Informatica 3
V anno
Topologie e dimensioni di rete
Le topologie di rete
Con topologia di rete ci si riferisce alla configurazione logica dei collegamenti
tra le varie stazioni (generalmente le varie componenti) della rete.
La scelta della topologia è FONDAMENTALE nel processo di progettazione
della rete.
La topologia definisce, infatti, dimensione e configurazione geometrica di
una rete, con particolare riferimento a:
- massimo numero di stazioni collegabili
- numero di linee di interconnessione
- lunghezza totale del cavo
Dagli obiettivi alla scelta
La scelta della topologia è legata al conseguimento di specifici obiettivi, quali:
- assicurare l’affidabilità complessiva della rete.
Con affidabilità ci si può riferire a diversi aspetti come avere una rete fault
tolerance, una buona qualità di trasmissione. L’affidabilità è demandata a
software di gestione della rete (Network Management).
- assicurare alto rendimento alla rete intendendo assicurare tempi di risposta
accettabili
- valutare i costi iniziali, di comunicazione e di mantenimento al fine di
perseguire un obiettivo di minimizzazione globale.
Panoramica sulle topologie di rete
Una rete può essere configurata con:
- topologia a stella
- topologia ad anello (ring)
- topologia a dorsale (o a bus)
- topologia gerarchica (o ad albero)
- topologia a maglia
Topologia a stella
La topologia a stella è una configurazione in cui TUTTE le stazioni sono
collegate a una stazione centrale detta centro stella, tramite connessioni
punto-a-punto.
Il numero di canali è pari
al numero di terminali
che compongono la rete.
Si opta per una topologia a stella
quando si vuole mantenere
un controllo centrale di tutte
le connessioni tra coppie
di interlocutori.
Vantaggi topologia a stella
La topologia a stella presenta numerosi vantaggi:
- facilità di controllo: derivata dal controllo centralizzato. Questa
impostazione permette di aggiungere o togliere stazioni in qualsiasi
momento, senza interrompere il collegamento delle altre.
Eventuali stazioni guaste sono isolate automaticamente.
- alte prestazioni: essendo basata su collegamenti di tipo punto-apunto, non esiste il problema della contesa
- il blocco di una stazione (che non sia il centro stella) non pregiudica
il funzionamento della rete.
L’affidabilità della rete dipende dal corretto funzionamento del centro
stella. Il blocco del componente centrale compromette il funzionamento
dell’intera rete (single point of failure).
Topologia ad anello
Nella topologia ad anello (ring) tutte le stazioni sono collegate in
una particolare configurazione circolare e chiusa, all’interno della
quale le stazioni sono collegate tra loro mediante connessioni
punto-a-punto.
Il numero dei canali è
pari al numero di stazioni.
La trasmissione è in un
unico senso.
Funzionamento topologia ad anello
In una rete con topologia ad anello, quando una stazione
trasmette informazioni, queste arrivano alla stazione successiva,
che le trattiene se sono indirizzate a essa, oppure le trasmette, le
rigenera e le ritrasmette alla stazione successiva, se il messaggio
contiene un indirizzo diverso dal proprio.
Svantaggi topologia ad anello
A causa della rigenerazione del segnale, l’anello può essere
anche molto ampio. I limiti di estensione riguardano la distanza
massima tra le singole stazioni.
Gli svantaggi fondamentali di questa topologia sono:
- fault tolerance inesistente, ossia affidabilità del sistema è
molto critica. Il malfunzionamento di un singolo processore o di
una linea provoca l’interruzione dell’intera linea.
- l’inserimento di una nuova stazione provoca l’interruzione del
funzionamento dell’intera rete.
Soluzione agli svantaggi del ring
Fault tolerance inesistente e interruzione del funzionamento
dell’intera rete in caso di inserimento di una nuova stazione, i due
svantaggi maggiori della topologia ad anello, possono essere annullati:
- inserendo un centro di commutazione (relay o MAU)
- connettere le stazioni con un doppio cavo
Centro di commutazione (ring)
L’inserimento all’interno dell’anello un centro di commutazione (relay o
MAU) al quale vengono connesse tutte le stazioni rende la topologia ad
anello solo a livello teorico, mentre dal punto di vista fisico rispecchia la
topologia a stella.
Collegamento con doppio cavo (ring)
Connettendo le singole stazioni con un doppio cavo monodirezionale su cui i
messaggi viaggiano in senso opposto, permette di annullare il problema
dell’affidabilità.
Di questi cavi, uno è utilizzato per la trasmissione mentre il secondo è “di riserva”.
Nel caso in cui una stazione non funzionasse o si disconnettesse, i due cavi
verrebbero immediatamente congiunti all’interno della stessa stazione,
ricostruendo l’anello logico.
In caso di guasto…
Topologia a dorsale (o a bus)
La topologia a dorsale (o a bus) è caratterizzata dalla presenza di un unico cavo
a cui sono collegate tutte le stazioni.
Quando una stazione trasmette un messaggio, questo viene ricevuto da tutte le
altre, siamo pertanto in presenza di una rete broadcast.
Dalla figura si può notare la presenza, alle estremità del canale trasmissivo, di
due adattatori di impedenza che impediscono la riflessione del segnale.
Vantaggi topologia a dorsale
La topologia a dorsale è molto utilizzata perché permette di realizzare reti
semplicemente e con costi contenuti.
Il vantaggio fondamentale della topologia a dorsale risiede nel software
per l’accesso al canale, il quale è indubbiamente molto semplice.
A differenza della topologia ad anello, nella topologia a dorsale la
stazione che riceve un messaggio a lei non destinato NON deve
ritrasmetterlo al nodo più vicino, proprio perché i messaggi vengono
ricevuti da tutte le stazioni della rete.
Svantaggi topologia a dorsale
I principali inconvenienti riscontrabili nella topologia a dorsale sono dovuti
essenzialmente alla presenza di un unico cavo condiviso da tutte le
stazioni:
- le prestazioni possono peggiorare in caso il carico trasmissivo delle
varie stazioni aumenti
- l’interruzione del cavo provoca il blocco totale della rete
- la mancanza di punti di concentrazione rende difficoltosa
l’individuazione del segmento del cablaggio interrotto
- è una topologia senza fault tolerance
Topologia gerarchica
La topologia gerarchia (o ad albero) prevede, come dice il nome, una
disposizione gerarchica delle stazioni.
Funzionamento topologia gerarchica
Il collegamento tra stazioni poste sullo stesso livello NON è diretto ma
passa attraverso il livello superiore.
Il traffico dei dati viaggia dalle stazioni di livello più basso verso quelle
intermedie o verso quella posta a livello più alto che rappresenta il centro
di smistamento delle richieste di trasmissione di tutta la rete.
Il centro di smistamento può anche essere costituito dalla postazione a
livello più alto e da alcune di livello immediatamente più basso che
cooperano nelle gestione delle specifiche sottoreti.
Svantaggi topologia gerarchica
La topologia gerarchica presenta i seguenti inconvenienti:
- la stazione principale, se sovraccaricata, può diventare un collo di
bottiglia per l’intera rete, provocando un inevitabile rallentamento.
- in caso di guasto di una stazione intermedia, il blocco interessa il ramo
discendente
- assenza di fault tolerance.
L’assenza di fault tolerance è superata tramite appositi sistemi di backup
per cui alcune stazioni della rete si rendono in grado di svolgere le stesse
funzioni del sistema principale nel momento in cui il guasto interessi
proprio il nodo a livello più alto.
Topologia a maglia
La topologia a maglia presenta sia
connessioni punto-a-punto sia
multipunto, sulla base di esigenze
specifiche e senza seguire uno
schema preciso.
Possiamo avere:
- rete a maglia completamente
connessa, in cui tutte le stazioni
sono direttamente connesse con le
altre
- rete a maglia parzialmente
connessa: in caso i collegamenti di
ogni stazione NON siano indirizzati
a tutte le altre stazioni presenti
sulla rete.
Vantaggi e svantaggi topologia a maglia
I vantaggi della topologia a maglia sono da ricercare in:
- buone prestazioni
- elevata affidabilità
L’unico inconveniente è rappresentato da costi di implementazione
elevati, che aumentano al crescere del numero delle stazioni collegate.
La topologia a maglia è utilizzata soprattutto con reti di dimensioni
ridotte in cui è necessario garantire un elevato grado di affidabilità.
Le dimensioni… contano!
Dopo aver analizzato le varie topologie con cui implementare una rete,
passiamo a differenziare le reti in base alla loro estensione e dimensione.
La prima grande distinzione attuabile analizzando l’aspetto “dimensioni” è
rappresentata dalla suddivisione nelle due grandi categorie:
- reti locali LAN (Local Area Network)
- reti geografiche WAN (Wide Area Network)
Reti LAN (1)
Le caratteristiche generali delle LAN sono:
- dimensione: non molto estesa (pochi chilometri)
- buona velocità di trasmissione
- buon livello di controllo e gestione dei livelli di sicurezza
- canali privati: sono reti possedute da organizzazioni e non escono dal loro ambito
di area riservata
- costi ridotti per le linee e fondi trasferibili
sulle apparecchiature
- tecnologia trasmissiva: sono tipicamente
reti broadcast
- topologia, in ordine di utilizzo,
abbiamo: reti LAN a stella, LAN ad anello,
LAN a dorsale.
Reti LAN (2)
Altri aspetti che caratterizzano le reti LAN sono:
- utilizzate per condividere dati e programmi nell’ambito di un’attività
aziendale
- Con HSLN (High Speed Local area Network) si indicano LAN veloci e
utilizzate in spazi ristretti per scopi specifici
- possono essere collegate tra loro, dando vita a reti dette dipartimentali
- utilizzano tecnologia Ethernet
- presentano un’alta affidabilità e, quindi, basso tasso di errore.
Reti WAN
Una rete WAN è tipicamente costituita da due componenti distinte:
- un insieme di host sui quali girano i programmi usati dagli utenti
- una subnet che connette gli host fra loro e ha il compito di trasportare
messaggi da un host all’altro.
La subnet è composta da un insieme di linee di trasmissione e da alcuni
elementi di commutazione (router),
utilizzati per connettere fra loro
due o più linee di trasmissione
e necessari per scegliere
una linea in uscita dalla quale
instradare i dati provenienti
su un’altra.
Spesso le reti WAN sono
utilizzate per connettere
più reti LAN.
Il router
A questo punto risulta importante comprendere cosa sia un router.
Un router è un dispositivo sul quale viene eseguito un particolare programma,
per esaminare ogni intestazione dei pacchetti di dati in arrivo (ovvero la parte del
pacchetto che specifica chi lo ha
inviato e dove deve andare),
per poi inviare questi pacchetti
alla corretta LAN collegata.
Riassumendo, è un dispositivo
rer l’instradamento di pacchetti
di dati
Caratteristiche reti WAN
Le reti WAN presentano le seguenti caratteristiche generali:
- dimensione: estese con distanze di centinaia di chilometri
- numero di terminali molto elevato
- topologia: si privilegia la topologia a maglia con configurazione di
collegamenti molto complessa.
- tecnologia trasmissiva: utilizzano le linee esistenti di notevole
estensione che operano a basse velocità e con alto tasso di errore
Satellite of WAN
Una WAN, oltre ai classici canali trasmissivi può servirsi di satelliti e ponti
radio.
Questo tipo di reti è detto
GNA (Global Area Network).
La presenza dei satelliti impone
l’utilizzo di router terrestri
per l’instradamento dei segnali.
Trasmissione e ricezione nelle GAN
Le funzioni di trasmissione/ricezione nelle reti GAN avverranno con
modalità diverse in base all’applicazione utilizzata.
Nel caso di satelliti la trasmissione è generalmente broadcast.
Punto-a-punto quando un router, in fase di trasmissione al satellite, NON
sia sentito da quelli vicini.
Nel caso di ponti radio la trasmissione è SEMPRE broadcast.
Reti MAN
Una via di mezzo tra le LAN e le WAN è costituita dalle reti metropolitane
(MAN, Metropolitan Area Network) che rappresentano un’estensione
tipicamente urbana delle LAN (decine di chilometri quadrati).
Sono reti diffusamente pubbliche che sono messe a disposizione
dall’azienda proprietaria previo pagamento di una opportuna tariffa.
Attualmente alle MAN si preferiscono le WAN.