Informatica 3 V anno

Topologie e dimensioni di rete

Le topologie di rete Con topologia di rete ci si riferisce alla configurazione logica dei collegamenti tra le varie stazioni (generalmente le varie componenti) della rete. La scelta della topologia è FONDAMENTALE nel processo di progettazione della rete. La topologia definisce, infatti, dimensione e configurazione geometrica di una rete, con particolare riferimento a: massimo numero di stazioni collegabili numero di linee di interconnessione lunghezza totale del cavo 3

Dagli obiettivi alla scelta La scelta della topologia è legata al conseguimento di specifici obiettivi, quali: assicurare l’affidabilità complessiva della rete. Con affidabilità ci si può riferire a diversi aspetti come avere una rete fault tolerance, una buona qualità di trasmissione. L’affidabilità è demandata a software di gestione della rete (Network Management). assicurare alto rendimento alla rete intendendo assicurare tempi di risposta accettabili valutare i costi iniziali, di comunicazione e di mantenimento al fine di perseguire un obiettivo di minimizzazione globale. 4

Panoramica sulle topologie di rete Una rete può essere configurata con: topologia a stella topologia ad anello (ring) topologia a dorsale (o a bus) topologia gerarchica (o ad albero) topologia a maglia 5

Topologia a stella La topologia a stella è una configurazione in cui TUTTE le stazioni sono collegate a una stazione centrale detta centro stella, tramite connessioni punto-a-punto. Il numero di canali è pari al numero di terminali che compongono la rete. Si opta per una topologia a stella quando si vuole mantenere un controllo centrale di tutte le connessioni tra coppie di interlocutori. 6

Vantaggi topologia a stella La topologia a stella presenta numerosi vantaggi: facilità di controllo: derivata dal controllo centralizzato. Questa impostazione permette di aggiungere o togliere stazioni in qualsiasi momento, senza interrompere il collegamento delle altre. Eventuali stazioni guaste sono isolate automaticamente. alte prestazioni: essendo basata su collegamenti di tipo punto-a-punto, non esiste il problema della contesa il blocco di una stazione (che non sia il centro stella) non pregiudica il funzionamento della rete. L’affidabilità della rete dipende dal corretto funzionamento del centro stella. Il blocco del componente centrale compromette il funzionamento dell’intera rete (single point of failure). 7

Topologia ad anello Nella topologia ad anello (ring) tutte le stazioni sono collegate in una particolare configurazione circolare e chiusa, all’interno della quale le stazioni sono collegate tra loro mediante connessioni punto-a-punto. Il numero dei canali è pari al numero di stazioni. La trasmissione è in un unico senso. 8

Funzionamento topologia ad anello In una rete con topologia ad anello, quando una stazione trasmette informazioni, queste arrivano alla stazione successiva, che le trattiene se sono indirizzate a essa, oppure le trasmette, le rigenera e le ritrasmette alla stazione successiva, se il messaggio contiene un indirizzo diverso dal proprio. 9

Svantaggi topologia ad anello A causa della rigenerazione del segnale, l’anello può essere anche molto ampio. I limiti di estensione riguardano la distanza massima tra le singole stazioni. Gli svantaggi fondamentali di questa topologia sono: fault tolerance inesistente, ossia affidabilità del sistema è molto critica. Il malfunzionamento di un singolo processore o di una linea provoca l’interruzione dell’intera linea. l’inserimento di una nuova stazione provoca l’interruzione del funzionamento dell’intera rete. 10

Soluzione agli svantaggi del ring Fault tolerance inesistente e interruzione del funzionamento dell’intera rete in caso di inserimento di una nuova stazione, i due svantaggi maggiori della topologia ad anello, possono essere annullati: inserendo un centro di commutazione (relay o MAU) connettere le stazioni con un doppio cavo 11

Centro di commutazione (ring) L’inserimento all’interno dell’anello un centro di commutazione (relay o MAU) al quale vengono connesse tutte le stazioni rende la topologia ad anello solo a livello teorico, mentre dal punto di vista fisico rispecchia la topologia a stella. 12

Collegamento con doppio cavo (ring) Connettendo le singole stazioni con un doppio cavo monodirezionale su cui i messaggi viaggiano in senso opposto, permette di annullare il problema dell’affidabilità. Di questi cavi, uno è utilizzato per la trasmissione mentre il secondo è “di riserva”. Nel caso in cui una stazione non funzionasse o si disconnettesse, i due cavi verrebbero immediatamente congiunti all’interno della stessa stazione, ricostruendo l’anello logico. In caso di guasto… 13

Topologia a dorsale (o a bus) La topologia a dorsale (o a bus) è caratterizzata dalla presenza di un unico cavo a cui sono collegate tutte le stazioni. Quando una stazione trasmette un messaggio, questo viene ricevuto da tutte le altre, siamo pertanto in presenza di una rete broadcast. Dalla figura si può notare la presenza, alle estremità del canale trasmissivo, di due adattatori di impedenza che impediscono la riflessione del segnale. 14

Vantaggi topologia a dorsale La topologia a dorsale è molto utilizzata perché permette di realizzare reti semplicemente e con costi contenuti. Il vantaggio fondamentale della topologia a dorsale risiede nel software per l’accesso al canale, il quale è indubbiamente molto semplice. A differenza della topologia ad anello, nella topologia a dorsale la stazione che riceve un messaggio a lei non destinato NON deve ritrasmetterlo al nodo più vicino, proprio perché i messaggi vengono ricevuti da tutte le stazioni della rete. 15

Svantaggi topologia a dorsale I principali inconvenienti riscontrabili nella topologia a dorsale sono dovuti essenzialmente alla presenza di un unico cavo condiviso da tutte le stazioni: le prestazioni possono peggiorare in caso il carico trasmissivo delle varie stazioni aumenti l’interruzione del cavo provoca il blocco totale della rete la mancanza di punti di concentrazione rende difficoltosa l’individuazione del segmento del cablaggio interrotto è una topologia senza fault tolerance 16

Topologia gerarchica La topologia gerarchia (o ad albero) prevede, come dice il nome, una disposizione gerarchica delle stazioni. 17

Funzionamento topologia gerarchica Il collegamento tra stazioni poste sullo stesso livello NON è diretto ma passa attraverso il livello superiore. Il traffico dei dati viaggia dalle stazioni di livello più basso verso quelle intermedie o verso quella posta a livello più alto che rappresenta il centro di smistamento delle richieste di trasmissione di tutta la rete. Il centro di smistamento può anche essere costituito dalla postazione a livello più alto e da alcune di livello immediatamente più basso che cooperano nelle gestione delle specifiche sottoreti. 18

Svantaggi topologia gerarchica La topologia gerarchica presenta i seguenti inconvenienti: la stazione principale, se sovraccaricata, può diventare un collo di bottiglia per l’intera rete, provocando un inevitabile rallentamento. in caso di guasto di una stazione intermedia, il blocco interessa il ramo discendente assenza di fault tolerance. L’assenza di fault tolerance è superata tramite appositi sistemi di backup per cui alcune stazioni della rete si rendono in grado di svolgere le stesse funzioni del sistema principale nel momento in cui il guasto interessi proprio il nodo a livello più alto. 19

Topologia a maglia La topologia a maglia presenta sia connessioni punto-a-punto sia multipunto, sulla base di esigenze specifiche e senza seguire uno schema preciso. Possiamo avere: rete a maglia completamente connessa, in cui tutte le stazioni sono direttamente connesse con le altre rete a maglia parzialmente connessa: in caso i collegamenti di ogni stazione NON siano indirizzati a tutte le altre stazioni presenti sulla rete. 20

Vantaggi e svantaggi topologia a maglia I vantaggi della topologia a maglia sono da ricercare in: buone prestazioni elevata affidabilità L’unico inconveniente è rappresentato da costi di implementazione elevati, che aumentano al crescere del numero delle stazioni collegate. La topologia a maglia è utilizzata soprattutto con reti di dimensioni ridotte in cui è necessario garantire un elevato grado di affidabilità. 21

Le dimensioni… contano! Dopo aver analizzato le varie topologie con cui implementare una rete, passiamo a differenziare le reti in base alla loro estensione e dimensione. La prima grande distinzione attuabile analizzando l’aspetto “dimensioni” è rappresentata dalla suddivisione nelle due grandi categorie: reti locali LAN (Local Area Network) reti geografiche WAN (Wide Area Network) 22

Reti LAN (1) Le caratteristiche generali delle LAN sono: dimensione: non molto estesa (pochi chilometri) buona velocità di trasmissione - buon livello di controllo e gestione dei livelli di sicurezza canali privati: sono reti possedute da organizzazioni e non escono dal loro ambito di area riservata costi ridotti per le linee e fondi trasferibili sulle apparecchiature tecnologia trasmissiva: sono tipicamente reti broadcast topologia, in ordine di utilizzo, abbiamo: reti LAN a stella, LAN ad anello, LAN a dorsale. 23

Reti LAN (2) Altri aspetti che caratterizzano le reti LAN sono: utilizzate per condividere dati e programmi nell’ambito di un’attività aziendale Con HSLN (High Speed Local area Network) si indicano LAN veloci e utilizzate in spazi ristretti per scopi specifici possono essere collegate tra loro, dando vita a reti dette dipartimentali utilizzano tecnologia Ethernet presentano un’alta affidabilità e, quindi, basso tasso di errore. 24

Reti WAN Una rete WAN è tipicamente costituita da due componenti distinte: un insieme di host sui quali girano i programmi usati dagli utenti una subnet che connette gli host fra loro e ha il compito di trasportare messaggi da un host all’altro. La subnet è composta da un insieme di linee di trasmissione e da alcuni elementi di commutazione (router), utilizzati per connettere fra loro due o più linee di trasmissione e necessari per scegliere una linea in uscita dalla quale instradare i dati provenienti su un’altra. Spesso le reti WAN sono utilizzate per connettere più reti LAN. 25

Il router A questo punto risulta importante comprendere cosa sia un router. Un router è un dispositivo sul quale viene eseguito un particolare programma, per esaminare ogni intestazione dei pacchetti di dati in arrivo (ovvero la parte del pacchetto che specifica chi lo ha inviato e dove deve andare), per poi inviare questi pacchetti alla corretta LAN collegata. Riassumendo, è un dispositivo rer l’instradamento di pacchetti di dati 26

Caratteristiche reti WAN Le reti WAN presentano le seguenti caratteristiche generali: dimensione: estese con distanze di centinaia di chilometri numero di terminali molto elevato topologia: si privilegia la topologia a maglia con configurazione di collegamenti molto complessa. tecnologia trasmissiva: utilizzano le linee esistenti di notevole estensione che operano a basse velocità e con alto tasso di errore 27

Satellite of WAN Una WAN, oltre ai classici canali trasmissivi può servirsi di satelliti e ponti radio. Questo tipo di reti è detto GNA (Global Area Network). La presenza dei satelliti impone l’utilizzo di router terrestri per l’instradamento dei segnali. 28

Trasmissione e ricezione nelle GAN Le funzioni di trasmissione/ricezione nelle reti GAN avverranno con modalità diverse in base all’applicazione utilizzata. Nel caso di satelliti la trasmissione è generalmente broadcast. Punto-a-punto quando un router, in fase di trasmissione al satellite, NON sia sentito da quelli vicini. Nel caso di ponti radio la trasmissione è SEMPRE broadcast. 29

Reti MAN Una via di mezzo tra le LAN e le WAN è costituita dalle reti metropolitane (MAN, Metropolitan Area Network) che rappresentano un’estensione tipicamente urbana delle LAN (decine di chilometri quadrati). Sono reti diffusamente pubbliche che sono messe a disposizione dall’azienda proprietaria previo pagamento di una opportuna tariffa. Attualmente alle MAN si preferiscono le WAN. 30