Capitolo 5 - parte 3. Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella

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1 Capitolo 5 - parte 3 Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella

2 Ethernet IEEE Bytes Indirizzo Indirizzo Preambolo tipo Dati Pad CRC Destin. Sorgente Ethernet v2 protocollo > 1500 (mux/demux) Bytes Indirizzo Indirizzo Preambolo Dati Pad CRC Destin. Sorgente Start of Frame (1 byte) IEEE Lunghezza < 1500 M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 2

3 Specifiche 10Base5 10Base2 10Base-T 10Base-F 100Base-T4 100Base-TX (3) 100Base-FX 1000Base-CX 1000Base-T (4) 1000Base-SX (short reach) 1000Base-LX (long reach) Velocità (Mb/s) (1) 10 HD 10 HD 10 HD/FD 10 HD/FD 100 Hd/FD 100 Hd/FD 100 HD/FD 1000 HD/FD 1000 HD/FD 1000 FD 1000 FD Cavo Coassiale Thick (cavo giallo) Coassiale Thin Impedenza 50Ω Rame incrociato (1 coppia) Fibra multimodale Rame incrociato (4 coppie) Rame incrociato (2 coppie) Fibra mono o multimodale Rame incrociato 4 coppie Rame incrociato 4 coppie Fibra multimodale Fibra mono o multimodale 10Gbase-SR/LR LAN (5) Fibra multimodale 10Gbase-LW WAN Fibra monomodale 10Gbase-EW WAN Fibra monomodale Lungh. Massima singola tratta (m) / / / / / / / 1500 Minima/Massima dimensione Codifica fisica note parte dati (B) (2) Differenziale Manchester Differenziale Manchester Differenziale Manchester Differenziale Manchester 8B/6T (125 MHz) 4B/5B (125 MHz) 4B/5B (125 MHz) quasi obsoleto non richiede parti attive richiede un hub/switch rame categoria 3 o sup. dorsali, fra edifici, officine meccaniche Rame categoria 3 (UTP o STP) Rame categoria 5 (UTP o STP) necessità di uno switch (64)/4096 STP (non diffuso) (64)/ / bit in parallelo (125 MHz) 8B/10B (come FiberChannel) UTP Definito il FlowControl All'interno di un edificio fra nodo e switch 800 / /4096 8B/10B Fra edifici 26 / 300 (62.5/125, 50/125µm) (9/125 µm) (9/125 µm) 64/4096 8B/10B 850 nm laser 64/ /4096 Sonet/SDH compatibile Sonet/SDH compatibile 1310 nm laser 1550 nm laser (1) HD = Half duplex, FD = Full duplex (2) Alla parte dati vanno aggiunti 8 Byte di preambolo e 18 di frame Ethernet (3) Ethernet a 100 Mb/s è specificato da IEEE 802.3u, noto come FastEthernet (4) Ethernet a Mb/s è specificato da IEEE 802.3z, noto come GigabitEthernet (5) Ethernet a Mb/s è specificato da IEEE 802.3ae, Noto cme 10GigabitEthernet Le singole porte degli switch e repeater oggi possono negoziare la velocità e HD/FD Solo due repeater (a livello fisico) sono permessi fra due nodi La Famiglia Ethernet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 3

4 Confronto dei differenti standard Ethernet su rame 10Base2 10BaseT 100BaseT 1000BaseT Banda 10 Mb/s 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s Topologia Bus Stella Stella Stella Minima dimensione del frame (senza preambolo) 64 byte 64 byte 64 byte 64 byte (minimo slot time 512 byte) Raggio ~200m ~200m ~200m ~200m della rete M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 4

5 10 Gigabit Ethernet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 5

6 10 Gigabit Ethernet La sequenza dei vari strati che permettono di avere flessibilità nel tipo di fibra e di laser da utilizzare, mantenendo inalterato il livello MAC. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 6

7 10 Gigabit Ethernet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 7

8 10 Gigabit Ethernet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 8

9 IEEE Wireless LAN b usa spettro libero da licenza: GHz fino a 11 Mbps direct sequence spread spectrum (DSSS) nello strato fisico ogni nodo usa lo stesso codice di chipping molto usato, con stazioni base o fra nodi a 5-6 GHz fino a 54 Mbps Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) g GHz (OFDM) fino a 54 Mbps Tutti utilizzano CSMA/CA per accesso multiplo condiviso M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 9

10 Organizzazione a stazione base I nodi Wireless comunicano con una base station base station = punto di accesso (AP) Un Basic Service Set (BSS) (o cella ) contiene: nodi wireless un punto di accesso (base station) Più celle si uniscono per fornire un sistema di distribuzione (DS) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 10

11 Organizzazione di rete ad hoc Nessun AP (cioè stazione base). I nodi wireless comunicano fra loro per consegnare un pacchetto dal nodo A a B può essere necessario instradarlo attraverso i nodi wireless X,Y,Z Applicazioni: unire i portatili in una stanza, in un auto interconnessione di strumenti personali campo di battaglia (all aperto) Studiato dal gruppo di lavoro di IETF MANET (Mobile Ad hoc Networks) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 11

12 IEEE : accesso multiplo Vi è collisione in caso di trasmissioni simultanea, e quindi ha senso l utilizzo del protocollo CSMA : uso dell intera banda in trasmissione ritardo nella trasmissione in caso di canale in uso MA l algoritmo di Collision Detection non funziona a causa del problema del terminale nascosto M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 12

13 IEEE (protocollo MAC) CSMA/CA CSMA: mittente - If canale libero per DIFS sec. Then trasmette l intero frame, senza controllare collisioni - If canale occuopato Then applica backoff binario CSMA: ricevente - if ricezione OK invia ACK dopo SIFS secondi (l ACK è reso necessario dal problema del terminale nascosto) sorgente destinazione altri M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 13

14 Meccanismo per minimizzare le collisioni Problema: due nodi, nascosti l uno all altro trasmettono dei frame alla stazione base banda inutilizzabile per un lungo periodo causa collisione al ricevente. Solutione: prenotazione con pacchetti piccoli i nodi tengono conto degli intervalli prenotati con un vettore di prenotazione di rete interno ( network allocation vector o NAV) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 14

15 Evitare collisioni: scambio RTS-CTS Il mittente trasmette pacchetti piccoli di tipo RTS (request to send) ed indica la durata della trasmissione. Il ricevente risponde con pacchetti piccoli di tipo CTS (clear to send) ottenendo anche di avvisare possibili altri nodi nascosti. Tali nodi nascosti non trasmetteranno per la durata specificata. sorgente destinazione altri M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 15

16 Evitare collisioni: scambio RTS-CTS Se i pacchetti RTS e CTS sono piccoli: le collisioni sono meno probabili e più brevi il risultato finale è simile alla rilevazione di collisioni IEEE permette: CSMA CSMA/CA: prenotazioni polling dalla stazione base sorgente destinazione altri M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 16

17 IEEE standard: IEEE Wireless LAN nelle frequenze libere : 900Mhz, 2.4Ghz, 5.1Ghz, 5.7Ghz and b a M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 17

18 Bluetooth Ericsson, IBM, Intel, Nokia e Toshiba iniziarono le specifiche nel Dettagli in IEEE Una tecnologia trasmissiva radio a bassa potenza ed a corto raggio ( metri). omnidirezionale interconnessione di oggetti vari (cellulari, stampanti, ) GHz sino a 721 kb/s Crea (e riceve) interferenza da wireless LANs, telefoni senza filo digitali, forni a microonde: adotta una tecnica di cambio veloce di frequenza Il protocollo MAC utilizza: correzione degli errori Automatic Repeat request (ARQ) (si attende sempre un ACK prima dell invio del frame successivo) indirizzamento a 12 bit M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 18

19 Data Link per linee Punto a Punto Nel caso vi sia un solo mittente ed un solo ricevente il data link ha un compito più semplice che nel caso di mezzo ad accesso multiplo: non serve il livello di Media Access Control non serve un indirizzo MAC esplicito per esempio per una linea modem o ISDN. Protocolli di data link comuni punto-punto: PPP (point-to-point protocol) HDLC: High level Data Link Control (il livello di data link era considerato uno strato elevato qualche anno fa) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 19

20 Richieste di progetto per PPP [RFC 1557] packet framing: incapsulazione di pacchetti dello strato di rete al livello di data link con chiara divisione fra essi: trasporto di pacchetti di vari protocolli di rete (non solo IP) contemporaneamente capacità di demultiplexare bit transparency: deve poter trasportare una qualsiasi sequenza di bit nella parte dati rivelazione errori: ma senza correzione controllo dello stato della connessione: identificare e segnalare allo strato di rete cadute di linea negoziazione degli indirizzi dello strato di rete: i nodi terminali possono reciprocamente scoprire e configurare gli indirizzi. orientato al carattere: non al bit come HDLC. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 20

21 PPP non richiesti nessuna correzione e recupero di errori nessun controllo di flusso nessuna richiesta di consegna in ordine nessun supporto di linee punto-multipunto (polling) Il recupero degli errori, il controllo di flusso, il riordino nella sequenza dei dati sono tutti demandati agli strati superiori! M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 21

22 PPP: Frame [RFC 1661] flag : delimitatore (per il framing) indirizzo : inutilizzato, sempre eguale a control : inutilizzato; il frame non ha numero di sequenza protocol : il protocollo dello strato superiore a cui consegnare il datagramma (per esempio PPP-LCP, IP, IPX, Appletalk, etc) info check : dati trasportati : CRC a 2 o 4 byte M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 22

23 PPP e Byte Stuffing byte nei dati con valore eguale ad uno riservato (FLAG) nei dati trasmessi viene inserito un byte di flag davanti a quello il cui contenuto era eguale al flag M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 23

24 PPP Data Control Protocol Prima di scambiare dati al livello di rete, i due nodi devono: configurare la linea PPP (massima dimensione del frame, autenticazione) scoprire e configurare informazioni del livello di rete. Per il protocollo IP, PPP trasporta messaggi di IP Control Protocol (IPCP) (valore di protocollo: 8021) per apprendere e configurare l indirizzo IP. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 24

25 Rilevazione portante PPP diagramma di fase Accordo sui parametri Autenticazione positiva Inizio conness. Autenticazione Fallito Morto Fallito Rete Chiusura Apertura Caduta della portante Termine connessione Configurazione NCP M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 25

26 Asynchronous Transfer Mode: ATM Architettura globale di telecomunicazione pensata dai carrier all inizio degli anni 90, per rendere standard la trasmissione digitale di dati, video e voce ad alta velocità (155Mb/s, 622 Mb/s). Mutuata dal sistema telefonico e che quindi doveva: soddisfare le richieste di QoS della voce e del video (diversamente dal modello Best Effort di Internet) offire servizi avanzati di telefonia (multi-teleconfernza) permettere di trasportare pacchetti dati in modalità switching, ma utilizzando celle di lunghezza fissata su circuiti virtuali (orientato alla connessione) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 26

27 ATM architettura base ATM Adaptation Layer (AAL): solo nei nodi terminali frammentazione e ricostruzione dei dati simile allo strato di trasporto Strato ATM : lo strato di rete, che si occupa dello switching di celle e del routing Strato fisico: fibra, rame M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 27

28 ATM: rete o data link? Progetto iniziale: trasporto end-to-end come telefonia e quindi visto come una tecnologia di rete In realtà è fallito per: - complessità negli switch - problemi di scalabilità e di interoperabilità - mancanza di controllo di flusso - costi elevati - sviluppo HW ed ASIC veloci per altre tecnologie Oggi usato soprattutto come datalink fra router IP, sfruttando la possibilià di creare circuiti virtuali a capacità garantita M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 28

29 ATM Adaptation Layer (AAL) Esistono vari strati AAL, in funzione della classe di servizio: AAL1: per servizi CBR (Constant Bit Rate), cioè emulazione di circuito AAL2: per servizi VBR (Variable Bit Rate), per esempio video MPEG AAL5: per traffico dati (per esempio datagrammi IP) Dati utente AAL PDU Cella ATM M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 29

30 AAL5 AAL5: basso overhead per il trasporto di datagrammi IP 4 byte cyclic redundancy check PAD per avere una parte dati di sempre 48 byte grandi datagrammi AAL5 sono frammentati in celle ATM Ciascuna cella trasporta al massimo 48 byte di dati M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 30

31 ATM Servizio: trasporto di celle nella rete ATM garantendo in ogni salto un servizio. Il servizio e2e è la concatenazione dei servizi di ogni circuito attraversato e quindi non garantito a meno di un attenta configurazione manuale. Architettura di rete Modello di Servizio Capacità Garanzie per linea pedita Ordine Timing Feedback congestione Internet ATM ATM ATM ATM best effort CBR VBR ABR UBR no constant rate minimo garantito minimo garantito no no si si no no no si si si si no si si no no no (noto attraverso perdite) no nella linea possibile si no M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 31

32 ATM: circuiti virtuali ATM è orientata alla connessione: - stato in tutti gli switch intermedi - ogni cella trasporta un identificatore che contiene l indicazione di un Virtal Path (VP) ed un Virtual Circuit (VC) nel path. Tali identificatori hanno un significato locale e cambiano ad ogni salto. Permanent VCs (PVC) connessioni permanenti normalmente connessioni fra router IP a banda garantita (CBR) Switched VCs (SVC): creati dinamicamente con segnalazione (non usati al di fuori di un singolo dominio per problemi di autenticazione e ritardo e2e) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 32

33 La cella ATM 5-byte di header 48-byte di payload cella di piccole dimensioni per mantenere costante e breve il tempo di switching un compromesso fra 32 e 64 byte Header VPI, VCI Formato M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 33

34 ATM header VPI, VCI: identificatori virtuali di path e canale possono cambiare ad ogni salto PT: tipo di payload (peresempio dati o cella di management RM) CLP: Cell Loss Priority bit CLP = 1 bassa priorità, si può scartare in caso di congestione HEC: Header Error Checksum cyclic redundancy check VPI, VCI M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 34

35 ATM strato fisico Physical Medium Dependent (PMD) sublayer: SONET/SDH: come strato fisico di trasporto dei bit (simile ad un contenitore per trasportare bit); sincronizzazione dei bit; divisione di banda (TDM); ATM è indipendente dalla velocità ed utilizza in Sonet/SDH: OC3c = Mbps; OC12c = Mbps; OC48c = 2.45 Gbps, OC192c = 9.6 Gbps T1/T3 (E1/E3): struttura PDH, precedente ad SDH, che permetteva bande da 1.5 Mb/s s 45 Mb/s (negli USA), da 2 Mb/s a 151 Mb/s in Europa. non strutturato: solo celle M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 35

36 IP su ATM IP Classico 3 reti (segmenti di LAN) usano MAC (802.3) ed indirizzi IP IP su ATM rimpiazza una parte di rete con con una rete ATM rete ATM Ethernet LAN Ethernet LAN M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 36

37 IP su ATM In pratica: i datagrammi IP sono frammentati in celle ATM utilizzando PDU AAL5 vi è una mappatura fra indirizzi IP e PVC ed indirizzi ATM simile alla relazione fra indirizzi IP ed indirizzi MAC Ethernet LAN rete ATM M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 37

38 Frame Relay Come ATM: un evoluzione dalla prima tecnologia di trasporto dati a pacchetti su reti telefoniche: X.25 ottenuta eliminando la correzione degli errori ed il controllo di flusso del protocollo X.25 adatto a reti geografiche Orientato alla connessione con circuiti virtuali visto come un data link dal protocollo IP M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 38

39 Frame Relay Progettato per l interconnessione di LAN: usa circuiti virtuali permanenti, come linee fisiche di banda fissata che trasportano i dati tra i router delle LAN i circuiti passano atraverso switch, come in ATM Pensato perché gli utenti affittino il servizio di trasporto nella forma di circuiti virtuali FR dai carrier. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 39

40 Frame Relay bit M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 40

41 Frame Relay I byte di flag contiene la sequenza L indirizzo è composto dal : DLCI di 10 bit, diviso in due byte, che contiene l identificatore locale del VC bit C/R (non usato) bit EA che indica se il byte che lo contiene è l ultimo 3 bit di controllo congestione attivati dagli switch: FECN: forward explicit congestion notification. Segnala al ricevente congestione nel senso del frame BECN: backward explicit congestion notification. Segnala congestione nella direzione opposta al frame. DE: il frame è scartabile in caso di necessità. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 41

42 Frame Relay -controllo di banda Nell attivazione di un VC frame relay è definibile : un valore medio garantito (CIR committed information rate) per ogni VC un valore massimo di banda (PIR peak information rate) che l utente può usare se disponibile DE bit: Discard Eligibility bit lo switch di bordo FR misura il traffico medio per ogni VC ed eventualmente attiva il bit DE DE = 0: alta priorità, frame che rispetta gli accordi e che deve essere consegnato DE = 1: bassa priorità, scartabile in caso di congestione. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 5-3 pag. 42