LAN COMMUTATE
Obiettivi del capitolo:
Comparare il
funzionamento delle LAN commutate con quello della LAN condivise tradizionali
Spiegare come la segmentazione possa aumentare la larghezza di base effettiva di una LAN
Descrivere la commutazione immagazzina ed invia (store and forward switching)
Descrivere la tecnica di commutazione cut-through
Spiegare l’effetto delle LAN commutate sui sistemi connessi alle LAN
Spiegare i benefici delle LAN virtuali
Comparare le tecniche di interconnessione ATM con quelle delle LAN convenzionali
Spiegare come l’Emulazione ATM LAN possa aiutare gli utenti a migrare dalle LAN convenzionali alla tecnologia ATM
Fig. 1
Le LAN commutate sono reti locali che usano una tecnologia di commutazione ad alta velocità per spedire le trame agli utenti della rete. In che cosa differisce rispetto al funzionamento delle LAN tradizionali?
Fig. 2
Le LAN di standard industriale tradizionale, tipo e Token-Ring, furono progettate originariamente per permettere agli utenti di comunicare su un mezzo trasmissivo fisico condiviso solitamente fili di rame. Tali LAN sono definite condivise per distinguerle dalle LAN commutate.
Fig. 3
La rete originale Ethernet è un esempio di LAN condivisa nella sua forma più semplice. La LAN è semplicemente costituita da un cavo coassiale (chiamato bus) al quale si collegano i sistemi terminali. Il filo (il cavo) è la LAN. Non viene utilizzata alcuna commutazione. Tutti i sistemi trasmettono i loro messaggi sullo stesso cavo. I messaggi vengono diffusi lungo il cavo e vengono “visti” da tutti i sistemi connessi. L’indirizzo presente nell’intestazione specifica a chi è rivolto il messaggio.
Fig. 4
Anche la rete tradizionale
Token-Ring fa uso di un mezzo trasmissivo condiviso. I messaggi vengono
trasmessi da stazione a stazione lungo l’anello e quando una di esse riconosce
nel messaggio il proprio indirizzo lo estrae dall’anello.
Fig. 5
Gran parte delle LAN odierne, sebbene siano ancora basate su un mezzo trasmissivo condiviso, usano una topologia a stella. Anche la configurazione originale della rete Token-Ring faceva uso di un concentratore dei cavi. Le LAN Ethernet configurate a stella sono di più facile installazione rispetto a quelle costituite con lunghi segmenti di cavo ai quali i sistemi si connettono direttamente. Le LAN condivise con topologia a stella sono costituite da più segmenti di cavo. I concentratori dei cavi o hubs collegano fra loro questi segmenti che si comportano così come un unico mezzo trasmissivo condiviso. Lo hub fornisce una connessione elettrica fra i segmenti di cavo cosicché il tutto funziona come se tutti i sistemi fossero connessi ad un unico cavo. Quindi i sistemi funzionano ancora come se condividessero un unico mezzo trasmissivo.
Fig. 6
Siccome gli utenti condividono il mezzo trasmissivo, solo uno di essi alla volta può trasmettere sulla LAN condivisa. La larghezza di banda della LAN è suddivisa fra tutti gli utenti. Così il tasso di trasmissione effettivo per utente è minore dell’intera larghezza di banda; cioè all’utente sembra che la LAN lavori a velocità ridotta.
Fig. 7
Se, per esempio, una LAN Ethernet a 10 Mbps ha 20 utenti, la velocità di trasmissione media disponibile per ogni utente è di 500 Kbps. all’aumentare del numero degli utenti connessi alla LAN, la banda media disponibile diminuisce.
Fig. 8
Per soddisfare le richieste degli utenti della rete di aumento della larghezza di banda, le LAN vengono spesso segmentate in modo da ridurre il numero di utenti per segmento ed aumentare quindi la larghezza di banda effettiva disponibile per utente. Un LAN con 10 utenti, ad esempio, può essere suddivisa in due LAN da cinque utenti ciascuna. Questo raddoppierebbe la larghezza di banda effettiva disponibile per ogni utente.
Fig. 9
Un minor numero di utenti per LAN riduce anche i potenziali ritardi dovuti a contese per il possesso della larghezza di banda. Nelle reti Ethernet questo significa ridurre il numero di collisioni. Nelle reti Token-Ring questo significa ridurre il tempo di attesa del token che consente la trasmissione. Ogni volta che si segmentano le LAN esse devono poi essere riconnesse tramite un dispositivo di interconnessione per ricostituire la connessione fra utenti collocati su LAN diverse. Solitamente per questo scopo si utilizzano bridge o router.
Al crescere delle dimensioni delle reti (inteso essenzialmente come numero di utenti) e delle richieste di larghezza di banda da parte degli utenti l’uso di bridge e router per interconnettere le LAN diventa sempre più gravoso e costoso. Il bridge, sebbene di basso costo, è solitamente un dispositivo progettato per connettere per connettere una sola coppia di LAN. Al crescere del numero di LAN il numero di bridge necessari cresce proporzionalmente.
Per connettere più LAN si possono usare router multiporta, ma il loro elevato costo per porta può rendere costosa quest’alternativa.
LAN commutate
Ciò di cui si ha bisogno è una alternativa, per connettere un gran numero di LAN, che sia a basso costo e ad alte prestazioni. Le LAN commutate sono state create per soddisfare questa esigenza.
Fig. 10
Le LAN commutate costituiscono una alternativa alle LAN condivise tradizionali. Invece di comunicare tramite un mezzo fisico condiviso, gli utenti delle LAN commutate sono connessi mediante nodi di commutazione ad alte prestazioni. Il basso costo per porta dei commutatori per LAN rende economica la segmentazione delle LAN e la riduzione del numero di utenti per segmento. In molti casi è conveniente ad ogni sistema connesso alla LAN il suo segmento dedicato di LAN.
I commutatori (switches) di LAN smistano le trame smistano le trame da un segmento di LAN ad un altro e comunemente lavorano come bridge multiporta ad alta velocità. Gran parte dei commutatori di LAN gestiscono il “transparent bridging”, standard industriale, o il “source route bridging” o entrambi. Come i bridge convenzionali I commutatori di LAN utilizzano gli indirizzi di destinazione delle intestazioni di livello di collegamento dati contenuti trame entranti.
I commutatori possono usare due tecniche per inviare smistare le trame da porta a porta:
· Commutazione store and forward (immagazzina e (poi) invia)
· Commutazione cut-through.
Quando viene usata la tecnica store and forward le trame entranti vengono memorizzate in un buffer interno e viene eseguito un controllo sulla presenza di errori prima di inviarle sulla porta di commutazione di uscita. Questo assicura che le trame errate non vengano trasmesse dal commutatore, ma le trame vengono ritardate perché esse devono essere completamente ricevute e memorizzate prime di essere rispedite.
I commutatori “cut-through” non memorizzano l’intera trame prima di rispedirla. Appena ricevuto l’indirizzo di destinazione della trama entrante, sono in grado di determinare la porta di uscita ed iniziano a spedire la trama.
Il ritardo di spedizione si riduce alla quantità di tempo che il commutatore impiega per ricevere l’indirizzo del destinatario. Quest’ultimo è contenuto nell’intestazione di livello collegamento dati ed è posto all’inizio della trama. La commutazione “cut-through” può inviare trame errate poiché il commutatore inizia ad inviare le trame prima di averle ricevute per intero e di aver controllato l’eventuale presenza di errori.
Fig. 11
Questa rete usa una LAN condivisa 10BASE-T per connettere i sistemi “client” ad un server locale e ad un router che fornisce la connessione remota. I client, il server ed il router condividono tutti una LAN a 10 Mbps. Per permettere a una nuova applicazione grafica tipo client/server, la LAN deve essere potenziata per fornire una maggiore larghezza di banda. Le tecnologia delle LAN commutate è in grado di fornire la soluzione.
Fig. 12
Una LAN commutata viene aggiunta alla rete per fornire, ove richiesto, maggiore larghezza di banda. Il server ed il router sono risorse utilizzate da tutti i sistemi clienti e, quindi, le loro connessioni alla LAN costituiscono dei potenziali colli di bottiglia delle prestazioni. Sia al server sia al router vengono assegnate connessioni (una ciascuno) dedicate a 10 Mbps verso il commutatore.
Fig. 13
Parecchi dei sistemi clienti potrebbero aver necessità di larghezza di banda molto grande in quanto essi gestiscono il lavoro dei gravosi utenti di una nuova applicazione grafica. Anche a questi clienti vengono assegnate connessioni allo switch a 10 Mbps. I sistemi client rimanenti non utilizzeranno la nuova applicazione grafica e saranno adeguatamente serviti dalla larghezza di banda delle LAN condivisa a 10 Mbps. Questi clienti rimarranno connessi all’hub preesistente che è connesso ad una porta dello switch. Se, in futuro, qualcuno di questi clienti necessitasse di maggiore larghezza di banda, questa potrà essere fornita loro mediante una connessione dedicata ad una porta dello switch. un altro dei benefici chiave della migrazione dalle LAN condivise a quelle commutate e che non sono richieste modifiche sui sistemi connessi alla LAN. Ad esempio, il router, il server ed i clienti connessi allo switch, nella nostra rete di esempio, possono continuare ad utilizzare i loro adattatori originali per 10BASE-T (NIC). Un altro beneficio chiave è che la gran parte di esse possono essere configurate in modo da creare LAN virtuali (VLAN). Una VLAN è un gruppo di sistemi che sono connessi a LAN commutate ma logicamente trattati come se fossero connessi ad una unica LAN fisica. I sistemi nell’ambito di una VLAN, ad esempio, ricevono messaggi da un qualunque altro sistema nell’ambito della VLAN.
Fig. 14
L’esempio in figura mostra una LAN commutata che è configurata come due LAN virtuali. Una VLAN (collegamenti evidenziati in rosso) è composta dal server e dai suoi sistemi clienti. L’altra VLAN (collegamenti evidenziati in blu) comprende il router ed un gruppo di PC che usano il router per comunicare con un server remoto. Il software presente negli switch permette di aggiungere e rimuovere sistemi nelle VLAN. Ciò può eliminare, o almeno ridurre, il numero di spostamenti fisici e modifiche richiesti per la manutenzione delle LAN.
