Seminario Reti Signal

Transcript

Introduzione alle reti di calcolatori
Seminario a cura della Signal s.r.l.
Rev. 04
Introduzione
Si fa un gran parlare di reti informatiche. Ma cosa sono?
I computer possono lavorare come postazioni autonome (quelli del mestiere dicono
"stand alone") o collegati in rete.
Una rete è, fondamentalmente, un sistema di almeno due computer connessi tra loro
attraverso un cavo. A cosa serve ?
A "condividere le risorse del sistema" e a consentire alle macchine di comunicare tra
di loro
Classificazione delle reti di comunicazione
La distribuzione geografica, e dunque la scala dimensionale, è uno dei criteri di
classificazione delle reti di comunicazione che si distinguono fra reti locali, reti
metropolitane e reti geografiche.
La tabella di seguito riporta una tassonomia dei vari tipi di rete, in funzione
dell'ambito operativo e delle distanze coperte.
Figura 1- Classificazione delle reti su scala dimensionale
La distanza è un fattore molto importante, poiché a differenti scale dimensionali si
usano differenti tecniche. Ogni tipo di rete è caratterizzata da aspetti legati alla
distanza, alla topologia ed all'instradamento dell'informazione.
Per quanto riguarda la topologia si può dire che le ragioni di scelte differenziate sono
da ricercarsi nella caratteristica e nel diverso costo dei mezzi trasmissivi, basso nelle
reti locali (Local Area Network, LAN) e alto nelle reti geografiche (Wide Area
Network, WAN).
Ciò che concerne l'instradamento dell'informazione e quindi l'accesso ai canali
trasmissivi verrà trattato più avanti.
2
Seminario Lan & Networks
Rev. 04
Reti locali
Le reti locali, in genere:
• sono possedute da una organizzazione (reti private)
• hanno un'estensione che arriva fino a qualche km
• si distendono nell'ambito di un singolo edificio (non si possono, di norma, posare
cavi sul suolo pubblico)
• vengono realizzate con topologie semplici e regolari quali il bus, la stella o
l'anello
• sono molto utilizzate per connettere PC o workstation.
Reti metropolitane
Le reti metropolitane (Metropolitan Area Network, MAN) hanno un'estensione
tipicamente urbana (quindi anche molto superiore a quella di una LAN) e sono
generalmente pubbliche (cioé un'azienda, ad es. Telecom Italia, mette la rete a
disposizione di chiunque desideri, previo pagamento di una opportuna tariffa).
Fino a qualche anno fa erano basate essenzialmente sulle tecnologie delle reti
geografiche. Recentemente però è stato definito un apposito standard denominato
IEEE 802.6 o DQDB (Distributed Queue Dual Bus).
Reti geografiche
Le reti geografiche si estendono a livello di una nazione, di un continente o
dell'intero pianeta. Una WAN è tipicamente costituita di due componenti distinte:
•
•
un insieme di elaboratori sui quali sono attivi i programmi usati dagli utenti
una sottorete di comunciazione (comunication subnet o subnet), che connette
gli elaboratori fra loro.
Il compito della rete geografica è trasportare messaggi da un elaboratore all’altro,
così come il sistema telefonico trasporta parole da chi parla a chi ascolta. La sottorete
consiste, a sua volta, di due componenti:
•
•
linee di trasmissione (dette anche circuiti, canali, trunk)
elementi di commutazione (switching element):
Gli elementi di commutazione sono elaboratori speciali utilizzati per connettere fra
loro due o più linee di trasmissione.
Quando arrivano dati su una linea, l'elemento di commutazione deve scegliere una
linea in uscita sul quale instradarli. Non esiste una terminologia standard per
identificare gli elementi di commutazione. Termini usati sono: sistemi intermedi;
nodi di commutazione pacchetti; router (quello che verrà utilizzato da ora in poi).
3
Rev. 04
In generale una WAN contiene numerose linee (spesso telefoniche) che congiungono
coppie di router. Ogni router, in generale, deve:
• ricevere un pacchetto da una linea in ingresso
• memorizzarlo per intero in un buffer interno
• appena la necessaria linea in uscita è libera, instradare il pacchetto su essa
•
•
•
•
•
I router, possono essere interconnessi tra loro utilizzando differenti topologie:
a stella (ridondanza zero);
ad anello (ridondanza zero);
ad albero (ridondanza zero);
magliata (ridondanza media);
completamente connessa (ridondanza massima).
Reti satellitari
In una WAN, basata su rete satellitare, ogni router riceve e trasmette informazioni da
e verso il satellite.Dunque, in generale le seguenti modalità di comunicazione:
• broadcast downlink (cioé dal satellite a terra)
• broadcast uplink (cioé da terra al satellite)
Figura 2 - Interconnessione di router via satellite
Una WAN può essere anche realizzata in maniera mista: in parte cablata, in parte
basata su radio o satellite.
4
Rev. 04
Interconnessione di reti
L'organizzazione di una rete di calcolatori è di tipo corporate e multiprotocol.
• Corporate perché una rete di calcolatori deve servire l'intera azienda in tutte
le sue funzioni (per esempio dalla progettazione alle vendite) e in tutte le sue
sedi eventualmente distribuite sul territorio. Inoltre, tale rete deve essere
collegata efficientemente con le reti di aziende appartenenti alla stessa
holding o che hanno con essa frequenti rapporti interaziendali.
• Multiprotocol perché è illusorio pensare di riuscire ad imporre all'interno di
una azienda un'unica architettura di rete. Infatti occorre considerare che le reti
nascono all'interno delle aziende non con un progresso progettuale top-down,
bensì con un'integrazione di tipo bottom-up in cui reti diverse, eterogenee,
nate per risolvere problemi specifici, sono state a poco a poco integrate per
formare una rete aziendale.
Tale situazione si complica ulteriormente tutte le volte che si verificano fusioni
interaziendali in cui occorre fondere anche sistemi informativi eterogenei.
L'internetworking si realizza quando reti diverse (sia LAN che MAN o WAN) sono
collegate fra loro. A prima vista, almeno in alcuni casi, la cosa è apparentemente
uguale alla definizione di WAN vista precedentemente.
Alcuni problemi però sorgono quando si vogliono connettere fra di loro reti
progettualmente diverse (spesso incompatibili fra loro). In questo caso si deve
ricorrere a speciali attrezzature, dette gateway (o router multiprotocollo), che oltre ad
instradare i pacchetti da una rete all'altra, effettuano le operazioni necessarie per
rendere possibili tali trasferimenti.
5
Rev. 04
Mezzi trasmissivi
Gli argomenti fin qui trattati hanno analizzato da cosa è costituita una rete, quali
siano le distribuzioni fisiche dei dispositivi che appartengono ad essa e quali siano le
topologie più adatte per tipo di rete classificata in base all’estensione geografica.
Per realizzare le tipologie di rete precedendemente elencate (LAN, MAN e WAN) è
necessario collegare fisicamente gli elaboratori e le apprecchiature di rete mediante
opportuni mezzi (fisici) trasmissivi. La varietà di mezzi trasmissivi oggi disponibili è
notevole e la scelta determina diverse possibili tipologie di impiego (punto-punto,
punto-multipunto o broadcast) nonché un'ampia gamma di velocità di trasmissione:
da poche centinaia di bit al secondo (b/s) a miliardi di bit al secondo (Gb/s).
I mezzi trasmissivi utilizzati nelle reti di calcolatori si suddividono attualmente in tre
categorie, in base al tipo di fenomeno fisico utilizzato per la trasmissione dei bit:
•
•
•
Mezzi elettrici
Sono i mezzi trasmissivi classici del passato, che sfruttano la proprietà dei metalli
di condurre l'energia elettrica. Per trasmettere i dati si associano ai bit particolari
valori di tensione o di corrente, o determinate variazioni di tali grandezze.
Onde radio (detti mezzi wireless)
Sono stati introdotti successivamente ai mezzi elettrici, e le applicazioni spaziano
dalle reti locali (anche se di diffusione abbastanza ridotta) ai collegamenti via
ponte radio o satellite per reti geografiche. In essi, il fenomeno fisico utilizzato è
l'onda elettromagnetica, una combinazione di un campo elettrico ed un campo
magnetico variabili, che ha la proprietà di propagarsi nello spazio e di riprodurre a
distanza una corrente elettrica in un dispositivo ricevente (antenna).
Mezzi ottici
Laser e fibre ottiche, in cui il fenomeno fisico utilizzato è la luce. Si tratta dei
mezzi trasmissivi più recenti, che hanno rivoluzionato il settore delle
telecomunicazioni.
Di seguito verranno brevemente descritte le caratteristiche dei differenti mezzi
trasmissivi
6
Rev. 04
I mezzi elettrici
I collegamenti tra elaboratori che realizzano una rete, sono il mezzo fisico che
permette la veicolazione dei dati. Esistono differenti tipologie di cavo che possono
essere utilizzate per il cablaggio di una rete. I cavi più utilizzati sono i seguenti:
Cavi coassiali:
•
Cavo coassiale Thin
•
Cavo coassiale Thick (chiamato anche comunemente ‘cavo giallo’)
Doppini di rame:
•
Cavo UTP (Unshielded Twisted Pair): è la versione non schermata, che
mantiene comunque un'alta immunità ai disturbi elettromagnetici grazie alla
tecnologia a linea bilanciata che li annulla in cooperazione con adeguate
induttanze di filtro montate sulle schede di rete e sugli Hub
•
Cavo STP (Shielded Twisted Pair): è schermato e quindi offre migliori
prestazioni, ma è molto più ingombrante
•
Cavo FTP (Foiled Twisted Pair) o S-UTP anch'esso di tipo schermato, ma
con un'unica schermatura, generalmente in foglio di alluminio, per tutto il
cavo
Doppino intrecciato
Il doppino è il mezzo trasmissivo classico della telefonia e consiste in due fili di rame
ricoperti da una guaina isolante e ritorti (o "binati" o "twisted") l'uno con l'altro in
forma elicoidale detti comunemente "coppia" (pair, in inglese).
Doppino di rame
Normalmente si utilizzano cavi con più coppie (4, 25, 50 e oltre) ed è allora
necessario adottare passi di binatura differenziati da coppia a coppia per ridurre la
diafonia tra le coppie. Infatti, se i passi di binatura fossero uguali, ogni conduttore di
una coppia si troverebbe sistematicamente affiancato, ad ogni spira, con uno dei due
conduttori dell'altra coppia, e quindi verrebbe a cadere l'ipotesi di perfetta simmetria
della trasmissione bilanciata. I campi elettromagnetici generati dalle due coppie
interferirebbero reciprocamente con un considerevole peggioramento della diafonia.
I doppini sono nati come mezzo trasmissivo a banda molto ridotta (la banda fonica
usata nella telefonia è inferiore a 4 KHz), ma negli ultimi anni hanno raggiunto
prestazioni una volta raggiungibili soltanto con i cavi coassiali; si può trasmettere
infatti a diversi Mbps su distanze fino a qualche chilometro.
7
Rev. 04
Le caratteristiche che hanno tuttavia inciso maggiormente sulla diffusione del
doppino di rame sono la compatibilità con la telefonia e la facilità di posa in opera,
veloce ed economica.
Per agevolare la progettazione, esiste una classificazione dei doppini in base alla
larghezza di banda (e quindi alla tipologia di utilizzo consentito) in 5 categorie:
La categoria 1 (Telecommunication) comprende doppini adatti unicamente a
telefonia analogica ed hanno pertanto un utilizzo piuttosto ridotto.
La categoria 2 (Low Speed Data) comprende i cavi utilizzati per telefonia
analogica e digitale (ISDN) e trasmissione dati a bassa velocità.
La categoria 3 (High Speed Data) comprende doppini adatti a realizzare LAN con
velocità di trasmissione fino a 10 Mbps. I cavi di categoria 3
presentano le caratteristiche elettriche minime richieste dagli standard
internazionali ISO 11801, EIA/TIA 568 , 10BaseT di 802.3
(Ethernet). Il loro utilizzo è molto comune nei cablaggi telefonici
interni agli edifici.
La categoria 4 (Low Loss, High Performance Data) costituita da cavi per reti
locali Token-Ring con velocità di trasmissione fino a 16 Mbps.
La categoria 5 (Low Loss, Extended Frequency, High Performance Data), diffusa a
partire da 1988, fisicamente simile alla categoria 3, ma con un più
fitto avvolgimento (più giri per centimetro) e con isolamento in
teflon. Offre migliore qualità del segnale sulle lunghe distanze, adatto
a collegamenti in alta velocità in ambito LAN (ad esempio per
Ethernet a 100 Mbps, ATM a 34 Mbps). I più usati sono UTP cat. 3 e
UTP cat. 5
Per quanto riguarda i sistemi di trasmissione dati, i due tipi di doppino di rame più
utilizzati sono la categoria 3 e la categoria 5. Entrambi i tipi sono spesso chiamati
UTP (Unshielded Twisted Pair), per distinguerli da un altro tipo, detto STP (Shielded
Twisted Pair) che è schermato e quindi offre migliori prestazioni, ma è molto più
ingombrante e, di fatto, non viene usato quasi più.
8
Rev. 04
Cavo coassiale
E' un altro comune mezzo di trasmissione.
Impiegato anche per le reti geografiche, il cavo coassiale offre un miglior isolamento
rispetto al doppino di rame e quindi consente velocità di trasmissione maggiori su
distanze superiori. E' invece oramai poco utilizzato per la realizzazione di reti locali,
eliminato dallo standard ISO/IEC 11801 per i cablaggi strutturati e sostituito dalle
fibre ottiche nella fascia ad alte prestazioni e dai doppini in quella a medie
prestazioni. Tra le ragioni per cui è stato soppiantato dal doppino possiamo elencare
le seguenti:
a) maggior costo: dovuto sia ai materiali (soprattutto i connettori), sia alla maggior
difficoltà di installazione
b) maggior ingombro: un cavo per Ethernet 10Base2 trasporta un singolo segnale ed
occupa circa lo stesso spazio di un cavo TP a quattro coppie, che può trasportare
quattro segnali
c) minor flessibilità: il cavo coassiale è adatto soltanto ad alcuni servizi, quali LAN
o televisione via cavo, mentre per numerosi altri, quali telefoni, citofoni,
apriporta, controllo accessi, ecc., è previsto soltanto l'utilizzo del doppino.
Il cavo coassiale, è costituito da un conduttore centrale in rame circondato da uno
strato isolante all'esterno del quale vi è una calza metallica.
Ci sono due tipi di cavo coassiale, per ragioni storiche più che tecniche 1.
1
Premessa: il termine baseband (banda base) significa che l'intera banda passante è usata per una
singola trasmissione, di tipo digitale. Il termine broadband, invece, nella telefonia indica qualunque
trasmissione più ampia di 4 kHz, mentre nella trasmissione dati si riferisce a un cavo su cui viaggia un
segnale analogico che, con opportune tecniche di multiplazione, viene usato per effettuare
contemporaneamente più trasmissioni distinte, separate in differenti bande di frequenza.
9
Rev. 04
•
•
Baseband coaxial cable (50 ohm): il cavo baseband è usato per la trasmissione
digitale, e consente velocità da 1 a 2 Gbps fino a circa 1 km. Per distanze
superiori si devono interporre amplificatori.
Broadband coaxial cable (75 ohm): è usato per la trasmissione analogica.
E' il cavo standard della TV. Offre una banda di 300 MHz e può estendersi fino a
quasi 100 km. La banda totale è suddivisa in canali di banda più piccola (ad es. 6
MHz per ciascun segnale TV) indipendenti gli uni dagli altri. Mentre un canale
porta un segnale TV, un altro può portare una trasmissione dati (ovviamente con
apparecchiature di conversione digitale/analogica e viceversa), tipicamente a 3
Mbps.
Tecnicamente, il cavo broadband ha prestazioni inferiori rispetto al cavo tipo
baseband per la trasmissione digitale, ma ha il vantaggio di essere già in opera in
grandi quantità (TV via cavo). Dunque, attraverso essa, le compagnie pay-TV
prevedibilmente entreranno in competizione con quelle telefoniche per l'offerta di
servizi trasmissione dati.
Onde radio
Trasmissione senza fili
Le onde elettromagnetiche, create dal movimento degli elettroni, viaggiano nello
spazio (anche vuoto) alla velocità della luce e possono indurre una corrente in un
dispositivo ricevente (antenna) anche molto distante. Le porzioni dello spettro
elettromagnetico utilizzabili per la trasmissione dati includono:
• onde radio
• microonde
• raggi infrarossi
• luce visibile
• raggi ultravioletti
In generale, almeno per le onde radio, l'allocazione delle frequenze dipende da
un'autorità preposta.
Man mano che si sale di frequenza si hanno comportamenti diversi: le onde radio, di
frequenza più bassa, passano attraverso gli edifici, percorrono lunghe distanze e
vengono riflesse dalla ionosfera; a frequenze più elevate (lunghezza d'onda
dell'ordine dei cm o mm) sono estremamente direzionali e vengono fermate dagli
ostacoli (anche dalle gocce di pioggia!); in tutti i casi sono soggette a interferenze
elettromagnetiche.
10
Rev. 04
I mezzi ottici
Fibre ottiche
Sono uno dei mezzi più recenti, e stanno rivoluzionando il mondo delle
telecomunicazioni.
Una fibra ottica si presenta come un sottile filo di materiale vetroso costituito da due
parti: la più interna prende il nome di nucleo (core), e l'esterna di mantello
(cladding). Il core ed il cladding hanno indici di rifrazione diversi, ed il primo è più
denso del secondo. La differenza negli indici di rifrazione determina la possibilità di
mantenere la luce totalmente confinata all'interno del core.
Le fibre ottiche sfruttano il principio della deviazione che un raggio di luce subisce
quando attraversa il confine fra due materiali diversi (core e cladding nel caso delle
fibre). La deviazione dipende dagli indici di rifrazione dei due materiali. Oltre un
certo angolo, il raggio rimane intrappolato all'interno del materiale.
11
Rev. 04
Le fibre ottiche sono di due tipi :
•
multimodali: raggi diversi possono colpire la superficie con diversi angoli (detti
mode), proseguendo quindi con diversi cammini. Il diametro del core è di 50
micron, come quello di un un capello
•
monomodali: sono così sottili (il diametro del core è 8 -10 micron) che si
comportano come una guida d'onda: la luce avanza in modo rettilineo, senza
rimbalzare. Sono più costose ma reggono distanze più lunghe (fino a 30 km).
Le fibre ottiche hanno ottime prestazioni. Con le attuali tecnologie è raggiungibile
una velocità di trasmissione di 50.000 Gbps (50 Tbps) con un bassissimo tasso
d'errore. La pratica attuale di usare velocità dell'ordine dei Gbps dipende
dall'incapacità di convertire più velocemente segnali elettrici in luminosi. Infatti,
nelle fibre ottiche, il mezzo fisico utilizzato è ovviamente la luce, e un impulso
luminoso rappresenta un 1 mentre la sua assenza uno zero.
Le fibre ottiche sono fatte di un vetro speciale, molto trasparente, per cui offrono una
bassissima attenuazione del segnale luminoso. L'attenuazione dipende anche dalla
lunghezza d'onda della luce, per cui si usano comunemente tre particolari bande per
la trasmissione (tutte nell'infrarosso vicino), larghe da 25.000 GHz a 30.000 Ghz
ciascuna. Un sistema di trasmissione ottica ha tre componenti :
•
sorgente luminosa: può essere un LED o un laser. Converte un segnale elettrico
in impulsi luminosi
•
mezzo di trasmissione: è la fibra ottica vera e propria
•
fotodiodo ricevitore: converte gli impulsi luminosi in segnali elettrici. Il tipico
tempo di risposta di un fotodiodo è 1 nsec., da cui il limite di 1 Gbps.
Ci sono due topologie comuni per la realizzazione di reti basate su fibre ottiche:
•
anello: mediante la concatenazione di più spezzoni di fibre ottiche si crea un
anello. Tutti collegamenti sono punto a punto. L'interfaccia può essere passiva
(fa passare l'impulso luminoso nell'anello) o attiva (converte l'impulso in
elettricità, lo amplifica e lo riconverte in luce)
•
stella passiva: l'impulso, inviato da un trasmettitore, arriva in un cilindro di vetro
al quale sono attaccate tutte le fibre ottiche; viene poi distribuito alle fibre ottiche
uscenti. Si realizza così una rete broadcast.
I vantaggi delle fibre ottiche rispetto al rame sono:
•
leggerezza a parità di banda (due fibre sono più capaci di 1.000 doppini, 100
kg/km contro 8.000 kg/km)
•
totale insensibilità a disturbi elettromagnetici
•
difficile l'inserimento di intrusi per spiare il traffico
Svantaggi delle fibre ottiche rispetto al rame sono:
•
costo delle giunzioni
•
comunicazione unidirezionale (due fibre sono necessarie per una comunicazione
two-way).
12
Rev. 04
Standard per i diversi tipi di cablaggio
Per ciascun tipo di mezzo fisico sono state definite norme e regole diverse per il
cablaggio e realizzazione della rete. I principali standard relativi al livello fisico sono
mostrati nella tabella di seguito.
Illustriamo di seguito i due standard di più diffuso utilizzo.
10Base 2
Le reti 10Base-2 usano un cavo coassiale dello spessore di circa 5 millimetri, di solito
di colore nero o grigio e noto con la sigla di RG58 o thin cable, e sono quanto di più
pratico e semplice da installare si trovi in circolazione. Il nome è 10Base2 perché la
lunghezza massima del segmento è di 200 metri (in realtà 185). Le macchine non
sono collegate in cascata.
Il cavo arriva a toccare direttamente la singola stazione di lavoro alla quale si collega
per mezzo di uno speciale connettore con innesto a baionetta chiamato connettore a T
(di tipo BNC) perché ha tre uscite: una per il cavo entrante, una per il cavo uscente e
una per collegarsi direttamente alla scheda di rete. Questo genere di cablaggio
consente di aggiungere e togliere stazioni a piacimento. Le macchine possono essere
anche molto vicine tra loro (la lunghezza minima è di 50 o 60 centimetri) e non esiste
possibilità di errore nel montaggio visto che basta collegare i tre connettori a
baionetta.
L'inconveniente è che basta sganciare il cavo a un'estremità del proprio connettore a
T per provocare l'immediata caduta dell'intero segmento, inoltre il costo di
manutenzione è elevato.Per questi vari motivi le reti 10Base2 diventano poco pratiche
quando devono collegare più di 20 o 30 utenti, ma sono estremamente flessibili per
tutti i piccoli impianti.
13
Rev. 04
10BaseT
Lo standard 10BaseT2 utilizza il doppino telefonico UTP (cat. 3 o 5, sono i più
utilizzati) per realizzare i collegamenti. Secondo lo standard, questo mezzo ammette
la connessione di due sole stazioni nella modalità punto-punto. La rete 10BaseT ha
una struttura stellare. Una stazione è collegata direttamente ad una porta dell' hub. La
struttura 10BaseT ha incontrato un notevole successo per i numerosi vantaggi che
offre, quali:
•
•
il doppino telefonico è semplice da installare ed ha ingombro e costo ridotto
la connessione di tipo stellare consente di modificare in modo semplice la
rete, poiché le diverse stazioni sono collegate in modo indipendente
Le principali caratteristiche dello standard 10BaseT sono le seguenti:
•
•
•
•
Topologia della rete: stella
Mezzo di trasmissione: doppino telefonico non schermato (UTP) a due
quattro fili di categoria 3,4 e 5; codifica Manchester in banda base;
Velocità di trasmissione: 10 Mbit/s;
Lunghezza di segmento (dalla stazione al ripetitore): 100 m.
La tratta da stazione a concentratore (hub) non può superare i 100 metri e non
possono esserci sulla rete più macchine di quante siano le porte di connessione
disponibili sull'hub. Con questo sistema, però, è possibile staccare una qualsiasi
macchina della rete senza influenzare il funzionamento delle altre.
Il precablaggio consente di risparmiare sui costi perché i cavi della rete vengono
posati tutti nello stesso momento e quindi vengono attivati e disattivati secondo le
necessità. E' interessante notare che lo stesso tipo di cablaggio su doppino può essere
utilizzato anche per le reti Token-Ring e per le reti ad alta velocità come FastEthernet. Perciò si tratta della soluzione più pratica in assoluto e di quella su cui
conviene investire nel caso in cui si desideri realizzare un cablaggio di tipo stabile e
strutturato.
Fino a un paio di anni fa le reti 10Base-T non erano alla portata di tutti poiché era
praticamente impossibile trovare in circolazione concentratori (hub) a basso costo. I
dispositivi avevano almeno 8 porte e venivano costruiti con quel tipo di
caratteristiche avanzate che sono indispensabili per una complessa rete di azienda, di
conseguenza le piccole reti venivano costruite con il cavo coassiale sottile. Oggi il
mercato offre diversi modelli di hub con 4 porte oppure 8 di costo relativamente
basso e perciò la soluzione 10Base-T è alla portata anche del piccolo studio
professionale.
2
Il numero 10 indica la velocità trasmissiva (10 Mbps), la parola Base è l'abbreviazione di baseband o banda base. Banda base identifica
una tecnica trasmissiva in cui sul cavo vengono inviati impulsi che rappresentano una serie di bit, anziché un segnale modulato. La banda
base è una frequenza ben definita. Non si tratta di una trasmissione digitale diretta, poiché gli impulsi seguono una propria codifica per
rappresentare i bit 0 e 1.
14
Rev. 04
Il cablaggio semplice o strutturato
Nel primo caso si è nella semplicità di realizzare una rete di computer di dimensioni
ridotte; in tal caso può non essere presente nessun server e la rete rappresenta un
livello di connessione "alla pari" tra tutti i computer connessi. Questi ultimi possono
scambiarsi posta elettronica, copiare i file memorizzati sui dischi di altre macchine ed
usare stampanti o modem connessi direttamente ad un computer che li condivide con
tutti gli altri.
Il cablaggio strutturato affronta la progettazione razionale del sistemi di cablaggio
multifunzionali e si implementa nel caso di reti più vaste che si estendono a più piani
o più edifici. Le norme EIA/TIA 568 e ISO/IEC 11801 ne dettano le regole.
La tendenza a usare il cablaggio strutturato è giustificata da una serie di
considerazioni quali:
•
•
•
•
possibilità di usare lo stesso cablaggio sia per i dati che per la voce
semplicità di gestione
uso di mezzi fisici di nuova generazione (fibra ottica, cavi in rame schermati e
non), a costi contenuti e ad alte prestazioni
affidabilità rispetto ai malfunzionamenti.
Cablaggio semplice
Per effettuare un cablaggio di rete tra pochi PC posizionati in una ristretta area
geografica richiede bassi costi, poca manodopera.
Supponiamo di dover realizzare una LAN all'interno di un piccolo ufficio che
colleghi un numero limitato di macchine (ad es. 5). Supponiamo che la rete serva per
lo scambio di piccoli file, accesso alla stampante condivisa e per accesso ad un
database di file testo. In questo caso una rete Ethernet rappresenta un buon
compromesso fra prestazioni e costi.
In ogni macchina da connettere dovrà essere installata una scheda di rete (Network
Interface Card, NIC) 10/100 Mb/s e il cablaggio potrà essere fatto con UTP cat. 3 o
5. In questo caso, infatti i costi di cablaggio sono molto ridotti ed il prezzo del cavo
può incidere in modo più pesante. D'altra parte, sostituire il cavo cat.3 con uno di
cat.5, può essere lavoro di qualche ora. In caso di necessità tale operazione potrà
essere fatta durante un giorno festivo, senza inficiare sul normale svolgimento delle
attività aziendali.
Per quanto riguarda gli apparati, sarà sufficiente un piccolo hub a 10Mb/s ad 8 o 12
porte. Occorre infine il supporto software che permetta alle macchine connesse di
interoperare tra di loro attraverso la rete e di usufruire dei servizi da essa offerti. Si
tratta dei sistemi operativi di rete (Windows95, Windows NT e UNIX sono alcuni
esempi).
15
Rev. 04
Attenuazione, distorsione, rumore, diafonia
Tutti i fenomeni fisici utilizzati si basano sul trasporto di una qualche forma di
energia che codifica l'informazione (che chiameremo segnale), a cui il sistema fisico
attraversato si oppone, determinando una attenuazione dell'energia trasmessa. Tale
attenuazione è inoltre diversa a seconda della frequenza e questo determina la
necessità di considerare, per ogni mezzo trasmissivo, la banda passante propria del
mezzo, cioè l'insieme delle frequenze che possono essere trasmesse senza
attenuazione eccessiva.
A seconda delle applicazioni, la banda passante può essere definita semplicemente
come valori di frequenza minimo e massimo ai quali l'attenuazione raggiunge valori
standard (ad esempio si dimezza la potenza del segnale), oppure tramite tabelle che
forniscono i valori di attenuazione a diverse frequenze (è questo il caso dei mezzi
elettrici adottati nelle LAN).
Il diverso comportamento del mezzo trasmissivo in funzione della frequenza genera
anche distorsione, cioè l'alterazione dell'andamento nel tempo del segnale (tale
andamento nel tempo, rappresentabile graficamente, prende il nome di forma
d'onda). Ad alterare il segnale concorre anche il rumore, cioè la sovrapposizione al
segnale di energia proveniente da elementi esterni al sistema trasmissivo (ad esempio
disturbi elettromagnetici dovuti a linee di alimentazione elettrica) o interni (ad
esempio il rumore generato dai dispositivi elettronici di amplificazione).
Poiché le caratteristiche del rumore possono essere note soltanto in termini statistici e
non esatti, in fase di ricezione non è in generale possibile distinguere tra segnale
originale e rumore, ed è necessario adottare tecniche adeguate per prevenire errori di
ricezione a causa del rumore.
Un tipo particolare di rumore, frequente nei sistemi trasmissivi adottati per le LAN, è
rappresentato dalla diafonia. L'energia che si somma, a quella del segnale sul mezzo
trasmissivo in esame, proviene dalla trasmissione di un altro segnale su un altro
mezzo trasmissivo analogo in prossimità del primo.
Per tutti i fenomeni appena descritti non è importante quantificarne l'effetto in
termini assoluti, bensì in termini relativi, cioè determinare quanto viene alterato il
segnale trasmesso. Per questo si usa come unità di misura il decibel (dB), grandezza
che esprime il rapporto, in termini logaritmici, di due grandezze fisiche.
16
Rev. 04
Progettare una rete
Come procedere
L'interesse ora si sposta alla necessità di capire quale tipo di LAN è più adatta al caso
specifico. Prima di entrare nel merito delle soluzioni tecniche, occorre soffermarsi su
alcuni concetti fondamentali che devono essere tenuti in considerazione quando si
procede alla pianificazione di una LAN.
In particolare, seguendo il percorso da ciò che c'è a ciò che si vuole, in termini di
funzionalità, efficienza e robustezza della rete, devono essere tenuti in considerazione
i seguenti aspetti fondamentali.
Stato attuale: analisi dell'architettura
La definizione della situazione attuale deve basarsi su una serie di passi. Qualora
nell'azienda non sia già presente una rete di calcolatori, occorrerà studiare
puntualmente quali i flussi informativi presunti, la velocità di comunicazione che si
vuole, conseguentemente alle attività da svolgere, in che percentuale la rete si
interfaccerà con l'esterno.
La definizione del budget è importante ai fini della progettazione.
Se esiste già una network lo studio non deve basarsi esclusivamente sull'inventario
degli apparati di rete già installati. Il migliore approccio è una vera e propria network
analisys (analisi della rete) che effettui in tempi ben definiti e non sospetti (ossia in
diverse ore di lavoro) la misurazione del traffico sui diversi collegamenti,
destrutturando i risultati secondo i protocolli, gli indirizzi di sorgente o destinazione,
le porte e, se possibile, gli stessi applicativi.
Lo studio di tutti questi dati va affidato a tecnici competenti, i quali saranno in grado
di disegnare un'immagine logica della rete su cui si potrà costruire il modello fisico.
Quando infatti è noto il percorso statistico dei pacchetti da e verso le singole stazioni,
è assai facile definire il modello più corretto di rete che va applicato per la migliore
efficienza del sistema, e che non sempre rientra in certi modelli standard troppo
frettolosamente pubblicizzati sul mercato.
Come esempio possiamo citare il modello 80/20 (80% del traffico all'interno della
LAN di workgroup e 20% verso l'esterno) spesso ribaltato in un semplicistico 20/80:
in realtà, benché sia innegabile un cospicuo aumento dei flussi verso server e reti
geografiche, l'esatta percentuale è ignota a priori e va definita caso per caso.
Altro spunto di riflessione viene dall'esatta collocazione dei server.
17
Rev. 04
Grazie alla network analisys sarà possibile capire se la loro collocazione all'interno
della struttura nel suo insieme esaurisca totalmente il problema, o sia invece
necessario mantenere all'interno dei workgroup alcune macchine dedicate che
forniscano i servizi più necessari alle macchine di piano, d'ufficio o di settore.
Infatti, l'applicazione pedissequa di un modello centralizzato può spesso
sovraccaricare la rete. Sulla base dell'analisi dei pacchetti è più facile trovare l'esatto
equilibrio tra la centralizzazione (sinonimo di affidabilità e gestibilità) e la
decentralizzazione, che non appesantisce la rete e fornisce più libertà agli utenti.
Funzionalità logica e fisica della rete
In questa fase è necessario individuare le funzionalità che la rete deve soddisfare, sia
dal punto di vista logico che fisico per determinare la scelta tecnologica.
Da un punto di vista logico una rete LAN può presentare una struttura di tipo:
• gerarchico: la distribuzione delle attività assume un carico differente sulle
macchine appartenenti alla rete, suddividendole in server e client e postazioni che
svolgono funzioni particolari di networking (router, gatway, ecc.);
• paritetico: ogni macchina ha la stessa importanza rispetto alle altre.
Per la definizione di tale struttura è necessario capire quale sia la tipologia dei servizi
da erogare: possono limitarsi ai tradizionali servizi IP-based, quali, ad esempio, posta
elettronica, browsing Internet o trasferimento di file, oppure possono essere più
onerosi, quali lo streaming video e audio, la videoconferenza o applicazioni
CAD/CAM (Computer Aided Design/Modeling). Potrebbe essere necessario
condividere database, stampanti, scanner, dispositivi di backup, ecc..
Da un punto di vista fisico si dovrà analizzare:
•
•
•
•
18
quali siano i punti fisici in cui installare le stazioni di lavoro o server
la struttura dell'edificio (stanze, piani, edifici) e la distribuzione delle workstation
è determinante nella scelta della topologia di rete, nonché nella scelta dei
dispositivi da installare;
il livello di affidabilità occorre garantire un livello di affidabilità della rete in
modo da mantenere la continuità dell'erogazione dei servizi più importanti, in
caso di malfunzionamenti;
il livello di scalabilità il mondo delle tecnologie di comunicazione e di calcolo
evolve a velocità sostenuta. Un'azienda che voglia mantenersi al passo con i
tempi deve dotarsi di un'infrastruttura di rete che possa evolvere nel tempo
secondo le crescenti necessità, attraverso semplici riconfigurazioni ed
aggiornamenti e non tramite una completa riprogettazione.
il livello di gestibilità la semplicità nella gestione e controllo della rete per
diminuire i prezzi ed i tempi di intervento sono un requisito fondamentale per
individuare e risolvere eventuali problemi ed evitare lunghi periodi di ripristino in
caso di guasti.
Rev. 04
Aspetti tecnici
Se i passi precedenti sono condotti con sufficiente cura la rete "si progetta da sola", in
quanto vengono definiti con esattezza sia le esigenze da soddisfare sia il suo modello
logico, a cui ci si ispirerà per la progettazione dell'infrastruttura fisica. Ma la
progettazione di una nuova rete o la riconfigurazione di una esistente, per adeguarla
alle nuove esigenze, non può prescindere da una minima conoscenza delle soluzioni
tecnologiche disponibili, analizzate in questa trattazione, e dei relativi costi.
La migrazione
Il livello di diffusione della tecnologia è importante configurare la propria rete con
apparecchiature e protocolli di larga diffusione. Questo riduce i costi e garantisce
maggiore affidabilità e compatibilità con il resto del mondo.
Un aspetto fondamentale che non va trascurato è la migrazione. Spesso ci si trova a
dover effettuare un aggiornamento di realtà aziendali in cui Token Ring, storico
avversario della prima tecnologia, ha ancora una forte presenza.
Tuttavia, benché le possibilità di mantenere il preinstallato siano disponibili sul
mercato (si pensi ai bridge translazionali, switch multistandard, router modulari, e
così via), la valutazione dei pro e dei contro è, in fondo, esclusivamente di carattere
economico. In questo caso un buon approccio è effettuare un'attenta analisi dei costi
che la completa migrazione Token-Ring/Ethernet comporterebbe, determinati da:
•
•
smantellamento della vecchia struttura Token Ring;
il costo degli apparati Ethernet (incluse le schede NIC) che sono sufficienti a
fornire le stesse funzionalità.
In effetti sono proprio i costi diretti di migrazione, proporzionali alle dimensioni della
rete, a costituire un freno verso la standardizzazione Ethernet. Ma, di contro, c'è da
considerare quali e quanti vantaggi implicherebbe la migrazione.
L'unificazione della tecnologia a livello 2 comporterebbe vantaggi in termini di:
•
•
servizi in grado di fornire
sovraccarico di elaborazione a livello protocollare (3) e applicativo
Se decido per la migrazione, sono certo che il cablaggio esistente supporterà un
scalabilità e upgrade da Ethernet a Fast Ethernet.
Alcuni utilizzatori hanno approfittato della ristrutturazione dei locali o del
raggruppamento di servizi, per realizzare progressivamente il processo di migrazione
a livello della rete di ogni edificio.
19
Rev. 04
Ethernet network
Lo standard più diffuso
La rete Ethernet è oggi la rete locale più diffusa: pertanto da ora in avanti la
trattazione sarà incentrata su questo standard.
La sua nascita risale al 1976 per merito della Xerox che realizzò una rete con una
velocità 2,94 Mbit/s (Ethernet v. 1.0) in grado di collegare oltre 100 stazioni.
Ethernet incontrò subito un notevole successo grazie alla sua semplicità realizzativa
e ai bassi costi. Digital, Intel e Xerox costituirono successivamente il consorzio DIX
per sviluppare una rete Ethernet in grado di operare a 10 Mbit/s, questa rete è nota
come Ethernet v 2.0 .
Il comitato IEEE 802 sviluppò negli stessi anni lo standard IEEE 802.3.
Ethernet e IEEE 802.3 sono molto simili, ma presentano anche alcune differenze
significative per cui non sono perfettamente compatibili. Oggi si realizzano soltanto
reti IEEE 802.3 , ma in molti casi si utilizza ancora il termine di rete Ethernet, come
sarà fatto anche nel seguito.
La topologia di una rete Ethernet o IEEE 802.3 è costruita, da un punto di vista
concettuale, attorno ad un bus condiviso. Il bus può essere realizzato mediante vari
tipi di cavi, quali cavo coassiale, doppino telefonico e fibra ottica.
La rete Ethernet opera ad una velocità, oramai minima, di 10 Mbit/s.
Lo standard IEEE 802.3 specifica il livello fisico e il livello MAC
20
Rev. 04
Ethernet
Quando parliamo di Ethernet parliamo di una rete collegata a bus realizzata
tipicamente con un cavo coassiale di grossa sezione, che permette velocità di
trasmissione di 10 Mhz in banda base.
Modello fisico
Le principali caratteristiche relative al livello fisico sono:
• velocità trasmissiva 10 Mb/s
• 2.8 km di distanza massima ammessa tra le due stazioni più distanti
• 1024 stazioni al massimo in una LAN
• cavo coassiale di tipo thick o thin
• topologia a bus
Il cavo coassiale è, inizialmente, l'unico mezzo trasmissivo ammesso per collegare le
stazioni. Esso viene considerato "segmento" ("segmento coax"), mentre la fibra ottica
viene considerata solo come un mezzo per estendere la connessione tra due segmenti
coax tramite l'uso di una coppia di half-repeater.
Un segmento può essere costituito da un unico spezzone di cavo o da più spezzoni
connessi con un giunto di tipo "N"; in quest'ultimo caso gli spezzoni devono avere
una lunghezza definita in modo che, in una qualunque combinazione, la giunzione
non capiti ad una distanza pari ad un multiplo dispari intero della lunghezza d'onda a
5 MHz. Per questa ragione sono state definite tre lunghezze di spezzoni: 23.4, 70.2 e
117 m.
La funzione di accesso al canale vera e propria è realizzata da un dispositivo
chiamato transceiver collegato direttamente al mezzo di trasmissione e che
interfaccia i pacchetti tra la scheda ed il mezzo stesso.
Per il transceiver si parla di MAU (Medium Attachement Unit), mentre il cavo del
transceiver e il connettore si definiscono AUI (Attachement Unit Interface).
Il transceiver si occupa oltre che ad inviare e ricevere bit sul cavo anche di rilevare le
collisioni; le altre funzioni sono invece implementate sulle schede.
I tipi di cavi da utilizzare come mezzo di trasmissione possono essere diversi:
•
cavo coassiale thick o cavo giallo, che offre le migliori caratteristiche
trasmissive, sia come attenuazione che come larghezza di banda. Oltre al
conduttore centrale solido e al dielettrico che lo circonda è formato da due
film plastici metallizzati e due garze schermanti
•
cavo thin (RG58), assai più economico. Oltre il polo caldo e il dielettrico
possiede una sola garza metallica esterna.
21
Rev. 04
I transceiver sono diversi nei due casi:
•
con il cavo thin si usano terminazioni BNC
•
con il cavo giallo si usa una particolare tecnica di accoppiamento detta a
vampiro che consente di connettere il transceiver al bus senza tagliare il
cavo. Viene così garantita l'integrità del mezzo di trasmissione ed evitato il
ricorso a diversi spezzoni di cavo.
Standard IEEE802.3
L'evoluzione della Ethernet è lo standard IEEE 802.3, implementando topologie a
stella basate sull'utilizzo di cavi UTP e fibre ottiche.
Le velocità trasmissive sono 1 Mb/s (versione 1Base5) e 10 Mb/s (versioni 10Base5,
10Base2, 10BaseT, 10BaseF, 10Broad36), e il metodo di accesso è il CSMA/CD. Le
principali caratteristiche relative al livello fisico sono:
•
•
•
•
•
velocità trasmissiva 10 Mb/s
4 km di distanza massima ammessa tra le due stazioni più distanti (caso di 2 link
in fibra ottica 10BaseFL da 2 km ciascuno, con due stazioni connesse agli
estremi ed un ripetitore interposto tra i link in fibra ottica)
un massimo di 1024 stazioni collegabili
mezzi trasmissivi ammessi: cavo coassiale di tipo thick, cavo coassiale di tipo
thin, doppini, fibre ottiche multimodali, cavo CATV
topologie ammesse: bus, punto-punto, stella.
Il protocollo di accesso al canale (MAC)
La rete Ethernet utilizza come sistema di accesso multiplo (o MAC: Medium Access
Control ), il protocollo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Carrier
Detection).
In questo protocollo, ogni stazione può 'ascoltare il canale prima di trasmettere e
anche durante una trasmissione. Questo permette ad una stazione di valutare le
condizioni di occupato/libero del canale e di deferire la trasmissione se il canale
risulta occupato. Qualora a causa dei ritardi di propagazione, una stazione non si
accorga della trasmissione di un'altra, la collisione viene rivelata e vengono
approntati particolari algoritmi per risolverla.
Nell'algoritmo CSMA/CD una stazione (DTE: Terminal Data Equipment) che deve
inviare un pacchetto dati ascolta il canale o bus (carrier sense - CS): se il canale è
libero, la stazione può iniziare a trasmettere.
22
Rev. 04
Nonostante il meccanismo di carrier sense, è possibile che due stazioni interferiscano
tra loro (collisione). Questo inconveniente è determinato dal fatto che il tempo di
propagazione del segnale nel bus non è nullo, per cui una stazione A non può sentire
l'occupazione del canale da parte di un'altra stazione B fino a quando il segnale
generato da B non arriva ad A.
Per rivelare il verificarsi di queste collisioni, una stazione in fase di trasmissione
continua ad ascoltare i segnali sul bus, confrontandoli con quelli da lei generati. Nel
caso in cui sia rivelata una collisione sono effettuate le seguenti azioni:
•
•
•
la stazione trasmittente sospende la trasmissione e invia una sequenza di
jamming composta da 32 bit per avvertire le altre stazioni della collisione;
le stazioni in ascolto, intercettando il jamming, scartano i bit ricevuti;
la stazione trasmittente ripete il tentativo di trasmissione dopo un tempo generato
in modo casuale utilizzando l'algoritmo di back - off. Il numero massimo di
tentativi di ritrasmissione è 16.
Il cablaggio
Ora che abbiamo le nozioni tecniche sugli aspetti legati alla trasmissione dei dati da
un nodo all'altro della rete ed alla condivisione dei mezzi, il livello Data Link
Control, il passo successivo è il cablaggio della stessa, e dunque l'aspetto meramente
fisico. Il cablaggio consiste nella messa in opera di un impianto tecnologico
predisposto per la trasmissione dell'informazione.
Dispositivi per il cablaggio
I principali dispositivi hardware impiegati per realizzare una rete Ethernet e per
connettervi le stazioni sono:
• Interfaccia o controller Ethernet
• Cavo transceiver o AUI
• Transceiver
• Scheda di rete
• Hub o concentratori
• Ripetitori
23
Rev. 04
Interfaccia o controller Ethernet
Questo dispositivo, realizzato su un'apposita scheda, viene generalmente inserito
nell'interno dell'apparecchiatura da connettere in rete. Esso svolge le seguenti
funzioni:
• codifica (o decodifica) i singoli bit in segnali utilizzando il codice di Manchester
• sincronizza il trasmettitore e il ricevitore utilizzando le transizioni del segnale dal
livello alto al livello basso o viceversa contenute nella codifica di Manchester
• gestisce il collegamento
Cavo transceiver o AUI (Attachment Unit Interface)
Questo cavo serve a collegare l'interfaccia Ethernet al transcriver e quindi alla rete
Ethernet. La lunghezza massima del cavo è di 50 m. Il cavo è di tipo schermato con
connettori a 15 poli.
Transceiver
Il transceiver o MAU (Medium Access Control) è un dispositivo che si collega alla
presa AUI di una scheda Ethernet e al cavo di trasmissione e svolge le seguenti
funzioni:
• trasmette e riceve i segnali della rete
• rileva la portante ed eventuali collisioni
• invia la sequenza di jamming quando viene rivelata una collisione
I tre elementi precedenti sono utilizzati nel cablaggio 10Base 5 a bus con cavo
coassiale thick cable (RG58), come già visto nello standard ETHERNET.
Schede di rete
Le moderne interfacce di rete implementano in un'unica scheda il controller
Ethernet, il cavo AUI ed il transceiver. Il mezzo fisico può quindi essere
direttamente connesso a tali schede tramite opportuni connettori (BNC per cavo
coassiale thin, RJ45 per doppino).
Ogni scheda generalmente è dotata di una uscita AUI (Attachment Unit Interface) per
consentire la connessione ad un cavo coassiale 10Base-5 (cavo giallo o thick cable)
attraverso un transceiver esterno, oltre ad una uscita BNC per la connessione ad un
cavo coassiale 10Base-2 (thin cable) oppure RJ45 per l'innesto diretto del doppino.
24
Rev. 04
Hub o concentratori
Gli standard di cablaggio utilizzano spesso, per reti locali, una struttura a stella,
anche se da un punto di vista logico possono essere usate varie altre topologie.
Il concentratore o HUB serve a realizzare in modo semplice tale tipo di topologia.
La funzione principale degli hub è quella di rigenerare e ripetere su tutte le porte,
tranne quella di provenienza (trasmissione broadcast), il segnale ricevuto da una delle
porte e, in caso di malfunzionamento, di isolare la relativa tratta LAN.
Gli hub sono dispositivi tipicamente a 8, 12 o 24 porte che possono stare su una
scrivania per collegare le macchine appartenenti ad un piccolo gruppo di lavoro,
oppure possono essere "impilati" in strutture a chassis contenute in armadi.
E' importante sottolineare che per quanti hub si utilizzino, la capacità globale della
banda gestita rimane il limite teorico del tipo di rete locale (ad es. 10Mbit/s per la rete
Ethernet).
Ripetitori
Un repeater (ripetitore) serve ad estendere la lunghezza della rete superando i limiti
imposti dagli standard per la singola rete locale a causa dell'attenuazione introdotta
dai mezzi trasmissivi.
L'uso dei repeater è sottoposto ad alcune regole di configurazione. Un repeater opera
a livello fisico ed ha lo scopo di ricevere, amplificare e ritrasmettere i segnali. Un hub
è un ripetitore multi-porta che prende il segnale ricevuto da una porta e lo invia su
tutte le altre.
I segnali trasmessi su un qualunque mezzo fisico si attenuano con la distanza; per
evitare un forte decadimento delle prestazioni è necessario limitare la massima
distanza tra il trasmettitore ed il ricevitore. Nel caso in cui la distanza sia maggiore
rispetto a quella ammissibile occorre amplificare ed eventualmente rigenerare il
segnale.
25
Rev. 04
Commutazione e instradamento
La tecnologia ‘switched’
Con l'aumento del traffico che circola su una rete, le prestazioni di quest'ultima
possono degradare fino a livelli non più accettabili. Se si prevede un utilizzo intenso
della rete, è opportuno valutare attentamente la possibilità di realizzare subito una rete
Fast Ethernet ( a 100n Mbps) ed eventualmente impiegando la tecnologia switched.
Abbiamo visto che quando un hub riceve un pacchetto da una porta, lo rigenera e lo
ripete su tutte le porte tranne quella di provenienza (trasmissione broadcast). L'hub
rappresenta quindi un canale condiviso tra tutti gli utenti che vi sono connessi. Se due
terminali generano un pacchetto nello stesso istante, perché entrambi rivelano il
canale libero, si ha una collisione fra i pacchetti generati. In questo caso i pacchetti
dovranno essere ritrasmessi.
Si dice che tutte le macchine connesse ad un hub appartengono allo stesso dominio di
collisione perché condividono tutte lo stesso canale tramite l'hub.
Se la velocità nominale della rete è, ad esempio 10Mb/s, tale capacità sarà suddivisa
tra tutti i terminali appartenenti allo stesso dominio di collisione. Per suddividere la
rete in più domini di collisione, è opportuno utilizzare dei dispositivi che riescano ad
indirizzare i pacchetti solo verso la loro destinazione e non li ritrasmettano
indiscriminatamente su ogni link. Questi dispositivi devono essere in grado di
"leggere" l'indirizzo di destinazione del pacchetto all'interno della LAN (indirizzo
MAC) e sono quindi più complessi degli hub. Si tratta dei bridge e degli switch.
L'uso dei bridge è oggi poco diffuso, dato che le tecniche di bridging sono
implementate anche sugli switch.
Switch
Gli switch sono apparati in grado di effettuare operazioni di commutazione sulle
unità dati e consentono perciò di ottenere elevate velocità e prestazioni. Gli switch
effettuano l'operazione di commutazione utilizzando gli indirizzi di livello MAC
(switch di livello 2) o di livello di rete (switch di livello 3).
Essi risultano particolarmente adatti per realizzare una topologia stellare e possono
consentire a ciascun utente, se lo switch è opportunamente dimensionato, di realizzare
la capacità massima consentita dalla rete.
26
Rev. 04
Infatti, lo switch permette di creare un percorso dedicato tra una porta di ingresso e
una porta di uscita.
Per ogni frame o pacchetto ricevuto da una porta di ingresso, lo switch legge il campo
contenente l'indirizzo di destinazione e lo invia alla corrispondente porta di uscita. I
frame indirizzati ad utenti diversi non interferiscono tra loro, in quanto seguono
percorsi diversi. Per far questo è necessario che il dispositivo mantenga una tavola
che associ ogni sua porta all'indirizzo MAC della macchina che vi è collegata.
L'uso di uno switch permette di creare segmenti (ovvero domini di collisione)
separati logicamente. Ad esempio, si può creare un segmento per il reparto
finanziario, uno per il reparto design ed uno per il reparto di ingegneria.
Creare domini separati permette non solo di separare il traffico fra le varie aree, ma
anche di implementare sistemi di sicurezza restringendo il traffico confidenziale ad
un segmento delle rete. I server, i dispositivi condivisi e le workstation di ogni area
dovranno essere posizionati nel segmento corrispondente. Si sottolinea che tale
dislocazione è logica e non fisica: le macchine di uno stesso segmento possono essere
dislocate anche su stanze o piani diversi.
27
Rev. 04
Bibliografia
Si ringrazia per le informazioni fornite:
Novell ,Inc.
3COM Corporation
NetworkinItalia
Signal s.r.l.
28
Rev. 04
Appendice A
Fasi di progetto
La progettazione di una rete di elaboratori o computer risulta più semplice se si segue
una linea guida; di seguito sono riportate le fasi di progetto che dovrebbero essere
affrontate e realizzate per ottenere un risultato ottimale.
1. studio di fattibilità
2. analisi delle tecnologie da utilizzare (rame -fibra ottica - wireless)
3. ubicazione delle apparecchiature
4. piani di disaster recovery
5. stesura delle dorsali di comunicazione tra le varie aree dell'azienda
6. stesura dei cavi per la distribuzione orizzontale di ogni area
7. cablaggio di tutti i punti
8. certificazione di ogni singola presa
9. analisi delle soluzioni HW e SW da utilizzare
10. realizzazione della documentazione d'impianto
11. installazione/configurazione dei server e dei servizi di rete
12. installazione/configurazione delle postazioni utente
29
Rev. 04
Appendice B
La normativa internazionale sul cablaggio
Le norme e gli standard alla base dell'impiantistica di reti per la trasmissione
dati sono le seguenti (in ordine cronologico):
•
•
•
EIA/TIA 568A (Electronic Industries Alliance/Telecommunication Industries
Association) Standard americano; è attualmente il più applicato e diffuso nel
mondo.
ISO/IEC IS 11801 (International Standard Organization/International
Electrotechnical Commission). Alla IEC è affidato il compito di preparare norme
utilizzabili dai 64 paesi membri, che comprendono tutte le nazioni industrialmente
sviluppate, tra cui l'Italia.
prEN 50173 Final Draft (European Norms emesse dal Comitato Tecnico TC 115
CENELEC). Il CENELEC è l'organismo di coordinamento dei paesi membri
dell'UE, che ha come scopo principale quello di far adottare ai paesi membri le
Norme IEC e di preparare bozze di norme.
Lo standard EIA/TIA 568 è stato fondamentale in quest'evoluzione costituendo il
primo passo verso una regolamentazione dei sistemi di cablaggio, definendo un
sistema generico di cablaggio per trasmissione dati all'interno dell'edificio in grado di
supportare un ambiente multivendor e multiprotocol.
L'ISO/IEC IS 11801 è l'evoluzione dello standard EIA/TIA 568A e come questo
definisce norme e regole per il cablaggio strutturato d'edifici e i requisiti fisici ed
elettrici di cavi e connettori in modo da garantire la trasmissione di voce, dati, testi,
immagini. Le sostanziali differenze con lo standard americano EIA/TIA sono:
• Nomenclatura leggermente diversa per gli elementi costituenti il cablaggio
• Introduzione del concetto di classi di lavoro per definire i requisiti minimi di una
tratta di collegamento
• Allargamento della gamma dei tipi di cavo che possono essere utilizzati, sia a
livello di rame sia di fibra ottica
• Fornisce un numero maggiore di dati sulle caratteristiche dei mezzi trasmissivi
• Introduzione di test più rigorosi per controllare le categorie dei cavi in rame;
trattazione più approfondita degli aspetti della messa a terra in considerazione del
fatto che viene introdotto l'utilizzo di doppini schermati.
30
Rev. 04
Lo standard prEN 50173 riprende e fa propria a livello CEE/UE la normativa
ISO/IEC IS 11801. In considerazione di quanto sopra, la normativa di riferimento per
un progetto sarà l'ISO/IEC 11801.
Il sistema di cablaggio dovrà inoltre essere compatibile con una varietà di standard,
prodotti e protocolli, tra i quali almeno · ISO/IEC 8802.3 (Ethernet) · ANSI FDDI ·
ATM · 100BaseT · 1000Base T
Lo standard EIA/TIA 568
Questo standard specifica i requisiti minimi richiesti per il cablaggio di un edificio o
un gruppo di edifici facenti parte di uno stesso comprensorio. I limiti del
comprensorio sono i seguenti:
•
•
•
l'estensione geografica massima è di 3.000 m;
la superficie massima degli edifici è di 1.000.000 m;
la popolazione massima degli edifici è di 50.000 persone.
Il cablaggio degli edifici che ospiteranno reti locali viene attualmente realizzato
secondo il concetto di "cablaggio strutturato". Sono stati emanati alcuni standard
internazionali al riguardo (EIA/TIA 568 e ISO/IEC 11801). Gli standard definiscono:
•
la topologia
•
gli elementi che fanno parte del cablaggio
•
i mezzi trasmissivi
•
le dorsali
•
le norme d'installazione
•
l'identificazione dei cavi
•
la documentazione.
31
Rev. 04
Lo standard ISO/IEC 11081
La certificazione dei collegamenti (link) consiste, nell'effettuare, attraverso
strumentazione di riferimento, i test contemplati nelle Normative, ISO/IEC11801 per
confermare il mantenimento dei parametri qualitativi dei singoli componenti cablati
verificando le prestazioni fino ad una frequenza di 100MHZ.
L'esito positivo di certificazione di ogni singolo punto presa, conferma il trasporto di
protocolli di rete con encodìng fino a 100Mb/sec. quali, Ethernet - Fast Ethernet Token Ring - ATM - Gigabit o altri protocolli.
I test sono effettuati con strumentazione conforme alle norme internazionali di
riferimento per reti Dati Pubbliche o Private3, e permettono di analizzare tutti i
parametri fisici e prestazionali del collegamento di Rete ed in particolare:
1. Mappatura.
Controllo dell' esatta intestazione degli otto fili sul connettore dati RJ45 e del
rispetto delle colorazioni secondo lo standard 568A o 568B. La prova di
mappatura consente un immediato riscontro di eventuali problemi di continuità,
cortocircuiti, sbinature o coppie splittate.
2. Lunghezza della tratta posata
Verifica di lunghezza massima della tratta. Questa prova consente di identificare il
mantenimento delle lunghezze entro i limiti di trasmissione specificati dallo
standard di riferimento ISO/IEC11801-95)
3. Attenuazione di segnale
Verifica l'attenuazione di trasmissione sull'intera larghezza di banda (fino a 100MHz)
e la specifica attenuazione del media Fisico ( Attenuazione/lunghezza), determinando
la corretta propagazione del segnale di trasporto rispetto ai
protocolli.
3
denominate Open Cabling Systems, ISO/IEC11801-95 e come riproposto dalle Normative in ambito della Comunità Europea nei contenuti delle
EN50173.
32
Rev. 04
4. Diafonia fra le coppie, NEXT
Misura l'interferenza fra le diverse coppie in fase di trasmissione. Questa prova
viene effettuata simultaneamente da ambo la parti del Link in misura verificando
Half Duplex, Full Duplex e trasporto di protocolli multicoppia, come Gigabit
Ethernet.
5. Rapporto segnale rumore, ACR
Rapporto fra la Diafonia (NEXT) e Attenuazione su tutto lo spettro delle
frequenze e per ogni singola coppia. Questa prova determina la Banda Passante
dei Link cioè la concreta possibilità di trasporto dei protocolli in uso ed oltremodo
è un parametro qualitativo del Link stesso.
6. Resistenza del cavo
Misura la resistenza dei singoli doppini e controlla che vi sia l'esatta continuità in
caso di media STP
7. Ritardo di trasmissione, DELAY
Misura il tempo di propagazione dei segnali su ogni singola coppia di
trasmissione.
8. Delay Skew
Rapporto di propagazione tra la coppia di trasmissione più veloce e quella più
tenta. Il Delay Skew è chiaramente, un fattore di merito del cavo, minore è il
valore riscontrato migliore è il cavo steso. Questo parametro è di fondamentale
importanza nel caso di protocolli multicoppia quali ad es. Gigabit Ethernet
9. Return Loss
Misura del segnale riflesso in fase di trasmissione. Il Return Loss equivale alla
misura dell'impedenza ma contempla i valori su tutto lo spettro di frequenze fino a
100Mhz,.
11. PowerSum NEXT
Somma dei NEXT in fase di trasmissione. Il PowerSum NEXT determina il valore
globale di diafonia NEXT trasmettendo su tre coppie e misurando l'induzione di
segnale sulla coppia rimanente. Questo test è vincolante per trasmissione protocolli
multicoppia come Gigabit Ethernet.
L'insieme di questi tests viene effettuato su ogni punto presa dati, il superamento
di ogni singola misura determina la conformità ed il collaudo della tratta. La
Banda Passante, può essere meglio espressa dai supporti grafici che lo strumento è in
grado di determinare, evidenziando quindi la validità della posa e della qualità di tutti
i componenti fisici della rete.
33
Rev. 04
Appendice C
Realizzazione di un quadro di cabling
Per rendere agevole il collegamento delle tratte di rete (cavi) alle unità che gestiscono
il funzionamento della rete stessa, è conveniente utilizzare una struttura che permetta
di accedere alle unità anche a seguito del fissaggio meccanico delle stesse.
Conviene pertanto utilizzare un armadio metallico di dimensioni adeguate, con porta
trasparente ed all’interno un telaio girevole. Il telaio girevole deve essere tale da
permettere il fissaggio di unità aventi larghezza standard 19”.
Pertanto, i montanti verticali dovranno presentare il tipico reticolo DIN che permette
il fissaggio di tali unità. Lo spazio occupato dalle unità è definito in HE. Si dirà
pertanto che , per esempio, uno switch potrà occupare 2HE. Anche l’altezza totale del
telaio sarà pertanto definita in HE (o unità).
Oltre alle unità di rete il telaio girevole permetterà così l’alloggiamento di altri
dispositivi, necessari affinché l’armadio di cablaggio realizzato sia il più funzionale
possibile.
Le unità/dispositivi normalmente impiegati ed alloggiati sul telaio girevole sono :
•
•
Unità attive di gestione della rete (Hub, Switch, Bridge, ecc.)
Unità d’appoggio o di interconnessione, quali per esempio i patch pannel, strutture
metalliche di larghezza 19” standard, che supportano gruppi di connettori.
• Gruppi di prese di alimentazione già protette da interruttore automatico
magnetotermico.
• Dispositivi di ventilazione
La possibilità di poter girare il telaio ed avere quindi accesso alle unità/dispositivi dal
retro, permette di agevolare le operazioni di cablaggio.
I cavi UTP, normalmente utilizzati per la realizzazione di reti in edifici adibiti ad uso
ufficio (o comunque ad uso civile) , vengono posati partendo dall’armadio di
cablaggio in modo da raggiungere la posizione finale all’interno dello stabile.
La distanza massima per cui può essere impiegato un cavo UTP (senza l’impiego di
unità di ripetizione) è di 182m.
34
Rev. 04
All’interno dell’armadio i cavi UTP vengono ‘cablati’ al patch pannel, nella parte
posteriore, grazie all’ausilio di uno speciale strumento che permette il bloccaggio del
cavo a particolari morsetti ‘ad incisione d’isolante’ che garantiscono un sicuro
contatto tra i conduttori ed i contatti del connettore RJ45.
L’interconnessione tra i connettori RJ45 presenti sul patch pannel ed i connettori
RJ45 resi disponibili dalle unità di gestione della rete, viene realizzata mediante l’uso
di cavi UTP (di solito testati fino a 100Mbps) denominati ‘bretelle’ o patch cables.
Grazie a questo tipo di gestione dei collegamenti, è estremamente semplice cambiare
o modificare la geometria della rete creando gruppi di connessione oppure segmenti
di rete dedicati.
Scelta delle unità di gestione della rete
La scelta delle unità attive deve essere fatta a seguito di un attenta pianificazione
della rete e di alcune considerazioni che devono tenere presente delle caratteristiche
proprie delle unità ed i vantaggi resi disponibili delle medesime.
Di seguito si riporta una breve definizione delle unità che principalmente vengono
impiegate come ‘blocchi costruttivi’ di una rete
Hubs
Gli Hubs sono normalmente le unità di base di una rete che colleghi PC’s , Servers e
periferiche. Queste unità, talvolta paragonate ai repeater, permettono ai dispositivi di
rete ad esse connessi di comunicare e condividere informazioni.
Esistono Hubs che permettono ai dispositivi ad esso connessi di comunicare ad una
velocità di 10Mbps ed altri la cui capacità permette ai dispositivi di rete di
comunicare fino a 10 volte più velocemente (100Mbps)
La scelta per chi deve progettare una rete, deve essere basata sulle prestazioni che si
vogliono ottenere e, non meno importante, sulla velocità di comunicazione che i
dispositivi di rete (se già esiste una rete) sono in grado di gestire.
Se alcuni dei PC’s , Servers o periferiche collegati alla rete sono in grado di
comunicare a 100Mbps, si potranno sfruttare i benefici resi disponibili dall’impiego
di un Hubs dual speed, cioè in grado di gestire automaticamente connessioni sia a
10Mbps sia a 100Mbps (Autosensing 4 ). Lo standard ISO/IEEE definisce che esiste
un limite al numero di hubs che possono essere collegati in ‘cascata’. Per gli hubs a
10Mbps, il limite è di quattro; per gli hubs a 100Mbps il limite è di due.
4
Autosensing significa che la porta dell’hub al quale verrà collegato un dispositivo di rete,
automaticamente adatterà la sua velocità di funzionamento in base alla velocità di comunicazione del
dispositivo connesso.
35
Rev. 04
Figura 3 - Rete 10Mbps condivisa
Switches
Perché scegliere uno Switch invece di un Hubs ?
Sebbene le due unità forniscano lo stessa connettività per i cavi di rete, le unità switch
forniscono prestazioni di molto superiori. Gli switch riescono a far ciò, aumentando
la capacità di muovere dati nella rete (network bandwidth).
Invece di dividere la capacità disponibile per tutti gli utenti collegati, cosa che invece
fanno gli hubs, l’unità switch garantisce la massima capacità disponibile ad ogni
dispositivo ad esso connesso.
Per esempio, un hub offre una capacità di 10Mbps che verrà però suddivisa per tutti i
dispositivi ad esso collegati. In modo analogo uno switch offrirà una capacità di
10Mbps ad uso esclusivo di ogni dispositivo collegato. Le prestazioni pertanto
saranno molto più elevate.
Tali prestazioni, saranno inoltre ulteriormente incrementate se lo switch supporta
collegamenti full-duplex 5.
5
Molti collegamenti sulla rete funzionano con la modalità half-duplex. Questo infatti è il modo
tradizionale con cui i dispositivi comunicano su una rete Ethernet.. Questa modalità di funzionamento
definisce che per ogni istante considerato, la comunicazione tra due dispositivi avvenga in una sola
direzione. In altre parole non è gestita la contemporanea bidirezionalità delle comunicazioni (fullduplex). Con la modalità full-duplex la capacità di comunicazione raddoppia, permettendo così ai
dispositivi (abilitati) connessi di comunicare a 20Mbps (oppure 200Mbps nel caso in cui la
connessione half-duplex sia 100Mbps). La modalità di comunicazione full-duplex è supportata solo
dalle unità switch. Le unità hubs, conformemente a quanto stabilito dallo standard ISO/IEE , non
supportano la modalità full-duplex.
.
36
Rev. 04
Le unità switch sono più indicate per certe applicazioni :
• In prossimità del cuore della rete
• Per aumentare la possibilità di estensione di una rete
• Come dispositivo di connessione utilizzato per ottenere le massime prestazioni di
connettività.
Gli switch sono in grado di fornire ulteriori vantaggi, magari meno evidenti in termini
di prestazioni, che permettono un migliore sfruttamento della rete ed una minore
perdita di dati nel caso in cui si raggiungano punte di traffico elevato.
E’ il caso per esempio della funzione ‘802.3x Flow control’ .
Se il traffico di rete diventa elevato, lo switch può non riuscire più ad elaborare i dati,
e possono verificarsi due tipi di problema :
1.
2.
Parte dei dati non vengono ritrasmessi (data drop)
Il protocollo di rete dovrà recuperare i dati persi, e la rete diventerà più lenta in
modo significativo
In alternativa a questi problemi, uno switch può essere in grado di adottare metodi
che assicurino l’integrità dei dati anche a livelli di traffico elevati. La funzione
‘802.3x Flow control’ permette agli switch di fare questo.
37
Rev. 04
38
Via Galvani, 6/F - 25010 S.Zeno Naviglio
Brescia – Italy
www.signal-elettronica.it
Tel. 030 3539297 – Fax 030 3539396

Seminario Reti Signal

Transcript

Documenti analoghi

La connessione di tutti i dispositivi del sistema

CORDIAL - CSE 10 NN 5 - Leading Technologies

Cuffia speak easy per IP6060

Scarica la Scheda tecnica

Validator NT950

note elementari per una corretta esecuzione di un

Validator NT955

Configurazione n - Liceo Marconi

CaVi eLeTTRiCi - ELECTRIC CABLES

APPLICAZIONI: PER COLLEGARE TESTATA/CASSA DI UN