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Reti di Calcolatori a.a. 2005/06 Lezione 12

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Reti di Calcolatori a.a. 2005/06 Lezione 12. Sottolivello MAC. Fisico. Nel modello di riferimento:. Application. Transport. Network. Data Link. IEEE 802.2 (Logical Link Protocol). • Definisce la parte superiore del livello Data Link in IEEE 802

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Presentation Transcript
slide1

Reti di Calcolatori

a.a. 2005/06

Lezione 12

Andrea Frosini

slide2

Sottolivello MAC

Fisico

Nel modello di riferimento:

Application

Transport

Network

Data Link

Andrea Frosini

slide3

IEEE 802.2 (Logical Link Protocol)

• Definisce la parte superiore del livello Data Link in IEEE 802

• Nasconde le differenze dei vari sotto-livelli MAC definendo un unico formato del

frame ed una unica interfaccia verso il livello Network

• Offre tre tipi di servizio:

– datagram, cioè connectionless non affidabile (l’unico offerto dai sotto-livelli MAC)

– datagram affidabile (con conferma)

– connection-oriented affidabile

Attenzione! LLC non è sempre utilizzato. Ad esempio, nel caso frequente di una

rete Ethernet il cui traffico sono solo pacchetti IP, LLC non ha alcuna utilità.

Andrea Frosini

slide4

IEEE 802.2 Formato del frame

Liv. Network

LLC

header

Liv. LLC

MAC

header

LLC

header

MAC

trailer

Liv. MAC

Liv. Fisico

Andrea Frosini

slide5

IEEE 802.2 Bridge

I bridge sono dispositivi hardware operanti a livello Data Link che collegano tra loro

diverse LAN

Sono realizzati da:

• apparecchiature specifiche, oppure

• calcolatori con opportuno supporto nel sistema operativo

Andrea Frosini

slide6

IEEE 802.2 Dispositivi di interconnessione

I bridge non sono da confondere con ripetitori, hub, switch, router o gateway!

• i ripetitori operano a livello Fisico e collegano due segmenti tra loro amplificando

e ritrasmettendo il segnale analogico

• gli hub operano a livello Fisico e collegano elettricamente diversi segmenti tra

loro, ma generalmente non amplificano il segnale analogico

• un router opera a livello Network

• un gateway può operare a livello Network (router multiprotocollo), a livello Transport oppure Application

• uno switchopera a livello Data Link, esaminando l’indirizzo hardware del frame,

e collega tra loro stazioni singole di una stessa LAN

• un bridgeopera a livello Data Link, esaminando l’indirizzo hardware del frame, e

collega tra loro diverse LAN (potenzialmente anche di tipo differente)

La differenza fondamentale tra switch e bridge è essenzialmente tecnologica, ma tale differenza va sempre più attenuandosi

Andrea Frosini

slide7

IEEE 802.2 Bridge e sicurezza

In genere le schede di rete delle LAN controllano automaticamente l’indirizzo hardware di destinazione e ignorano i frame non destinati al calcolatore

Quasi tutte le schede di rete possono anche funzionare in modo promiscuo: tutti i

frame sono sempre passati al calcolatore, qualunque sia la loro destinazione

E’ quindi possibile costruire degli sniffer: applicazioni che monitorizzano tutto il traffico di una LAN (password, e-mail, numeri di carte di credito, ecc.)

Spezzando una LAN tramite i bridge, si aumenta la sicurezza, perché ciascuno sniffer potrà intercettare solo il traffico della piccola LAN in cui è inserito

Inoltre i bridge possono filtrare i frame (ad esempio scartando i frame che arrivano

da schede di rete non riconosciute)

Andrea Frosini

slide9

IEEE 802.2 Funzionamento di un bridge

• riceve un frame da una scheda di rete di una LAN A

• il frame è interpretato dall’entità di livello MAC della LAN A

• il frame LLC è passato al livello LLC del bridge

• il livello LLC esamina l’indirizzo hardware di destinazione: se appartiene ad una stazione sulla LAN A, scarta il frame

• altrimenti il livello LLC decide di spedire il frame su un’altra LAN B:

– il frame LLC è passato al livello MAC della LAN B

– il frame è trasmesso sulla LAN B

Andrea Frosini

slide10

IEEE 802.2 Difficoltà tecniche dei bridge

I bridge per le LAN IEEE 802 devono affrontare difficoltà tecniche rilevanti.

Ad esempio, in ciascuno degli standard IEEE 802.3, 802.4 e 802.5 sono differenti:

• il formato dei frame

• la velocità di trasmissione

• l’efficienza delle LAN (ad esempio, una rete Token Ring da 10 Mbps può rapidamente saturare una rete Ethernet da 10 Mbps)

• la lunghezza massima di un frame (è fuori questione spezzare i frame troppo lunghi, perché per i protocolli IEEE 802 o un frame arriva oppure non arriva)

• la priorità dei frame (mancante in 802.3, diverso significato in 802.4 e 802.5)

• l’acknowledgement del frame (ad esempio, i bit A e C in 802.5)

Le difficoltà sono ancora maggiori per i bridge tra LAN broadcast e reti wireless (ad esempio, tra IEEE 802.3 e 802.11)

Andrea Frosini

slide11

IEEE 802.2 Routing nei bridge

Ciascun bridge deve gestire il routing (instradamento) dei frame considerando l’indirizzo hardware di destinazione di ciascun frame

L’IEEE definisce due standard (incompatibili tra loro), entrambi chiamati collettivamente IEEE 802.1d:

• Transparent bridge: proposto dai comitati che formalizzavano 802.3 e 802.4.

• Source routing bridge: proposto dal comitato che formalizzava 802.5.

Andrea Frosini

slide12

IEEE 802.2 Transparent bridge

Il Transparent bridgeè una apparecchiatura completamente invisibile agli host nelle varie LAN e prevede:

• nessun cambiamento hardware negli host

• nessun cambiamento nel software degli host

• nessuna impostazione manuale di tabelle di routing nel bridge o negli host

Per installare un transparent bridge è solo necessario collegare i cavi delle varie LAN all’apparecchio

Andrea Frosini

slide13

IEEE 802.2 Funzionamento del transparent bridge

Opera in modo promiscuo, analizzando tutti i frame su tutte le LAN

Quando arriva un frame, legge l’indirizzo hardware della scheda di rete a cui il frame è destinato:

• se la destinazione è nella tabella di routing del bridge:

– se la destinazione è sulla LAN da cui è arrivato il frame, ignora il frame

– se la destinazione è su un’altra LAN, invia il frame solo a quella LAN

• se la destinazione non è nella tabella di routing, invia il frame a tutte le LAN eccetto quella dalla quale il frame è arrivato (flooding)

Andrea Frosini

slide14

IEEE 802.2 Costruzione tabella di routing

Inizialmente la tabella di routing di un transparent bridge è vuota (nessuna configurazione manuale)

La tabella viene riempita utilizzando un algoritmo chiamato backward learning:

per ogni frame che giunge al bridge:

• legge l’indirizzo hardware del calcolatore M che ha inviato il frame

• se non è già presente, aggiunge alla tabella di routing l’informazione che ilcalcolatore M è raggiungibile sulla LAN dalla quale è arrivato il frame

La tabella di routing del transparent bridge è dinamica, per gestire calcolatori che si accendono, si spengono o si muovono

• ogni volta che un frame arriva ad un bridge, l’istante temporale in cui è arrivato è scritto in un apposito campo del record corrispondente nella tabella di routing

• ogni pochi minuti il bridge esamina tutti i record della tabella di routing e cancella tutti quelli per i quali da parecchio tempo non è arrivato alcun frame

Andrea Frosini

slide15

IEEE 802.2 Bridge in parallelo

Per aumentare l’affidabilità si inseriscono più bridge in parallelo tra le stesse LAN, ma questo può provocare la generazione di un numero infinito di frame:

LAN2

LAN1

Andrea Frosini

slide16

IEEE 802.2 Spanning tree

La generazione di un numero infinito di frame durante il flooding è dovuto all’esistenza di cicli indotti dai bridge

Soluzione: ciascun bridge ignora alcune LAN, in modo da evitare la creazione di cicli

Se LAN e bridge sono rappresentati da nodi e archi di un grafo, si deve determinare uno spanning tree (albero ricoprente) del grafo. Notare che un albero non ha cicli al suo interno

L’algoritmo per lo spanning tree deve essere:

• dinamico, perché i bridge possono apparire e sparire

• distribuito, perché i bridge devono concordare sullo stesso spanning tree

Andrea Frosini

slide17

IEEE 802.2 Esempio di spanning tree

Internetworking di LAN

Spanning tree

LAN

LAN

Bridge

Arco non dell’albero

Arco dell’albero

Andrea Frosini

slide18

IEEE 802.2 Source routing bridge

L’obiettivo del source routing bridge è quello di massimizzare l’efficienza

La responsabilità del routing è affidata soprattutto agli host sulle LAN

Quando un host deve spedire un frame su una LAN differente dalla propria, deve conoscere il percorso (path) da seguire:

• Ciascuna LAN è identificata da un numero a 12 bit

• Ciascun bridge è identificato da un numero a 4 bit (non univoco nella internetwork, ma univoco tra tutte le LAN collegate dal bridge)

• Un percorso è una successione di numeri di bridge e LAN alternati

Andrea Frosini

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IEEE 802.2 Funzionamento del source routing bridge

Quando un frame arriva ad un source routing bridge:

• esamina l’indirizzo hardware di destinazione, e ignora il frame se il bit più significativo è 0 (l’indirizzo è locale alla LAN dalla quale il frame è partito)

• analizza il percorso contenuto nel frame e cerca il numero della LAN dalla quale è arrivato il frame

• se questo numero di LAN è seguito dal proprio numero di bridge, invia il frame sulla LAN indicata dal numero di LAN successivo

• altrimenti ignora il frame

Andrea Frosini

slide20

IEEE 802.2 Routing Information

Il percorso da seguire per un frame inviato attraverso un source routing bridge deve essere memorizzato in un particolare campo del frame: Routing Information (lungo da 8 a 40 byte)

Lo standard IEEE 802.5 (Token Ring) specifica che tale campo nella testata del frame è facoltativo (presente solo nei frame che lo richiedono)

Gli standard IEEE 802.3 (Ethernet) e 802.4 (Token Bus) nonprevedono l’esistenza di tale campo, e quindi queste LAN non potrebbero essere connesse con source routing bridge

In pratica, lo standard IEEE definisce un source routing bridge che si comporta come un transparent bridge quando tratta frame senza il campo Routing Information. A volte questo tipo di bridge è detto Translational bridge.

Andrea Frosini

slide21

IEEE 802.2 Costruzione della tabella di routingI

Anche se l’assegnazione degli identificatori di LAN e bridge è manuale, la costruzione della tabella di routing in ciascun host è dinamica

Se un host A non conosce il percorso per arrivare a un certo host B, invia un frame broadcast chiamato discovery framecontenente l’indirizzo di B

Il discovery frame è ritrasmesso da ogni source routing bridge, così alla fine raggiungetuttigli host nelle varie LAN

Ad ogni ritrasmissione il bridge aggiunge al discovery frame il numero della LAN da cui è giunto il frame ed il proprio numero di bridge

Per ciascun discovery frame che giunge a B, B invia un frame di risposta ad A, utilizzando il percorso memorizzato nel discovery frame

Andrea Frosini

slide22

IEEE 802.2 Costruzione della tabella di routingII

L’host A considera il primo frame di risposta che gli arriva ed aggiunge alla propria

tabella di routing il percorso corrispondente

Considerare solo il primo frame tende a favorire i percorsi migliori (più veloci, più

corti, meno carichi, . . . )

Problema: se esistono cicli nel grafo costituito da LAN e bridge, il numero di

discovery frame aumenta esponenzialmente!

Analogamente alle tabelle di routing dei transparent bridge, queste tabelle di routing

sono dinamiche: ogni record viene cancellato se in un certo intervallo di tempo esso

non viene utilizzato

Andrea Frosini

slide23

IEEE 802.2 Confronto tra bridge

• il transparent bridge è completamente trasparente per gli host nelle varie LAN, il source routing bridge no

• il transparent bridge è (in teoria) compatibile con tutti gli standard IEEE 802, il source routing bridge no

• il source routing bridge potrebbe utilizzare un routingottimale, e potrebbe utilizzare i cicli per ridurre la congestione nelle singole LAN (ma in pratica . . . )

• con il backward learning non si hanno garanzie se e quando un particolare percorso verrà imparato; con il discovery frame si ha una esplosione esponenziale nel numero di frame di controllo con bridge in parallelo

• guasti di host e bridge vengono gestiti molto più efficacemente dal transparent bridge che dal source routing bridge

• col transparent bridge la sofisticazione è nei bridge (pochi), col source routing bridge è negli host (molti)

Il transparent bridge è più conveniente e il source routing bridge sta scomparendo

Andrea Frosini

slide24

LAN virtuali (VLAN)

Sempre più frequentemente gli amministratori di rete hanno la necessità di suddividere le stazioni in tante LAN separate, per i soliti motivi di efficienza, affidabilità e sicurezza

E’ possibile farlo posizionando geograficamente bridge e stazioni in maniera opportuna, ma questo implica che

• gli utenti di ciascuna LAN devono essere geograficamentelocalizzati

• cambiare la LAN a cui appartiene una certa stazione è difficile, ed ogni cambiamento implica una riconfigurazione manuale dei vari segmenti che entrano nei bridge

La soluzione consiste nel costruire bridge e switch che consentano la realizzazione di

LAN virtuali (VLAN)

Ciascuna stazione in ogni LAN fisica viene assegnata (via software) ad una LAN virtuale (solitamente indicata dagli amministratori con un colore)

Andrea Frosini