Curs 6-7 RC

7/24/2019 Curs 6-7 RC

1/21

Reele de calculatoare Lector univ. dr. ing. C. N. Calistru

Dispozitive de interconectare pentrureelele locale

n cele ce urmeaz vor fi prezentate dispozitivelor de interconectare ntr-o clasificare cu treicategorii: repetoare, puni i rutere - chiar dac exist o serie de productori care ncearc s-i impun produsele ca pe o nou clas de dispozitive. Aceast tipologie prezint avantaul dea urmri de aproape stiva de protocoale !"#, prezent$nd astfel aciunile specifice fiecruinivel.

1 RepetorulRepetoruleste dispozitivul de interconectare ce funcioneaz la nivel fizic. %eoarece lanivelul fizic nu exist date ci doar &ii, repetorul nu este preocupat de identificarea destinaieisau de verificarea unui cod de corecie, ci doar de semnalul electric pe care-l primete i deregenerarea acestuia.

'rincipala sa funcie este aceea de a extinde suprafaa acoperit de o reea local cu un cost io laten foarte sczute.

(irul de &ii generat de o plac de reea este clar, respect$nd strict nivelurile de tensiunestandardizate. )u c$t irul de &ii cltorete mai mult prin ca&lu, semnalul electric sedeterioreaz i devine din ce n ce mai sla&. 'entru a opri deteriorarea semnalului peste olimit ce l-ar face de nerecunoscut pentru destinaie, repetorul ia irul de &ii, l aduce latreptele de semnalizare standardizate i l amplific.

%eprecierea semnalului nu apare doar c$nd acesta cltorete prin mediul de cupru, dar ic$nd atam prea multe dispozitive la mediul de transmisie, deoarece fiecare nou dispozitivataat la mediu va provoca o mic degradare a semnalului.

*xist repetoare pentru toate mediile de transmisie pe cupru - de la ca&lul coaxial de diferiteimpedane p$n la cel torsadat. )ele mai des nt$lnite reele locale sunt totui fr ndoial in +om$nia reelele *thernet. %in aceast cauz m voi referi n continuare cu precdere la

acestea.

n reelele *thernet nt$lnim deseori repetoare multiport numite hu&uri. u&urile vortransmite datele primite pe unul dintre porturi pe toate celelalte porturi. 'entru mediul torsadatacestea ndeplinesc o funcie suplimentar i anume asigur conectarea tuturor nodurilor la unmediu de transmisie distri&uit.

#niial au existat dou tipuri de hu&uri: pasive i active. u&urile pasive ofer posi&ilitateainterconectrii la acelai mediu de transmisie a mai multor dispozitive, fr a regenerasemnalul la trecerea prin ele. u&urile active vor oferi n plus fa de primele regenerareasemnalului. %atorit scderii extrem de rapide a preurilor i avantaelor ce le ofer aceast

regenerare de semnal hu&urile pasive au disprut de pe pia nc de la sf$ritul anilor /, dinaceast cauz n continuare prin hu&uri vom nelege hu&uri active.

0

7/24/2019 Curs 6-7 RC

2/21


1na din componentele eseniale ale protocolului *thernet este detecia coliziunilor. 2eintereseaz care este efectul unui repetor asupra coliziunilor. nainte de a merge mai departe,ar fi &ine ns s definim dou noiuni pe care le vom mai nt$lni deseori pe parcursul acesteicri.

)e sunt domeniile de coliziune3 1n domeniu de coliziune reprezint acea seciune dintr-oreea n care se va propaga o coliziune.)e sunt domeniile de difuzare3 1n domeniu de difuzare 4domeniu de &roadcast5 reprezintacea seciune dintr-o reea n care se va propaga un pachet de difuzare 4&roadcast5.

'entru un repetor nu exist noiunea de coliziune, dup cum nu exist noiunea de pachet dedate. %eci repetoarele extind at$t domeniile de coliziune c$t i pe cele de difuzare.

+epetoarele mpart reeaua n microsegmente. Aceast denumire nu este general acceptat,c$teodat fiind folosit termenul de segment pentru cele dou sau mai multe seturi decalculatoare pe care le conecteaz un repetor.

*xist o regul foarte important pentru proiectarea reelelor *thernet: regula 6-7-8.

Regula 5-4-3:)omunicaia dintre oricare dou calculatoare sau dispozitive dintr-o reea nu tre&uie streac prin mai mult de

6 microsegmente 7 repetoare consecutive 8 microsegmente populate

De ce regula 5-4-3?

*xist o fereastr de timp pentru transmiterea unui &it. 'entru *thernet, ce ofer o vitez de0/ 9&ps, durata transmiterii unui singur &it este de 0// de nanosecunde. %imensiuneaminim a cadrului *thernet este de 7 de octei. +ezult c timpul necesar transmiteriicadrului de dimensiune minim este de 60,; microsecunde.

%e ce ne intereseaz acest timp3 'entru c apariia unei coliziuni tre&uie detectat nainte deexpirarea acestui interval de timp. Altminteri, apariia unei coliziuni va fi interpretat ca ocoliziune la cel de-al doilea cadru i nu pentru primul.

7/24/2019 Curs 6-7 RC

3/21


Ce se ntmpl dac nu respectm regula 5-4-3?

n primul r$nd se va cere retransmisia unui cadru corect, n vreme ce cel pierdut n urmacoliziunii va fi considerat ca auns la destinaie intact. Astfel responsa&ilitatea integritiidatelor va fi pasat nivelului superior i anume nivelului reea. %in pcate, acest nivel nu are

posi&ilitatea manipulrii de cadre, i va determina c ntregul pachet din care face parte icadrul eronat este incorect, cer$nd retransmiterea pachetului. Aceast practic, dei va asiguraintegritatea datelor, introduce o laten semnificativ.

%ei la o nclcare nu prea violent a acestei reguli 4cum ar fi folosirea a cinci repetoare n locde patru5 deprecierea performanelor este mic, dac vrem s garantm c reeaua *thernetinstalat va oferi o lime de &and de 0/ 9&ps, atunci cinci repetoare nseamn dea unrepetor n plus.

%oar pentru a sesiza flexi&ilitatea enorm a regulii 6-7-8 s considerm cazul transmiteriicadrelor *thernet de lungime maxim, adic 06// de octei. 'entru acest caz este necesar o

fereastr de timp de 0,; milisecunde, astfel nc$t performanele pentru o reea *thernet ce arfolosi doar cadre de lungime maxim nu ar fi afectate nici n cazul folosirii a 0// derepetoare. )u toate acestea n realitate se folosesc i cadre de lungime mic i, dei cadrele delungime minim nu sunt folosite prea des, corectarea erorilor de ctre nivelul reea poateconstitui un cost prea mare n termeni de laten.

%ei nu este principala sa funcie, repetorul ofer, precum orice dispozitiv de interconectare,posi&ilitatea legrii de grupuri de calculatoare ce difer prin mediul de transmisie folosit,adic prin nivelul fizic. Altfel spus, numeroase dintre hu&urile actuale ofer pe l$ng porturile+=-76 i un port >2), sau mai rar chiar un port A1#.

2 Puntea'untea sau &ridge-ul este primul dispozitiv de interconectare ce poate lua decizii logice.'entru el semnalele electrice se transform n octei i n date.

'untea este dispozitivul de interconectare ce funcioneaz la nivelul legtur de date.

'unile sunt folosite i la interconectarea a grupuri de calculatoare ce difer prin protocolulfolosit la nivelul legtur de date sau a mediului de transmisie. Astfel, exist puni ce

conecteaz reele *thernet cu reele ?o@en +ing, sau reele ?o@en +ing cu reele ?o@en >us.

)are sunt mecanismele ce i permit punii s ia decizii logice3 )ele dou mecanisme ce facdin punte un dispozitiv de interconectare inteligent sunt: ncapsularea datelor la nivellegtur de date i folosirea unei scheme de adresare pentru livrarea acestora.

Bruparea datelor nu se face la nivel de &it, ci la nivel de cadru, un cadru put$nd conine p$nla 06// de octei n cazul cadrului *thernet, sau chiar /// de octei.

8

7/24/2019 Curs 6-7 RC

4/21


1 Adrese MAC

Colosirea unei scheme de adresare presupune adugarea unei informaii suplimentare numiteoverhead la fiecare unitate de date, aceast informaie conin$nd suportul pentru identificareadestinaiei.

'entru nivelul fizic implementarea unui astfel de mecanism nu este renta&il. " lum o reeacu doar 7 staii. n cazul acesta dou treimi din limea de &and va fi folosit pentrutransferul informaiei suplimentare. Astfel, singurul tip de comunicaie la nivel fizic va fi cel

&azat pe difuzare 4&roadcast5.

*xist dou scheme de adresare folosite n telecomunicaii: adresarea plat i cea ierarhic. !schem de adresare se refer de fapt la modul de distri&uie al adreselor.

n cazul distri&uiei plate spaiul de adrese este ocupat treptat i complet, adic, dac amatri&uit adresa n, urmtoarea adres pe care tre&uie s o atri&uim va fi neaprat nD0. )are esteavantaul acestui tip de adresare3 Colosirea eficient a spaiului de adreseE 'reul pltit nacest caz este imposi&ilitatea implementrii unor algoritmi eficieni de cutare, deoarecespaiul adreselor va fi o mulime neordonat. %e multe ori acesta este considerat un pre mult

prea mare pentru a putea fi suportatF de aceea, adresarea plat nu este prea des nt$lnit.*xemplul dea clasic al unei distri&uii plate este cel al numerelor de asigurare social din"1A, dar tot adresarea plat este folosit i pentru numerotarea &ancnotelor sau a &iletelor detransport n comun.

Adresarea ierarhic este mult mai frecvent prezent n societatea noastr, de la codul de &arede pe produse p$n la numerele de telefon. Acesta presupune nglo&area n adres a unei

informaii suplimentare ce va permite identificarea mai nt$i a grupului de adrese creia iaparine adresa destinaie i a&ia apoi, n interiorul acestui grup, identificarea adreseidestinaie. %ac privim invers procesul, o adres ierarhic este rezultatul concatenrii a dousau mai multe adrese. " lum cazul numerelor de telefon. 1n numr de telefon din +om$niava conine adresa rii, adresa udeului i a&ia n final adresa postului telefonic destinaie.

Avantaul adresrii ierarhice este posi&ilitatea ordonrii spaiului de adrese. 'reul pltit estepierderea unei pri din spaiul de adrese. " ne ntoarcem la exemplul numerelor de telefon:dac nu mai exist numere de telefon disponi&ile n >ucureti, nu m aut cu nimic existenaa 0/./// de numere nealocate n udeul ?imi. 2umerele de telefon din ?imi nu vor putea fialocate unor posturi telefonice din >ucureti.

2 Principiile de funcionare a punilor

'untea interconecteaz dou sau mai multe segmente de reea. n plus fa de un simplucalculator, care la nivelul legtur de date se preocup doar de ncapsularea datelor n cadre, o

punte tre&uie s ia decizia spre ce segment s trimit cadrul primit.

!a regenera puntea semnalul electric?

%aE n cazul n care pe una dintre interfee primete un ir de &ii ale cror valori nu sunt/,6G sau -/,6G 4n cazul *thernetului5, va ncerca s-i dea seama care au fost valorileiniiale a acestor &ii pentru a putea nelege cadrul primit. !dat o&inut un cadru valid, adicdup corectarea &iilor ce nu mai aveau niveluri de tensiune corect, puntea va desface antetul

7

7/24/2019 Curs 6-7 RC

5/21


cadrului i va analiza informaiile legate de adresa destinaie. %up determinarea interfeei pecare tre&uie trimis cadrul, placa de reea l va transforma n &ii, trec$ndu-l la nivelul fizic.'laca de reea poate genera doar c$teva niveluri de tensiune, astfel nc$t nici nu ar fi posi&iltrimiterea irului de &ii depreciat.

'rincipala funcie a unei puni este filtrarea traficului pe &aza adresei fizice.

" ne aplecm un pic asupra procesului prin care puntea ia decizii de comutare a unui cadru.'entru a putea lua astfel de decizii punile folosesc o ta&el, numit ta&el de comutare4&ridging H sIitching ta&le5 n care fiecrei adrese fizice i este asociat una dintre interfeelesale. n figura 7.0avem o astfel de ta&el.

Figura:?a&el de comutare cu 8 intrri

%e exemplu, prima intrare are urmtoarea semnificaie: destinaia //.7.);./0.J.0; se aflpe segmentul conectat pe interfaa */ a punii 4*/ este prescurtarea de la *thernet /, primainterfa *thernet5.

Care este rolul punii n comunicaia din interiorul aceluia"i segment?

'rotocolul *thernet ofer un mediu de comunicaie distri&uit, adic comunicaia dintre dou

staii va fi accesi&il nivelului legtur de date a oricrei alte staii conectate pe acelaisegment. 'entru fiecare cadru primit de o staie, nivelul legtur de date va verifica dacaceast staie este sau nu destinaia. n cazul afirmativ cadrul va fi pasat nivelului reea,altminteri va fi ignorat.

'entru cazul comunicaiei n interiorul aceluiai segment, s considerm reeaua din figura7.;. 'resupunem c staia A0 vrea s transmit date staiei A;.

6

7/24/2019 Curs 6-7 RC

6/21


Figura:+eea segmentat cu puni

"untem ntr-o reea *thernet, aa c primul lucru pe care-l va face staia A0 va fi ascultareamediului. %ac mediul este li&er va ncepe transmisia datelor. )adrul emis de A0 se va

propaga ctre toate staiile conectate pe acest segment, inclusiv ctre punte. "taia A; va trececadrul ctre nivelul reea, staia A8 l va ignora. !dat auns la punte cadrul este despachetati adresa destinaie este cutat n ta&ela de comutare a punii. 'untea va decide c destinaia

se afl chiar pe interfaa pe care a primit cadrul. n acest caz puntea ia decizia c acest cadrunu mai tre&uie transmis, deoarece retransmiterea cadrului ar duce la o duplicare a acestuia ladestinaie.

)um va aciona puntea 0 n cazul comunicaiei ntre >0 i >;3 Am&ele puni 4dei vorrecepiona cadrele5 vor lua decizia de a nu le mai retransmite.

%ar s presupunem c cele dou comunicaii apar simultan: at$t A0 transmite ctre A;, c$t i>0 ctre >;. Ga aprea n acest caz o coliziune3 %ac n loc de puntea 0 am fi folosit unrepetor, cu siguran am fi avut o coliziune. n cazul nostru, de vreme ce nici un cadru dincomunicaia dintre A0 i A; nu va aunge pe segmentul >, i nici un cadru din comunicaia

dintre >0 i >; nu va aunge pe segmentul A, este imposi&il s apar o coliziune.

Punteaizoleaz comunicaia ntre staii aflate n acelai segment la nivelul segmentului.

)onsecinele acestui fapt sunt extrem de importante. n primul r$nd, puntea va mrginidomeniile de coliziune. ?otodat ea va oferi mai mult &and disponi&il, deoarececomunicaia n interiorul aceluiai segment nu va consuma din &anda disponi&il a ntregiireele.

! alt consecin o reprezint minimizarea riscurilor de securitate legate de atacurile dininteriorul reelei locale. 1nul dintre cele mai populare atacuri este ascultarea liniei 4sniffingattac@5, prin care pe una dintre staiile conectate la mediul distri&uit se foreaz nivelul

7/24/2019 Curs 6-7 RC

7/21


legtur de date s trimit spre nivelurile superioare toate cadrele - inclusiv cele ce nu suntdestinate acestei staii. )u autorul unor aplicaii dedicate datele sunt reasam&late i astfel vafi monitorizat tot traficul ce traverseaz segmentul de reea. 'rin folosirea punilor putemizola de restul reelei staiile ce prezint un risc de securitate.

Care este rolul punii n comunicaia dintre segmente?

'entru acest caz vom considera aceeai reea din figura precedent i un trafic ntre staia A0i >0. "taia A0 va asculta mediul i c$nd acesta va fi li&er va transmite un cadru. )adrul se va

propaga spre staiile A;, A8 i spre puntea 0. "taiile vor ignora cadrul, acesta nefiind adresatlor, n schim& puntea va cuta adresa destinaie n ta&ela sa de comutare. Ga determinainterfaa pe care tre&uie trimis cadrul i apoi va decide c aceast interfa este diferit de cea

pe care cadrul a fost primit. Astfel nc$t puntea va transmite cadrul primit din segmentul A,doar pe segmentul >. )adrul va fi recepionat at$t de >0, c$t i de >;, dar doar >0 l va

prelucra.

Care este supra#aa ma$im pe care o poate ocupa o reea ce #olose"te doar puni?

"uprafaa maxim pe care se poate ntinde o reea folosind doar puni nu face o&iectul niciunei reglementri explicite. )u toate acestea, n plus fa de avantaele prezentate mai sus,

puntea aduce i o serie de dezavantae, fc$nd astfel ca procesul de proiectare a unei reelelocale s fie un lucru foarte delicat.

n comparaie cu repetorul, puntea nltur limitrile impuse de regula 6-7-8, izoleaz traficuldin interiorul unui segment la nivelul segmentului i ofer posi&ilitatea interconectrii unorsegmente de reea ce folosesc protocoale de nivel legtur de date diferite. 'unile vor extindedomeniile de difuzare, dei le limiteaz pe cele de coliziune. n acelai timp, costul unei punieste cu cel puin un ordin de mrime mai mare dec$t cel al unui repetor.

nlocuirea repetoarelor cu puni duce o cretere a latenei n reea cu 0/-8/ K, datorittimpului necesar prelucrrii informaiei de nivel legtur de date. n cazul unui trafic intensntre staii aflate n segmente diferite puntea poate duce la o g$tuire a traficului.

'entru a putea funciona eficient o punte tre&uie s ai& la dispoziie o ta&el de comutare ceconine c$te o intrare pentru fiecare dintre staiile din acea reea local. )utarea n aceastta&el este o cutare secvenial, deci extrem de ineficient pentru o dimensiune prea mare ata&elei. Astfel dimensionarea optim a reelei ce folosete doar puni, dei nu se supune nici

unei restricii de lungime, va fi puternic influenat de numrul de staii, precum i de tipultraficului, mai exact de latena pe care ne-o putem asuma pentru diferite tipuri de trafic.

Cum "i construie"te puntea ta%ela de comutare?

n exemplele anterioare am presupus c ta&ela de comutare era dea construit. Aceast ta&eleste pstrat &ineneles n memoria +A9 a punii, prin urmare se va pierde dac reiniializm

puntea. n plus, o punte tre&uie s fie n stare s includ dinamic n ta&ela de comutareinformaii despre o nou staie conectat n reea.

" considerm reeaua din figura 7.8, unde puntea 0 a fost reiniializat, i staia A0 vrea s

comunice cu staia >0.

J

7/24/2019 Curs 6-7 RC

8/21


Figura 43:)onstruirea ta&elei pentru puntea 0

"taia A0 ascult mediul, iar c$nd acesta este li&er trimite un cadru ce are ca destinaie staia>0. "taiile A; i A8 vor ignora cadrul. 'untea 0 va primi cadrul i va ncerca s gseascadresa destinaie n ta&ela sa de comutare. 'untea nu va reui s gseasc destinaia, deoareceta&ela sa de comutare era goal, astfel nc$t va retransmite cadrul pe toate segmentele la careeste ea conectat, n afar de segmentul de pe care a fost primit cadrul. nainte de aretransmite cadrul puntea va verifica dac adresa surs este prezent n ta&ela sa de comutare.

n cazul nostru ea nu este, astfel nc$t puntea va crea prima intrare n ta&ela de comutare ce vaconine adresa fizic a staiei A0 i interfaa ce conecteaz segmentul A. )adrul va aunge at$t

pe segmentul %, unde staiile %0 i %; vor determina c nu acesta nu le este adresat lor, decil vor ignoraF c$t i pe segmentul >, la staia >0, >; i puntea ;. 'untea ; va determina cdestinaia este n acelai segment din care a primit cadrul i va decide s nu-l mai retransmit,iar staia >0 va determina c ea este destinatarul cadrului.

)hiar i comunicaia ntre dou staii aflate n acelai segment poate afecta limea de &anddin ntreaga reea dac puntea nu a apucat s-i construiasc ta&ela de comutare.

%up cadrul trimis ctre staia >0, s considerm c staia A0 va trimite un cadru pentru A;.

)adrul va aunge la destinaie fr autorul punii, dar puntea, neidentific$nd destinaia nta&ela sa de comutare, va retransmite cadrul at$t pe segmentul >, c$t i pe segmentul %.

%atorit dificultii cutrii ntr-o mulime neordonat, n ta&ela de comutare nu se vor pstratoate adresele staiilor din reeaua local, ci doar a celor ce au o pro&a&ilitate mare stransmit n viitorul apropiat, mai exact a ultimilor staii ce au transmis. 'entru implementareaacestui concept, o intrare ntr-o ta&el de comutare va avea, pe l$ng adresa 9A) i interfaa,i o etichet de timp. Aceast etichet de timp este actualizat la o nou primire a unui cadrucu aceeai adres surs. Acest mecanism permite nlturarea intrrilor nvechite i decirestr$ngerea dimensiunii ta&elei de comutare. 'reul pltit pentru aceasta este consumul dinlimea de &and a tuturor segmentelor din reea n cazul n care o staie nu transmite nici uncadru un interval de timp.

7/24/2019 Curs 6-7 RC

9/21


3 Comutatoarele (switch-urile)

%efiniia cea mai rsp$ndit a sIitchurilor identific orice punte multiport cu un comutatorsau sIitch. n realitate, dei aceast definiie acoper vasta maoritate a cazurilor, exist punimultiport ce nu sunt sIitchuri.

1neori comutatorul este privit ca un dispozitiv de interconectare ce acioneaz at$t la nivelfizic, c$t i la nivel legtur de date. Aceasta nu se datoreaz unei latene mai mici sau unuicost mai sczut comparativ cu o punte, ci datorit faptului c n reelele *thernet ce folosescmediul torsadat comutatorul preia funcia principal a hu&ului, i anume aceea de a asiguraconectarea tuturor nodurilor la un mediu de transmisie.

*xist dou paradigme n reelele de calculatoare: arhitecturi &azate pe magistral i indirectpe difuzare i arhitecturi &azate pe comutare. !ptarea pentru una dintre cele dou paradigmese traduce n decizia de a folosi un comutator sau un hu&.

! reea &azat pe hu&uri are un cost mai sczut i o laten mai mic. 'rincipalul avanta alnlocuirii hu&urilor cu comutatoare nu l reprezint nlturarea restriciilor impuse de regula 6-7-8, ci reducerea numrului de utilizatori ce partaeaz aceeai lime de &and.)omutatoarele vor oferi protecie mpotriva atacurilor prin ascultare a liniei.

+z&oiul hu& versus comutator opune costul i latena mai sczute, pe de o parte, cucerinele cresc$nde de lime de &and disponi&il i de securitate, pe de alt parte.

Am lmurit care sunt diferenele dintre comutatoare i repetoare, dar care sunt diferenelentre puni i comutatoare3 2umrul de interfee sau porturi este fr ndoial cea mai

important diferen. )erinele de laten pentru o punte cu dou interfee sunt mult mairelaxate dec$t pentru un comutator. %in aceast cauz punile, n general, comut pachetefolosind componente softIare, n vreme ce comutatoarele vor lua toate deciziile la nivelhardIare.

%up cum am vzut, puntea reface semnalul la nivel de &it, pentru a o&ine un cadru, apoidespacheteaz cadrul, folosete informaiile din c$mpul adres destinaie pentru a filtra sau nucadrul, iar adresa surs va fi folosit pentru construirea ta&elei de comutare. %ar una dintrefunciile nivelului legtur de date este acela de a oferi mecanisme de corecie a datelor lanivel de cadru. !fer comutatoarele astfel de mecanisme3

Figura 44:"tructura cadrului *thernet

n figura 7.7 este prezentat structura cadrului *thernet. *ste important de remarcat cinformaiile de detecie sau corecie a erorilor se afl n finalul cadrului. Asta nseamn c,

pentru a putea detecta erorile dintr-un cadru, tre&uie mai nt$i ateptat recepionarea integrala acestuia. 'ro&lema care apare n acest caz este c latena pentru un cadru de dimensiunemaxim pentru *thernet va fi de 0,; milisecunde. Aparent, mutarea c$mpului de control nantetul cadrului ar rezolva pro&lema. 'ractic, acest lucru este imposi&il, deoarece suma de

L

7/24/2019 Curs 6-7 RC

10/21


control nu este un ir continuu de &ii aflai dup zona &iilor de date, ci &iii ce compun cei ;sau 7 octei ai sumei de control sunt intercalai cu &iii de date.

Care sunt tipurile de comutare #olosite de un comutator?

*xist dou metode de comutare a pachetelor: comutare direct 4cut through5 i comutaredup stocare 4store and forIard5.

9etoda de comutare dup stocare se &azeaz pe recepionarea ntregului cadru nainte de ancepe retransmisia acestuia.

7/24/2019 Curs 6-7 RC

11/21


Care sunt di#erenele dintre un s&itc' "i un %ridge?

)ele mai importante dou diferene dintre un comutator i o punte se refer la metodele decomutare oferite i la proiectarea &ac@plain-ului.

Ca de puni, comutatoarele n general implementeaz metode de comutare mai rapide. ngeneral punile, dei nu sunt interesate de detecia unui numr c$t mai mare de erori,implementeaz doar comutarea dup stocare, aceasta mai degra& din raiuni istorice dec$t carezultat al unei decizii de optimizare a traficului n reea

)ea de a doua diferen se refer la capacitatea comutatoarelor de a permite mai multecomunicaii simultane fr a scdea limea de &and alocat fiecreia dintre conexiuni. "predeose&ire de un sIitch, un &ridge va avea un &ac@plane 4adic o capacitate de comutareintern5 nu mult mai mare dec$t viteza porturilor, astfel c, dac avem o conexiune la 0/9&ps ntre dou porturi ale unei puni i mai este iniiat o nou conexiune, fiecare dintre celedou conexiuni va avea o &and disponi&il de 6 9&ps.

)ele dou diferene dintre sIitchuri i &ridge-uri sunt n fapt avantae importante alesIitchurilor, iar preul unui sIitch este foarte apropiat de cel al unui &ridge. )u toate acesteanc se mai produc &ridge-uri i n ziua de azi.

*xist un caz n care cele dou avantae ale comutatoarelor nu mai sunt relevante. *ste vor&ade interconectarea a dou reele ce folosesc protocoale de nivel ; diferite. n acest caz singurametod de comutare posi&il este store-and-forIard, deoarece cel mai adesea cadrele tre&uierempachetate. n plus, n general pentru interconectarea a dou reele cu protocol de nivellegtur de date diferit se folosete un dispozitiv dedicat, astfel nc$t &ac@plane-uldipozitivului s nu necesite s fac fa la mai mult de o conexiune la un moment dat.

Care este rolul comutatoarelor n implementarea cone$iunilor (t'ernet 'al#-duple$?

)omunicaia semi-duplex 4half-duplex5 permite doar unui singur nod s transmit date. n*thernet aceasta este controlat cu autorul coliziunilor. %ac dou sau mai multe staiincearc s comunice simultan, rezultatul va fi o coliziune.

'e interfeele unui comutator putem conecta o staie sau un segment ntreg. )u toate acestea,reelele comutate sunt rspunsul pentru cerinele cresc$nde de securitate i de lime de &and

pentru fiecare nod. +eelele comutate vor folosi c$te un port pentru fiecare staie, reduc$nd

dimensiunea domeniilor de coliziune la doar dou noduri 4unul fiind placa de reea dinrespectiva staie, iar cel de-al doilea portul din comutator ce o conecteaz pe aceasta5.

Altfel spus, comutatoarele ofer suportul pentru implementarea reelelor comutate, reele ncare domeniile de coliziune nu depesc dou noduri.

Care este rolul comutatoarelor n implementarea cone$iunilor (t'ernet #ull-duple$?

*thernetul full-duplex permite trimiterea i recepionarea simultan. 'entru implementarea saeste suficient folosirea a dou perechi de fire, la fel ca i n cazul comunicaiei semi-duplex.%iferena fa de semi-duplex apare n numrul nodurilor 4a staiilor5 ce pot participa ntr-o

astfel de conexiune. Astfel, pentru o legtur full-duplex este considerat punct-la-punct,

00

7/24/2019 Curs 6-7 RC

12/21


adic poate fi folosit de dou i numai dou noduri. Acesta este i motivul pentru care doarcomutatoarele i nu i hu&urile pot comunica full-duplex.

*thernetul, datorit coliziunilor, folosete n medie 6/-/K din &and, n vreme ce *thernetulfull-duplex ofer 0//K din &and n am&ele sensuri, adic o &and potenial de ;/ 9&ps

4c$te 0/ 9&ps pe sens5.

n plus, eliminarea coliziunilor duce i la eliminarea circuitelor de detecie a coliziunilor de lanivelul plcilor de reea i a comutatorului, deci i a latenei introdus de detecia acestora.

Crui #apt se datorea) variaia de pre ntre comutatoare?

2umrul de porturi este unul din factori ce determin preul unui comutator. *xist un costmediu pe port, acest cost variind n funcie de vitez i de productor. %e exemplu costul

pentru un port *thernet se situeaz ntre 0/ i 0; M.

'e de alt parte, datorit numrului mare de servicii ce le poate oferi un comutator, de lasimpla comutare de pachete p$n la rularea "?' sau chiar a "29', preurile comutatoarelorvariaz extrem de mult. Astfel, dac un comutator cu porturi fr nici o facilitatesuplimentar poate s coste doar 0//M, un comutator aparin$nd aceluiai productor, daroferind un management avansat, precum i posi&ilitatea inserrii de noi module, poate aungela ;///M.

4 SP

! &ucl de nivel legtur de date apare ntr-o reea c$nd ntre dou dispozitive ale acesteia

exist dou sau mai multe legturi active, fiecare conexiune folosind doar dispozitive deinterconectare ce pot analiza cel mult informaii de nivel legtur de date.

Figura:+eea n care s-a creat o &ucl

Care este e#ectul apariiei %uclelor de nivel legtur de date?

0;

7/24/2019 Curs 6-7 RC

13/21


Apariia &uclelor de nivel legtur de date este corelat cu faptul c punile i comutatoarelenu filtreaz pachetele de difuzare i duc la o depreciere semnificativ a performanelor reelei

prin determinarea unor avalane de difuzri 4&roadcast storm5.

" considerm reeaua din figura 7.6. 'resupunem c staia A0 trimite un cadru de difuzare.

)omutatorul 0 nu va gsi adresa destinaie n ta&ela sa de comutare, astfel nc$t va transmitecadrul pe celelalte segmente: segmentul ce conine staia >, segmentul dintre comutatoarele 0i ;, i segmentul dintre comutatoarele 0 i 8. "taia > va examina cadrul, va decide c i esteadresat i l va trece spre nivelul legtur de date. )omutatorul ; va lua decizia de a transmitecadrul pe toate interfeele sale, cu excepia celei de pe care a primit cadrul. Am auns s avemn reea dou cadre destinate staiei CC.CC.CC.CC.CC.CC, adic dou cadre de difuzare.#ndiferent de ordinea n care acestea aung la comutatorul 8, acesta va determina c nucunoate adresa destinaie i le va retransmite ctre staia ), dar i ctre celelalte comutatoare.

Avalana de difuzri consum din &anda util a reelei, duc$nd la o micorare a &andeiefective disponi&ile. ! avalan de difuzri se va opri doar n cazul ntreruperii &uclei.

Cum se poate preveni apariia avalan"elor de di#u)ri?

"oluia trivial ar fi s instruim punile i comutatoarele s nu retransmit cadrele de difuzare.%in pcate acest lucru nu este posi&il, deoarece o serie de protocoale folosesc cadre dedifuzare pentru a funciona corect, unul dintre acestea fiind chiar A+' - Address +esolution'rotocol. Altfel spus, filtrarea cadrelor de difuzare de ctre puni ar presupune rescrierea

protocoalelor fundamentale ce asigur suportul de comunicaie.

"oluia valid presupune identificarea &uclelor i ntreruperea lor. 'rotocolul ce realizeazaceasta se numete "?' - "panning ?ree 'rotocol, i presupune construirea unui ar&ore deacoperire pe graful determinat de dispozitivele de interconectare i de conexiunile dintreacestea.

Cum #uncionea) *+,?

Cuncionarea acestui protocol se &azeaz pe crearea topologiei reelei folosind nite cadrespeciale numite cadre >'%1 4>ridge 'rotocol %ata 1nit5. Aceste cadre speciale sunt folositeintens la iniializarea comutatoarelorF ulterior, la fiecare dou secunde vor fi schim&ate cadre>%'1, pentru a verifica dac nu au aprut modificri. ?otodat sunt definite cinci stri n carese poate afla o interfa a comutatorului: starea &locat, de ascultare, de nvare, de comutare

de cadre i nefuncional 4&loc@ing, listening, learning, forIarding, disa&led5. n starea &locatnu se accept dec$t cadre >'%1, n cea de ascultare se primesc i cadre, dar acestea nu suntretransmise. n starea de nvare, n plus fa de starea de ascultare, este inspectat adresasurs a cadrelor primite, permi$nd astfel construirea ta&elei de comutare. n starea decomutare cadrele primite sunt retransmise, iar ta&ela de comutare este actualizat. n stareanefuncional nu se vor accepta nici cadre >'%1.

'entru construirea ar&orelui de acoperire sunt necesare aproximativ 8/ de secunde, timp ncare toate porturile comutatoarelor sunt n starea &locat. *xist trei pai ce tre&uie urmai

pentru construirea ar&orelui de acoperire: mai nt$i tre&uie aleas rdcina ar&orelui 4root&ridge5, apoi tre&uie alese porturile rdcin, pentru ca n final s fie determinate porturile

active.

08

7/24/2019 Curs 6-7 RC

14/21


'rioritatea punii este o valoare numeric pstrat n memoria nevolatil a fiecrei puni. 'e&aza comparrii prioritilor tuturor punilor din reea se va determina puntea cu prioritateacea mai sczut, aceasta devenind rdcina ar&orelui de acoperire.

'rioritatea punii are o valoare implicit atri&uit de productor, valoare ce poate fi modificat

ulterior. n cazul folosirii mai multor echipamente produse de aceeai firm, se nt$mpladesea s existe mai multe puni ce vor avea aceeai prioritate. )um vom putea decide caredintre dou sau mai multe puni cu aceeai prioritate s devin rdcina ar&orelui3 'e &azaadresei fizice. 'untea cu cea mai mic adres fizic va deveni rdcina ar&orelui de acoperire.

'asul al doilea presupune identificarea cilor redundante dintre fiecare punte i punteardcin, apoi selectarea unei sigure ci ntre respectiva punte i rdcin i, n final,dezactivarea celorlalte.

'entru evaluarea unei ci vom determina costul cii, care va fi definit ca sum a costurilorporturilor prin care trece calea. )ostul unui port este definit pe limea de &and pe care o

ofer portul, sau uneori chiar pe mediul de transmisie folosit pentru conectarea la port. %eexemplu, pentru comutatoarele )isco costul portului este determinat prin mprirea lui 0///la limea de &and pe care o ofer portul, astfel nc$t un port *thernet va avea costul 0//.

'entru alegerea porturilor rdcin vor avea prioritate porturile conectate direct la rdcinaar&orelui de acoperire. n cazul n care nu exist nici un port cu o conexiune direct spre

puntea rdcin, sau c$nd avem mai mult de un singur port cu conexiune direct sprerdcin, va fi ales portul ce are cel mai sczut cost al cii spre rdcin.

Figura 4!:)onstruirea ar&orelui de acoperire

Cie reeaua din figura 7.8. Gom urmri pentru aceast reea etapele construirii ar&orelui deacoperire.

07

7/24/2019 Curs 6-7 RC

15/21


'rima ntre&are pe care tre&uie s ne-o punem este: care este prioritatea fiecrui comutator3" considerm c toate cele trei comutatoare sunt produse de acelai fa&ricant i n plus sunta&ia scoase din cutie. Asta nseamn c toate comutatoarele vor avea aceeai prioritate. nacest caz va tre&ui s aflm adresele fizice.

comutatorul 0 //.);.76.;.6J.A0

comutatorul ; //.);.76.;*./.*C

comutatorul 8 //.);.76.A;.00.7L

%in analiza ta&elului de mai sus, rezult c rdcina ar&orelui de acoperire va fi comutatorul0.

n continuare vom determina pentru restul comutatoarelor costurile porturilor ce ofer ci sprecomutatorul rdcin. 'entru comutatorul ; costul portului 0 va fi 0/ 4N0///H0//5, iar pentru

portul ; va fi 00/ 40/ D costul portului 0 din comutatorul 85. 'entru comutatorul 8, portul 0 vaavea costul 0//, iar portul 7 costul ;/.

'entru comutatorul ; portul rdcin va fi portul 0, astfel nc$t portul 0 trece n starea decomutare, n vreme ce portul ; va rm$ne n starea de &locat.

'entru comutatorul 8 portul rdcin va fi portul 0, deoarece, chiar dac are un cost mai maredec$t portul 7, este direct conectat la rdcin, astfel nc$t portul 0 va trece n starea decomutare.

3 Ruterul+uterul este dispozitivul de interconectare ce are rolul de a determina calea ce tre&uie urmatde un pachet pentru a aunge la destinaie, de a interconecta i a schim&a pachete ntre reelediferite.

+uterul este un dispozitiv de interconectare ce poate fi nt$lnit mai ales la nivel OA2, dar i lanivelul reelei locale, una din funciile sale principale fiind i acea de a oferi posi&ilitateaconectrii

7/24/2019 Curs 6-7 RC

16/21


nici nu se afl pe aceeai interfa de unde a primit pachetul, atunci va ncepe procesareata&elei de rutare. Ga extrage prima rut din ta&el i va aplica masca de reea adresei destinaieconinut n antetul pachetului. +ezultatul l va compara cu adresa de reea a respectivei rute.%ac cele dou coincid, pachetul va fi trimis pe interfaa specificat de rut. %aca nu, esteextras o nou rut din ta&el. 'rocesul se repet p$n la ultima rut din ta&el sau p$n la

gsirea primei potriviri. %ac pachetul nu corespunde nici ultimei rute atunci acesta estea&andonat i se trece la pachetul urmtor. nainte de a trimite pachetul sau de a l a&andona,ta&ela A+' a interfeei pe care a sosit pachetul va fi actualizat folosindu-se adresa 9A) icea #' a sursei.

Care este e#ectul ruterelor asupra domeniilor de di#u)are "i a domeniilor de coli)iune?

7/24/2019 Curs 6-7 RC

17/21


)erinele pentru interconectarea celor reele sunt enunate n ordinea importanei: ntre A-> i ntre -* traficul e critic n reeaua > se ruleaz aplicaii ce folosesc intens &roadcasturi 'entru % tre&uie asigurat securitate maxim este reeaua efului )ost minim

Rspunsuri:

'entru a determina soluiile de proiectare vom parcurge lista cerinelor pas cu pas. n plustre&uie incluse n aceast list i cerinele implicite. Astfel prima cerin n ordineaimportanei este asigurarea conexiunii la #nternet.

%in lista echipamentelor un singur model de ruter este capa&il s foloseasc conexiuneaserial la #nternet, i anume ruterul model 0.

'rima cerin explicit este de a asigura condiii de trafic critic ntre reelele A i >. 2oiuneade trafic critic are dou interpretri: prima interpretare ine de asigurarea redundanei, nvreme ce a doua interpretare identific traficul critic drept trafic foarte sensi&il la nt$rzieri.

%atorit specificaiilor pro&lemei noastre, mai exact datorit faptului c fiecare reea are doardou conexiuni pentru interconectarea cu alte reele, rezult c asigurarea redundanei localear duce la imposi&ilitatea asigurrii conectrii la #nternet. 2e rm$ne deci s ncercm o

proiectare care s minimizeze latena ntre reelele cu trafic critic.

%ispozitivul cu latena minim este repetorul, astfel vom conecta

7/24/2019 Curs 6-7 RC

18/21


Au mai rmas de conectat 8 reele:

7/24/2019 Curs 6-7 RC

19/21


5 #ntre$%ri0. %imensiunea maxim a unei reelele ca&late pe >2), ce folosete doar repetoare, nu

poate depi:

0. 0// m;. 06 m8. 6// m7. J// m

;.

7/24/2019 Curs 6-7 RC

20/21


8. 9?1, pentru ca elimin &uclele din reea7. 9aximum ?ransfer 1nit, pentru c negocieaz dimensiunea maxim a cadrelor

din reea pe fiecare segment n funcie de performanele sIitch-ului. nlocuirea unui &ridge cu un router se poate efectua fr s presupun un efort

suplimentar de modificare a configuraiilor de pe staii. n cazul nlocuirii &ridge-ului

cu un ruter pro&a&ilitatea trangulrii traficului ntre cele dou reele pe care leinterconecteaz va scdea.0. adevrat, adevrat;. adevrat, fals8. fals, adevrat7. fals, fals

J. 'entru refacerea semnalului nu este de auns folosirea unui router, acesta tre&uind sfie du&lat de un hu&. #n cazul n care avem un mediu cu atenuare mare, latenaintrodus de repetor pentru refacerea semnalului poate depi latena introdus de unruter.

0. adevrat, adevrat

;. adevrat, fals8. fals, adevrat7. fals, fals

. %ecizia de a nlocui un hu& cu un &ridge poate fi motivat de:0. 1n numr foarte mare de pachete de &roadcast;. +spndirea geografic prea mare a staiilor8. %orina de a reduce latena ntre cele ; segmente7. %orina de a oferi un grad mai mare de securitate

L. 1n &ridge ignor toate informaiile de nivel reea, astfel nc$t nu se poate realiza ooptimizare a acestuia n funcie de protocolul de nivel reea folosit. 1n &ridge poateconstitui un punct prin care o reea local acceseaz #nternetul.

0. adevrat, adevrat;. adevrat, fals8. fals, adevrat7. fals, fals

0/. 2umrul maxim de rutere ce pot avea c$te o interfa n acelai domeniu de &roadcasteste:

0. 0;. ;8. 87. nici unul dintre rspunsurile de mai sus

!i"lio#rafie0

QQQ, Cisco /500 *eries Router 1rc'itecture22?echnical 2ote, )isco "Rstems, ;//8;

QQQ, Cisco 00 *eries Router 1rc'itecture22?echnical 2ote, )isco "Rstems, ;//88

QQQ, Catal6st /7008L *&itc' 1rc'itecture, Ohite 'aper, )isco "Rstems, 0LLJ7

QQQ, Ne$t 9eneration ClearC'annel 1rc'itecture #or Catal6st 700:/;/0 (t'ernet*&itc'22Ohite 'aper, )isco "Rstems, 0LLJ

6QQQ, +ransmission Control ,rotocol R

7/24/2019 Curs 6-7 RC

21/21


QQQ, >nternet ,rotocol Rollapragada, G., 9urphR, )., Ohite, +., >nside Cisco >* *o#t&are 1rc'itecure,)isco 'ress, ;///

>raden, +. 4editor5, Re@uirements #or >nternet Aosts - Communication La6ers Rnterconnections ridges and Routers, Addison-OesleR nternet Control Fessage ,rotocol Rntegrated Circuits, Addison-OesleR R&los "+

Curs 6-7 RC

Documents

Transcript of Curs 6-7 RC