RETI LOCALI BASATE SU ETHERNET 802.3

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1 RETI LOCALI BASATE SU ETHERNET Pietro Nicoletti Studio Reti LAN P. Nicoletti: see page 2

2 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slides) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori indicati a pag. 1. Le slides possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slides è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcuna responsabilità per il contenuto di queste slides (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slides. In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deve essere riportata anche in utilizzi parziali. LAN P. Nicoletti: see page 2

3 LE RETI WAN Wide Area Network Reti geografiche MAN Metropolitan Area Network Reti metropolitane LAN Local Area Network Reti locali LAN P. Nicoletti: see page 2

4 LAN, MAN, WAN La LAN è una rete che si sviluppa a livello locale (ufficio, edificio, comprensorio) senza l attraversamento di suolo pubblico La MAN è una rete che si sviluppa a livello cittadino con particolari standard di comunicazione di livello 2 La WAN si sviluppa a livello geografico con l attraversamento di suolo pubblico può mettere in comunicazione sia LAN, sia MAN LAN P. Nicoletti: see page 2

5 Topologia delle reti Punto-Punto Stella Bus Anello Maglia parziale Maglia completa LAN P. Nicoletti: see page 2

6 Topologia Punto-Punto Mette in comunicazione due singole entità due computer, due LAN, due entità geografiche San Francisco New York LAN P. Nicoletti: see page 2

7 Topologia a Stella Due o più connessioni tra entità che convergono in un unico apparato di concentrazione Seattle New York San Francisco Dallas Miami LAN P. Nicoletti: see page 2

8 Topologia a Bus Mette in comunicazione due o più entità tramite un mezzo trasmissivo che fa la funzione di autostrada di comunicazione (bus) LAN P. Nicoletti: see page 2

9 Topologia ad Anello Mette in comunicazione due o più entità tramite un sistema di comunicazione richiuso su se stesso, quindi ad anello Ring-IN Ring-OUT Ring-IN Ring-OUT Ring-OUT Ring-IN ANELLO Ring-IN Ring-OUT Ring-IN Ring-OUT LAN P. Nicoletti: see page 2

10 Le topologie a maglia La maglia permette di mettere in comunicazione tre o più entità tramite un sistema di comunicazione che presenta diversi percorsi per raggiungere l entità finale maglia parziale maglia completa LAN P. Nicoletti: see page 2

11 Maglia parziale Nella topologia a maglia parziale le entità sono connesse con altre e formano un insieme che presenta più di un percorso per raggiungere un entità di destinazione LAN P. Nicoletti: see page 2

12 Maglia completa Nella topologia a maglia completa ogni entità è connessa con tutte le altre LAN P. Nicoletti: see page 2

13 Tecniche di comunicazione Tipo connesso denominato Connection-Oriented vantaggi: affidabilità, garanzia della consegna del messaggio svantaggi: richiede diversi meccanismi di controllo Tipo non connesso denominato Connection-Less vantaggi: comunicazione snella che richiede sistemi trasmissivi molto affidabili svantaggi: non garantisce la consegna del messaggio LAN P. Nicoletti: see page 2

14 Connection Oriented Simile alla chiamata telefonica: apertura della connessione: i computer si scambiano gli identificativi e stabiliscono la comunicazione che è una sorta di filo virtuale assegnazione dell identificativo di connessione (Connection ID) invio dei dati attraverso il filo virtuale: numerazione dei pacchetti e controllo della sequenza corretta Chiusura della connessione LAN P. Nicoletti: see page 2

15 Connection Less Auguri Giulia Buon lavoro Stefania Auguri Carlo LAN P. Nicoletti: see page 2

16 Connection Less Trasmissione dei pacchetti: ogni pacchetto contiene l identificativo del mittente e del destinatario del messaggio Il trasmittente non effettua controlli sulla consegna del messaggio Ricezione dei pacchetti: la stazione ricevente verifica se il pacchetto ricevuto è ad essa destinato: in caso affermativo lo accetta, ma non invia la conferma alla stazione trasmittente in caso negativo lo scarta LAN P. Nicoletti: see page 2

17 LAN (Local Area Network) È un sistema di comunicazione che permette ad apparecchiature indipendenti di comunicare tra di loro entro un'area delimitata utilizzando un canale fisico a velocità elevata e con basso tasso di errore. IEEE: Institute of Electric and Electronic Engineerin comitato 802 DEFINIZIONE IEEE 802 emana standard riguardanti le tecnologie delle LAN e delle MAN LAN P. Nicoletti: see page 2

18 Perchè le LAN? Perchè la maggior parte delle informazioni è trasmessa localmente Le trasmissioni locali sono tipicamente a burst La velocità richiesta è elevata Mezzo trasmissivo condiviso da tutti gli utenti LAN P. Nicoletti: see page 2

19 Il progetto IEEE 802 (Local and Metropolitan Area Network) LIVELLI SUPERIORI NETWORK LIV. 2 LIV. 1 DATA LINK LLC MAC FISICO IEEE Ethernet IEEE Logical Link Control IEEE Token Ring IEEE Wireless LAN Tecnologie trasmissive differenziate LAN P. Nicoletti: see page 2

20 ISO/OSI e IEEE Applicazione Presentazione IEEE 802 Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico LAN/MAN WAN LAN P. Nicoletti: see page 2

21 Il livello fisico Clock V V V V NRZ I MLT- 3 + V 0 V - + V 0 - V V V LAN P. Nicoletti: see page 2

22 Il livello 2: Data Link Si occupa di garantire una trasmissione di pacchetti sufficientemente affidabile e verifica la presenza di errori; stabilisce la metodologia per contendere e condividere un mezzo di comunicazione comune quale la rete LAN P. Nicoletti: see page 2

23 Il livello 3: Rete Definisce gli indirizzi con cui identificare un nodo in rete, si occupa di instradare i messaggi con metodologie diverse a seconda dei protocolli; determina se e quali sistemi intermedi devono essere attraversati per giungere a destinazione e provvede ad instradamenti alternativi in caso di guasti LAN P. Nicoletti: see page 2

24 Il livello 4: Trasporto Il livello 4 accetta dati dal livello 5, li frammenta in pacchetti più piccoli adatti ad essere trasmessi dal livello 3 ed assicura che i pacchetti arrivino tutti nel corretto ordine Trasporto Consegna pacco Firma su ricevuta LAN P. Nicoletti: see page 2

25 I Sottolivelli del livello Data-Link IEEE 802 ha suddiviso il livello Data-Link in due sottolivelli: LLC: Logical Link Control MAC: Media Access Control LLC è comune a tutte le LAN ed è l'interfaccia verso il livello network. I servizi e i protocolli di questo sottolivello sono descritti nello standard IEEE MAC è specifico per ogni LAN e risolve il problema della condivisione del mezzo trasmissivo. Esistono vari tipi di MAC: ad allocazione di canale fissa o dinamica, deterministici o statistici, ecc. LAN P. Nicoletti: see page 2

26 Il livello MAC Nelle LAN il livello MAC realizza sempre una rete di tipo broadcast ogni stazione a livello data link riceve le trame inviate da tutte le altre stazioni Il broadcast può essere realizzato: con topologie intrinsecamente broadcast quali il bus con topologie punto a punto quali l'anello I canali trasmissivi sono sufficientemente affidabili e non è necessario in genere correggere gli errori a livello MAC le LAN sono connectionless a livello MAC LAN P. Nicoletti: see page 2

27 Il Sottolivello MAC Il sottolivello MAC è di fondamentale importanza nelle reti di tipo broadcast In tali reti occorre: in trasmissione: determinare chi deve/può utilizzare il canale in ricezione: discriminare quali messaggi sono destinati alla stazione tramite l utilizzo di indirizzi i nodi o apparati di rete vengono identificati in una LAN tramite degli indirizzi di 6 ottetti o byte denominati Indirizzi MAC LAN P. Nicoletti: see page 2

28 Gli indirizzi Livelli Superiori Livello Network Indirizzi Network Livello LLC Indirizzi LLC Livello MAC Indirizzi MAC Livello Fisico LAN P. Nicoletti: see page 2

29 La trama nelle LAN Sincronizzazione a livello fisico Separazione delle trame Livelli Superiori Header Network Header LLC Header MAC FCS MAC LAN P. Nicoletti: see page 2

30 La MAC PDU (Protocol Data Unit) I campi principali di una MAC PDU sono: Gli indirizzi (detti SAP: Service Access Point) univoci a livello mondiale: DSAP: Destination SAP SSAP: Source SAP La LLC-PDU contiene l header LLC e i dati La FCS (Frame Control Sequence): un CRC su 32 bit per il controllo dell integrità della trama LAN P. Nicoletti: see page 2

31 La MAC PDU (Protocol Data Unit) Sincronizzazione a livello fisico LLC-PDU Separatore di trama DSAP SSAP DESTINATON MAC Address (6 byte) SOURCE MAC Address (6 byte) HEADER LLC Messaggio FCS HEADER MAC HEADER NETWORK Frame Check Sequence (controllo di errore) 4 byte LAN P. Nicoletti: see page 2

32 Gli indirizzi MAC Sono standardizzati dalla IEEE sono lunghi 6 byte, cioè 48 bit si scrivono come 6 coppie di cifre esadecimali Ad esempio: b 3 c a b-3c-07-9a LAN P. Nicoletti: see page 2

33 Gli indirizzi MAC Si compongono di due parti grandi 3 Byte ciascuna: I tre byte più significativi indicano il lotto di indirizzi acquistato dal costruttore della scheda, detto anche vendor code o OUI (Organization Unique Identifier). I tre meno significativi sono una numerazione progressiva decisa dal costruttore b 3 c a OUI assegnato dall IEEE Assegnato dal costruttore LAN P. Nicoletti: see page 2

34 Tipi di indirizzi MAC Single: di una singola stazione tipo universale contenuto in ROM tipo locale contenuto in RAM Multicast: di un gruppo di stazioni contenuto normalmente in RAM per il periodo del suo impiego contenuto in ROM se riservato dall IEEE Broadcast: di tutte le stazioni (ff-ff-ff-ff-ff-ff) LAN P. Nicoletti: see page 2

35 Indirizzi Multicast o di gruppo Il valore del byte più significativo è dispari 1 o Byte 2 o Byte 3 o Byte 4 o Byte 5 o Byte 6 o Byte I/G Individual = 0, Global = C C LAN P. Nicoletti: see page 2

36 Indirizzo MAC locale Assegnato all interfaccia di rete a livello di configurazione a dai software di rete Alternativo all indirizzo MAC universale 1 o Byte 2 o Byte 3 o Byte 4 o Byte 5 o Byte 6 o Byte U/L Universal = 0, Local = 1 A A c AA C LAN P. Nicoletti: see page 2

37 Indirizzo Universale o Locale b-4c-00-8a AA C LAN P. Nicoletti: see page 2

38 Il sottolivello LLC È la versione per le LAN di HDLC LLC è utilizzabile con un qualsiasi MAC LLC può offrire al Livello 3 i seguenti tipi di servizio: Tipo 1: Unacknowledged connectionless service Tipo 2: Connection Oriented service Tipo 3: Semireliable service LLC ha sue PDU (LLC-PDU) molto simili a quelle di HDLC LLC ha un suo SAP (LLC-SAP) che viene utilizzato per discriminare tra più protocolli di livello superiore LAN P. Nicoletti: see page 2

39 La LLC-PDU Sincronizzazione a livello fisico ottetti Separazione delle trame o 2 DSAP SSAP Control Dati LLC Header LLC LLC-PDU Header MAC FCS MAC LAN P. Nicoletti: see page 2

40 I servizi LLC verso il livello 3 Livello 3 OSI Livello 3 TCP/IP Livello 3... Scelta basata su LLC-DSAP Servizi del sottolivello LLC Sottolivello LLC Servizi del sottolivello MAC Sottolivello MAC LAN P. Nicoletti: see page 2

41 LLC SAP (Sevice Access Point) Sono grandi un Byte due bit I/G e U riservati 64 indirizzi singoli, globali definibili ff broadcast 00 data link layer itself I/G (Individual=0, Group=1) U (Non Universal=0, Universal=1) Gli indirizzi universali sono assegnati dall ISO solo per i protocolli progettati da un comitato di standardizzazione LAN P. Nicoletti: see page 2

42 Esempi di SAP-LLC Codifiche di DSAP e SSAP 0FEH - protocollo ISO H - protocollo IEEE 802.1D Spanning Tree 0AAH - pacchetto LLC di tipo SNAP Nel campo control la codifica 03H indica un pacchetto UI (Unnumbered Information) DSAP SSAP CONTROL INFORMATION 042H 042H 03H OTTETTI m LAN P. Nicoletti: see page 2

43 SNAP PDU Subnetwork Access Protocol (SNAP) Si riconoscono dalla codifica 0AAH in DSAP e SSAP Si utilizzano quando i pacchetti LLC contengono dati derivati da protocolli non OSI Esiste un Header aggiuntivo su 5 ottetti detto Protocol Identifier Protocol DSAP SSAP CONTROL Identifier INFORMATION 0AAH 0AAH 03H H 0800H OUI Protocol Type LAN P. Nicoletti: see page 2

44 Il Protocol Identifier È composto da due parti: L OUI (su 3 ottetti) che indica chi ha progettato il protocollo Il protocol type (2 ottetti) che identifica il protocollo Se l OUI è uguale a zero il protocol type è quello usato in ethernet v2.0, ad esempio: Decnet fase IV LAT 8137/8 IPX B IP ARP EtherTalk (AppleTalk over Ethernet) LAN P. Nicoletti: see page 2

45 LA RETE ETHERNET/802.3 LAN P. Nicoletti: see page 2

46 IEEE È l'evoluzione della rete Ethernet creata da Digital, Intel e Xerox all inizio degli anni 80 Livello fisico: topologia e cablaggio: originariamente a bus cavi coassiali ora tipicamente a stella doppini e fibre ottiche 7 sotto-standard diversi usati velocità trasmissiva è sempre di di 10 Mb/s Sottolivello MAC del livello Data-Link CSMA/CD Esiste interoperabilità tra Ethernet v2.0 e IEEE LAN P. Nicoletti: see page 2

47 Il MAC di Ethernet/802.3 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Protocollo MAC: concepito per topologie a bus non deterministico con tempo di attesa non limitato superiormente A B C D E F LAN P. Nicoletti: see page 2

48 Trasmissione senza collisione Ascolto del canale trasmissivo e verifica se è libero Trasmissione l ascolto continua anche in questa fase LAN P. Nicoletti: see page 2

49 Trasmissione con collisione Tempo di ritardo causa un indicazione errata sulla presenza di trasmissioni in corso sul canale trasmissivo, questo fatto introduce la possibilità che si verifichino delle collisioni Collisione LAN P. Nicoletti: see page 2

50 Ethernet v2.0 e IEEE LIVELLO NETWORK LIVELLO DATA LINK LIVELLO FISICO Ethernet versione 2.0 LLC MAC Logical Link Control ISO ISO ISO FDDI ISO 9314 CSMA/CD CSMA/CD Ethernet v2.0 di : Digital, Intel, Xerox Standard ANSI/IEEE ed ISO/IEC LAN P. Nicoletti: see page 2

51 Compatibilità Ethernet - IEEE Livello Network (o altro livello superiore) LLC MAC Ethernet v2.0 Livello Fisico Ethernet v2.0 IEEE MAC IEEE Livello Fisico IEEE LAN P. Nicoletti: see page 2

52 Modello architetturale di ISO/OSI IEEE / ISO Livello Rete Livello Data-Link Livello fisico IEEE 802.2/ISO Logical Link Control CSMA/CD Physical Layer Signaling (PLS) 10BASE-T 10BASE2 10BASE5 10BASE-F LLC MAC AUI PMA PMA: Physical Medium Attachment AUI: Attachment Unit Interface MDI: Medium Dependent Interface MDI LAN P. Nicoletti: see page 2

53 Tipi di pacchetto Coesistenza nelle reti di pacchetti formato Ethernet Ver. 2.0 e IEEE protocolli più datati adottano pacchetti Ethernet 2.0 protocolli più recenti adottano pacchetti IEEE Ethernet v2.0 >1500 Preambolo SFD Destinatario Mittente Tipo Payload (campo dati) FCS 7 ottetti 1 ottetto 6 ottetti 6 ottetti 2 ottetti ottetti 4 ottetti Preambolo SFD Destinatario Mittente LUN Payload (campo dati) PAD FCS IEEE FCS: Frame Check Sequence LUN: lunghezza PAD: Padding SFD: Starting Frame Delimiter LAN P. Nicoletti: see page 2

54 La separazione delle trame In trasmissione si deve garantire un IPG/IFS minimo di 9.6µs Il ricevente per distinguere 2 pacchetti consecutivi necessita di un IPG/IFS minimo di 4.7µs Pacchetto o Trama Pacchetto o Trama (TX) 9.6 µs min. (RX) 4.7 µs min. IPG (Inter Packet Gap - termine Ethernet v 2.0) IFS (Inter Frame Spacing - termine 802.3) LAN P. Nicoletti: see page 2

55 Ethernet: standard di livello fisico IEEE stabilisce stabilisce 7 standard a livello fisico: 10BASE5: usa il coassiale di tipo thick 10BASE2: usa il coassiale di tipo thin 10BASE-T: usa il doppino FOIRL: usa la fibra ottica per connettere i repeater 10BASE-FL: è un evoluzione del FOIRL per connettere repeater o stazioni 10BASE-FB: è uno standard in fibra ottica con caratteristiche di fault tolerance 10BASE-FP: è uno standard che fa uso di stelle ottiche passive Oggi si utilizzano solo gli standard 10BASE-T e raramente 10BASE-FL LAN P. Nicoletti: see page 2

56 10BASE-T Standard per IEEE su doppino UTP (Unshielded Twisted Pair) Caratteristiche: concepito per applicazioni d'ufficio utilizzo di UTP a basso costo facilità di connettorizzazione (RJ45) Standard di tipo link (punto a punto): richiede l'adozione di repeater per collegare le stazioni la connessione tra repeater e stazione è fatta usando due doppini (due coppie): TX stazione - RX repeater RX stazione - TX repeater LAN P. Nicoletti: see page 2

57 10BASE-T Concepito per adattare IEEE a cablaggi strutturati: TIA/EIA 568A ISO/IEC EN Cavo UTP 100 Ω costo del cavo minore di 500 lire/metro Lunghezza massima consigliata 100 m 90 m di cablaggio strutturato 10 m di cavetti di patch LAN P. Nicoletti: see page 2

58 Connettori per 10BASE-T Presa Femmina da parete Spinotto (plug) maschio volante Connettori RJ45 a otto fili LAN P. Nicoletti: see page 2

59 RJ45: assegnazione delle coppie TD+ (pin 1) TD- (pin 2) RD+ (pin 3) Non Utilizzato Non Utilizzato RD- (pin 6) Non Utilizzato Non utilizzato Vista frontale del connettore LAN P. Nicoletti: see page 2

60 10BASE-T: Funzionalità Funzione di Trasmissione: trasferisce i dati dal DTE alla coppia TX se non vi è nulla da trasmettere, trasmette sulla coppia TX un segnale di idle (TP_IDL) Funzione di Ricezione: trasferisce i dati dalla coppia RX al DTE Funzione di Loopback: il MAU invia al DTE i dati trasmessi sulla coppia TX Funzione di Rilevazione delle collisioni: il MAU rileva una collisione quando riceve simultaneamente dati dalla coppia RX e dal DTE LAN P. Nicoletti: see page 2

61 10BASE-T: Funzionalità Funzione di SQE Test: serve a collaudare periodicamente il circuito del MAU che rileva le collisioni Funzione di Jabber: interrompe trasmissioni di trame che eccedano la lunghezza massima consentita Funzione di Link Integrity Test: verifica che il MAU stia trasmettendo o ricevendo trame oppure ricevendo il segnale di idle in caso contrario entra in uno stato di Link Test Fail LAN P. Nicoletti: see page 2

62 Link Integrity Test:10BASET e 10BASE-FL Start of TP_IDL 450 ns LINK TEST PULSE 200 ns PACCHETTO SILENZIO 8 24 ms STATO DI IDLE LAN P. Nicoletti: see page 2

63 Standard su fibra ottica Le fibre ottiche richieste da IEEE per FOIRL, 10BASE-FL, 10BASE-FB, 10BASE-FP devono avere le seguenti caratteristiche: multimodali 50/125 e 62.5/125 terminate su connettori ST multimodale 100/140 terminata su connettori F-SMA (utilizzata solo per FOIRL) trasmissione in prima finestra (850 nm) la banda passante minima richiesta è di 160 MHz. Km LAN P. Nicoletti: see page 2

64 10BASE-FL Lo standard 10BASE-FL è una miglioria del FOIRL ed è compatibile con esso: implementa le funzionalità aggiuntive di Link Integrity Test Jabber lunghezza massima del link 2000 m calcolo del power budget 1.5 db perdita 2 connettori ST 8 db attenuazione 2 Km di fibra ottica 1 db margine 10.5 db power budget LAN P. Nicoletti: see page 2

65 Rilevamento della collisione su coax R l 50 Ω ± 1% Cavo Coassiale R l 50 Ω ± 1% TX Transceiver RX V > V = Collisione LAN P. Nicoletti: see page 2

66 Collisione su 10BASE-T e coax La collisione non si verifica sul doppino in quanto è intrinsecamente full-duplex Nel caso 10BASE-T la collisione avviene solo dentro il repeater che è il vero elemento di condivisione della banda trasmissiva quando su due o più segmenti c è trasmissione di dati all interno del repeater si verifica la reale collisione Nel caso coax si può verificare sia sul cavo, sia nel repeater LAN P. Nicoletti: see page 2

67 Collisione nel repeater Collisione Repeater Trasmissione Trasmissione LAN P. Nicoletti: see page 2

68 10baseT: Crossover Function e Collision detection sul MAU Marzo 2004 MAU Cavo MAU DO 1 TD+ 1 TD+ DI CI DI Coll. detect 2 TD- 3 RD+ 2 TD- 3 RD+ Coll. detect CI DO 6 RD- 6 RD- La funzione di crossover può essere implementata automaticamente nel MAU MAU: Medium Attachment Unit (Transceiver) DO = Data Output DI = Data Input CI = Collision Input LAN P. Nicoletti: see page 2

69 Connessione DTE - MAU Il MAU deve inviare, alla fine della trasmissione di un pacchetto, un segnale al DTE sui fili della rilevazione delle collisioni: tale segnale serve a collaudare i circuiti di rilevazione delle collisioni può essere indicato con i nomi: CPT (Collision Presence Test - termine Ethernet V 2.0) SQE Test (Signal Quality Error Test - termine 802.3). Tale funzionalità: è importante per il corretto funzionamento della rete può essere disabilitata non deve essere disabilitata in modo sistematico LAN P. Nicoletti: see page 2

70 Connessioni Hardware + 12 V, oppure + 15 V Receiver Collision Transmitter + c Pin 13 Pin 6 Pin 5 Pin 12 Pin 2 Pin 9 Pin 3 Pin 10 Power RX Coll. TX Pin 13 Pin 6 Pin 5 Pin 12 Pin 2 Pin 9 Pin 3 Pin 10 Isolated Power Supply Coll. circ. DTE AUI Attachment Unit Interface Transceiver Cable MAU UTP TX RX LAN P. Nicoletti: see page 2

71 SQE-Test SQE-Test deve essere : abilitato sul transceiver se esso è connesso ad un controller (interfaccia di una CPU, bridge, router, terminal server, gateway) disabilitato sul transceiver se esso è connesso ad un repeater IEEE (alcuni vecchi repeater ethernet lo richiedevano abilitato) Possibili incompatibilità possono verificarsi per differenze di tempistica del segnale tra: transceivers Ethernet V 2.0 connessi a controller transceivers connessi a controller Ethernet V2.0 si possono verificare delle false collisioni: aggiornare l hardware a IEEE qualora non possibile, disabilitare lo SQE-Test LAN P. Nicoletti: see page 2

72 Tempistiche CPT e SQE Ethernet v2.0 PACCHETTO 360 ns min. CPT 300 ns Minimo 500 ns Nominale deve finire entro 2000 ns IEEE PACCHETTO 600 ns min. SQE - Test 500 ns Minimo 1500 ns Nominale deve finire entro 3000 ns LAN P. Nicoletti: see page 2

73 Tipi di Segmento Esistono quindi due tipi di segmenti: Mixing Segment in grado di connettere più di 2 transceiver (connessione di tipo punto-multipunto): 10base5 10base2 10baseFP Link Segment in grado di connettere unicamente 2 transceiver (connessione di tipo punto-punto): 10baseT FOIRL 10baseFL 10baseFB LAN P. Nicoletti: see page 2

74 Il ripetitore o hub Serve per ripetere e rigenerare una sequenza di bit ricevuti da una porta sulle altre porte. Assume il nome di: repeater quando è costituito da 2 porte; multiport repeater quando è costituito da più di 2 porte. Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Rete Data Data Link Link Fisico Fisico Ripetitore Fisico Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Rete Data Data Link Link Fisico LAN P. Nicoletti: see page 2

75 Repeater: funzionalità Signal Amplification Signal Symmetry Signal Retiming Carrier Sense and Data Repeat Preamble Insertion (non presente in Ethernet V 2.0) non taglia il preambolo come in Ethernet V 2.0 tende a ridurre l'interpacket gap (IPG) Fragment Extension (min 96 bit) Collision Detection and Jam Generation Test functions LAN P. Nicoletti: see page 2

76 Repeater: limiti Un repeater IEEE introduce un ritardo pari a 14 bit-time (1.4 µs) Repeater Set insieme costituito da: 1 repeater 2 cavi drop da 50 m 2 transceiver introduce un ritardo pari a bit-time (5.33 µs) equivale al ritardo introdotto da circa 530 m di cavo LAN P. Nicoletti: see page 2

77 Configurazione: regole semplificate generali Si applicano solo in presenza di segmenti: 10BASE-5, 10BASE-2, 10BASE-T, FOIRL, 10BASE-FL Tra due stazioni ci possono essere: 5 segmenti 4 repeater-set 2 transceiver e 2 cavi AUI per le due stazioni Al massimo 3 segmenti possono essere coax mentre gli altri devono essere link LAN P. Nicoletti: see page 2

78 Regole semplificate per 10BASE-T Lunghezza massima del segmento 10BASE-T 100 metri limite imposto dal cablaggio strutturato secondo le normative TIA/EIA 568, ISO/IEC 11801, EN Ammessi 5 repeater in cascata 6 segmenti 10BASE-T in cascata LAN P. Nicoletti: see page 2

79 Collision Window È una finestra di 512 bit-time (51.2 µs) dimesioni pari a quelle del pacchetto più corto 64 ottetti, cioè 512 bit viene aperta immediatamente dopo la trasmissione dello SFD Per garantire la funzionalità del CSMA/CD: la stazione trasmittente deve rilevare la collisione mentre sta ancora trasmettendo 56 bit preambolo 8 bit Start Frame Delimiter 511 bit (collision window - 1) 575 bit Max. Round Trip Delay LAN P. Nicoletti: see page 2

80 PDV: Path Delay Value PDV corrisponde al tempo utile in cui è possibile rilevare una collisione (T1 + T2 della figura) PDV 570 bit-time (57 µs a 10 Mb/s) Max. Round trip Delay meno 5 bit-time di margine di sicurezza A B T1 T2 Collisione LAN P. Nicoletti: see page 2

81 PVV: Path Variability Value E l entità massima ammessa, lungo tutto il percorso, che tende a ridurre l Inter Frame Spacing per effetto della variabilità con cui la porta di un repeater si sincronizza sul preambolo tale somma deve essere inferiore a 49 bit-time limita il numero di ripetitori LAN P. Nicoletti: see page 2

82 Massima estensione di una rete a 10 Mb/s La seguente configurazione è valida solo con le regole estese: l'estensione massima può raggiungere i 4000 m PDV bit time, PVV 10.5 bit time Marzo 2004 DTE 1 R DTE 2 Segmenti Link 2000 m - 10BASE-FL LAN P. Nicoletti: see page 2

83 Fast Ethernet - IEEE 802.3u IEEE 802.3u è detto anche 100BASE-T Evoluzione di Ethernet BASE-T e 10BASE-F Quattro sotto-standard per diversi mezzi fisici: 100BASE-T4 (doppino cat 3, su 4 coppie) 100BASE-T2 (doppino cat 3, su 2 coppie) 100BASE-TX (doppino cat 5, su 2 coppie) 100BASE-FX (fibra ottica) Mantiene l algoritmo CSMA/CD di Mantiene il formato del pacchetto di Velocità 100 Mb/s Praticamente inutilizzati 100BASE-X LAN P. Nicoletti: see page 2

84 Modello architetturale 802.3u ISO/OSI IEEE BASE-T LIVELLO DATA LINK CSMA/CD MAC LIVELLO FISICO PMA PMD{ PCS 100BASE-T4 100BASE-T4 Reconciliation Sublayer PCS 100BASE-T2 PCS 100BASE-X 100BASE-T2 100BASE-TX 100BASE-FX MII } PHY MDI MDI: Medium Dependent Interface MII: Medium Independent Interface PCS: Physical Coding Sublayer PHY: Physical Layer Device PMA: Physical Medium Attachment PMD: Physical Medium Dependent LAN P. Nicoletti: see page 2

85 Limiti sulla dimensione della rete Velocità dieci volte superiore Data Rate 100Mb/s Bit time 10ns Interpacket gap 0.96µs Slot time 512 bit (5.12µs) Distanze dieci volte inferiori (200 m + 5 m) Sufficienti per il cablaggio a stella (attorno ad un HUB) di una rete di 100 m di raggio (200m di diametro) LAN P. Nicoletti: see page 2

86 Topologia di rete Bridge Switch LAN Dorsale o WAN 100 m 5 m 100 m Router Dominio di collisione (massimo 205 m) LAN P. Nicoletti: see page 2

87 Livello fisico Collegamenti punto-punto tra: stazioni bridge switch stazione e ripetitore Stazione Ripetitore S tandard M ezzo fisico U tilizzo Lungh ezza m assim a Co difica 100BASE-T4 D oppino attorciliato non schermato cat 3 o superiore 4 coppie 100 m 8B6T 100BASE-T2 D oppino attorciliato non schermato cat 3 o superiore 2 coppie 100 m PAM 5x5 100BASE-TX D oppino attorciliato non schermato cat 5 o schermato 2 coppie 100 m FDDI: 4B5B 100BASE-FX Fibra ottica m ultim odale 400 m HD FDDI: 2 fibre (62.5/125 µm) 2000 m - FD 4B5B LAN P. Nicoletti: see page 2

88 100BASE-T4 Utilizzo delle 4 coppie 1 per trasmissione 1 per ricezione 2 per trasmissione o ricezione Ripetitore Stazione Ricezione Trasmissione LAN P. Nicoletti: see page 2

89 100BASE-X Limiti fisici sulle dimensioni della rete 100BASE-X identifica funzioni e specifiche comuni a 100BASE-TX e 100BASE-FX Derivato del livello fisico di FDDI (ISO/IEC 9314) 100BASE-TX utilizza UTP o STP (Shielded Twisted Pair) Lughezza massima di tratta: 100 m Diametro massimo della rete 205 m con 2 ripetitori 100BASE-FX utilizza fibra ottica Lunghezza massima di tratta: 400 m Limite derivante dal CSMA/CD Diametro massimo della rete 300 m con 1 ripetitore LAN P. Nicoletti: see page 2

90 Autonegoziazione Possibilità di negoziare: velocità (solo su rame) modalità half/full duplex (su rame e fibra) Sequenza di negoziazione: 1 Gb/s full-duplex 1 Gb/s half-duplex 100 Mb/s full-duplex 100 Mb/s half-duplex 10 Mb/s full-duplex 10 Mb/s half-duplex LAN P. Nicoletti: see page 2

91 Gigabit Ethernet IEEE 802.3z e IEEE 802.3ab Estensione del protocollo di accesso al mezzo (MAC) Serie di protocolli di livello fisico GMII (Gigabit Media Independent Interface) tra essi ISO/OSI IEEE LIVELLO DATA LINK CSMA/CD Marzo 2004 MAC LIVELLO FISICO 1000BASE-T Reconciliation Sublayer 1000BASE-X 1000BASE-SX 1000BASE-LX 1000BASE-CX GMII } PHY GMII: Gigabit Medium Independent Interface MDI: Medium Dependent Interface PHY: Physical Layer Device MDI LAN P. Nicoletti: see page 2

92 Nuovi meccanismi Carrier extension Aumenta il tempo minimo di trasmissione di un pacchetto Preambolo + dati + extension bit = 4096 bit Tempo massimo per rilevare una collisione 4.1 µs Dimensioni dell ordine di Fast Ethernet (tempo di rilevamento 5.1 µs) Burst mode La stazione non rilascia il controllo del mezzo alla fine della trasmissione di un pacchetto Trasmissione di extension bit durante l Inter Frame Gap Massima tramissione continua: 64 Kbit LAN P. Nicoletti: see page 2

93 Modalità di fuzionamento Si prevede una modalità condivisa basata su ripetitori Non utilizzata Non si conoscono prodotti commerciali Normalmente utilizzo in modalità full duplex No carrier extension Non ci sono collisioni No burst mode Non c è contesa LAN P. Nicoletti: see page 2

94 Gigabit Ethernet Livello fisico Marzo 2004 MMF = Multi Mode Fiber (Fibra ottica multimodale) SMF = Single Mode Fiber (Fibra ottica monomodale) Standard Mezzo fisico Utilizzo Max Codifica (banda passante per lunghezza) lung. 1000BASE-SX MMF 50/125 µm (400 MHz * Km a 850nm) 2 fibre 500 m FC: 8B10B MMF 50/125 µm (500 MHz * Km a 850nm) 550 m MMF 62.5/125 µm (160 MHz * Km a 850nm) 220 m MMF 62.5/125 µm (200 MHz * Km a 850nm) 275 m 1000BASE-LX MMF 50/125 µm (400/500 MHz * Km a 1300nm) 2 fibre 550 m FC: 8B10B MMF 62.5/125 µm (500 MHz * Km a 1300nm) 550 m SMF 10/125 µm 5000 m 1000BASE-CX Doppino attorcigliato schermato bilanciato 2 coppie 25 m FC: 8B10B (jumper cable) 150 Ω 1000BASE-T Doppino attorcigliato non schermato 4 coppie 100 m PAM5 bilanciato 100 Ω Cat. 5 LAN P. Nicoletti: see page 2

95 1000BASE-T Trasmissione full-duplex su 4 coppie 250 Mb/s per coppia Trasformatori ibridi (hybrid) Come forchetta telefonica Stazione Codifica di linea PAM5 (5-level Pulse Amplitude Modulation) Ripetitore 6 simboli binari codificati come quadrupla di simboli quinari Ogni simbolo tramesso su una coppia 125 Mbaud per coppia Ridondanza utilizzata per codici di controllo UTP di cat 5 deve superare collaudi ulteriori oltre a quelli previsti dalle specifche di cablaggio strutturato antecedenti alla versione dello standard TIA/EIA TSB95 LAN P. Nicoletti: see page 2

96 1000BASE-X Comprende 1000BASE-CX (copper short range) 1000BASE-SX (short wavelength) 1000BASE-LX (long wavelength) Basato sul livello fisico di Fiber Channel (FC) Codifica a blocchi 8B10B Ridondanza: simboli di controllo e transizioni LAN P. Nicoletti: see page 2

97 Connettore e ricettacolo 1000BASE-SX e 1000BASE-LX Marzo 2004 Chiavi di inserzione Luce uscente Luce entrante Ricevitore Trasmettitore Connettore Ricettacolo Alloggiamenti per le chiavi di inserzione LAN P. Nicoletti: see page 2

98 Finestre di attenuazione utilizzate Attenuazione db/km Utilizzata da 1000BASE-SX Utilizzata da 1000BASE-LX 10 5 I finestra 850nm II finestra 1310nm III finestra 1550nm Luce visibile Lunghezza d'onda nm LAN P. Nicoletti: see page 2

99 1000BASE-LX e fibra ottica multimodale: Mode Conditioning Patch Cord Marzo 2004 Apparato con porta 1000BASE-LX Necessario perchè il laser del transceiver è progettato per la trasmissione su fibra monomodale Connettore SC di Colore BLU Connettori SC di Colore BEIGE Connettore SC di Colore BEIGE Giunzione a fusione tra spezzoni di fibra SMF e MMF MMF = Multi Mode Fiber (Fibra ottica multimodale) SMF = Single Mode Fiber (Fibra ottica monomodale) LAN P. Nicoletti: see page 2 Cassetto ottico del cablaggio

100 Prodotti commerciali non standard Seconda finestra (1310 nm), fibra monomodale: 10 Km Terza finestra (1550 nm), fibra monomodale: 100 Km Non garantita interoperatività tra apparati di costruttori diversi LAN P. Nicoletti: see page 2

101 10 Gigabit Ethernet - IEEE 802.3ae Standard in via di approvazione Stesso formato di trama di IEEE Solo modalità full-duplex No ripetitori No CSMA/CD No carrier extension Mantenere la buona fama di Ethernet 10x in incremento delle prestazioni 3x in incremento dei costi Penetrazione mercato delle reti metropolitane (MAN) e geografiche (WAN) Rapporto prezzo/banda più elevato rispetto a soluzioni tradizionali (SONET/SDH, Frame Relay, ATM) LAN P. Nicoletti: see page 2

102 Modello architetturale ISO/OSI IEEE 802.3ae LIVELLO DATA LINK LIVELLO FISICO 10GBASE-X 10GBASE-X (8B10B) (8B10B) MAC MAC (opzionale) (opzionale) Reconciliation ReconciliationSublayer 10GBASE-R 10GBASE-R (64B/66B) (64B/66B) WAN Interface Sublayer (WIS) WAN Interface Sublayer (WIS) 10GBASE-R 10GBASE-R 10GBASE-LX4 10GBASE-SR 10GBASE-LR 10GBASE-LX4 10GBASE-ER 10GBASE-SW 10GBASE-LW 10GBASE-EW 10GBASE-SR 10GBASE-LR 10GBASE-ER 10GBASE-SW 10GBASE-LW 10GBASE-EW XGMII PCS PMA PMD PHY 10GBASE-R 10GBASE-W MDI LAN PHY WAN PHY MDI: Medium Dependent Interface PCS: Physical Coding Sublayer PHY: Physical Layer Device PMA: Physical Medium Attachment PMD: Physical Medium Dependent XGII: 10 Gigabit Medium Independent Interface LAN P. Nicoletti: see page 2

103 WAN PHY Permette trasporto su infrastrutture MAN e WAN esistenti DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) Permette riutilizzo di componenti MAN e WAN esistenti Transceiver e circuiteria SONET/SDH Velocità di trasmissione diversa (9.6 Gb/s) dal LAN PHY Comunanze tra WAN PHY e LAN PHY attesi sul mercato componenti con entrambe le funzionalità Specialmente 10GBASE-R e 10GBASE-W WIS (WAN Interface Sublayer) adatta il segnale del PCS Bit scrambling Intestazioni SONET/SDH LAN P. Nicoletti: see page 2

104 Trasporto di trame 10GE su SONET/SDH 576 ottetti ottetti 9 righe Section Overhead Transport Overhead Line Overhead Colonna di Path Overhead (STS-192c) Payload (campo dati) Fixed Stuff (non usato) (STS-192c) SPE IDLE Trama IDLE Payload (campo dati) 9 righe IDLE Trama Flusso di dati dal PCS ottetti ottetti IDLE STS-192c = Synchronous Transport Signal di livello 192, c = concatenated (concatenato) SPE = Synchronous Payload Envelope LAN P. Nicoletti: see page 2

105 10GE e SONET/SDH Versione semplificata di SONET/SDH Evitare la complessità imposta dai requisiti di SONET/SDH Limitare il costo dei componenti Solo alcuni campi dell intestazione sono utilizzati Eliminazione dell elevata precisione di sincronizzazione No Stratum-1 clock (precisione ) Dispositivi 10GE generano e inoltrano trame in modo asincrono usando framing SONET/SDH limitate funzionalità di management SONET/SDH LAN P. Nicoletti: see page 2

106 Livello fisico Standard Tipo fibra Massima lunghezza Finestra Utilizzo Codifica Multimodale 62.5 µm m Edificio 10GBASE-SR Multimodale 50 µm m 850 nm (Cablaggio 64B/66B orizzontale) 10GBASE-LR Monomodale (10 µm) 10 Km 1310 nm Comprensorio 64B/66B 10GBASE-ER Monomodale (10 µm) 40 Km 1550 nm Metropolitana 64B/66B Multimodale 62.5 µm 300 m Edificio 10GBASE-LX4 Multimodale 50 µm m 1310 nm (Cablaggio orizzontale) FC 10G: 8B10B Monomodale (10 µm) 10 Km Comprensorio 10GBASE-SW Multimodale 62.5 µm Multimodale 50 µm m m 850 nm Edificio (Cablaggio orizzontale) 10GBASE-LW Monomodale (10 µm) 10 Km 1310 nm Comprensorio 10GBASE-EW Monomodale (10 µm) 40 Km 1550 nm Metropolitana 64B/66B SONET/SDH framing 64B/66B SONET/SDH framing 64B/66B SONET/SDH framing LAN P. Nicoletti: see page 2

107 10GBASE-X Codifica derivata da 10G FC (Fiber Channel a 10 Gb/s) Blocchi di 32 bit sono codificati con 4 blocchi di 10 bit Inviati su 4 corsie (lane) Ogni corsia opera a Gbaud Ridondanza utilizzata per codici di controllo Per esempio segnale idle per realizzare l inter frame gap LAN P. Nicoletti: see page 2

108 10GBASE-LX4 LAN P. Nicoletti: see page 2