IV. TIPI DI RETI

1. IV. TIPI DI RETI

2. INDICE • IV.1 Le infrastrutture in area locale • IV.2 Internet • IV.3 Reti mobili in area geografica

3. IV.1 Le infrastrutture in area locale Aldo Roveri, “Fondamenti di reti” Univ. di Roma “La Sapienza” - a.a. 2009-2010

4. Contenuti IV.1.1 Le LAN IV.1.2Wired LAN IV.1.3 Ethernet IV.1.4 Wireless LAN IV.1.5 LAN 802.11

5. IV.1 Le infrastrutture in area locale IV.1.1Le LAN

6. Origini delle LAN (1/2) • Le LAN (Local Area Network)sono nate in passato (nel corso degli anni 70’) per interconnettere sistemi di elaborazione delle informazioni e periferiche distribuiti in un’area geografica limitata. • Sono stati fattori trainanti per le LAN: • la diminuzione del costo delle risorse hardware; • la distribuzione delle risorse di calcolo; • le esigenze di interconnessione; • la gestione flessibile e l’agevole espandibiltà;

7. Origini delle LAN (2/2) • Sono caratteristiche di una LAN • una estensione geografica limitata (edificio, gruppo di edifici); • proprietà, amministrazione e gestione sotto il controllo di una singola organizzazione; • mezzo trasmissivo, in generale condiviso (sia su filo, che su portante radio), a capacità possibilmente elevata (molto maggiore di quella richiesta da ogni utente) e con tasso d'errore possibilmente di valore contenuto (es. < 10-10); • rete in generale senza funzionalità di commu-tazione, ma dotata di protocollo MAC.

8. Tecnologie per LAN • LAN ad alta velocità • Fast/Gbit Ethernet, FDDI, HIPPI, Fibre Channel, LAN ottiche • LAN commutate • ogni singola stazione ha un accesso dedicato • LAN virtuali • indipendenza della topologia logica da quella fisica • ATM LAN • Wireless LAN • Interfaccia radio come mezzo multi-accesso • 802.11 (WiFi), HiperLan.

9. Applicazione Presentazione Controllo del collegamento logico LLC Sessione Trasporto Controllo di accesso al mezzo MAC Rete Segnalazione di strato fisico PLS Collegamento Unità fisica di interfaccia con il mezzo Fisico Architetturastratificata di una LAN

10. 802.1 Gestione e interoperabilità 802.2 Strato LLC Strato di collegamento 802.3 CSMA/CD 802.4 Token bus 802.12 DPAM 802.5 Token Ring FDDI Token Ring 802.6 DQDB 802.11 CSMA/CA Strato fisico Bus / Albero / Stella Anello Doppio bus Senza filo Standard per LAN

11. Wired e Wireless LAN • Il mezzo di trasferimento di una LAN può utilizzare una infrastruttura su filo (Wired LAN) o su portante radio (Wireless LAN)

12. IV.1 Le infrastrutture in area locale IV.1.2Wired LAN

13. Topologie • Svariate sono le topologie logiche che sono state proposte per la realizzazione di una Wired LAN; • tra queste si citano: • il bus bidirezionale; • l’anello; • la stella.

14. Bus bidirezionale (1/2) • Tutte le stazioni sono collegate direttamente a un mezzo lineare (bus) tramite una appropriata interfaccia. • Attraverso questa interfaccia il segnale emesso da ogni stazione è trasferito sul bus in entrambe le direzioni.

15. Bus bidirezionale (2/2) S S S S S

16. Anello (1/2) • La rete è costituita da una serie di ripetitori uniti da una connessione punto-punto a formare un percorso chiuso. • Ogni stazione è collegata alla rete tramite un ripetitore. • Il segnale è trasferito da ripetitore a ripetitore in modo unidirezionale.

17. S S S S S Anello (1/2)

18. Stella (1/2) • Tutte le stazioni sono direttamente connesse ad un nodo centrale N tramite due linee punto-punto, che trasferiscono il segnale da stazione a nodo centrale e viceversa. • Il nodo centrale può operare • in modalità diffusiva (HUB) tale che la topologia logica è un bus; • come commutatore (SWITCH), tale che la connessione di due stazioni non coinvolge le altre stazioni.

19. N S S S Stella (2/2)

20. Elementi di interconnessione • Gli elementi di interconnessione tra due LAN sono utilizzati per estenderne l’area di copertura. • Tali elementi sono: • il repeater/hub; • il bridge; • il switch.

21. Ripeater/Hub (1/2) • Entrambi questi elementi svolgono funzione di rigenerazione del segnale e operano quindi solo a livello fisico. • Permettono quindi di aumentare l’area di copertura di segmenti di LAN. • Mentre un repeater è un dispositivo a due porte (una di ingresso e l’altra di uscita), un hub è multi-porte: cioè quando una stazione invia un segnale su una di queste porte, l’hub ripete il segnale su tutte le altre. • Entrambi questi elementi non delimitano il dominio di collisione dei segmenti di LAN interconnessi.

22. Topologia fisica: A Stella Topologia logica: A Bus HUB S1 S2 S3 S3 S1 S2 Ripeater/Hub (2/2)

23. Bridge (1/2) • Un bridge delimita i domini di collisione dei segmenti di LAN interconnessi, sia di tipo omogeneo che etero-geneo. • Permette di collegare tra loro più domini di collisione creando così una rete di maggiore estensione. • Opera a livello MAC e, come tale, ha il compito di “filtrare” le trame in viaggio facendo passare solo quelle dirette a un determinato dominio. • Se il bridge opera tra LAN eterogenee, deve effettuare una riformattazione delle trame.

24. BRIDGE Bridge (2/2)

25. Scopi dei bridge • Sono finalità dei bridge: • Interconnettere LAN di uguale o di diverso tipo (es., Ethernet e Token Ring). • Interconnettere LAN distanti (es. reti situate in edifici differenti). • Migliorare le prestazioni: le prestazioni di una LAN basata su hub decrescono con l’aumentare del numero di stazioni. • Aumentare l’affidabilità: la rete viene partizionata in unità in grado di funzionare in maniera autonoma. • Incrementare la sicurezza (es. controllare il traffico in uscita da una rete).

26. Funzionamento di un bridge • Un bridge posto tra due LAN A e B, che usano un diverso protocollo MAC, svolge le seguenti funzioni: • legge le trame trasmesse sulla LAN A e accetta quelle destinate ad una stazione situata sulla LAN B; • usando il protocollo MAC della LAN B, ritrasmette ciascuna trama sulla LAN B; • opera allo stesso modo per il traffico originato da B e diretto verso A.

27. Indirizzo Mac 6 bytes expressi in notazione esadecimale Primi 3 bytes: identificativo del costruttore Indirizzo Interfaccia tempo 9:32 2 74:29:9c:e8:ff:55 1 10:15 88:b2:2f:54:1a:0f ... ... ... Bridge: tabelle hash • I bridge realizzano l’operazione di “filtraggio” leggendo l’indirizzo delle trame ricevute. • Nel caso di bridge che interconnette segmenti di rete Ethernet, gli indirizzi sono scritti su tabelle del tipo: • I bridge sono in grado si creare automaticamente e dinamicamente queste tabelle.

28. Bridge: Backward Learning (1/2) • Leggendo l’indirizzo sorgente delle trame ricevute, il bridge è in grado di sapere attraverso quale interfaccia è possibile accedere alle stazioni che hanno emesso queste trame. • La tabella è aggiornata dinamicamente; gli elementi vecchi vengono periodicamente eliminati. • Quando il bridge riceve una trama: • se la LAN sorgente e la LAN destinazione sono accessibili attraverso la stessa interfaccia, la trama viene scartata; • se le LAN sono accessibili attraverso interfacce diverse, la trama viene inviata alla linea di uscita indicata nella tabella; • se la LAN destinazione è sconosciuta, viene usato il flooding.

29. Indirizzo Indirizzo Indirizzo Indirizzo Interfaccia Interfaccia Interfaccia Interfaccia BRIDGE Segmento 8 Segmento 1 Segmento 3 00-80-A1-40-9A-26 Trama in uscita 00-80-4E-0A-2A-28 00-80-A1-40-96-28 1 00-80-A1-40-96-28 BRIDGE Segmento 8 Segmento 1 Segmento 3 scarta Trama per 00-80-A1-40-96-28 1 00-80-A1-40-96-28 BRIDGE 00-80-A1-40-9A-26 1 Segmento 8 1 00-80-A1-40-96-28 Segmento 1 00-80-A1-40-9A-26 1 Trama per 00-80-4E-0A-2A-28 Segmento 3 00-0A-24-60-5D-36 8 Bridge: Backward Learning (2/2) 00-0A-24-60-5D-36

30. BRIDGE 1 BRIDGE 2 F F F Bridge: Ciclo infinito (1/2) • E’ possibile utilizzare più bridge per collegare coppie di LAN • Questa tecnica può introdurre però il problema del “ciclo infinito”

31. B1 B2 B3 L1 L2 L3 L4 LAN B4 B5 B6 B7 B8 L5 L6 L7 Bridge Radice B9 B10 Bridge non attivo B11 L9 L8 B12 Bridge: Ciclo infinito (2/2) • Soluzione al problema del ciclo “infinito”: si costruisce l’albero di attraversamento dei bridge. • Tra tutti i bridge viene selezionato un bridge “radice” e, a partire da questo, si costruisce l’albero a cammino minimo che permette di collegare tutte le LAN senza “cicli”.

32. Switch • Svolge le stesse funzioni del bridge (inoltro e filtraggio dei pacchetti). • Differenze con il bridge: • maggior numero di porte: un bridge ha generalmente 2-4 porte, uno switch può avere decine di interfacce • trasmissione full-duplex; • “cut-through switching”: non è necessario memoriz-zare completamente un pacchetto in ingresso prima di inoltrarlo sul collegamento di uscita.

33. A A 2 1 1 3 3 REPEATER/HUB BRIDGE/SWITCH 2 2 1 1 HOST HOST Interconnessione di LAN: sommario

34. Router WWW Server 100Mbit/s Internet 100Mbit/s Bridge Mail server HUB HUB HUB Realizzazione di una LAN

35. Mezzi trasmissivi • Nelle wired-LAN i mezzi trasmissivi utilizzati nel passato sono stati: • il cavo coassiale (coaxialcable); • la coppia simmetrica (twistedpair); • la fibra ottica. • Attualmente sono utilizzati solo la coppia simme-trica (doppino) e la fibra ottica

36. Cavo Coassiale • Tipicamente usato per reti a BUS • Dominante sino al '90, oggi praticamente in disuso • Buon rapporto S/N • Principali tipi: • cavo grosso (Thick-RG213) • cavo sottile (Thin-RG58)

37. Coppia Simmetrica (1/2) • Prestazioni (rapporto S/N) inferiori al cavo coassiale • Utilizzabili anche per bit rate elevati (>100 Mbit/s) su brevi distanze (~100 m) • Tipicamente usato in cavetti a 4 coppie • Basso costo e facilità di posa • Adatto a cablaggi strutturati • Enorme diffusione dal '90

38. Coppia Simmetrica (2/2) • Varianti • UTP (Unshielded): non schermato • FTP (Foiled): un solo schermo per tutto il cavetto • STP (Schielded): schermato coppia per coppia

39. Fibra Ottica (1/2) • Fibre multimodali • prestazioni inferiori; • interfacce relativamente poco costose. • Fibre monomodali • prestazioni più elevate; • interfacce più costose; • maggiori difficoltà di connettorizzazione.

40. Fibra Ottica (2/2) • Insensibilità al rumore elettromagnetico • Mancanza di emissioni • Bassa attenuazione • Banda passante teoricamente illimitata • Costo della fibra relativamente basso • Alto costo per interfacce e connettorizzazioni • Campi di impiego: • altissima velocità • ambienti con problemi di compatibilità e.m. • protezione nei confronti delle sovratensioni • lunghe distanze di interconnessione.

41. IV.1 Le infrastrutture in area locale IV.1.3Ethernet

42. Ethernet: le generazioni (1/3) • Le reti Ethernet sono state concepite e prototipate, alla metà degli anni ’70, presso i laboratori della Xeros di Palo Alto in California; uno standard “de facto”, che chiameremo “originario”, è stato definito all’inizio degli anni ‘80 dal gruppo indu-striale DIX (DEC, Intel, Xeros). • Successivamente, per iniziativa dell’IEEE, sono state definite e standardizzate, a cura del gruppo 802, quattro successive generazioni di Ethernet, ciascuna delle quali è una evoluzione del modello “originario”.

43. Ethernet: le generazioni (2/3) • Le generazioni di Ethernet sono le seguenti: • Slow Ethernet (IEEE 802.3; 1985) • Fast Ethernet (IEEE 802.3u; 1995) • Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z; 1998) • 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae; 2002) ove, tra parentesi e per ogni generazione, sono indicati il nome del relativo documento di standardizzazione e l’anno di ratifica

44. Ethernet: le generazioni (3/3) • Attualmente è in corso di completamento la standardizzazione di Ethernet 40 Gigabit e 100 Gigabit; la stesura dei relativi documenti è iniziata alla fine del 2007 e sarà prevedibilmente completata nella prima metà del 2010. • Gli standard di Ethernet definiscono • lo strato fisico • il sottostrato MAC.

45. Ethernet: mezzi trasmissivi e topologie • I mezzi trasmissivi e le topologie fisiche che nel tempo sono stati impiegati sono: • il cavo coassiale spesso (thick) con topologia a bus, utilizzato solo nella Slow Ethernet; • il cavo coassiale sottile (thin) con topologia a bus, utilizzato solo nella Slow Ethernet; • il doppino in rame (twistedpair), schermato (STP) o non schermato (UTP), con topologia a stella; • la fibra ottica, multimodo o monomodo, con topologia a stella. • Attualmente sono impiegate solo le topologie a stella con doppino o con fibra ottica.

46. Ethernet: lo strato fisico (1/7) • Compiti dello strato fisico (come d’uso per questo strato) sono • la formazione del segnale da emettere a partire dai dati in forma binaria forniti dallo strato superiore; • l’estrazione dal segnale ricevuto dei dati in forma binaria da consegnare allo strato superiore. • In tutte le generazioni di Ethernet il segnale emesso o ricevuto è stato, e lo è tuttora, numerico in banda base e deve avere caratteristiche adattate al mezzo trasmissivo su cui il segnale viene trasferito.

47. Ethernet: lo strato fisico (2/7) • Elemento chiave nella generazione del segnale emesso e ricevuto è una codifica di linea, attuata tramite una codifica di base (ad es. dei tipi Manchester o NRZ) e/o una codifica a blocchi del tipo mB/nB (m < n).

48. Ethernet: lo strato fisico (3/7) • Gli scopi di queste codifiche sono quelli usuali e in particolare: • la formazione di uno spettro di densità di potenza adatto al mezzo trasmissivo; • la facilitazione dell’estrazione in ricezione del sincrosegnale utilizzato in trasmissione; • la realizzazione di ridondanze tali da consentire la rivelazione di errori a livello di segnale (in aggiunta a quella prevista negli strati superiori).

49. Ethernet: lo strato fisico (4/7) • Ogni unità rice-trasmittente comprende due canali: uno di emissione e uno di ricezione, che possono operare alternativamente o congiuntamente. • Il primo caso (operatività alternativa o half-duplex) è quello attuato quando il mezzo di trasferimento è condiviso fra tutte le stazioni facenti capo alla rete; cioè ogni stazione può emettere o ricevere, ma non può svolgere queste funzioni contempora-neamente.

50. Ethernet: lo strato fisico (5/7) • Il secondo caso (operatività congiunta o full-duplex) è invece attuato quando ogni stazione può utilizzare contemporaneamente i due canali di emissione e di ricezione; ciò può verificarsi in un trasferimento da una stazione a un commutatore e viceversa ovvero, più in generale, in un collegamento punto-punto. • Lo strato fisico presenta, per ogni generazione di rete e per ogni tipo di mezzo trasmissivo impiegato, una varietà di alternative.