2. Repeater e Hub
• Per costruire reti più ampie diversi cavi possono essere connessi
con ripetitori
• Un ripetitore opera al livello fisico amplificando e ritrasmettendo il
segnale in modo bidirezionale
• 2 transceiver non possono essere distanti più di 2.5 Km
• Non ci possono essere più di 4 ripetitori fra 2 transceiver (delay)
A B C D
ripetitore
2
3. Repeaters e Hub operano a livello Fisico
Livello Fisico
A
B
C
D
• Tutti I dispositivi nello stesso dominio di collisione
• Tutti I dispositivi nello stesso dominio di broadcast
• Tutti I dispositivi condivisono la banda
3
4. Hubs: unico dominio di collisione
• Man mano che aumentano le stazioni
aumntano le collisiioni
• Uso di CSMA/CD
• Limita le dimensioni della rete
4
5. Bridge e Switch
• Permettono di connettere più LAN mantenendo la
suddivisione a livello data link
• Si possono collegare LAN operanti con protocolli diversi
• Si creano domini di collisione separati diminuendo il carico di ciascuna
sottorete (il traffico locale rimane confinato nella sottorete)
• Si può aumentare la dimensione della LAN (es. lunghezza delle linee)
frazionando la rete in segmenti
• Si confinano i malfunzionamenti dovuti a stazioni difettose
• Aumentano la sicurezza dei dati - uso “malizioso” del modo promiscuo
(il traffico interno ad una sottorete non è visibile dalle altre collegate
con bridge/switch)
5
6. Esempio di Bridging
• Separazione di più laboratori con traffico interno intenso
• Rende possibile più trasmissioni contemporanee che non interessano gli stessi
segmenti
Dorsale LAN
B B B
filtro
File server
Traffico sulla dorsale
Traffico locale
workstation
6
9. Transparent Bridging
• Inserimento “plug-and-play” (nessuna configurazione)
• Modalità disponibile sia su bridges che switches
Il bridge osserva in modo promiscuo il traffico delle LAN a cui è connesso
Osservando il traffico costruisce una tabella hash interna (MAC addresstable) che
associa ogni indirizzo MAC alla porta corrispondente del bridge (backward
learning)
Con la tabella il bridge decide se scartare il frame (la destinazione è la stessa
porta di arrivo) o ritrasmetterlo su un altra linea
9
10. Switches
• Ha la stessa modalità di funzionamento del bridge
• Ha un numero di porte superiore a 2 (es. 8,12,24)
• Ogni porta può essere collegata a un segmento della rete o a una stazione singola
• Uno switch è funzionalmente equivalente a un bridge multi-porta
switch
hub
10
11. Bridges e Switches operano a livello di Link
Data Link
OR
• Ogni segmento indivudua un dominio di collisione
• Tutti I segmenti sono sullo stesso dominio di broadcast
11
12. Switches
Switch
Memory
• Domini di collisione per
segmento
• I Broadcasts sono commutati su
tutti I segmenti
12
13. Il backward learning
• Al boot le tabelle sono vuote
• Se un pacchetto ha una destinazione sconosciuta viene emesso su tutte le
porte eccetto quella di provenienza
• In ogni caso viene usato l’indirizzo di provenienza per definire la posizione
del mittente nella tabella
• Per gestire topologie dinamiche viene memorizzato anche il momento di
arrivo dell’ultimo frame da un dato indirizzo. Periodicamente vengono
eliminate le linee più vecchie
• Dopo pochi messaggi le tabelle sono a regime e la struttura raggiunge la
piena efficienza
13
14. Il backward learning
MAC address table
A B
c01.1111 c01.3333
E0 E1
E2 E3
C D
c01.2222 c01.4444
• Inizialmente la MAC address table è vuota
14
15. Il backward learning
MAC address table
E0: 0260.8c01.1111
A B
c01.1111 c01.3333
E0 E1
C E2 E3 D
c01.2222 c01.4444
• La Stazione A invia una trama alla Stazione C
• Lo Switch memorizza l’associazione fra il MAC address della stazione A e la
porta E0 osservando l’indirizzo sorgente delle trame
• La trama dalla szazione A alla stazione C è inviata su tutte le porte trasnne la
porta E0 (flooding verso gli indirizzi unicast non noti)
15
16. Il backward learning
MAC address table
E0: 0260.8c01.1111
E3: 0260.8c01.4444
A B
c01.1111 c01.3333
E0 E1
C E2 E3 D
c01.2222 c01.4444
• La stazione D invia una trama alla stazione C
• Lo Switch memorizza l’associazione fra il MAC address della stazione D e la porta E3
osservando l’indirizzo sorgente delle trame
• La trama dalla szazione D alla stazione C è inviata su tutte le porte trasnne la porta E3
(flooding verso gli indirizzi unicast non noti)
16
17. Invio selettivo delle trame
MAC address table
E0: 0260.8c01.1111
E2: 0260.8c01.2222
A E1:
E3:
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
B
c01.1111 c01.3333
E0 E1
X
C E2
XE3 D
c01.2222 c01.4444
• La stazione D invia una trama alla stazione C
• La destinazione è nota, la trama non viene inviata a tutti (no
flooding)
17
18. Gestione trame broadcast e multicast
MAC address table
E0: 0260.8c01.1111
E2: 0260.8c01.2222
A E1: 0260.8c01.3333
B
E3: 0260.8c01.4444
c01.1111 c01.3333
E0 E1
C E2 E3 D
c01.2222 c01.4444
• La stazione D invia una trama broadcast o multicast
• Le trame broadcast e multicast frames sono inviate a tutte le
porte eccetto quella di origine
18
19. Bridging e Switching
Bridging
• Essenzialmente software-based
• Una istanza di spanning-tree per bridge
• Tipicamente fino a 16 porte per bridge
LAN Switching
• Hardware based (ASIC)
• Multiple istanze di spanning-tree per bridge
• Un numero elevato di porte (dipende dalla fabric)
19
20. Tipi di switch
Cut-through switching
Il frame è subito reindirizzato sulla porta corretta
Frame
Store-and-forward
Il frame è letto completamente dallo switch
Viene controllato il CRC prima di inviarlo
In caso di errore il frame è scartato
Frame
Frame
Frame
Permette di filtrare il traffico
Port-based switching
Ad ogni porta corrisponde un solo indirizzo Ethernet
Segment-based switching
Ad ogni porta corrispondono più indirizzi (ad esempio è collegata ad un hub)
20
21. Tecnologia degli Switch
Shared Memory
Memorizza i pacchetti in una memoria comune a tutte le porte
Invia in pacchetti in memoria alla porta destinazione
Switching Matrix o Fabric crossbar
1
Utilizza una matrice di commutazione
2
In base all’indirizzo e al contenuto della
tabella viene attivata la connessione 3
necessaria 4
Bus-Architecture 1
High speed
Ha un BUS interno condiviso ad alta 2
TDMA BUS
velocità 3
La comunicazione interna usa TDMA 4
21
22. Tecnologia degli Switch
• Terminologia: n x m switch Input Output
ha n inputs and m outputs port port
Input Output
• Obiettivi port
Fabric
port
– Massimo throughput Input
port
Output
port
– Scalabilità (rispetto a n)
Input Output
port port
• Porte e Fabrics
– Porte
• Contengono le componenti elettriche o ottiche (circuiteria di controllo, hardware di interfaccia
etc.) di trasmissione e ricezione,
• Prevedono meccanismi di bufferizzazione (cells) per le trame in attesa di trasmissione o
ricezione
– Fabric
• Recapita le trame in input su una porta verso una porta di output. (più efficientemente
possibile)
• Può effettuare bufferizzazione delle trame (internal buffering fabric).
22
23. Shared Memory/Bus Switch
• Limitata scalabilità (le risorse condivise si saturano col carico)
• Grande disponibilità di spazio di bufferizzazione
• Realizzati tramite componenti COTS (es. PC)
• In grado di scrivere una trama alla volta in memoria o sul bus condiviso
• In presenza di n porte il trasferimento Mux-memoria deve essere n volte
più veloce della capacità del link
Inputs Outputs
Shared bus
Mux demux
Buffer memory
1 2 N 1 2 M
Write Read
control control Input Output
Ports Ports
23
24. Crossbar Switch 4X4 crossbar:
• Concettualmente semplice (ogni input
connesso a ogni possibile output)
• Possibili problemi di contesa
• La complessità delle porte di uscita
aumenta più velocemente di quella
delle porte in ingresso
• Un crossbar switch “perfetto” può
teoricamente commutare trame
concorrentemente da tutte le n porte
di input a tutte le m porte di output
24
26. Bufferizzazione
– Può ridurre il throughput (fino al 59% quando gli arrivi sono
uniformemente distribuiti).
– E’ fondamentale per gestire la QoS (non si può sempre usare FIFO o RR)
– E’ indispensabile in presenza di possibili contese
• Porte di input (contesa sulla fabric)
• fabric buffers interni (contesa sulle output ports)
• Porte di output (contesa sui links)
2
Port 1
Switch
1 2
Port 2
26
27. Bufferizzazione
Output Port Buffer per
Uno switch N-x-4
Shifter
• Ogni porta di output ha un buffer (a)
dedicato Buffers
• I Buffers avengono riempiti in logica
round-robin (da uno shifter) Shifter
• L’ordine di arrivo è preservato (b)
Buffers
• A) 3 packets arrive
• B) 3 packets arrive, 1 leaves
• C) 1 packet arrives, 1 leaves. Shifter
(c)
Buffers
27
31. Batcher Networks
switching element that sorts inputs (1 path from each In to each Out)
• some elements send larger number to the top element ( )
• some elements send larger number to the bottom element ( )
• (if only 1 number, take the output opposite arrow head)
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
5 6 6 2 2 7 7 3 3 1 1
6 5 2 6 5 2 2 7 5 3 2
2 2 5 5 6 4 4 5 7 2 3
7 7 7 7 7 5 3 2 1 5 4
3 1 1 4 4 3 5 1 2 4 5
1 3 4 1 3 6 1 4 4 7 6
4 4 3 3 1 1 6 6 6 6 7
31
32. Batcher-Banyan Switch
Ottenuti come variazioni di multipli banyans che accettano fino a l pecchetti destinati a 1
porta per volta.
A selector sends any extras to Delay for recycling).
The Trap identifies the extras for Selector to be recycled.
k k
Delay
n n
n n+k n+k n n
Inputs Batch TRAP Select Banyans
er or n n Outputs
32
34. Topologie con ridondanza
Server/host X Router Y
Segmento 1
Segmento 2
– Topologie Ridondanti eliminano i single points of failure
– In compenso possone essere causa di broadcast storms, trame ripetute e
instabilità del MAC address database
34
35. Il problema dei broadcast storm
Server/host X Router Y
Segmento 1
Broadcast
Switch A Switch B
Segmento 2
• L’Host X invia un Broadcast
35
36. Il problema dei broadcast storm
Server/host X Router Y
Segmento 1
Broadcast
Switch A Switch B
Segmento 2
• Lo switch A replica il Broadcast su tutte le sue porte (anche quella verso lo switch B)
• Lo switch B replica il Broadcast su tutte le sue porte (anche quella verso lo switch A)
• Il Broadcast ritorna ad A
36
37. Il problema dei broadcast storm
Server/host X Router Y
Segmento 1
Switch A Broadcast Switch B
Segmento 2
• Gli switches continuano a rigenerare e propagare I broadcast
all’infinito (Broadcast Storm)
37
38. Replicazione di trama
Server/host X Unicast Router Y
Segmento 1
Switch A Switch B
Segmento 2
• L’host X invia una trama unicast al router Y
• L’indirizzo MAC del Router Y non è stato “imparato” da nessuno dei 2
switches
38
39. Replicazione di trama
Server/host X Unicast Router Y
Segment 1
Unicast
Unicast
Switch A Switch B
Segment 2
• Entrambi gli switch inviano il messaggio su tutte le porte
• Il Router Y riceve 2 copie della medesima trama
39
40. Instabilità del MAC address database
Server/host X Router Y
Segment 1
Unicast Unicast
Port 0 Port 0
Switch A Switch B
Port 1 Port 1
Segment 2
• L’host X invia una trama unicast al router Y
• L’indirizzo MAC del Router Y non è stato “imparato” da nessuno dei 2 switches
• Gli Switch A and B vedono il MAC address di X sulla porta 0
40
41. Instabilità del MAC database
Server/host X Router Y
Segmento 1
Unicast Unicast
Port 0 Port 0
Switch A Switch B
Port 1 Port 1
Segmento 2
• La trama diretta al router Y è inviata a tutte le porte
• Gli switch A and B vedono in maniera non corretta il MAC address di X sulla porta 1
41
42. Problema di loops multipli
Server/host
Broadcast
Loop
Loop
Loop
Workstations
– Topologie più complesse possono causare loop multipli
– Il Layer 2 non dispone di meccanismi per bloccare i loop
42
43. Soluzione: Spanning-Tree Protocol
x Block
Rende una topologia ridondante “loop free” mettendo in stato di blocco
alcune porte
43 p158
44. Spanning Tree: funzionamento
• Un root bridge per network (radice dellʼalbero)
• Una root port per non-root bridge (uplink verso radice)
• Una designated port per segmento
baseT
Designated port (F) Root port (F)
Root bridge Non-root bridge
SW X SW Y
Designated port (F)
x Nondesignated port (B)
baseT
44
45. Spanning Tree: selezione root bridge
Switch X Switch Y
Default priority 32768 Default priority 32768
BPDU
(8000 hex) (8000 hex)
MAC 0c0011111111 MAC 0c0022222222
BPDU = Bridge protocol data unit
(default = inviata ogni 2 seconds)
Root bridge = Bridge col più basso bridge ID
Bridge ID = Bridge priority + bridge MAC address
45
46. Spanning Tree: Port
baseT
Designated port (F) Root port (F)
Port 0 Port 0
Switch X Switch Y
Default priority 32768 Default priority 32768
Root bridge
MAC 0c0011111111 MAC 0c0022222222
Port 1 Port 1
x
Designated port (F) Nondesignated port (B)
baseT
46
48. Spanning Tree: funzionamento
Switch Z
Mac 0c0011110000
Default priority 32768
Port 0
baseT
Port 0 Port 0
Switch X Switch Y
MAC 0c0011111111 MAC 0c0022222222
Default priority 32768
Default priority 32768
Port 1 Port 1
baseT
Esercizio:
• Qualʼè il root bridge?
• Quali sono le designated, nondesignated, e root parts?
• Quali sono le porte che vanno in forwarding o in blocking?
48
49. Spanning Tree: funzionamento
Switch Z
Mac 0c0011110000
Default priority 32768
Port 0
Designated port (F)
baseT
Port 0 Root port (F) Port 0 Root port (F)
Switch X Switch Y
MAC 0c0011111111 MAC 0c0022222222
Default priority 32768
Default priority 32768
Port 1
Designated port (F) Port 1
Nondesignated port (BLK)
baseT
Esercizio:
• Qualʼè il root bridge?
• Quali sono le designated, nondesignated, e root parts?
• Quali sono le porte che vanno in forwarding o in blocking?
49
50. Spanning Tree: stati per Port
Nello Spanning-tree ogni porta transita attraverso 4
differenti stati:
Blocking
Listening
Learning
Forwarding
50
51. Spanning Tree: ricalcolo
baseT
Designated port Root port (F)
Port 0 Port 0
Switch X Switch Y
MAC 0c0011111111 MAC 0c0022222222
Default priority 32768 Root Bridge Default priority 32768
Port 1 Port 1
Designated port
x Nondesignated port (BLK)
baseT
Da questa situazione di partenza …
51
52. Spanning Tree: ricalcolo
baseT
Designated port Root port (F)
Port 0 Port 0
x
Switch X
MAXAGE
x
Switch Y
MAC 0c0011111111 MAC 0c0022222222
Default priority 32768 Root Bridge Default priority 32768
BPDU
Port 1 Port 1
Designated port
x Nondesignated port (BLK)
baseT
• Il root bridge va fuori servizio
• Il non-root bridge non riceve BPDU per più di MAXAGE secondi
52
53. Spanning Tree: ricalcolo
baseT
? Designated port
Port 0 Port 0
x
Switch X Switch Y
MAC 0c0011111111 MAC 0c0022222222
Default priority 32768 Root Bridge Default priority 32768
Port 1
?
Port 1
Designated port
baseT
• B diventa root bridge
• La port 1 va in forwarding (si sblocca) e diventa designated port
53
57. VLANs e Broadcast Domains
Broadcast Domain 2
Broadcast Domain 1
– VLANs e routers confinano i broadcasts nel dominio di origine
57
58. Funzionalità VLAN
Switch A
Switch B
Red
Black
Green
Red
Black
Green
VLAN
VLAN
VLAN
VLAN
VLAN
VLAN
• Ogni VLAN logica è equivalente a un bridge fisico
• Le VLANs possono attraversare multipli switches
58
59. Funzionalità VLAN
Switch A
Switch B
Trunk
Fast Ethernet
Red
Black
Green
Red
Black
Green
VLAN
VLAN
VLAN
VLAN
VLAN
VLAN
• Ogni VLAN logica è equivalente a un bridge fisico
• Le VLANs possono attraversare multipli switches
• I trunks trasportano il traffico fra multiple VLANs
59
60. Modalità di Associazione
VLAN Statiche
VLAN Dinamiche
Trunk
Port e0/4
Port e0/9
VLAN5
VLAN10
VMPS
1111.1111.1111 = vlan 10
MAC = 1111.1111.1111
60
61. Associazione Porte a VLAN
• Lʼassociazione delle porte può essere statica o dinamica
Port-Based
MAC-Based
VLAN1
MAC MAC
Addresses
Addresses
VLAN2
VLAN3
VLAN1
VLAN2
Port-Driven
MAC Address
Driven (Layer 2)
La modalità condiziona le prestazioni
61
63. Configurazione Statica VLAN
Routing Function
Interconnects VLANs
Network Layer
192.20.21.0
192.20.24.0
192.30.20.0
Data Link Layer
Engineering
Marketing
Sales
Broadcast
VLAN
VLAN
VLAN
Domains
Physical Layer
Human Layer
x
Floor #1
Floor #2
Floor #3
All users attached to same switch port must be in the same VLA
63
64. Tipi di Collegamenti
Collegamenti di accesso
• Ogni collegamento è associato a una sola VLAN
64
65. Tipi di Collegamenti
Trunks
• Un trunk o tagged port è un collegamento in grado di trasportare VLAN
multiple
65
66. Associazione di trame a VLAN
VLAN1
VLAN1
VLAN2
VLAN3
Backbone
VLAN1
VLAN3
VLAN2
VLAN3
VLAN2
– Logica sviluppata per la comunicazione inter-switch in ambienti
multi-VLAN
– Nell’header di ciascuna trama è trasportato un VLAN ID
– Opera al Layer 2
66
67. VLAN Tagging
Green
Green
Fast Ethernet
Blue
Blue
Green
Blue
Red
Red
Red
RED VLAN
RED VLAN
• Opzioni possibili per l’interscambio di VLAN ID
• ISL (Proprietario)
• IEEE 802.1Q
67
68. Tagging di trame: I trunks
I trunks trasportano le VLANs sul backbone
– Gestito in ASIC
– Non intrusivo per Ie stazioni client
VLAN Tag – Implementabile fra switches,
settato dalla
porta entrante
Inter-Switch routers e switches, switches e
Link trasporta i
VLAN Tag
server con interfacce in grado di
supportare il tagging
VLAN Tag
eliminato al
forwording sulla
porta uscente
68
69. Trasporto dei Tag
X
Trunk Link
Trunk Link
3
Frame
VLAN100
W
Z
VLAN200 (Port C)
2
Trunk Link
Tag Frame
1
Y
Legend:
Trunk Links
Frame
VLAN200 (Access Link)
VLAN200 (Port A)
Y
VLAN200 (Port B)
• Le informazioni dei Tag viaggiano solo su collegamenti Trunk
69
70. ISL
ISL Header
CRC
Encapsulated Ethernet frame
26 bytes
4 bytes
DA
Type
User
SA
LEN
AAAA03
HSA
VLAN
BPDU
INDEX
RES
BPDU
VLAN
BPDU
– Incapsulamernto con ISL header e CRC dedicato
– Supporto per molte VLANs (1024)
– Campo VLAN ID specifico
– BPDU bit
70
71. IEEE 802.1Q
Initial MAC
2-Byte TPID
Initial Type/Data
New CRC
Address
2-Byte TCI
– Usa la trama 802.3
– 2-byte tag protocol identifier (TPID)
• Fissato a 0x8100. Questo valore indica che la trama
trasporta informazioni _(tag) 802.1Q/802.1p.
– 2-byte tag control information (TCI)
71
72. Trunk Negotiation
Domain
1/1
C5000-1
3/1
3/2
1/1
2/2
C5000-1
1/2
2/1
C5000-1
• Il protocollo DTP (Dynamic Trunk Protocol) gestisce la negoziazione
dinamica del trunking sui link
72
73. VLAN Trunking Protocol (VTP)
– Un sistema di messaggistica che consente fra switches lo scombio di
informazioni relative alle VLAN
– Garantisce la consistenza delle VLAN all’interno di un domunio
amministrativo unico
– VTP invia I messaggi/annunci solo sulle porte trunk
VTP Domain X
3.Sincronizza e aggiorna lo stato VLAN
2
1. nuova vlan
73
74. Propagazione VTP
ADMIN1
• Gli annunci VTP non si
CONFIG-REV# N
propagano fra domini differenti
1
default
1002
fddi-default
1003
token-ring-default
1004
fddinet-default
1003
trnet-default
N
XXXXX YY_ domain
Domain
C5000-3
C5000-6
N
3/1
3/2
N
4/1
4/2
1/1
2/2
5/1
1/1
C5000-1
C5000-2
C5000-4
C5000-5
1/2
2/1
74
75. VTP Pruning
Green VLAN Broadcast
Port 2
Host B
Traffic Pruned Here
C5000-4
Port 4
C5000-5
C5000-2
Port 5
Host A
Port 1
C5000-6
C5000-3
C5000-1
• Il VTP pruning limita il traffico reletivo a VLAN ai soli links
che supportano le VLAN
75
