisioni collisione singola n prima collide e poi si trasferisce regolarmente collisione multipla n la stessa trama collide ripetutamente collisione locale n all’interno dello stesso segmento collisione remota n generata in un altro segmento collisione ritardata n 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 H 1 H 2 da H 1 a H 2

Collisioni su cavo UTP COLLISIONE IN UN HUB da H 1 a H 2 e contemporaneamente da H 2 a H 1

Collisioni su cavo UTP TRASFERIMENTO CORRETTO IN UNO SWITCH da H 1 a H 2

Collisioni su cavo UTP TRASFERIMENTO CORRETTO IN UNO SWITCH da H 1 a H 2 e contemporaneamente da H 3 a H 4

Collisioni su cavo UTP TRASFERIMENTO CORRETTO IN UNO SWITCH se in presenza di buffer adeguato da H 1 a H 4 e contemporaneamente da H 3 a H 4

Collisioni su cavo UTP TRASFERIMENTO CON COLLISIONE IN UNO SWITCH se con dispositivi half-duplex da H 1 a H 4 e contemporaneamente da H 4 a H 3

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