FORTIC2
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


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
cancellazione
shielded
twisted pair
150 ohm
riduzione
disturbi
(1)
2 coppie di fili
rivestiti, colorati e
attorcigliati
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
rivestimento
plastico
coppia
attorcigliata
isolante
colorato
Spettro onde elettromagnetiche
102
103
104
105
106
107
108
[Hz]
onde radio
audio
109
1011 1013 1015 1017 1019 1021 1023
1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024
micro
onde
infra
rossi
LUCE
100
frequenza
101
ultra raggi
violetti
X
raggi
gamma
lunghezza
d’onda
[m]
108
107
106
105
104
103
102
101
10-1 10-3 10-5 10-7 10-9 10-11 10-13 10-15
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
2: raggio riflesso
3: raggio rifratto
aria
naria
vetro
nvetro
normale
sen 1
sen 3
naria
=
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
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
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
?
Topology Connector
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
canalizzazione orizzontale
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
cablaggio orizzontale
armadio di
distribuzione
90 m
cablaggio
dell’area
di lavoro
6m
distribuzione
interconnessione con
il cablaggio verticale
3m
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
telefonica
doppino in rame
Local Loop
utente
Banda non
utilizzata
Banda audio
xDSL
Telefono
centrale
telefonica
Filtro
(splitter)
Local Loop
ADSL
1001101
Modem
Banda
ADSL
4
KHz
Banda
audio
26
KHz
140
KHz
Banda
emissione
1.1
MHz
Banda
trasmissione
Standard ADSL
standard
banda banda in
audio emissione
banda in
ricezione
down
up
stream stream
ADSL
0-26
KByte
26-140
KByte
0,14-1,1 MByte
0,8
Mbps
8
Mbps
ADSL 2
0-26
KByte
26-140
KByte
0,14-1,1 MByte
codifica, modulazione,
framing
1
Mbps
12
Mbps
ADSL 2+
0-26
KByte
26-140
KByte
0,14-1,1 + 1,1-2,2 MByte
raddoppio di banda
1
Mbps
24
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
H1
HUB
8Px100Base-T
XT
XR
H5
100 Mbps
H4
XR
Caso di studio:
1 HUB con 5 utenti omogenei
Single case: quando un solo utente deve
trasmettere
Detto XT il traffico inviato da H5, l’Hub.
ritrasmetterà in tutti gli
H2
altri rami lo stesso
XR
traffico. Se trasmette solo
H5, XT=XB=BandaMAX =
=100 Mbps
XR
distinguere tra
H3
traffico utile e
traffico totale
Hub ed il traffico
20 Mbps
H1
HUB
8Px100Base-T 4XR
XT
XT
20 Mbps
H5
4XR
XT
4XR
Caso di studio:
1 HUB con 5 utenti omogenei
Worst case: quando tutti gli utenti devono
trasmettere, full duplex
Detto XT il traffico inviato da ciascun host,
l’Hub ritrasmetterà in tutti
H2
4XR
gli altri rami lo stesso
XT
20 Mbps traffico. Quindi in ogni
ramo avremo
20 Mbps XT+4XB=BandaMAX =>
4XR
XT
XT= BandaMAX/5=20 Mbps
H4 20 Mbps
H3
Si trascurano le collisioni
Hub ed il traffico
Caso di studio:
1 HUB con 4 utenti omogenei ed un server
50 Mbps
Worst case: quando tutti gli utenti devono
server
parlare con il server, full duplex
Detto XT il traffico inviato da ciascun host al
HUB
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
12.5 Mbps XT+4XB=BandaMAX =>
8XR
XT
XT= BandaMAX/5=20 Mbps
XT
H5
8XR
H4 12.5 Mbps
H3
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
H1
server
SWITCH
8Px10Base-T
XA
Caso di studio:
1 SWITCH con 5 utenti omogenei
caso singolo: quando un solo utente
deve trasmettere (da H5 a H2)
Detto XT il traffico inviato da H5, lo Switch
lo ritrasmetterà solo al
H2
ramo di destinazione. Se
XA
trasmette solo H5,
XA=BandaMAX=100 Mbps
H5
100 Mbps
H4
H3
traffico utile
=
traffico totale
Switch
H1
SWITCH
8Px10Base-T
XA
XB
H5
100 Mbps
XB
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 XT il traffico inviato da H5 e da H3,
lo Switch li dirotterà solo
H2
ai rami di destinazione.
XA
Se trasmettono a coppie
disgiunte, XA= XB=
BandaMAX=100 Mbps
H4
H3
100 Mbps
Non ci sono collisioni
Switch
100 Mbps
server
SWITCH
8Px10Base-T
X
4X
Caso di studio:
1 HUB con 4 utenti omogenei ed un server
caso Server: quando tutti gli utenti devono
parlare con il server, full duplex
Detto X il traffico inviato da ciascun host al
server, lo switch lo ritrasmetterà al server
Se tutti cercano di
trasmettere, X è limitato
H2
dalla banda del
X
25 Mbps collegamento al server:
X= BandaMAX/4=25 Mbps
X
X
H5
25 Mbps
H4 25 Mbps
H3
25 Mbps
Non ci sono collisioni
Esempio di calcolo di traffico
Condizione: tutti gli utenti
abbiano lo stesso traffico
server
HUB 12Px10Base-T
UFFICIO 1
utente 1
SWITCH
8Px10Base-T
HUB
alla rete
generale
printer
SWITCH
12Px10Base-T
12Px10Base-T
UFFICIO 2
UFFICIO 3
utente 8 utente 9 utente 16 utente 17
utente 24
Esempio di calcolo di traffico
traffico utile
X < bandaMAX
Y < bandaMAX
8X < bandaMAX
24X < bandaMAX
24X
8X
X X X X X X X X
8X
X X X X X X X X
8X
X X X X X X X X
Esempio di calcolo di traffico
X < bandaMAX
Y < bandaMAX
8X < bandaMAX
16X < bandaMAX
24X < bandaMAX
X = 0,4 Mbps
traffico totale
24X
24X
16X
16X
16X
X X X X X X X X
8X
8X
16X
16X
8X
16X
X X X X X X X X
X
8X
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
??
router
E1
5,5Y
E2
intranet server
E0
??
E3
5,5Y
10X+5,5Y
server interno
hub
10X
switch
11Y
X < bandaMAX
Y < bandaMAX
2Y < bandaMAX
10X < bandaMAX
11Y < bandaMAX
10X+5,5Y < bandaMAX
5,5Y < bandaMAX
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
web server
20X < bandaMAX
11Y < bandaMAX
10X+5,5Y < bandaMAX
??
router
E1
5,5Y
E2
intranet server
E0
??
E3
5,5Y
10X+5,5Y
server interno
hub
20X
10X
switch
11Y
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
??
router
E1
25
E2
E0
intranet server
??
E3
25
75
server interno
50
hub
switch
50
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