Swicthing-ethernet situazione attuale e prospettive future

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Ethernet ha potuto sempre adeguarsi in fretta alle nuove necessit  del 
mercato, caratterizzato da applicazioni sempre piø esigenti sia in termini di 
prestazioni, sia come grado di sofisticazione dei servizi offerti. L evoluzione 
di Ethernet Ł ovviamente stata incentrata sulla semplicit  che ne ha favorito 
il successo; quindi, nel progettare nuovi meccanismi, si Ł cercato di 
limitarne il piø possibile la complessit . Per soddisfare le applicazioni che 
hanno requisiti stringenti si punta invece sul sovradimensionamento della 
rete. 
Un tipico esempio Ł costituito dalle applicazioni multimediali, il cui 
corretto funzionamento Ł subordinato a un servizio con qualit  garantita. 
Ethernet non dispone di meccanismi per garantire la qualit  del servizio 
offerto, tuttavia, se il traffico su una rete Ethernet Ł sufficientemente basso, 
il servizio risultante Ł piø che soddisfacente dal punto di vista delle 
applicazioni multimediali. Prova ne Ł il fatto che telefonia, videoconferenza, 
distribuzione di video e corsi di apprendimento a distanza sono sempre piø 
diffusi sulle reti Ethernet aziendali. 
Un altro tipico esempio di uso del sovradimensionamento Ł offerto 
dall approccio utilizzato per la tolleranza ai guasti, che Ł basato sulla 
duplicazione di componenti, collegamenti, schede di interfaccia, apparati. 
Gli elementi ridondanti sono collegati in configurazioni tali per cui, in 
condizioni di normale operativit ,uno di essi,chiamato primario, Ł in 
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funzione mentre l altro,chiamato secondario,Ł inattivo. In caso di guasto 
entra in uso il componente secondario,evitando un disservizio. 
Il presente lavoro si concentra sull evoluzione che Ethernet ha subito 
negli anni, partendo dalla definizione iniziale di un protocollo di accesso a 
un mezzo condiviso su cui Ł possibile trasmettere a 10 Mbit/s, fino alle 
recenti bozze di standard che definiscono le funzionalit  di 
commutatori(switch) che operano con collegamenti dedicati, su cui la 
trasmissione avviene a 10 Gbit/s. Inoltre, anche se il principale oggetto di 
attenzione sono le reti locali( local area network, LAN),si accenna anche a 
questioni legate alle reti metropolitane (metropolitan area network,WAN), 
in cui Ethernet  si sta espandendo in modo crescente. 
Nel primo capitolo si Ł cercato di analizzare l attuale contesto delle 
comunicazioni,determinando quegli elementi che hanno contribuito alla 
nascita di Ethernet. Si sono descritti i mezzi con cui le informazioni si 
trasmettono. Sono state analizzate nello specifico le principali categorie di 
mezzi di trasmissione : elettrici (cavo coassiale e doppino telefonico), ottici 
(fibre) e quelli di ultima generazione come i wireless (onde radio, infrarossi, 
microonde, laser). 
Il secondo capitolo descrive le caratteristiche di base di Ethernet e il suo 
funzionamento a 10 Mbit/s e fornisce una base comune di terminologia e 
conoscenza da cui partire per affrontare le modalit  di funzionamento piø 
avanzate,presentate nel capitolo terzo. Nel quarto ed ultimo capitolo viene 
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descritto il funzionamento dei bridge, i predecessori degli switch, che stanno 
alla base della realizzazione di reti switched Ethernet. Gli switch hanno 
permesso la realizzazione di reti Ethernet di dimensioni ben superiori a 
quelle per cui sono stati ideati il protocollo di accesso al mezzo condiviso e 
il funzionamento dei bridge stessi. Di conseguenza, reti Ethernet 
comprensoriali e metropolitane di grosse dimensioni, sebbene rappresentino 
una soluzione attraente dal punto di vista dei costi e della semplicit  degli 
apparati,aprono diverse problematiche di sicurezza,prestazioni e 
organizzazione. Per fronteggiare tali problemi, pur beneficiando dei 
vantaggi della tecnologia Ethernet,Ł nato il concetto di reti locali virtuali 
(virtual LAN o VLAN). Le stazioni che fanno parte di una singola switched 
LAN possono essere raggruppate in gruppi logici, ognuno dei quali Ł 
detto,per l appunto,VLAN. Infine il capitolo prende in esame le funzionalit  
avanzate degli switch Ethernet,funzionalit  messe appunto per consentire un 
piø vasto utilizzo di questa tecnologia, originariamente nata per realizzare 
reti locali di dimensioni tutto sommato modeste. Le moderne reti locali 
vedono un utilizzo sempre piø frequente e pervasivo di apparati di 
commutazione che operano a un livello protocollare superiore a Ethernet 
(layer 3 switch, application layer switch, multi-layer switch). Comprendere 
il funzionamento di una rete basata su questi apparati,essere in grado di 
progettarla e di individuare la causa di eventuali malfunzionamenti richiede 
conoscenze piuttosto approfondite sui livelli protocollari ai quali gli switch 
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operano. Quindi il capitolo chiude con i commutatori di livello superiori al 
secondo; con un ultimo sguardo lanciato verso il futuro con le nuove 
tecnologia che arricchiranno Ethernet. 
 
 
 
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CAPITOLO I 
Le Reti 
1.1 Reti di calcolatori 
Con l’evoluzione della comunicazione tutte le aziende si sono 
dotate di una quantità considerevole di personal computer.  
Originariamente ciascuno di questi elaboratori poteva funzionare 
indipendentemente dagli altri , tuttavia con l’evolversi dell’ informatica 
si è avuta la necessità di collegarli tra loro , per raccogliere e correlare 
informazioni relative all’azienda nel suo complesso. Il punto focale è in 
questo caso la condivisione delle risorse ,e l’obiettivo,quindi, è quello 
di rendere disponibili a chiunque informazioni sulla rete, per esempio 
programmi,  periferiche e soprattutto dati, indipendentemente dalla 
posizione fisica dell’utente e della risorsa. Un esempio ovvio e 
largamente diffuso riguarda la necessità di condividere una stampante 
tra un gruppo di utenti in un ufficio. Tuttavia, una risorsa condivisa più 
importante di quelle fisiche come stampanti, scanner e i masterizzatori è 
l’informazione. Ogni azienda con dimensioni medie o grandi, e molte 
piccole industrie, dipendono in modo vitale dalle informazioni 
computerizzate. La maggioranza delle imprese ha in linea informazioni 
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sulla clientela, inventari della merce, fatture, documenti contabili, 
moduli fiscali e molto altro ancora. Se tutti i computer si fermassero, 
una banca non potrebbe sopravvivere più di cinque minuti. Una 
fabbrica moderna, con una linea di montaggio controllata dai computer 
, resisterebbe ancora meno. 
Nelle aziende più piccole tutti i computer sono presumibilmente in 
un solo edificio o ufficio, ma in quelle grandi i calcolatori e gli 
impiegati possono essere sparsi tra dozzine di edifici e impianti situati 
in molte nazioni. Nonostante ciò, un addetto alle vendite a New York 
può occasionalmente aver bisogno di accedere al database 
dell’inventario delle merci a Singapore. Nella sua forma più semplice, 
ci si può immaginare il sistema informatico di un’azienda come formato 
da uno o più database e da un certo numero di impiegati che hanno 
bisogno di accedervi remotamente. I dati sono memorizzati in computer 
ad alte prestazioni chiamati server. Gli impiegati hanno sulla scrivania 
macchine più semplici chiamate client, tramite le quali hanno accesso a 
dati remoti. Questa configurazione è chiamata client-server, è 
applicabile quando il cliente e il server sono nello stesso edificio , ma 
anche quando sono molto distanti. La comunicazione è rappresentata da 
un processo client che manda un messaggio attraverso la rete al 
processo server e resta in attesa di un messaggio di risposta. 
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Figura n. 1 – Una rete con due client e un server 
 
 
 Un secondo motivo per realizzare una rete di calcolatori ha a che 
fare con le persone, piuttosto che con l’informazione o i computer 
stessi. Una rete di calcolatori può essere un potente mezzo di 
comunicazione tra le persone. La posta elettronica viene già usata da 
milioni di persone in tutto il mondo e il suo utilizzo cresce rapidamente. 
Ogni adolescente è affascinato dall’instant messaging, che permette a 
due persone di scambiarsi messaggi in tempo reale. Un altro tipo di 
comunicazione interpersonale è indicato con il nome peer-to-peer. 
Questa forma di comunicazione, permette a individui che formano 
gruppi dispersi di comunicare con altri soggetti del gruppo. Ognuno può 
comunicare con una o più persone; non c’è una suddivisione rigida tra 
client e server. 
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Figura n. 2 – In un sistema peer-to-peer non si sono client e 
server predefiniti 
 
Le tecnologie trasmissive impiegate a largo spettro sono due : 
collegamento broadcast e collegamenti punto-punto. 
Le reti broadcast hanno un solo canale di comunicazione che è 
condiviso fra tutte le macchine della rete. Brevi messaggi,chiamati in 
alcuni contesti pacchetti, sono inviati da ciascuna macchina e ricevuti 
da tutte le altre. Un campo indirizzo nel pacchetto individua il 
destinatario. Alla ricezione del pacchetto, una macchina controlla il 
campo indirizzo, se il pacchetto è indirizzato alla macchina ricevente 
viene processato;se è indirizzato a un’altra macchina viene 
semplicemente ignorato. I sistemi broadcast danno di solito anche la 
possibilità d’indirizzare un pacchetto a tutti i destinatari usando un 
codice speciale nel campo di destinazione oppure ad un sottoinsieme di 
macchine chiamato multicasting. Al contrario le reti punto-punto 
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consistono di molte connessioni tra singole coppie di macchine. Per 
andare dalla sorgente alla destinazione , in questo tipo di rete un 
pacchetto deve visitare una o più macchine intermedie. Spesso sono 
possibili percorsi multipli con diversa lunghezza, quindi nelle reti 
punto-punto è importante trovare quelli migliori: come regola generale 
le reti più piccole e geograficamente localizzate tendono ad usare il 
broadcast , mentre le reti con dimensioni maggiori di solito sono punto-
punto. Queste ultime con un trasmettitore e un ricevitore sono chiamate 
unicasting. 
Le reti si possono dividere in : reti locali(LAN,local area network) 
metropolitane (MAN, metropolitan area network) e reti ad ampio 
raggio(WAN, wide area network).  
Una rete metropolitana copre un’ intera città, una WAN copre 
un’area geograficamente estesa, spesso una nazione o un continente.  
Mentre le reti locali sono largamente impiegate per collegare 
personal computer e workstation negli uffici delle aziende e nelle 
fabbriche, allo scopo di condividere risorse e scambiare informazioni. 
Esse si distinguono dagli altri tipi di rete per tre caratteristiche : la 
dimensione,la tecnologia di trasmissione, la topologia.  
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Le dimensioni sono contenute mentre la  tecnologia di trasmissione 
consiste in un cavo a cui sono connesse tutte le macchine, come le linee 
telefoniche duplex usate in passato in alcune zone rurali. Tradizionalmente 
lavoravano a velocità comprese tra 10 Mbps e 100 Mbps, hanno bassi ritardi 
e hanno pochissimi errori :_ Quelle invece più recenti operano fino a 10 
Gbps (1 Mbps è 1000000 bit/sec e 1 Gbps è 1000000000 bit/sec). 
Per le LAN broadcast  sono possibili differenti topologie.  
Figura n. 3 –Due reti broadcast. (a) Bus. (b) Anello 
 
 
In una rete a bus quando una macchina trasmette,tutte le altre devono 
astenersi dal farlo. Quindi un meccanismo di arbitraggio è necessario per 
risolvere i conflitti quando due o più macchine desiderano trasmettere 
simultaneamente. Tale meccanismo può essere centralizzato o distribuito. 
Un secondo tipo di broadcast è l ‘anello in cui ogni bit si propaga in modo 
autonomo,senza aspettare il resto del pacchetto cui appartiene. Le reti 
broadcast si possono ulteriormente suddividere in statiche o dinamiche a 
seconda del modo in cui è allocato il canale. Una tipica allocazione statica 
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consiste nel suddividere il tempo in intervalli discreti e usare un algoritmo 
round-robin, permettendo ad ogni macchina di eseguire il broadcast solo 
quando è attivo il proprio turno(time slot). I metodi di allocazione dinamica 
possono essere centralizzati o non centralizzati. Per quanto riguarda il primo 
esiste una singola entità che stabilisce a chi spetta di volta in volta l’uso del 
mezzo accettando richieste e prendendo decisioni in base ad algoritmi 
interni;mentre per l’allocazione non centralizzata non esiste un’entità 
centrale ,ma ogni macchina decide in autonomia se trasmettere. 
 
        1.2 Come nasce Ethernet 
Ethernet è la tecnologia  che  domina oggi il mondo delle reti locali e il 
suo successo sembra destinato a proseguire. Il termine “rete” indica in modo 
generico un collegamento tra due apparecchiature, che permette, attraverso 
un mezzo di trasmissione di effettuare un trasferimento di informazioni. La 
trasmissione  avviene per condividere informazioni, risorse, per comunicare 
e per utilizzare servizi (www.wikipedia.org). 
Molte aziende, università e altre organizzazioni hanno un gran numero 
di computer da collegare tra di loro . Tale necessità ha determinato la 
nascita delle reti locali (LAN, local area network) che fecero la loro 
comparsa sul mercato statunitense alla fine degli anni settanta: esse si 
propongono come scopo una soluzione più idonea al problema 
dell’interconnessione di sistemi su base locale.