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Progettazione reti - parte 1 Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella
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Progettazione reti - parte 1
Corso Reti ed ApplicazioniMauro Campanella
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Progettazione reti
Requisiti
Progettazione
Realizzazione
Gestione
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Requisiti
La comprensione e la ricerca dei requisiti a cui la rete devesoddisfare consiste principalmente:– numero iniziale di utenti e nodi– tipologia, modalità di accesso e disposizione iniziale dei
nodi e delle aree da collegare– tipo di traffico (dati, voce, video, capacità iniziale)– livello di sicurezza– modalità e tipologia della connessione ad Internet– vincoli (architettonici, elettrici, legali, di spesa totale)– espansione/modifiche previste nel tempo– livello di esperienza e quantità del personale addetto
(minimizzare l’intervento umano)
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Progettazione
La progettazione di un’architettura direte si basa su:– i requisiti ed i vincoli– il modello del “cablaggio
strutturato” che mira ad utilizzareun’unico sistema fisico didistribuzione per tutti i servizi sureti locali
– alcuni principi generali fondatisull’esperienza
– i principi di Internet (e2e, packetswitching)
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Progettazione
In particolare, la progettazione di una rete deve tenere presentetutte le infrastrutture di supporto alla rete e richiederne la modificao realizzazione:– edilizia (canale, montanti, predisposizione locali, scavi fra
edifici, accessi protetti, nuove sale, antenne)– elettricità (potenza, ridondanza, topologia almeno nei locali
dove sono presenti apparecchiature di rete)– condizionamento– controllo accessi ai locali dedicati
Fondamentale è inoltre adempiere agli obblighi di legge per lenorme antincendio, antinfortunistiche, suoi luoghi di lavoro, lasicurezza informatica e la privacy.
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Progettazione
Non discuteremo della progettazionee delle regole di disposizione deisistemi e del posto di lavoro.Naturalmente la disposizioneottimale dei nodi finali in una salamacchine od in una stanza non ècompletamente indipendente dallainfrastruttura di rete.La dipendenza è molto meno forteperò di quella che la disposizionedei nodi ha con la distribuzioneelettrica, il condizionamento ol’illuminazione.
La topologia delcollegamento di rete fra inodi è, invece, partefondamentale dellastruttura di rete, èdinamica e può variarenel tempo a seconda deltraffico e delle funzionisvolte da ogni nodo.
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Realizzazione
La realizzazione, da parte ad una ditta esterna od in proprio,deve prevedere:– precisi progetti tecnici di realizzazione (blueprint)– un piano dettagliato temporale con la descrizione delle
parti realizzabili in parallelo (diagramma di Gantt) escadenze intermedie fissate (“milestone”)
– un controllo accurato del rispetto del progetto durante lafase di realizzazione
– il rilascio di dettagliate mappe della realizzazione susupporto informatico in formato digitale e database
– il rilascio dei certificati richiesti dalla legge– un piano di prove di accettazione delle varie componenti– le fasi di messa in funzione
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Controllo, feedback ed evoluzione
Il controllo e riparazione guasti o malfunzionamenti è unaattività fondamentale che deve essere sempre in funzione eche entra nel circolo di modifica ed evoluzione della rete.
Il controllo costante fin dall’inizio del funzionamentopermette la correzione di eventuali errori di progettazioneed il processo di ottimizzazione dell’uso delle risorse.
Dopo la realizzazione iniziale, la rete sarà continuamentemodificata in funzione del suo utilizzo e dell’evoluzione dellatecnologia.
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Principi base progettazione rete
SemplicitàComponenti standard e open sourceSovradimensionamentoScalabilità, Durata e Riciclabilità, ModularitàAffidabilità e RobustezzaAspecificitàOrdine e informazione completaEconomicità
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Semplicità
Scegliere, a parità di risultato, la soluzione tecnica che rendel’architettura la meno complessa possibile.Una struttura semplice inoltre è più facile e veloce damodificare.In particolare va evitata la molteplicità di componenti diverse,ma compiere una precisa scelta uniforme per ogni strato.Esempio:– solo cavi UTP cat.5e con connettori RJ-45 e fibre ottiche– solo apparecchiature con data link Ethernet, con
configurazione iniziale di puro switching a livello 2– routing completamente statico per medie/piccole realtà– usare la sovrabbondanza di banda anzichè abilitare QoS
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Standard
L’utilizzo di standard noti e provati da qualche annopermette di:– trovare facilmente le componenti a prezzi concorrenziali– utilizzare sistemi di controllo e diagnosi già pronti– reperire facilmente personale esperto– assicurarsi una vita media più lunga ed una riciclabilità
maggiore delle apparecchiature e delle competenze.
L’utilizzo di software e protocolli open source assicura:– una vita media molto maggiore al sistema– la personalizzabilità completa– un costo nullo di acquisto– portabilità fra piattaforme diverse.
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Standard
Per esempio:
– cablaggio in doppino di categoria 5, prese RJ45– fibre ottiche Multi Modali 50/125, connettori SC– Ethernet come unico data link– IP come protocollo di trasporto– OSPF– controllo basato su strumenti che utilizzino SNMP– protocolli di comunicazione come HTTP, SSL, SSH– presentazione grafica via HTTP ed HTML/Java
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Sovradimensionamento
La realizzazione dell’infrastruttura non deve essere in grado disoddisfare solo le richieste, ma deve permettere un’espansionedell’utenza senza ulteriori lavori onerosi o di sostanza (stenderenuovi cavi per lunghe tratte, cambiare le interfaccie da 10 a 100Mb/s dopo poco per esempio).Dato che il costo principale dei lavori è la mano d’opera e non lecomponenti (cavi per esempio) conviene sempre– sovradimensionare l’infrastruttura passiva di almeno in
fattore 2 rispetto alle richieste attuali (per ogni utente da 2a 4 cavi da 4 coppie, almeno 12 o 24 coppie di fibra otticafra edifici)
– sovradimensionare le velocità trasmissive nella dorsale
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99.99% costante
Dorsale di un Tier 1 in USA[ da Casner @ Nanog 22]
Una settimana di variazione del ritardo da San Francisco a Washington
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99.99% costante
99.99%
Dorsale di un Tier 1 in USA[ da Casner @ Nanog 22]
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Sovradimensionamento
Il sovradimensionamento si applica a praticamente tutti gliaspetti di una rete, in particolare delle componenti passive.Oltre al numero di cavi conviene sovradimensionare:– la lunghezza dei cavi stessi, lasciando qualche metro di
abbondanza facilmente utilizzabile– la dimensione delle canalizzazioni e dei montanti di
intercomunicazione– la dimensione degli armadi destinati ad ospitare parti attive e
passive– il numero delle stanze predisposte ad accogliere la rete– la potenza elettrica disponibile– il condizionamento– … etc …
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Scalabilità, Durata e Riciclabilità, Modularità
Parte della scalabilità è compresa nel principio disovradimensionamento.La scalabilità implica qualcosa in più, per esempio che ilcomportamento di una apparecchiatura rimanga costanteall’aumentare del traffico, od almeno degradi uniformemente.La scalabilità è quindi legata alle specifiche di ogni singolooggetto ed all’intervallo di utilizzo permesso.La durata di una componente è da intendersi come:– Mean Time Between Failures (MTBF), cioè la qualità della
costruzione– capacità di integrarsi in una rete in continua modifica, legato
alla sua semplicità e modificabilità (via microcodice per leparti attive, con connettori modulari per le prese a muro)
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Scalabilità, Durata e Riciclabilità, Modularità
La riciclabilità consiste nella possibilità di riutilizzare lecomponenti in altre parti della rete. Per esempi apparecchiatureprima nella dorsale possono essere trasferite nell’accessoperché sostituite da altre più veloci.
La modularità permette di creare la rete utilizzando componentiidentiche e che si collegano in modo definito alle altre.Permette quindi una scalabilità maggiore, un minor numero dicomponenti diverse (per esempio usando sempre lo stessomodello di apparecchiatura di switching, con le stesse schede),una flessibilità per adattarsi a situazioni diverse.A volte è preferibile una soluzione modulare composta da piùparti che una monolitica integrata.
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Scalabilità, Durata e Riciclabilità, Modularità
La riciclabilità consiste nella possibilità di riutilizzare lecomponenti in altre parti della rete. Per esempi apparecchiatureprima nella dorsale possono essere trasferite nell’accessoperché sostituite da altre più veloci.
La modularità permette di creare la rete utilizzando componentiidentiche e che si collegano in modo definito alle altre.Permette quindi una scalabilità maggiore, un minor numero dicomponenti diverse (per esempio usando sempre lo stessomodello di apparecchiatura di switching, con le stesse schede),una flessibilità per adattarsi a situazioni diverse.A volte è preferibile una soluzione modulare composta da piùparti che una monolitica integrata.
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Affidabilità e Robustezza
L’affidabilità e la robustezza generale di un sistema consistenella capacità di sopportare il fallimento di una o più delle sueparti, mantenendo un elevato livello di funzionalità.E’ uno dei principi fondamentali per garantire un serviziocostante ed affidabile.Tale principio deve essere applicato a tutti gli stratidell’architettura:– fisico: avere due cavi su percorsi indipendenti– data link: avere un meccanismo che sia in grado di ovviare
alla caduta di una linea.– rete: un algoritmo di routing che converga in breve tempo
dopo una modifica alla rete.
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Affidabilità e Robustezza
L’affidabilità e la robustezza sono dette anche ridondanza.La ridondanza nelle componenti di rete:– duplicando nella singola apparecchiatura le componenti più
importanti (per esempio alimentatori e CPU) con funzionalitàdi sostituzione automatica in caso di fallimento
– duplicando l’intera apparecchiatura– avendo un sistema operativo che recuperi bene in caso di
errore, permetta upgrade “a caldo”, funzioniininterrottamente per periodi di mesi od anni
– si utilizzino protocolli che intrinsecamente sono robusticontro i malfunzionamenti dello strato inferiore o superiore.
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Affidabilità e Robustezza
La ridondanza si estende oltre le componenti di rete:– l’alimentazione elettrica può provenire da due quadri o
cabine distinte– l’alimentazione può prevedere un sistema di batterie di
durata varia ed un gruppo elettrogeno– il condizionamento può venire fornito da più di un
condizionatore– il sistema antincendio è a due livelli– il sistema di controllo accessi ha due centraline in due posti
distinti– le cassaforti con copie dei nastri di backup sono due in due
edifici diversi e nessuna è nella sala dove sono i nodiprincipali
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Aspecificità
La rete generale non deve essere progettata pensando aduna particolare applicazione, ma piuttosto secondo i principidi Internet (il miglior trasporto possibile e2e basato sulmultiplexing statistico).Tale scelta garantisce una struttura a più lunga durata e difacile modifica ed ampliamento.Per esempio la scelta del numero di cavi da stendereall’interno degli edifici o fra essi, deve seguire il criterio didimensione intrinseca (numero di stanze, tipologia dellestanze) e non il loroutilizzo attuale. La gente si sposta, lestanze diventano sale riunioni.Ovviamente esigenze particolari implicano una struttura direte specifica, come una sala congressi.
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Ordine ed informazione completa
LEssere ordinati,etichettare ed avereinformazioni precise edaggiornate sullacomposizione efunzionamento di ognicomponente attivo epassivo della rete è ilrequisito fondamentaleper evitare il caos.
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Ordine ed informazione completa
– LDare un codice ad ogni componente ed avere un databaseche contiene le informazioni e che le lega fra loro (peresempio il nodo con MAC address X è collegato alla presa Ynella stanza Z col cavo W. La presa Y è poi collegata allaapparecchiatura U col cavo T alla porta S· per i cavi: tipo, lunghezza, posizione e percorso. Vanno
messe un’etichetta con numero identico ai due capi delcavo ed un’altra con la destinazione dell’altro capo
· per le prese le stanze e le utenze servite· ogni componente di una apparecchiatura attiva, il numero
di serie, il contratto di manutenzione
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Ordine ed informazione completa
– Ldecidere criteri di stesura dei cavi ed eventuali codice dicolore diversi per cavi diversi. Per esempio cavi in ramesempre a sinistra e fibre sempre a destra negli armadi, cavi dicorrente dal basso e cavi in fibra dall’alto.
– nella stesura dei cavi “patch” all’interno degli armadi, evitaredi inserirli senza farli passare in appositi reggicavi
– etichettare anche i cavi di corrente con l’indicazione delquadro elettrico o spina di provenienza
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Cablaggio strutturato
Con il diffondersi della trasmissione digitale e dell’automazione,si rendeva necessario continuamente ampliare e modificare ilsistema di distribuzione dei cavi negli edifici.Venne quindi crato un nuovo campo di studio che codificasse estandardizzasse la stesura di cavi all’interno degli edificiUn sistema di cablaggio strutturato (SCS) corrisponde ad unaserie di specifiche e prodotti che definiscono la pianificazione ela creazione di un sistema di distribuzione via cavo all’interno diedifici.Il sistema di cablaggio strutturato permette di integrare ladistribuzione di voce, dati, video e dei vari sitemi di controllo(sicurezza, allarmi, antincendio, elettricità e così via).
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Cablaggio strutturato
A partire dal 1985 la Electronic Industries Association (EIA) oraTelecommunication Industries Association (TIA) ha prodottouna serie di standard di cui lo stato dell’arte sul cablaggiostrutturato è l’ EIA/TIA 568-B.
Riconosce il fatto che l’installazione di un sistema di cablaggiostrutturato durante la costruzione o la ristrutturazione di unedificio è significativamente più economica e semplice che dopoche l’edificio sia stato occupato.
Tali standard sono rivisti ogni 5 anni e modificati od abrogati .
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Cablaggio strutturato
Altri standard collegati sono:EIA/TIA-569 : Commercial Building Standard for Telecommunication
Pathways and Spaces.EIA/TIA-570 : Residential Light Commercial Telecommunication Wiring
standards.EIA/TIA-606 : Administration Standard for Telecommunication
Infrastructure of Commercial Buildings.EIA/TIA-607 : Commercial Building Grounding/Bonding requirements.EIA/TIA-598 : Color Coding of Optical Fiber Cables.EIA/TIA-604-3 : Fiber Optic connector Intermateability standard.GR-409-CORE : Generic requirement for premises fiber optic cables.GR-20-CORE : Generic requirements for optical fiber and fiber optic cables.ITU-TG-650-ITU : Transmission media characteristics. TIA/EIA Standards UTP Performance
Category 3
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Cablaggio strutturato
funzionamento50%
costruzione11%
finanziamenti14%
modifiche25%
Il costo di un edificioin arco di 40 anni,scisso nellecomponentifondamentali.
Il costo di una rete èsimile anche su periodimolto più brevi…
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Cablaggio strutturato
Lo standard attuale delle caratteristiche richieste ai cavi UTP daEIA/TIA 568-b-2 è:
Categoria 3 16 MHzCategoria 4 20 MHz (eliminata)Categoria 5 100 MHz (eliminata)Categoria 5e 100 MHzCategoria 6 250 MHz
Le specifiche dettagliano anche molte altre caratteristiche dei caviquali attenuazione massima, ritorno di segnale, massima distanzain funzione di eventuale tensione di alimentazione (limitata apoche decine di Volt).
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Cablaggio strutturato
Distribuzione attraverso sistemiseparati di cavi per ogni
sottosistema.Distribuzione attraverso sistema
unico e modulare di cavi
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Cablaggio strutturato
Distribuzione verticale
Distribuzione orizzontale(cavi, patch panel e
connettori )
Collegamento alla dorsalefra edifici
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Componenti fondamentali
– la distribusione orizzontale, composta di· cavi, con struttura a stella, che coprano la maggiore
area possibile. Un intero edificio di 4 piani e larghezzadi 70 metri può essere basato su un’unico centro stella,rispettando la lunghezza massima di 90 metri per ognicavo.
· le canale per la distribuzione orizzontale nelle stanze,con il sistema di attestazione dei connettori (femmina)
– la distribuzione verticale fra piani (monanti e cavedicontenenti in genere fibra )
– gli armadi ed i pannelli di attestazione nel centro stella– i locali di distribuzione (centro stella) (wiring closet)
