reti di calcolatori e applicazioni...
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RETI DI CALCOLATORIE APPLICAZIONI TELEMATICHE
Prof. PIER LUCA MONTESSORO
Facoltà di IngegneriaUniversità degli Studi di Udine
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Nota di Copyright
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Lezione 21
Gli switch di livello 2
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Lezione 21: indice degli argomenti
• Introduzione agli switch di livello 2• Switch Ethernet• Esempi di impiego degli switch di livello 2
• Collegamenti LAN full-duplex• Virtual LAN
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Gli switch di livello 2
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Gli switch di livello 2
• Sono i primi nati, inizialmente soltantoEthernet
• Sono bridge multiporta ad alteprestazioni con funzionalità di inoltro deipacchetti realizzate in hardware
• Utilizzati al posto dei repeater e deibridge
• La velocità interna è molto superiore aquella della singola porta• più trasmissioni in contemporanea
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Architettura di un bridge
filteringdatabase
BridgeProcessing
Porta 2
CPU general purpose
memoria RAM
Porta 1
LAN 2
LAN 1
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Architettura di uno switch
matricedi
commutazione
CPU + RAM
LANinterface
card LAN n
LANinterface
cardLAN 1
LANinterface
cardLAN 2
ASIClocal
forwardingtable
filteringdatabase
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Switch ATM
• Attenzione: i commutatori di celle di ATMsi chiamano switch
• Sono sostanzialmente differenti dagliswitch delle reti locali
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Inoltro dei pacchetti Ethernet
• Store-and-forward• il pacchetto viene ricevuto interamente e
poi ritrasmesso
• meccanismo utilizzato dai bridge eprevisto dallo standard IEEE 802.1D
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Inoltro dei pacchetti Ethernet
• “Cut through” o “on-the-fly switching”• la decisione di inoltro viene presa durante
il transito del pacchetto nello switch (nonappena viene letto il campo DSAP)
• il pacchetto viene inoltrato mentre staancora arrivando
• Fragment free:• prima di iniziare a ritrasmettere il
pacchetto si aspetta comunque un tempopari alla collision window
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Cut-through Switching
• I tempi di latenza sono molto bassi(10÷60 µs)
• Non funziona se:• sono presenti porte con MAC o velocità
differente
• la porta di destinazione è occupata
• il pacchetto è broadcast o multicast
• In questi casi: store-and-forward• Per pacchetti corti il vantaggio è minimo
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Impiego degli switch
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Applicazioni peer-to-peer
• Flussi di traffico prevalentemente tracoppie di stazioni disgiunte
switch
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Applicazioni peer-to-peer
• Flussi di traffico prevalentemente tracoppie di stazioni disgiunte
in questo casolo switch opera inmodalitàstore-and forward
switch
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Applicazioni client-server
• Normalmente si impiegano switch conconnessioni a velocità diverse
10 Mb/s
100 Mb/sswitch
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Dorsali
10 Mb/s
dorsale a100 Mb/s
switch
10 Mb/s
switch
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Impiego nelle dorsali
• La topologia stellare del cablaggiostrutturato porta al concetto di “collapsedbackbone”
dorsale Ethernet 10BASE-5
switch
collapsed backbone
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Esempio
switch (centro stella di edificio)
HUB o switch(centro stella
di piano) 10 Mb/s
10 o 100 Mb/s
10 Mb/s
10 Mb/s
HUB o switch(centro stella
di piano)
HUB o switch(centro stella
di piano)
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Fault tolerance
switch (centro stella di edificio)
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Ethernet full-duplex
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Switch e protocolli MAC
• I protocolli MAC sono half-duplex:trasmette una sola stazione alla volta
• Lo switching ridimensiona il ruolo delmezzo fisico condiviso e quindi deiprotocolli MAC
• Spesso il mezzo trasmissivo diventapunto-punto• switch-switch
• switch-stazione
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Switch e protocolli MAC
• I mezzi trasmissivi punto-punto possonoessere full-duplex:• entrambe le stazioni possono trasmettere
contemporaneamente
• le trasmissioni avvengono su canali fisicidiversi
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Ethernet full-duplex
• Normalmente utilizzata per le dorsali:• Necessita di particolari transceiver in cui
si disabilita il protocollo MAC e non vienerilevata la collisione
• La distanza tra due stazioni full-duplexdipende solo dalle caratteristiche delmezzo trasmissivo
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 25
Virtual LAN
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Virtual LAN (VLAN)
• Sfruttano le capacità di inoltro“intelligente” dei pacchetti da parte degliswitch
• Permettono di costruire su un’unicainfrastruttura fisica più LAN logicamenteseparate
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 27
Virtual LAN (VLAN)
VLAN switch
VLANswitch
VLANswitch
VLANswitch
VLAN #1VLAN #2VLAN #3
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 28
Vantaggi delle VLAN
• Limitano il traffico broadcast all’interno diuna singola VLAN
• Permettono la progettazione logica dellarete indipendentemente dalladislocazione fisica delle stazioni
• Aumentano il livello di sicurezza dellarete confinando il traffico interno di ogniVLAN alle sole stazioni appartenenti adessa
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 29
Standard per VLAN
• IEEE 802.1q• “Standard for Virtual Bridged Local Area
Network”
• arrivato in ritardo rispetto alle soluzionidei costruttori
• Per sfruttare appieno le potenzialità delleVLAN è necessario ricorrere a soluzioniproprietarie
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 30
Criteri di appartenenza alle VLAN
• Determinano l’appartenenza di unastazione e/o dei pacchetti ad unadeterminata VLAN
• Si dividono in• statici• dinamici
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 31
Criteri di appartenenza alle VLAN
• Statici• per porta
• Dinamici• per indirizzo MAC• per protocollo• per indirizzo di livello 3• per indirizzo multicast• “policy-based” (per applicazione, per
utente, ecc.)
È DI FONDAMENTALEIMPORTANZA IL
SOFTWARE DI GESTIONE
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 32
VLAN A
VLAN B
accesslinks
VLAN-awarebridge trunk
link
VLAN-awarebridge
VLAN per porta
• Problematico collegare server condivisida più VLAN
• Non supporta la mobilità né criteri dilivello superiore
VLAN A
VLAN B
accesslinks
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 33
VLAN per indirizzo MAC
• Ad ogni VLAN è assegnata, in fase diconfigurazione, la lista degli indirizziMAC che vi appartengono• configurazione costosa
• inserimento di nuovi nodi non automatico
• supporto automatico della mobilità dellestazioni
• Consente l’utilizzo di HUB tra gli switch ele stazioni
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 34
VLAN per protocollo
• La scelta della VLAN in cui inoltrare ilpacchetto è determinata dal protocollo(es. LAT, DECnet, AppleTalk, NetBIOS,ecc.), ricavato osservando il pacchettostesso• non richiede configurazione delle stazioni• permette di selezionare il traffico in base
ai servizi• non risolve il problema del broadcast per
i protocolli che ne generano in quantitàsignificativa
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 35
VLAN per indirizzo di livello 3
• La scelta della VLAN in cui inoltrare ilpacchetto è determinata dalla subnet IPo dal numero di rete IPX ricavatiosservando la PDU di livello 3trasportata dal pacchetto• configurazione automatica (a partire dalla
configurazione IP)• limitato supporto automatico della
mobilità delle stazioni• utilizzo limitato ai protocolli supportati
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 36
VLAN per indirizzo multicast
• L’appartenenza ad una determinataVLAN dipende, per il mittente,dall’indirizzo multicast di destinazione delpacchetto, per il destinatario dalle portefisiche, indirizzi MAC o sottoreti IPconfigurati per ricevere il servizio• permette di confinare il traffico di
applicazioni multicast, importante nelcaso della multimedialità
• i server possono appartenere a più VLAN
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 37
VLAN per applicazione
• La scelta della VLAN in cui confinare ilpacchetto è determinata dai protocolli dilivello superiore al trasporto
• Permette funzionalità completamentedefinite dall’utente
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 38
VLAN in base all’utente
• Al login l’utente viene autenticato da unserver, che comunica agli switchl’appartenenza della stazione da cui si ècollegato ad una specifica VLAN• elevata sicurezza
• flessibilità nella configurazione
• pieno supporto della mobilità degli utenti
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 39
Etichettatura dei pacchetti
• Serve per determinare come lo switchdeve comportarsi per l’inoltro di unpacchetto ricevuto
• Etichettatura implicita• ogni switch conosce e applica le regole
stabilite per la configurazione delle VLAN• Etichettatura esplicita
• ad ogni pacchetto è aggiunta un’etichettache lo definisce appartenente ad unadata VLAN
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stazione dimanagement
configurationserver
Distribuzione delle informazioni diconfigurazione tra gli switch
IN OGNI CASO SERVEUN PROTOCOLLO:PROPRIETARIOOPPURE 802.1P
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 41
Software di gestione
• Software di gestione• determinante per le funzionalità e
l’utilizzabilità dei prodotti
• elemento cruciale nel troubleshooting• deve permettere una vista della rete sia
fisica che logica
• Implementato con interfacce grafiche suworkstation
• Approccio tipicamente “drag & drop”
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Comunicazione diretta tra VLAN
• Attraverso router (approccio classico)• Senza attraversare un router
• funzionalità di routing negli switch
• apprendimento automatico delle tabelledi routing
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 43
Lezione 21: riepilogo
• Introduzione agli switch• Switch Ethernet• Esempi di impiego degli switch di livello 2
• Collegamenti LAN full-duplex• Virtual LAN
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 44
Bibliografia
• “Reti di Computer”• Parte del capitolo 4
• Libro “Reti locali: dal cablaggioall’internetworking”
contenuto nel CD-ROM omonimo• Capitolo 11
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© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 45
Come contattare il prof. Montessoro
E-mail: [email protected]: 0432 558286
Fax: 0432 558251URL: www.uniud.it/~montessoro