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1 Standard IEEE 802 per reti LAN T. Motta

2 Rete locale Rete LAN: rete di computer di dimensione limitata e senza attraversamento di suolo pubblico Sono di diversi tipi: Dimensione Tecnologia di trasmissione Topologia Usano mezzo trasmissivo condiviso da tutte le stazioni (broadcast) ad alta velocità e a basso tasso di errore 2

3 Topologie di rete per reti LAN Topologia = disposizione dei diversi dispositivi nello spazio Definisce la posizione dei nodi e dei collegamenti Può essere: Topologia fisica: descrive la disposizione dei componenti e come sono collegati tra loro Topologia logica: descrive come avviene il flusso di dati attraverso una determinata dislocazione spaziale Le topologie fisica e logica di una rete possono essere differenti 3

4 Topologie di rete per reti LAN Principali topologie per reti LAN: Bus Anello Stella Stella estesa 4

5 Topologia a BUS bus Ogni stazione è collegata ad un unica linea (il BUS) Il cavo deve contenere delle terminazioni per evitare che il segnale rimbalzi lungo il cavo Pregi un guasto ad un host non compromette le comunicazioni degli altri Difetti ogni computer può intercettare le comunicazioni altrui elevato traffico in tutta la rete 5

6 Topologia ad anello Ogni stazione è collegata ad altre due con una disposizione circolare Pregi Difetti può coprire distanze maggiori di quelle consentite da altre reti senza l'aggiunta di amplificatori di segnale esiste il rischio che gli host possano intercettare comunicazioni altrui elevato traffico in tutta la rete ring (anello) il guasto di un host compromette la trasmissione di dati 6

7 Topologia a Stella stella Tutti i nodi sono collegati ad un punto comune (centro stella: HUB o SWITCH) Stella estesa: : topologia ad albero le cui foglie sono costituite da reti a stella Pregi un guasto ad un host non compromette le comunicazioni degli altri comunicazioni sicure e difficilmente intercettabili tra un host e l'altro (con l'uso dello switch) Difetti basso traffico di pacchetti per gli host (con l'uso dello switch) elevato traffico sul centrostella rottura del centrostella con conseguente interruzione delle comunicazioni per tutti gli host 7

8 Categorie di cavi UTP Categoria Categoria 1 Categoria 2 Categoria 3 Categoria 4 Categoria 5 Categoria 5e Descrizione Doppino telefonico a 4 fili (cavo UTP tradizionale in grado di trasferire segnali vocali ma non dati) Cavo UTP costituito da 4 doppini intrecciati utilizzato per la trasmissione dati a velocità fino a 4 Mb/s Cavo UTP costituito da 4 doppini con circa 10 intrecci per metro, utilizzato per la trasmissione dati a velocità fino a 10 MB/s. Cavo UTP costituito da 4 doppini intrecciati utilizzato per la trasmissione dati a velocità fino a 16 Mb/s. Cavo UTP costituito da 4 doppini intrecciati utilizzato per la trasmissione dati a velocità fino a 100 Mb/s. Cavo UTP costituito da 4 doppini intrecciati utilizzato per la trasmissione dati a velocità fino a 1 Gb/s. 8

9 IEEE 802 (ISO 8802) È lo standard per le reti locali Descrive i primi 2 livelli OSI: Livello fisico Mezzi trasmissivi Topologia della rete Livello data link MAC (metodi di accesso al canale, controllo degli errori e suddivisione in frame) LLC (controllo di flusso) => livello comune a tutte le reti (nonostante i diversi mezzi di trasmissione, topologie, metodi di accesso al canale) 9

10 Panoramica dello standard IEEE 802 Lo standard IEEE 802 è diviso in parti specifiche 802.1: Descrive l architettura protocollare generale 802.2: Definisce l LLC (è comune a tutte le tecnologie previste dallo standard) 802.3: Definisce le reti Ethernet 802.5: Definisce le reti TokenRing 802.6: Definisce le MAN di tipo Distributed Queue Dual Bus (DQDB) : Definisce le wireless LAN WiFi : Definisce le reti WiMAX 10

11 Panoramica dello standard IEEE 802 Interfaccia unificata con il livello network LIVELLO NETWORK LLC Logical Link Control ISO LIVELLO DATA LINK MAC FDDI ISO CSMA/CD (Ethernet) ISO TOKEN RING ISO 9314 FDDI ISO Wireless Tecnologie trasmissive differenziate ISO DQDB LIVELLO FISICO 11

12 IEEE LLC (Logical Link Control) LLC fornisce un interfaccia unificata ai livelli superiori nascondendo la tecnologia di accesso utilizzata e la topologia di rete LLC si occupa del controllo di flusso LLC fornisce 3 diversi tipi di servizio: Connectionless senza riscontro: servizio datagram senza alcuna garanzia che l informazione sia effettivamente arrivata (più diffusa nelle LAN) Connection-oriented: servizio affidabile, si instaura una connessione. La consegna dell informazione è garantita. Il protocollo ha meccanismi di numerazione e controllo di errore Connectionless con riscontro: non viene instaurata la connessione, ma il mittente riceve un messaggio di riscontro per ciascuna unità informativa consegnata alla destinazione 12

13 IEEE Ethernet Ethernet è oggi la tecnologia di accesso più diffusa Originariamente IEEE doveva essere una implementazione dell Aloha La Xerox invece introdusse il carrier sensing e implementò un sistema CSMA/CD a 1 Mbps che chiamò Ethernet Il sistema Ethernet ebbe un grandissimo successo La Xerox, la Intel la Digital si unirono per standardizzarne una versione a 10 Mbps con accesso CSMA/CD Oggi le schede supportano anche 100 Mbps È stata standardizzata anche una versione a 1000 Mbps (la Gigabit Ethernet) e una versione a 10 Gbps 13

14 IEEE Ethernet La famiglia di standard comprende: 4 categorie di reti in base alla velocità: 10Mb/s (Ethernet) 100 Mb/s (Fast Ethernet) 1 Gb/s (Gigabit Ethernet) 10 Gb/s (10GE) 2 mezzi trasmissivi: rame fibra ottica 2 topologie: bus stella 14

15 802.3: Formato del frame MAC Il formato della trama prevede: Preambolo di 7 byte tutti uguali a Consente la sincronizzazione della trasmissione Start Frame Delimeter (SFD) di 1 byte uguale a Destination Address di 6 byte (indirizzo MAC di destinazione) Source Address di 6 byte (indirizzo MAC del mittente) Length (2 byte) indica la lunghezza del campo dati Dati hanno dimensione variabile da 46 a 1482 byte PAD aggiunto in coda ai dati per ottenere la lunghezza non inferiore a 46 byte Checksum (4 byte) per controllare la correttezza della trama Lunghezza minima totale: 64 byte. Lunghezza massima totale 1500 byte 15

16 802.3 a 10 Mbps (Ethernet) Livello fisico: trasmissione in banda base con codifica di Manchester Cablaggi: 5 diverse possibilità 10Base2 Cavo coassiale (RG58) con lunghezza massima 200 m Topologia a BUS (uso connettore a T) 10Base5 Cavo coassiale di dimensione maggiore (RG213) con lunghezza massima 500 m Topologia a BUS 16

17 802.3 a 10 Mbps (Ethernet) 10BaseT (più diffuso) Usa doppini telefonici intrecciati (T = Twisted) con interfaccia RJ-45 Di solito si usano cavi a 4 coppie ma solo 2 coppie vengono utilizzati (una per inviare e una per ricevere) Topologia fisica: a stella Topologia logica: a BUS (l HUB invia segnali a tutti, come un BUS) 10BaseFOIRL e 10BaseF Regolamentano l uso dalla fibra ottica Livello MAC: accesso CSMA/CD 17

18 802.3 a 100 Mbps (Fast Ethernet) Deriva dal 10BaseT ma ha un livello fisico diverso per sostenere una velocità di trasmissione maggiore Livello fisico: trasmissione in banda base con codifica di Manchester Cablaggi: 3 diversi tipi di cablaggi con 2 schemi di trasmissione (100BaseX e 100 Base4T+) 100BaseFX Usa due cavi in fibra ottica (uno per trasmettere e uno per ricevere): trasmissione Full Duplex Usa schema di trasmissione 100BaseX 18

19 802.3 a 100 Mbps (Fast Ethernet) 100BaseTX Usa cavo UTP di categoria 5 (lo stesso della rete 10BaseT) Trasmette in Full Duplex (una coppia per inviare e una coppia per ricevere) Usa schema di trasmissione 100BaseX È la specifica più utilizzata per trasformate reti 10BaseT in Fast Ethernet 100BaseT4 Usa cavo UTP di almeno categoria 3 utilizzando tutte e 4 le coppie di fili Trasmette in Half Duplex Usa schema di trasmissione 100Base4T+ 19

20 Gbps e a 10 Gbps Gibabit Ethernet (1 Gbps) Descritta dallo standard 803.3z Modalità di trasmissione: half duplex o full duplex Usa fibre ottiche o doppino telefonico schermato 10 GE (10 Gbps) Descritta dallo standard 803.3ae Può essere utilizzato sia per reti LAN che per reti WAN 20

21 IEEE Token ring Rete proposta da IBM in alternativa a Ethernet Molto diffusa in ambito di automazione industriale Livello fisico: trasmissione in banda base con codifica di Manchester Solitamente vengono usati cavi schermati ma è possibile usare anche cavi UTP Velocità Trasmissiva: 4 o 16 Mb/s Topologia: solitamente ad anello (anche costruito su rete fisica a stella) IEEE non pone vincoli sulla topologia di rete Livello MAC: accesso al canale trasmissivo attraverso il token È una rete deterministica: il tempo massimo che una stazione deve attendere prima della trasmissione è calcolabile a priori (non è possibile nella CSMA/CD) 21

22 IEEE Formato del frame a livello MAC Il formato del frame prevede: SD (Starting delimiter) e ED (Ending delimiter) indicano l inizio e la fine del frame AC (Access Control) serve per il controllo dell accesso (premette di distinguere tra token e normale frame e di gestire le priorità) FC (Frame Control) distingue frame contenente dati da frame con funzione di controllo DA (Destination Address) e SA (Source Address) indirizzi di destinatario e mittente RIF (Routing Information) campo opzionale contenente informazioni per l instradamento INFO contiene i dati (payload del livello superiore) FCS codice di controllo per il rilevamento dell errore FS (Frame Status) utilizzato per il controllo di flusso (viene settato dal destinatario) 22

23 IEEE Formato del Token Il token ha il seguente formato: SD (Starting Delimiter) e ED (Ending Delimiter) indicano l inizio e la fine del frame AC (Access Control) serve per il controllo dell accesso (premette in particolare di distinguere tra token e normale frame) Contiene il bit T Se T = 0 identifica il token Se T = 1 identifica un frame normale 23

24 IEEE Token ring Modalità di funzionamento Quando una stazione vuole trasmettere: Attende il token Pone il bit T del token a 1 (frame) e invia il frame con il pacchetto dei dati Si rimette in ascolto e attende che il frame ritorni Legge il campo FS (Frame Status) per verificare lo stato della trasmissione Rilascia il token Le altre stazioni inoltrano il frame. La stazione destinataria prima di inoltrare il frame lo copia nel proprio buffer e imposta il campo FS 24

25 IEEE Token ring Active monitor Una stazione nell anello svolge il ruolo di active monitor: Controlla che il token sia sempre presente nell anello Elimina i frame danneggiati (checksum errato) Svolge altri compiti di controllo e gestione della rete L active monitor è un elemento critico all interno della rete: se si guasta viene compromesso il funzionamento della rete stessa 25

26 WLAN - Wireless LAN WLAN = Rete wireless (senza fili) Può essere un estensione di una normale rete cablata Due tipologie di dispositivi AP (Access Point): bridge che collegano la sottorete wireless con quella cablata WT (Wireless Terminal): dispositivi che usufruiscono dei servizi di rete (notebook, palmari ) 26

27 IEEE Rete Wi-Fi IEEE = primo standard per le specifiche a livello fisico e data link di reti LAN wireless Livello fisico: diversi metodi di trasmissione (non entriamo nei dettagli ) Livello MAC: accesso al canale trasmissivo attraverso CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) Utilizza un algoritmo specifico che permette di evitare le collisioni: A invia a B un piccolo frame contenente la dimensione del frame da spedire B comunica ad A l ok Le stazioni vicine leggono il segnale di ok inviato ad A e sanno che devono aspettare fino alla conclusione della trasmissione A trasmette 27

28 IEEE Rete Wi-Fi (Wireless Fidelity) IEEE = primo standard per le specifiche a livello fisico e data link di reti LAN wireless Livello fisico: diversi metodi di trasmissione (non entriamo nei dettagli ) Livello MAC: accesso al canale trasmissivo attraverso CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) Utilizza un algoritmo specifico che permette di evitare le collisioni: A invia a B un piccolo frame contenente la dimensione del frame da spedire B comunica ad A l ok Le stazioni vicine leggono il segnale di ok inviato ad A e sanno che devono aspettare fino alla conclusione della trasmissione A trasmette 28

29 IEEE Rete Wi-Fi (Wireless Fidelity) IEEE ha subito diverse migliorie nel tempo Diversi standard: Standard Frequenza Velocità IEEE ,4 GHz 1-2 Mb/s IEEE b (Wi-Fi) 2,4 GHz 5,5-11 Mb/s IEEE a (Wi-Fi 5) 5-40 GHz Fino a 54 Mb/s IEEE g 2,4 GHz Fino a 54 Mb/s IEEE n 2,4 GHz Fino a 125 Mb/s 29

30 IEEE WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) WiMAX: consente l'accesso a reti di telecomunicazioni a banda larga e senza fili Supporta velocità di trasmissione di dati condivisi fino a 70 Mbit/s Ha la possibilità, al pari di altre tecnologie wireless, di essere utilizzato su molti tipi di territorio Caratteristiche principali di WiMAX: Sicurezza: WiMAX implementa diverse tecniche di crittografia, sicurezza ed autenticazione contro intrusioni da parte di terzi. Interoperabilità: WiMAX è uno standard e quindi indipendente dal tipo di apparato o dal provider. Mobilità: grazie allo standard e WiMAX permette connessioni in ambienti mobili fino a 160 km/h. Capacità di trasmettere attraverso territori parzialmente ostruiti (es. monti) 30

31 Elementi di una rete WiMAX Una rete WiMAX è costituita da diversi elementi: La Base Station (stazione base): postazione fissa wireless che ha il compito di ricevere, amplificare e ritrasmettere i segnali provenienti da stazioni lontane Le BS sono collegate alla rete dalla quale ricevono/trasmettono flussi dati delle varie SS La Subscriber Station inoltra il traffico proveniente dal Terminal Equipment a cui è connessa verso la Base Station che a sua volta inoltra il traffico verso la destinazione finale Il Terminal Equipment è l apparato terminale tramite il quale l'utente si connette alla rete (es. PC) La Repeater Station è l'apparato che ripete le trame ricevute e serve a raggiungere utenze molto distanti dalla BS Il protocollo MAC è di tipo connection-oriented 31

32 Standard per reti metropolitane FDDI e DQDB T. Motta

33 FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Rete basata su token con topologia a doppio anello in fibra ottica È uno standard dell ANSI per reti locali (non è uno standard IEEE) A causa dei costi, delle distanze elevate e dell alta velocità raggiungibile è solitamente usato come dorsale per connettere più reti LAN (per realizzare reti MAN) Livello fisico: due anelli primario e secondario (con diverso senso di rotazione) di cui uno è utilizzato solo in caso di guasto Non utilizza la codifica di Manchester ma una codifica particolare (codifica 4B/5B) 33

34 FDDI Livello MAC Accesso al canale deterministico tramite token (come in 802.5) Differisce da perché sull anello possono esserci più frame in contemporanea Formato dei campi: Preambolo: utilizzato per sincronizzazione Starting delimiter e ending delimiter: delimitatori di inizio e fine trasmissione Frame control: campo di controllo (identifica il token o il frame) Indirizzi destinatario e mittente Dati FCS (Frame Check Sequence): CRC per rilevamento errori Frame Status: campo impostato dalla stazione ricevente per confermare la ricezione del frame 34

35 IEEE DQDB (Distributed Queue Dual Bus) DQDB è stato progettato per connettere LAN 802 diverse tra loro Una rete DBDQ può estendersi fino a 160 Km DQDB viene utilizzato per reti pubbliche Una rete DQDB è formata da due BUS paralleli e monodirezionali Ogni stazione è collegata ad entrambi i BUS 35