Dr. Greco Polito Silvana. Ethernet

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1 Ethernet

2 Storia (i) q Nasce negli anni 70 da Digital, Intel Xeron q 1970 Ethernet-- 10Mbit/s-- topologia logica a bus; topologia fisica a bus o a stella con HUB (ripetitore) Comunicazione half-duplex tra stazione-hub Tecnica di accesso al mezzo CSMA/CD: collisioni Frequenza di cifra della rete 10Mbit/s q 1995 Fast Ethernet --100Mbit/s-- Topologia fisica unicamente a stella Stella con HUB o con SWITCH (commutatore) Comunicazione sua half-duplex che full-duplex Lo switch permette di evitare le collisioni Frequenza di cifra della rete 100Mbit/s

3 Storia (ii) q 1998 Gigabit Ethernet Topologia fisica a stella con Hub o switch Comunicazione sua half-duplex che full-duplex Frequenza di cifra della rete 1Gbit/s Carrier Estention per aumenteare la dimensione della trama q 10 Gigabit Ethernet Solo topologia a stella con switch Comunicazione esclusivamente full-dupelx

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5 La trama Ethernet (MAC PDU) Lunghezza minima MAC PDU= 64 byte DA, SA= indirizzi MAC destinazione e sorgente Len: lunghezza pacchetto in tipo payload in Ethernet 2.0 PAD= campo che permette di raggiungere lunghezza minima di 64 byte FCS=bit di ridondanza per controllo errore (grado polinomio 32)

6 Domande: --Qual è la dimensione massima di una rete Ethernet? --Quante stazioni può avere una rete Ethernet? --Qual è il ritardo massimo in caso di collisione?

7 le risposte dipendono da 1) Condizioni/limiti dettati dal livello MAC 2) Condizioni/limiti dettati dal livello fisico 3) Condizioni/limiti dovute alla topologia fisica

8 Condizioni sulla distanza dovute al livello MAC condizione per la rilevazione delle collisioni: d max =L min *v/(2c) Con: d max = distanza massima tra stazioni L min =dimensione minima MAC PDU se C=10Mbit/s allora d max =64*8*2*10 8 /(2*10 7 )= 5,12 km

9 Livello fisico e limiti sulla distanza q Distanza massima teorica per condizioni sulla collisione= 5,12 km q Poiche tutti i dispositivi di trasmissione aggiungono un proprio ritardo al ritardo di propagazione si pone come limite: dmax=2,5 Km

10 Interfaccia con il livello fisico q Si aggiungono alla tram MAC: Preambolo: 7 bytes usati per la sincronizzazione fra stazioni SFD (Start Freme Delimeter): un byte per la delimitazione di trama -> lunghezza minima trama= 72 byte= 576 bit ->Tf=tempo trasmissione trama minima= 576/(10 *10 6 )= =57,6 µs

11 Interfaccia con il livello fisico Seguendo lo stesso ragionamento fatto per ottenere la distanza massima otteniamo: Tf 2τ -> τ Tf/2=57,6/2 µs= 28,8µs -> round-trip massimo 57.6 µs Il round-trim massimo è anche slot

12 Ethernet slot e algoritmo di backoff: q L algoritmo di backoff regola le ritrasmissioni in CSMACD: Nel caso di collisione la stazione emette il messaggio di jam e ritenta la trasmissione dopo un tempo casuale di attesa compreso nell intervallo [0, 2 k -1] slots k=min(n,10) n= numero di collisioni avvenute Ritardo massimo di ritrasmissione (2 10-1)*durata slot= 1023*57.6*10-6 =58ms

13 Spaziatura fra trame q La trama non contiene un delimitatore di fine trama q Ogni stazione aspetta un tempo detto IFG (Interframe Gap) fra la fine trasmissione di una trama e l inizio trasmissione di un altra trama q Una stazione che ascolta il canale, trasmette dopo un intervallo pari a IFG dal momento in cui il canale è libero q IFG= 9,6 µs

14 Conclusioni q Lunghezza minima della trama: 512 bit (MAC PDU) più 64 bit (preambolo e SFD) = 576 bit q Ethernet a 10 Mbit/s Round-trip delay massimo ammesso: 57.6 µs Tempo di attraversamento massimo: 28.8 µs Diametro massimo della rete: circa 5760 m Tenendo conto di altri fattori (ritardi indotti da apparati attivi e passivi, margini di sicurezza, etc.) il diametro massimo si riduce e va da 2800 m a 4 km

15 Ethernet 10 Mbit/s: mezzi trasmissivi (1) q --Ethernet 10Base2-- Cavo coassiale sottile Lunghezza massima segmento 200 metri Topologia bus Numero massimo stazioni 30 q --Ethernet 10Base5-- Cavo coassiale spesso Lunghezza massima segmento 500 metri Topologia bus Numero massimo stazioni 100 q --Ethernet 10BaseT-- Doppino non schermato UTP Topologia stella Numero stazioni 2 (senza hub) Due cavi possibili: Cat 3: lunghezza massima segmento 100m, Cat 5: lunghezza massima segmento 500m

16 Ethernet 10 Mbit/s: mezzi trasmissivi (2) q Fibra ottica ->10BaseF 10BaseFP, passive 10BaseFL, link 10BaseFB, backbone 10BaseFP 10BaseFL 10BaseFB topologia Stella Punto-punto Punto-punto Lung max 550 m 2000m 2000m n. Max stazioni 33 con hub 2 2

17 10 Base 5 q Topologia fisica a bus q Dimensione massima segmento 500m q MAU (Medium Attachment Unit) o transceiver: Implementa il protocollo CSMA/CD È connesso al bus attraverso una spina a vampiro q Si puo avere una connessiene MAU ogni 2,5 metri q Cavo transceiver o AUI (Attachment Unit Interface) 50 m max q Scheda ethernet, contiene un controllore per: Formattazione dati Verifica correttezza pacchetti entranti

18 10 Base 2 q Usa il cavo coassiale di tipo thin ---> conseguenza minore dimensione massima segmento: 200m q Connessione stazione-cavo coassiale con connettore a T q Protocollo di accesso implementato nella scheda di rete

19 10 Base T q Mezzo trasmissivo: doppino q Topologia fisica a stella con hub q Lunghezza massima segmento 100 m UTP cat3, 160 UTPcat5 q Il connettore RJ45 ha 8 pin (4 doppini), se ne usano 4: 1 e 2 per trasmissione 3 e 6 per ricezione -> una coppia per trasmissione e una coppia per ricezione q Hub, centro stella è connesso ad ogni stazione con due doppini Ritramette sulle porte in uscita tutti i segnali ricevuti sulle porte in ingresso Rileva collisioni Emette segnale di jum

20 Richiami Dati due nodi connessi attraverso un canale di comunicazione si possono avere tre tipologie di trasmissione: q Simplex: comunicazione unidirezionale -> un mezzo trasmissivo per trasferimento del segnale q Half-duplex: comunicazione bi-direzionale alternata -> un mezzo trasmissivo sufficiente, e.g, cavo usato in istanti di tempi diversi nelle due direzioni q Full-duplex: comunicazione bi-direzionale contemporanea -> linee a 4 fili: due mezzi trasmissivi per i segnali nelle due direzioni ->linee a 2 fili: un mezzo trasmissivo condiviso dai segnali nelle due direzioni (TDM, FDM)

21 Ethernet: 10BaseT Hub e strutture gerarchiche per cablatura di edifici Hub di primo livello (superiore): ritrasmete sulle porte in uscita i segnali ricevuti sulle porte in ingresso Hub di primo livello (inferiore): ritrasmete sulle porte in uscita i segnali ricevuti sulle porte in ingresson e sulla porta upstream tra hub

22 Ethernet: 10BaseT Hub e strutture gerarchiche per cablatura edifici: Gli hub di secondo livello vengono usati all interno di un piano (distribuzione orizzontale) Si connettono hub di primo livello con hub di secondo livello per la connessione fra piani (distibuzione veritcale)

23 Tipi di Ethernet su fibre ottica 10BaseFP, usa un centrostella ottico passivo: La potenza emessa da ogni stazione in trasmissione si divide tra tutte le stazioni attraverso il centro stella Due fibre dal centro-stella ad ogni stazione, una fibra in trasmissione, una fibra in ricezione Distanza massima stazione-centro stella 500 m Numero max stazioni 33 10BaseFL (link) e10basefb (backbone): Reti degeneri point to point Permettono di creare dei collegamenti di estensione Distanza massima 2 km La 10 base FB include rigenerazione sincrona del segnale ad ogni ripetitore

24 Reti multi-segmento q Reti composte da piu segmenti q Interconnessione possibile attraverso ripetitori: Rigenerano il segnale ricevuto su una porta su tutte le altre porte. ES: hub in 10baseT Possono occuparsi di rigenerazione sincrona del segnale numerico usando il proprio clock. ES: Hub 10baseFB Operano a livello fisico e non hanno coscienza della struttura di trama q Per la configurazione di reti multisegmento si usano regole empireche

25 Fast ethernet q Rete Ethernet a 100Mbit/s q Main points: Utilizzo di switch al posto di hub Introduzione modalità di trasferimento di tipo Full-Duplex Utilizzo di mezzi trasmissivi capaci di supportare bit-rate di 100Mbit/s Topologia solo a stella

26 Fast ethernet q OSS: usando CSMS/CD, in assenza di collisione si puo avere propagazione o in un verso (stazione-hub) o in un altro (hub-stazione) -> half-duplex q Per migliorare le prestazioni si pensa a una soluzione per permettere trasferimento simultaneo di informazione nei due versi->full-duplex

27 q Switch: Agisce da commutatore di trame: inoltra le trame in base all indirizzo di destinazione È provvisto di memoria: memorizza le trame in caso di collisione per evitare perdita di trame Di fatto non c è collisione poiché il mezzo fisico stazione-switch non è condiviso

28 q La conseguenza dell utilizzo dello switch è l aumento del throughput: tutte le stazioni possono trasmettere contemporaneamente -> throughput max =C*numero stazioni Dove C=100 Mbit/s= throughput in modalità half-duplex

29 Fast Ethernet: mezzi trasmissivi q 100Basex, prevede opzione full-duplex: 100BaseTx: due doppini UTP cat5 o STP (uno per ricevere e uno per trasmettere) 100BaseFx: due fibre ottiche (una per ricevere e una per trasmettere) q 100BaseT4, non prevede opzione full-duplex: Cavi con 4 coppie di doppini UTP cat 3. Il flusso di 100 Mbit/s è trasferito usando 3 doppini contemporaneamente: Si divide il flusso in tre flussi sa 33.3 Mbit/s Due doppini operano con trasmissione bidirezionale half-duplex Due doppini operano con trasmissione monodirezionale simplex q 100BaseT2, prevede opzione full-duples: Cavi con 2 doppini cat.3 Accorgimenti: trasmissione bidirezionale su ogni doppino, efficiente tecnica di codifica

30 Fast Ethernet: limiti imposti dal livello MAC Round-trip delay massimo ammesso: 57.6/10 µs Tempo di attraversamento massimo: 28.8/10 µs Diametro massimo della rete: circa 5760/10 m Tenendo conto di altri fattori (ritardi indotti da apparati attivi e passivi, margini di sicurezza, etc.) il diametro massimo si riduce a 2800/10 m -> raggio di cablatura 100 m circa

31 Gigabit ethernet q Rete Ethernet a 1000Mbit/s q Main points: Utilizzo di switch ed hub Trasferimento sia full-duplex che half -duplex Utilizzo principale: backbone tra switchs Utilizzo di mezzi trasmissivi capaci di supportare bit-rate di 1000Mbit/s Topologia solo a stella

32 Gigabit ethernet: dimensione dominio di collisione q Main problem: velocità di trasmissione 10 volte maggiori di quella di fast ethernet -> (in modalità half duplex) Round-trip delay massimo ammesso: 57.6/100 µs Tempo di attraversamento massimo: 28.8/100 µs il diametro massimo si riduce a 2800/100 m -> raggio di cablatura 28 m circa (troppo piccola) q Soluzione: Carrier extention, aumento dimensione trama Frame bursting, trasferimento di piu trame consecutive senza IFG

33 Carrier extension q Definisce un nuovo formato di trama con dimensione minima di 512 bytes

34 Carrier extention: proprietà Round-trip delay massimo ammesso: 4,06 µs Diametro massimo della rete: circa 400 m Tenendo conto di altri fattori (ritardi indotti da apparati attivi e passivi, margini di sicurezza, etc.) il diametro massimo si riduce a 2800/10 m -> raggio di cablatura 200 m circa (dimostrare)

35 Gigabit Ethernet: mezzi trasmissivi q 1000BaseCX: 2 doppini di tipo STP Modalità half-duplex Max distanza 25 m q 1000BaseT: 4 doppini di tipo UTP cat 5 Il flusso di 1000Mbit/s e diviso in 4 flussi: uno per ogni doppino Modalità half-duplex Max distanza 100 m

36 Gigabit Ethernet: mezzi trasmissivi q 1000baseSX (short wavelength): 2 Fibre ottiche multimodo in finestra I Funzionamento full-duplex Distanza max stazione switch 550m q 1000BaseLX (long wavelength): 2 Fibre ottiche multimodo in finestra II -> distanza max 550 m 2 Fibre ottiche monomodo in finestra II -> distanza max 5 km Funzionamento full-duplex

37 10 Gigabit Ethernet q Solo full-duplex q Collegamento punto_punto q Fibre ottiche I, II, III finestra q Distanza massima 300m-40 km

38 Repeater e reti multi-segmento q Repeater: rigeneratori di segnali. Rigenerano il segnale ricevuto su una porta su tutte le altre porte Agiscono a livello fisico, ossia non hanno coscienza della struttura della trama Permettono espansione della rete q Reti multi segmento: si ottengono connettendo piu segmenti attraverso repeater

39 Queste slide sono state realizzate usando materiale fornito come supporto didattico unitamente al libro Reti di telecomunicazione di A. Pattavina, Mc Graw Hill