RETI E PROBLEMATICHE DI RETE. Rete locale (LAN) I dispositivi di comunicazione. Reti e problematiche di rete. V. Moriggia 1.

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1 RETI E PROBLEMATICHE DI RETE Rete locale (LAN) Local Area Netvork Rete di comunicazione che collega una vasta gamma di dispositivi per la comunicazione dei dati all interno di una piccola area geografica e trasferisce i dati a elevate velocità con livelli di errore estremamente bassi (obsoleto) 7.3 I dispositivi di comunicazione Personal computers Workstations Mainframe Unità a disco Stampanti Modem Sensori di movimento o calore Motori Regolatori di velocità Ambienti manifatturieri V. Moriggia 1

2 7.4 Piccola area geografica Una stanza Un piano Un edificio Un campus 7.5 Trasferimento di dati A tutte le postazioni (solitamente) Le copie di dati giunte alle postazioni diverse dal destinatario vengono ignorate (reti broadcast) Solo alla postazione destinataria Caratteristiche di una rete locale FUNZIONE (condivisione, trasferimento, esecuzione) hardware software TOPOLOGIA (layout) Progettazione logica: modo in cui i dati si spostano sulla rete da una postazione all altra Progettazione fisica: modo in cui la rete appare se disegnata su un foglio di carta PROTOCOLLO PER IL CONTROLLO DEGLI ACCESSI 7.6 V. Moriggia 2

3 7.7 Funzioni Condivisioni: Files (file server) Databases Applicazioni (programmi) Posta elettronica Stampanti (server di stampa), modem, plotter, Trasferimenti Elaborazione distribuita Controllo e monitoraggio di processi 7.8 Vantaggi di una rete Capacità di condivisione Conservazione delle funzionalità standalone (eccetto le parti condivise) Modularità e indipendenza delle postazioni dalle componenti della rete Coesistenza di architetture diverse nella stessa LAN (ad es. Pathwork) I componenti di una LAN sono completamente acquistati (vantaggio?) 7.9 Svantaggi di una rete Hardware, software (sistemi operativi e applicativi) costosi Licenze di rete considerano la possibilità d impiego in più postazioni contemporaneamente (più costose delle licenze single-user) Amministratore di rete Performance dipende dal componente più debole V. Moriggia 3

4 7.10 Topologie di rete Configurazione di base 1. bus 2. stella 3. anello 4. wireless 7.11 Topologia bus Caratteristiche della topologia bus banda base: digitale, bidirezionale, 10Mbps banda larga: analogico, unidirezionale, costosa, soggetta a rumori, ritardo medio di propagazione scollegamento durante la connessione di una nuova postazione 7.12 V. Moriggia 4

5 7.13 Topologia a stella storicamente: StarLAN hub+doppino telefonico: topologia logica a bus e fisica a stella, un solo canale L hub è una periferica relativamente non intelligente: non filtra alcun frame e non esegue alcuna funzione di instradamento E possibile collegare più hub tra loro (solitamente con fibra ottica) semplicità d installazione e di collegamento di nuove postazioni basso costo hub (utilizza il broadcasting) 7.14 Topologia ad anello banda base, un solo canale i dati immessi nella rete vengono cancellati dal mittente Multi-station Access Unit (MAU) semplicità d installazione e di collegamento di nuove postazioni semplicità d installazione e di collegamento di nuove postazioni MAU costoso 7.15 Topologia Wireless 2-11 Mbps IEEE scomposto in insieme dei servizi di base insieme dei servizi estesi 250 mt V. Moriggia 5

6 7.16 Propagazione del segnale Bidirezionale in Banda Larga Protocollo di controllo dell accesso Garantisce che una sola postazione di lavoro alla volta acceda al mezzo di comunicazione 7.17 Protocolli di controllo dell accesso contesa Carrier Sense Multiple Access w/ Collision Detection (CSMA/CD) rotazione token ring token bus prenotazione 7.18 V. Moriggia 6

7 7.19 Protocolli a contesa Il primo che arriva è colui che trasmette Se un altra postazione sta già trasmettendo, la postazione che desidera trasmettere attenderà e proverà più tardi Esempio di protocollo: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD (IEEE 802.3) accesso multiplo con rilevazione della portante e delle collisioni 7.20 Finestra di collisione Due postazioni possono iniziare una comunicazione contemporaneamente Due comunicazioni possono entrare da due punti molto distanti determinando una collisione in ritardo Protocollo non-deterministico: non si sa a priori quanto sia il tempo di attesa 7.21 Algoritmi di persistenza Algoritmo non-persistente: riprova dopo un certo periodo di tempo (casuale) Algoritmo 1-persistente: rimane in ascolto fino a quando il mezzo non si libera Algoritmo p-persistente: rimane in attesa con probabilità 1 p e trasmette con probabilità p. Ad es..7-persistente : if (rand() <.7) send() else wait(rand()) oppure if (rand() >.7) wait(rand()) else send() V. Moriggia 7

8 7.22 Protocolli a rotazione Ciascuna postazione segue un turno distribuito in modo uniforme tra tutte le postazioni Esempi di protocollo: token-ring (IEEE 802.5) token-bus 7.23 Token-ring Hardware: topologia ad anello Software: protocollo a rotazione Un solo token: trasmette chi lo possiede Il frame viene cancellato dal mittente Codifica Manchester differenziale 7.24 Token-ring 1. acquisisce il token 2. trasmette i dati (più frames) 3. toglie i dati dall anello 4. passa il token alla postazione successiva V. Moriggia 8

9 7.25 Token-ring La NIC contiene un ripetitore con le seguenti funzioni: bypass della postazione inattiva (spenta o guasta) copia del frame nella postazione attiva (ascolto della trasmissione) scrittura dei frames inviati dalla postazione nell anello Il ripetitore ritarda di un solo bit la rigenerazione del segnale 7.26 Token-bus Hardware: topologia a bus Software: protocollo a rotazione Un solotoken: trasmette chi lo possiede Elenco delle postazioni vicine per la trasmissione del token Impiegato nel settore manifatturiero 7.27 Protocolli a rotazione Protocollo deterministico Gestione del token una volta perso software più complesso per la gestione del token costo più elevato V. Moriggia 9

10 7.28 Protocolli a prenotazione Prima di trasmettere una postazione deve presentare una richiesta di trasmissione all hub centrale, il quale esegue: scansione ciclica delle richieste rotazione delle richieste ad alta priorità rotazione delle richieste a priorità normale (salvo l arrivo di nuove richieste prioritarie) Esempio di protocollo: demand priority (IEEE ) Quando il carico della rete è basso, questi protocolli funzionano come i protocolli a contesa, mentre a carichi elevati si comportano come i protocolli a rotazione Reti broadcast Riguardano: le reti locali (LAN) e alcuni sistemi radio e satellitari Presentano tre caratteristiche: 1. non vi è necessità d instradamento 2. stretto legame tra livello datalink e livello fisico 3. richiede una procedura per il controllo dell accesso al mezzo Richiedendo così una modifica al livello di collegamento dati (datalink) del modello OSI 7.29 Sottolivelli del datalink del modello OSI sottolivello di controllo del collegamento logico (Logical Link Control, LLC): indirizzamento logico controllo degli errori controllo del flusso sottolivello di controllo dell accesso del mezzo di trasmissione (Medium Access Control, MAC) preparazione del frame di dati in uno specifico formato Spesso il MAC identifica la LAN 7.30 V. Moriggia 10

11 7.31 Formati dei frame IEEE 802 La serie di protocolli IEEE 802 definisce i formati dei frames per CSMA/CD (IEEE 802.3) e token ring (IEEE 802.5) Ciascun formato di frame descrive come è formato il pacchetto di dati Il frame costruito dal MAC contiene: intestazione l indirizzo della NIC somma di controllo ciclica (CRC) 7.32 Formati dei frame IEEE 802 IEEE per CSMA/CD IEEE per token ring V = violazione I = ctrl frame E = errore (bridge) A = acknoledge C = copia R = riservato VV0VV000 VV1VV1IE ACRRACRR =? Collegando una rete CSMA/CD a una rete token ring, i frames devono essere convertiti da uno all altro 7.33 Indirizzi delle NIC Ogni scheda di rete nel mondo dispone di un proprio indirizzo univoco di 6 bytes Cfr. route print V. Moriggia 11

12 7.34 Standard sul mercato Ethernet: topologia bus o bus a stella, CSMA/CD (IEEE 802.3), Mbps E il primo e il più diffuso Token Ring IBM: topologia ad anello, token ring (IEEE 802.5), Mbps (Gbps in progress) soffre la concorrenza del sistema Ethernet Fiber Data Distributed Interface (FDDI) doppio anello token-ring fibra ottica codifica 4B/5B 100Mbps entro 200 Km fino a 500 postazioni 1. acquisisce il token 2. trasmette i dati (più frames) 3. aggiunge il token all ultimo frame la postazione vicina elimina il token dalla fine del frame e trasmette il proprio frame VG-AnyLAN Topologia a bus a stella con hub principale Cablaggio a doppini Protocollo deterministico a priorità della richiesta (priorità normale e elevata) V. Moriggia 12

13 7.37 Perché Ethernet è vincente? Velocità di trasmissione Basso costo Diffusione (quota di mercato) V. Moriggia 13