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

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.

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

Topologia a stellaLa 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.

Vantaggi topologia a stellaLa 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).

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.

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.

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.

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

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.

Collegamento con doppio cavo (ring)

In caso di guasto…

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.

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.

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.

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

Topologia gerarchica

La topologia gerarchia (o ad albero) prevede, come dice il nome, una

disposizione gerarchica delle stazioni.

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.

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.

Topologia a magliaLa 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.

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.

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)

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.

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.

Reti WANUna 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.

Il routerA 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

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

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.

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.

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.