Corso di Reti di Calcolatori

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1 Politecnico di Torino Il progetto IEEE 802 (Local and Metropolitan Area Network) Interfaccia unificata con il livello network LIVELLO RETE Corso di Reti di Calcolatori Il progetto IEEE 802 LLC MAC Logical Link Control ISO ISO ISO ISO ISO FDDI ISO 9314 LIVELLO DATA LINK LIVELLO FISICO CSMA/CD TOKEN BUS TOKEN RING DQDB FDDI Tecnologie trasmissive differenziate IEEE IEEE è lo standard che contiene le specifiche generali del progetto 802 IEEE è uno standard composto da molte parti tra cui: Part A: Overview and Architecture Part B: Addressing Internetworking and Network Management Part D: MAC Bridges I Sottolivelli Per tener conto delle peculiarità delle LAN (broadcasting, alta affidabilità, velocità...) il progetto IEEE 802 ha suddiviso il livello data link in due sottolivelli: LLC: Logical Link Control MAC: Media Access Control

2 MAC (Media Access Control) 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. LLC (Logical Link Control) È l interfaccia comune a tutte le LAN verso il livello network. I servizi e i protocolli di questo sottolivello sono descritti nello standard IEEE Scopi del MAC Nelle LAN c è un unico canale trasmissivo condiviso da tutte le stazioni Occorre avere un algoritmo per: in trasmissione: determinare chi deve/può utilizzare il canale in ricezione: discriminare quali messaggi sono destinati alla stazione tramite l utilizzo di indirizzi Il pacchetto MAC I campi principali di un pacchetto a livello MAC sono: OTTETTI 6 6 variabile 4 Indirizzo Destinatario Indirizzo Mittente DATI FCS DSAP SSAP LLC PDU CRC LIVELLO FISICO (es, coax + codice di Manchester)

3 Indirizzi MAC Si compongono di due parti di 3 Byte: 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 Esempio: una scheda con MAC address b 3c 07 9a è una scheda prodotta da Digital in quanto il lotto b è stato acquistato da Digital Indirizzi MAC Sono di tre tipi: Single: indirizzo di una singola stazione Multicast: indirizzo di un gruppo di stazioni Broadcast: indirizzo di tutte le stazioni Indirizzo di Broadcast Ricezione Il broadcast è un tipo particolare di multicast che indica tutte le stazioni sulla rete locale La sua codifica esadecimale è ff ff ff ff ff ff Quando la scheda LAN deve passare la trama ricevuta alla CPU? Transceiver Rete locale Scheda di Rete Locale

4 Ricezione Ogni scheda di rete, quando riceve un pacchetto, lo passa ai livelli superiori nei seguenti casi: Broadcast: sempre Single: se il DSAP è uguale a quello hardware della scheda (scritto in una ROM) o a quello caricato da software in un apposito buffer Multicast: se è stato abilitato via software Indirizzi di Gruppo Servono tipicamente per scoprire i nodi adiacenti Esistono due modi diversi di impiego: Solicitation: la stazione che è interessata a scoprire chi offre un dato servizio invia un pacchetto di multicast all indirizzo di quel servizio. Le stazioni che offrono il servizio rispondono alla solicitation Advertisement: le stazioni che offrono un servizio trasmettono periodicamente un pacchetto di multicast per informare di tale offerta tutte le altre stazioni IEEE (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) Topologia: bus Cablaggio: bus, stella Arbitraggio del canale trasmissivo: tramite contesa Tipologia del protocollo: non deterministico Velocità Trasmissiva: 10 Mb/s Throughput massimo: 4 Mb/s Evoluzione della rete Ethernet proposta da Digital, Intel, Xerox (DIX). IEEE (Token Bus) Topologia: bus Cablaggio: bus Arbitraggio del canale trasmissivo: token Tipologia del protocollo: deterministico Velocità Trasmissiva: 10 Mb/s Throughput massimo: 8 Mb/s Standard di rete utilizzato in ambito di fabbrica specialmente in relazione al MAP (Manufacturing Automation Protocol)

5 IEEE (Token Ring) Topologia: anello Cablaggio: stella o doppio anello Arbitraggio del canale trasmissivo: token Tipologia del protocollo: deterministico Velocità Trasmissiva: 4 o 16 Mb/s Throughput massimo: 3 o 12 Mb/s Evoluzione della rete Token Ring proposta da IBM in alternativa a Ethernet IEEE Topologia: doppio bus (DQDB: Distributed Queue Dual Bus) Cablaggio: doppio bus o doppio anello Arbitraggio del canale: prenotazione Tipologia del protocollo: deterministico Velocità Trasmissiva: sino a 155 Mb/s Standard per reti metropolitane approvato anche in sede CCITT ISO 9314 IEEE (FDDI: Fiber Distributed Data Interface) Topologia: anello Cablaggio: doppio anello o stella Arbitraggio del canale trasmissivo: token Tipologia del protocollo: deterministico Velocità Trasmissiva: 100 Mb/s Throughput massimo: 80 Mb/s Primo standard per reti locali concepito per operare su fibra ottica È l evoluzione della rete Ethernet creata da Digital, Intel e Xerox all inizio degli anni 80 Esiste interoperabilità tra Ethernet e IEEE Nasce come un architettura con topologia a bus su cavo coassiale di rame È disponibile anche con topologie a stella, sia su rame sia su fibra ottica La velocità trasmissiva è di 10Mb/s

6 IEEE e Ethernet LIVELLO DATA LINK LIVELLO FISICO Ethernet versione 2.0 LIVELLO NETWORK CSMA/CD Ethernet V 2.0 di: Digital, Intel, Xerox LLC MAC Logical Link Control ISO ISO CSMA/CD ISO FDDI ISO 9314 Standard ANSI/IEEE ed ISO/IEC Multiprotocollo in Ethernet DECNET TCP/IP IPX Ethernet V 2.0 COAX CABLE + Manchester LIVELLO 3 LIVELLO 2 LIVELLO 1 Multiprotocollo in IEEE DECNET TCP/IP OSI LLC IEE LIVELLO 3 LIVELLO 2 LLC Trasmissione senza collisione Fase 1 Ascolto Silenzio Qualcuno sta parlando? MAC IEEE BASE5 10BASE2 10BASET FOIRL LIVELLO 2 MAC LIVELLO 1 10BASEF Fase 2 Invio del messaggio Parlo e ascolto! Messaggio Messaggio

7 Trasmissione con collisione Fase 1 Ascolto Fase 2 Invio del messaggio Qualcuno sta parlando? Parlo e ascolto! Messaggio 1 Silenzio Collisione Qualcuno sta parlando? Parlo e ascolto! Messaggio 2 Back Off L algoritmo di back off usato è il truncated binary exponential La trasmissione può essere ritentata al massimo 16 volte Una stazione attende un tempo T = s * r, dove: s è lo slot time (512 tempi di bit) r è scelto casualmente nell intervallo k 0 <= r <= 2 k = min(n, 10) Caratteristiche Protocollo semplice e totalmente distribuito Per garantire buone prestazioni (collisioni ridotte) bisogna non superare un carico: medio del 30% (3Mb/s) di picco del 60% (6Mb/s) Non avendo un ritardo massimo non è adatto ad applicazioni real time (anche se è stato comunque usato in reti di fabbrica) È lo standard per LAN più diffuso quindi disponibilità di componenti a basso costo Inter Packet Gap Pacchetto 1 Pacchetto 2... Pacchetto N Inter Packet Gap min 9.6 s

8 Round Trip Collision Delay È il tempo massimo che può intercorrere tra quando una stazione trasmette il primo bit e quando percepisce una collisione A Trasmissione da A a B B Roud Trip Collision Delay È fissato dallo standard in 49.9 s La durata minima di un pacchetto è 51.2 s 512 bit, 64 byte Non vi è quindi ambiguità tra: pacchetti frammenti di collisione Collisione da B ad A Tempi Massimi Il Round Trip Collision Delay pone limiti a: Lunghezza minima dei pacchetti Tempo massimo di propagazione sul cavo Distanza Massima Con una velocità di propagazione del 66 % la distanza massima teorica tra due stazioni è data da: A Pacchetto 22.8 s B L = 0.66* * = 4500 m 27.1 s Collisione

9 Ethernet o IEEE 802.3? Livello Network IEEE MAC Logical Link Control Ethernet v.2.0 MAC IEEE Livelli Fisici di IEEE base5 Coassiale, 500 m 10base2 Coassiale, 185 m 10baseT Doppino, 100 m FOIRL Fibra Ottica, 1000 m 10baseF Fibra Ottica, sino a 2000 m Fisico Ethernet v.2.0 Fisico IEEE base5 Cavo giallo Cavo thick Cavo classico Cavo "grosso" STAZIONE CAVO TRANSCEIVER CAVO DROP CAVO AUI Cavo Coassiale 50 ohm TERMINATORE 50 ohm TRANSCEIVER BARREL CONNECTOR STAZIONE 10base2 Cavo ThinEthernet (RG58, fine ) Non si usa più STAZIONE CAVO TRANSCEIVER o CAVO DROP o STAZIONE CAVO AUI Cavo Coassiale 50 ohm CONNETTORE A T Stazione con transceiver incorporato

10 10base2 Lunghezza massima del cavo 185m Numero massimo di stazioni 30 Distanza minima tra le stazioni 0.5 m Lunghezza massima transceiver cable 50 m Transceiver connessi tagliando il cavo, "crimpando" i connettori e connettendo i due spezzoni con un T connector Costo cavo < 1000 lire/m Minima velocità di propagazione 65 % 10baseT Standard per su UTP (Unshielded Twisted Pair) concepito per applicazioni d ufficio Caratteristiche: Utilizzo di UTP a basso costo Facilità di connettorizzazione (RJ45) Prestazioni uguali a quelle del cavo thick (10Mb/s) 10baseT Standard di tipo punto a punto richiede l adozione di centro stella attivi (repeater, HUB) per collegare le stazioni HUB HUB HUB 10baseT Concepito per adattare a cablaggi strutturati (EIA/TIA 568) Lunghezza massima consigliata 100 m (EIA/TIA 90m più i cavetti di patch) Cavo UTP 100 W +/ 15 da 1 a 16 MHz doppini 24 AWG (tipico) una connessione usa due doppini (due coppie), una per TX e una per RX Velocità di propagazione minima Costo del cavo minore di 500 lire/metro

11 10baseT: coppie utilizzate TD+ TD RD+ Non Utilizzato Non Utilizzato Jack Position Vista frontale del connettore RD Le coppie usate sono la 2 e la 3 secondo lo standard EIA/TIA Non Utilizzato 568 Non Utilizzato Le coppie 1 e 4 sono inutilizzate FOIRL FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link) nasce per l interconnessione di due ripetitori remoti tramite una coppia di fibre ottiche è oggi generalizzato all interconnessione punto punto di due stazioni qualsiasi Caratteristiche fibre ottiche per FOIRL: multimodale da 50/125 a 100/140 lavorare in prima finestra (850nm) banda passante minima richiesta 160MHz lunghezza massima del link 1000 m 10baseFL Il 10baseFL è una miglioria del FOIRL ed è compatibile con esso: lunghezza massima del link 2000 m implementazione della funzionalità di Link Integrity Test e Jabber 10baseFB Standard per fibra ottica in cui trasmettitore e ricevitore sono permanentemente sincronizzati Migliore realizzazione di reti fault tolerant ogni MAU conosce lo stato di entrambe le fibre Distanza massima 2000 m

12 Dominio di Collisione Ripetitori Una collisione ha luogo se due o più stazioni sono nello stesso dominio di collisione e trasmettono contemporaneamente Le stazioni separate da ripetitori sono nello stesso dominio di collisione Le stazioni separate da bridge non sono nello stesso collision domain I concentratori (HUB) si comportano normalmente come ripetitori, anche se è possibile inserire schede bridge Stazione A Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico Ripetitore Fisico Fisico Stazione B Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico Ripetitori: funzionalità Amplificazione del segnale Simmetrizzazione del segnale Ritemporizzazione del segnale Ripetizione Rilevazione delle collisioni Ripetitori: limiti Un ripetitore introduce un ritardo pari a circa 500 m di cavo coassiale, oppure 50 bit, oppure 5 ms Il ritardo introdotto diminuisce il diametro massimo della rete (fissato in circa 4200 m) I ripetitori tendono a ridurre l interpacket gap fissato dalle specifiche in 9.6 ms

13 Ripetitori in Ethernet v.2.0 Al massimo due ripetitori (o 4 mezzi ripetitori, cioè 2 ripetitori remoti) possono trovarsi sul cammino tra due stazioni. DORSALE Ripetitori Remoti in Ethernet v.2.0 Si collegano in FOIRL e contano come mezzo ripetitore La fibra ottica è molto importante anche per disaccoppiare le masse elettriche Ripetitore Ripetitore Ripetitore Remoto Fibra Ottica max 1000 m Ripetitore Remoto Ripetitori Multiporta Collegano più segmenti tra di loro e a una dorsale Dorsale 10base5 Ripetitore Multiporta 10base2 Ripetitore Multiporta 10baseT La rete Token Ring (IEEE 802.5) Nasce nei laboratori IBM nel 1976 Caratteristiche principali: Rete ad anello Stazioni collegate punto punto Trasmissione su doppini MAC a Token Velocità 4 e 16 Mb/s Gli HUB sono l evoluzione dei ripetitori multiporta

14 Anello (Ring) Token e pacchetti Caratteristiche La trasmissione è di tipo punto punto unidirezionale tra due stazioni adiacenti: Ogni stazione ripete/rigenera il segnale Ogni pacchetto attraversa tutte le stazioni sino a tornare alla stazione mittente L effetto ottenuto è quello del broadcast Anello Unidirezionale Multiprotocollo in IEEE DECNET TCP/IP OSI LLC IEE MAC IEEE LIVELLO 3 LIVELLO 2 LLC LIVELLO 2 MAC Arbitraggio tramite Token La stazione mittente (A) aspetta il token (T) A trasforma il token nell header del pacchetto (D) e trasmette i dati T A D C A D C 10BASET FOIRL LIVELLO 1 B D B

15 Arbitraggio tramite Token La stazione destinataria (C), oltre a ripetere il pacchetto, lo copia localmente La stazione mittente (A) toglie il pacchetto dall anello e genera un nuovo token A D B D C DR DR: Dati Ricevuti A T D B C Modalità di rilascio del Token Normale La stazione mittente rigenera il token solo dopo aver tolto il pacchetto dall anello Eventualmente trasmette dei bit di riempimento Sull anello è presente o un pacchetto o il token Inefficiente per anelli lunghi operanti a 16Mb/s Early Token Release La stazione mittente rigenera il token immediatamente dopo aver trasmesso il pacchetto Sull anello possono essere presenti il token e più pacchetti THT (Token Holding Timer) Una stazione quando ha catturato il token può trasmettere uno o più pacchetti Non deve superare il valore impostato per il THT Il valore massimo di THT è di 8.9 ms THT (Token Holding Timer) Il valore massimo di THT pone un limite superiore alla lunghezza del pacchetto in byte: 4 Mb/s: = Mb/s: =

16 Prestazioni Tipologia del protocollo: deterministico con tempo di attesa limitato superiormente Velocità Trasmissiva: 4 o 16 Mb/s Throughput massimo: 3 o 12 Mb/s Affidabilità delle reti ad Anello Anello Unidirezionale Affidabilità Estremamente Bassa Rete ad Anello Cablata a Stella MAU (Multistation Access Unit) A B C D Bypass Concentratore Concentratore Tecnica spiegata nella lezione numero 6 Circuito di Bypass E F G H

17 Connessione Stazione MAU Connessioni tra concentratori Ring IN Utilizzo di due coppie Lobo Ring OUT Una rete token ring con 100 stazioni distanti in media 100 metri dai concentratori è lunga circa 20 km. Anello Primario Anello di Backup Esempio di guasto sulla dorsale Guasto Anello Primario Anello di Backup Inserzione della stazione L inserzione della stazione sull anello è controllata dalla stazione stessa tramite una differenza di potenziale tra la coppia RX e la coppia TX se la differenza di potenziale è uguale a zero la stazione è disinserita se la differenza di potenziale è uguale a 5V la stazione è inserita

18 Tipi di concentratori Passivi: hanno meccanismi di bypass automatico solo sulle porte verso le stazioni, non su quelle di Ring IN e Ring OUT Parzialmente attivi: hanno circuiti di ripetizione associati alle porte di Ring IN, Ring OUT che realizzano il bypass automatico anche su queste porte Attivi: hanno circuiti di ripetizione associati a tutte le porte Tipi di Cavi Token Ring è stata progettata per funzionare su doppini a due coppie, schermate singolarmente, 22 AWG, a 150 W I cavi IBM che soddisfano queste caratteristiche sono il Tipo 1 e il Tipo 2 Inoltre Token Ring può utilizzare fibra ottica multimodale Costruttori di MAU attivi supportano Token Ring su cavo UTP (categoria 4 o superiore) a 100 W Limiti Massimi Numero massimo di stazioni: 260 Lunghezza massima di lobo: A 4Mb/s con concentratori passivi e cavo STP la lunghezza è sempre superiore a 100 m A 16Mb/s con concentratori passivi e cavo STP per mantenere una lunghezza di lobo superiore ai 100 m occorre avere non più di 20 stazioni A 16MB/s con concentratori attivi o parzialmente attivi la lunghezza di lobo è sempre superiore ai 100 m, sia con cavo STP, sia con cavo UTP di categoria 4 o superiore. Esempi Concentratore parzialmente attivo IBM 8230 Cavo STP tipo 1 IBM Lunghezza di Lobo 145 m Concentratore attivo cavo STP tipo 1 IBM lung. max. Lobo 340 m cavo UTP cat. 5 lung. max. Lobo 195 m cavo UTP cat 4 lung. max. Lobo 150 m

19 Generalità FDDI / ISO 9314 Standard ANSI per LAN ad anello in fibra ottica a 100 Mb/s 1982 inizio dello sviluppo 1988 primi standard per f.o. multimodale 1993 standard per f.o. monomodale 1994 standard per cavi di rame STP e UTP Si inserisce perfettamente nel progetto IEEE 802 Specifiche FDDI / ISO 9314 Velocità di trasmissione 125 Mb/s a livello fisico 100 Mb/s a livello Data Link Numero massimo di stazioni: 500 Lunghezza massima della rete: 100 km reali Distanza massima tra due stazioni 100 m su rame 2 km su f.o. multimodale > 20 km su f.o. monomodale Il MAC di FDDI Il MAC è un Timed Token Passing Simile a quello di Token Ring Fornisce i servizi di: inizializzazione dell anello isolamento dei guasti Permette di negoziare parametri in fase di token claiming Ammette l esistenza di due tipi di traffico: asincrono sincrono Topologia Topologia Logica: anello monodirezionale Topologia fisica: doppio anello controrotante albero doppio anello di alberi

20 Connettore FDDI Il sottolivello LLC Definisce i protocolli usati per realizzare una o più connessioni logiche su di un singolo mezzo fisico LLC deve essere utilizzabile con uno qualunque dei MAC PDU del LLC Il campo control permette l esistenza di tre tipi di pacchetti: Unnumbered Supervisor Information o 2 variabile OTTETTI DESTINATION ADDRESS SOURCE ADDRESS (SAP) CONTROL INFORMATION MAC PDU e LLC PDU MAC PDU LLC PDU Network PDU LLC DSAP LLC SSAP CONTROL NPDU MAC DSAP MAC SSAP LLC PDU FCS <= max. ammesso da MAC

21 SAP di LLC Condivisione LLC Servono ad indicare quale protocollo di livello superiore ha originato il pacchetto Livello 3 OSI Livello 3 TCP/IP Altro livello 3 Scelta basata su LLC DSAP Sottolivello LLC Sottolivello MAC SAP di LLC Sono grandi un Byte due bit I/G e U riservati 64 indirizzi singoli, globali definibili ff broadcast 00 data link layer itself SAP LLC Universal Gli indirizzi globali sono assegnati dall ISO solo per i protocolli progettati da un comitato di standardizzazione I/G (Individual=0, Group=1) U (Non Universal=0, Universal=1)

22 Esempi di SAP LLC La codifica 0FEH indica il protocollo ISO 8473 Internet Protocol La codifica 042H indica il protocollo IEEE 802.1D Spanning Tree Configuration La codifica 0AAH indica un pacchetto LLC speciale detto SNAP DSAP SSAP CONTROL INFO 0FEH 0FEH UI OTTETTI m SNAP PDU Subnetwork Access Protocol Si utilizzano quando i pacchetti LLC contengono dati generati da protocolli di livello 3 non standard DSAP SSAP CONTROL Protocol Identifier 0AAH 0AAH 03H H 0800H OUI Protocol Type INFO Esempi Protocol Type 6001/2 MOP 6003 Decnet fase IV 6004 LAT 8137/8 IPX 0800 IP 0806 ARP 809B EtherTalk Servizi LLC LLC offre al Livello 3 i seguenti tipi di servizio: Tipo 1: Unacknowledged Connectionless Service Tipo 2: Connection Oriented Service Tipo 3: Semireliable Service

23 LLC Tipo 1 Unacknowledged Connectionless Service Servizio non connesso Non esiste un acknowledge (ACK) Se il messaggio è perso o rovinato dai disturbi non viene fatto nessun tentativo, a questo livello, di recuperare l errore Nessuna procedura di controllo di flusso: le trame non sono numerate La trasmissione può essere punto punto, multipunto o broadcast LLC tipo 2 Servizio connesso É il servizio più sofisticato che il livello data link possa offrire al livello network Sorgente e destinazione aprono una connessione prima di trasferire i dati e la chiudono al termine LLC tipo 2 I frame sono numerati e il livello 2 garantisce che: ogni frame inviato sia ricevuto correttamente ogni frame sia ricevuto esattamente solo una volta tutti i frame siano ricevuti nell ordine corretto Esistono meccanismi di controllo di flusso (flow control)

24 Politecnico di Torino Corso di Reti di Calcolatori Il progetto IEEE 802

25 Il progetto IEEE 802 (Local and Metropolitan Area Network) Interfaccia unificata con il livello network LLC Logical Link Control ISO MAC ISO ISO ISO ISO FDDI ISO 9314 CSMA/CD TOKEN BUS TOKEN RING DQDB FDDI Tecnologie trasmissive differenziate LIVELLO RETE LIVELLO DATA LINK LIVELLO FISICO

26 IEEE IEEE è lo standard che contiene le specifiche generali del progetto 802 IEEE è uno standard composto da molte parti tra cui: Part A: Overview and Architecture Part B: Addressing Internetworking and Network Management Part D: MAC Bridges

27 I Sottolivelli Per tener conto delle peculiarità delle LAN (broadcasting, alta affidabilità, velocità...) il progetto IEEE 802 ha suddiviso il livello data link in due sottolivelli: LLC: Logical Link Control MAC: Media Access Control

28 MAC (Media Access Control) 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.

29 LLC (Logical Link Control) È l interfaccia comune a tutte le LAN verso il livello network. I servizi e i protocolli di questo sottolivello sono descritti nello standard IEEE 802.2

30 Scopi del MAC Nelle LAN c è un unico canale trasmissivo condiviso da tutte le stazioni Occorre avere un algoritmo per: in trasmissione: determinare chi deve/può utilizzare il canale in ricezione: discriminare quali messaggi sono destinati alla stazione tramite l utilizzo di indirizzi

31 Il pacchetto MAC I campi principali di un pacchetto a livello MAC sono: OTTETTI 6 6 variabile 4 Indirizzo Destinatario Indirizzo Mittente DATI FCS DSAP SSAP LLC PDU CRC LIVELLO FISICO (es, coax + codice di Manchester)

32 Indirizzi MAC Si compongono di due parti di 3 Byte: 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 Esempio: una scheda con MAC address b 3c 07 9a è una scheda prodotta da Digital in quanto il lotto b è stato acquistato da Digital

33 Indirizzi MAC Sono di tre tipi: Single: indirizzo di una singola stazione Multicast: indirizzo di un gruppo di stazioni Broadcast: indirizzo di tutte le stazioni

34 Indirizzo di Broadcast Il broadcast è un tipo particolare di multicast che indica tutte le stazioni sulla rete locale La sua codifica esadecimale è ff ff ff ff ff ff

35 Ricezione Quando la scheda LAN deve passare la trama ricevuta alla CPU? Rete locale Transceiver Scheda di Rete Locale

36 Ricezione Ogni scheda di rete, quando riceve un pacchetto, lo passa ai livelli superiori nei seguenti casi: Broadcast: sempre Single: se il DSAP è uguale a quello hardware della scheda (scritto in una ROM) o a quello caricato da software in un apposito buffer Multicast: se è stato abilitato via software

37 Indirizzi di Gruppo Servono tipicamente per scoprire i nodi adiacenti Esistono due modi diversi di impiego: Solicitation: la stazione che è interessata a scoprire chi offre un dato servizio invia un pacchetto di multicast all indirizzo di quel servizio. Le stazioni che offrono il servizio rispondono alla solicitation Advertisement: le stazioni che offrono un servizio trasmettono periodicamente un pacchetto di multicast per informare di tale offerta tutte le altre stazioni

38 IEEE (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) Topologia: bus Cablaggio: bus, stella Arbitraggio del canale trasmissivo: tramite contesa Tipologia del protocollo: non deterministico Velocità Trasmissiva: 10 Mb/s Throughput massimo: 4 Mb/s Evoluzione della rete Ethernet proposta da Digital, Intel, Xerox (DIX).

39 IEEE (Token Bus) Topologia: bus Cablaggio: bus Arbitraggio del canale trasmissivo: token Tipologia del protocollo: deterministico Velocità Trasmissiva: 10 Mb/s Throughput massimo: 8 Mb/s Standard di rete utilizzato in ambito di fabbrica specialmente in relazione al MAP (Manufacturing Automation Protocol)

40 IEEE (Token Ring) Topologia: anello Cablaggio: stella o doppio anello Arbitraggio del canale trasmissivo: token Tipologia del protocollo: deterministico Velocità Trasmissiva: 4 o 16 Mb/s Throughput massimo: 3 o 12 Mb/s Evoluzione della rete Token Ring proposta da IBM in alternativa a Ethernet

41 IEEE Topologia: doppio bus (DQDB: Distributed Queue Dual Bus) Cablaggio: doppio bus o doppio anello Arbitraggio del canale: prenotazione Tipologia del protocollo: deterministico Velocità Trasmissiva: sino a 155 Mb/s Standard per reti metropolitane approvato anche in sede CCITT

42 ISO 9314 Topologia: anello (FDDI: Fiber Distributed Data Interface) Cablaggio: doppio anello o stella Arbitraggio del canale trasmissivo: token Tipologia del protocollo: deterministico Velocità Trasmissiva: 100 Mb/s Throughput massimo: 80 Mb/s Primo standard per reti locali concepito per operare su fibra ottica

43 IEEE È l evoluzione della rete Ethernet creata da Digital, Intel e Xerox all inizio degli anni 80 Esiste interoperabilità tra Ethernet e IEEE Nasce come un architettura con topologia a bus su cavo coassiale di rame È disponibile anche con topologie a stella, sia su rame sia su fibra ottica La velocità trasmissiva è di 10Mb/s

44 IEEE e Ethernet LIVELLO NETWORK LIVELLO DATA LINK LIVELLO FISICO Ethernet versione 2.0 CSMA/CD Ethernet V 2.0 di: Digital, Intel, Xerox LLC MAC Logical Link Control ISO ISO CSMA/CD ISO FDDI ISO 9314 Standard ANSI/IEEE ed ISO/IEC

45 Multiprotocollo in Ethernet DECNET TCP/IP IPX LIVELLO 3 Ethernet V 2.0 LIVELLO 2 COAX CABLE + Manchester LIVELLO 1

46 Multiprotocollo in IEEE DECNET TCP/IP OSI LIVELLO 3 LLC IEE LIVELLO 2 LLC MAC IEEE LIVELLO 2 MAC LIVELLO 1 10BASE5 10BASE2 10BASET FOIRL 10BASEF

47 Trasmissione senza collisione Fase 1 Ascolto Silenzio Qualcuno sta parlando? Fase 2 Invio del messaggio Messaggio Messaggio Parlo e ascolto!

48 Trasmissione con collisione Fase 1 Ascolto Qualcuno sta parlando? Silenzio Qualcuno sta parlando? Fase 2 Invio del messaggio Parlo e ascolto! Messaggio 1 Collisione Parlo e ascolto! Messaggio 2

49 Back Off L algoritmo di back off usato è il truncated binary exponential La trasmissione può essere ritentata al massimo 16 volte Una stazione attende un tempo T = s * r, dove: s è lo slot time (512 tempi di bit) r è scelto casualmente nell intervallo k 0 <= r <= 2 k = min(n, 10)

50 Caratteristiche Protocollo semplice e totalmente distribuito Per garantire buone prestazioni (collisioni ridotte) bisogna non superare un carico: medio del 30% (3Mb/s) di picco del 60% (6Mb/s) Non avendo un ritardo massimo non è adatto ad applicazioni real time (anche se è stato comunque usato in reti di fabbrica) È lo standard per LAN più diffuso quindi disponibilità di componenti a basso costo

51 Inter Packet Gap Pacchetto 1 Pacchetto 2... Pacchetto N Inter Packet Gap s min 9.6

52 Round Trip Collision Delay È il tempo massimo che può intercorrere tra quando una stazione trasmette il primo bit e quando percepisce una collisione A B Trasmissione da A a B Collisione da B ad A

53 Roud Trip Collision Delay È fissato dallo standard in 49.9 La durata minima di un pacchetto è 51.2 s 512 bit, 64 byte Non vi è quindi ambiguità tra: pacchetti frammenti di collisione s

54 Tempi Massimi Il Round Trip Collision Delay pone limiti a: Lunghezza minima dei pacchetti Tempo massimo di propagazione sul cavo Pacchetto A B 22.8 s 27.1 s Collisione

55 Distanza Massima Con una velocità di propagazione del 66 % la distanza massima teorica tra due stazioni è data da: L = 0.66* * = 4500 m

56 Ethernet o IEEE 802.3? Livello Network IEEE MAC Logical Link Control Ethernet v.2.0 MAC IEEE Fisico Ethernet v.2.0 Fisico IEEE 802.3

57 Livelli Fisici di IEEE base5 Coassiale, 500 m 10base2 Coassiale, 185 m 10baseT Doppino, 100 m FOIRL Fibra Ottica, 1000 m 10baseF Fibra Ottica, sino a 2000 m

58 10base5 Cavo giallo Cavo thick Cavo classico Cavo "grosso" TERMINATORE 50 ohm TRANSCEIVER BARREL CONNECTOR STAZIONE CAVO TRANSCEIVER CAVO DROP CAVO AUI STAZIONE Cavo Coassiale 50 ohm

59 10base2 Cavo ThinEthernet (RG58, fine ) Non si usa più Stazione con transceiver incorporato STAZIONE CAVO TRANSCEIVER o CAVO DROP o STAZIONE CAVO AUI CONNETTORE A T Cavo Coassiale 50 ohm

60 10base2 Lunghezza massima del cavo 185m Numero massimo di stazioni 30 Distanza minima tra le stazioni 0.5 m Lunghezza massima transceiver cable 50 m Transceiver connessi tagliando il cavo, "crimpando" i connettori e connettendo i due spezzoni con un T connector Costo cavo < 1000 lire/m Minima velocità di propagazione 65 %

61 10baseT Standard per su UTP (Unshielded Twisted Pair) concepito per applicazioni d ufficio Caratteristiche: Utilizzo di UTP a basso costo Facilità di connettorizzazione (RJ45) Prestazioni uguali a quelle del cavo thick (10Mb/s)

62 10baseT Standard di tipo punto a punto richiede l adozione di centro stella attivi (repeater, HUB) per collegare le stazioni HUB HUB HUB

63 10baseT Concepito per adattare a cablaggi strutturati (EIA/TIA 568) Lunghezza massima consigliata 100 m (EIA/TIA 90m più i cavetti di patch) Cavo UTP 100 W +/ 15 da 1 a 16 MHz doppini 24 AWG (tipico) una connessione usa due doppini (due coppie), una per TX e una per RX Velocità di propagazione minima Costo del cavo minore di 500 lire/metro

64 10baseT: coppie utilizzate TD+ TD RD+ Non Utilizzato Non Utilizzato RD Non Utilizzato Non Utilizzato Jack Position Vista frontale del connettore Le coppie usate sono la 2 e la 3 secondo lo standard EIA/TIA 568 Le coppie 1 e 4 sono inutilizzate

65 FOIRL FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link) nasce per l interconnessione di due ripetitori remoti tramite una coppia di fibre ottiche è oggi generalizzato all interconnessione punto punto di due stazioni qualsiasi Caratteristiche fibre ottiche per FOIRL: multimodale da 50/125 a 100/140 lavorare in prima finestra (850nm) banda passante minima richiesta 160MHz lunghezza massima del link 1000 m

66 10baseFL Il 10baseFL è una miglioria del FOIRL ed è compatibile con esso: lunghezza massima del link 2000 m implementazione della funzionalità di Link Integrity Test e Jabber

67 10baseFB Standard per fibra ottica in cui trasmettitore e ricevitore sono permanentemente sincronizzati Migliore realizzazione di reti fault tolerant ogni MAU conosce lo stato di entrambe le fibre Distanza massima 2000 m

68 Dominio di Collisione Una collisione ha luogo se due o più stazioni sono nello stesso dominio di collisione e trasmettono contemporaneamente Le stazioni separate da ripetitori sono nello stesso dominio di collisione Le stazioni separate da bridge non sono nello stesso collision domain I concentratori (HUB) si comportano normalmente come ripetitori, anche se è possibile inserire schede bridge

69 Ripetitori Stazione A Stazione B Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Ripetitore Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico Fisico Fisico Fisico

70 Ripetitori: funzionalità Amplificazione del segnale Simmetrizzazione del segnale Ritemporizzazione del segnale Ripetizione Rilevazione delle collisioni

71 Ripetitori: limiti Un ripetitore introduce un ritardo pari a circa 500 m di cavo coassiale, oppure 50 bit, oppure 5 ms Il ritardo introdotto diminuisce il diametro massimo della rete (fissato in circa 4200 m) I ripetitori tendono a ridurre l interpacket gap fissato dalle specifiche in 9.6 ms

72 Ripetitori in Ethernet v.2.0 Al massimo due ripetitori (o 4 mezzi ripetitori, cioè 2 ripetitori remoti) possono trovarsi sul cammino tra due stazioni. DORSALE Ripetitore Ripetitore

73 Ripetitori Remoti in Ethernet v.2.0 Si collegano in FOIRL e contano come mezzo ripetitore La fibra ottica è molto importante anche per disaccoppiare le masse elettriche Ripetitore Remoto Fibra Ottica max 1000 m Ripetitore Remoto

74 Ripetitori Multiporta Collegano più segmenti tra di loro e a una dorsale Dorsale 10base5 Ripetitore Multiporta 10base2 Ripetitore Multiporta 10baseT Gli HUB sono l evoluzione dei ripetitori multiporta

75 La rete Token Ring (IEEE 802.5) Nasce nei laboratori IBM nel 1976 Caratteristiche principali: Rete ad anello Stazioni collegate punto punto Trasmissione su doppini MAC a Token Velocità 4 e 16 Mb/s

76 Anello (Ring) Token e pacchetti Anello Unidirezionale

77 Caratteristiche La trasmissione è di tipo punto punto unidirezionale tra due stazioni adiacenti: Ogni stazione ripete/rigenera il segnale Ogni pacchetto attraversa tutte le stazioni sino a tornare alla stazione mittente L effetto ottenuto è quello del broadcast

78 Multiprotocollo in IEEE DECNET TCP/IP OSI LIVELLO 3 LLC IEE LIVELLO 2 LLC MAC IEEE LIVELLO 2 MAC 10BASET FOIRL LIVELLO 1

79 Arbitraggio tramite Token La stazione mittente (A) aspetta il token (T) A trasforma il token nell pacchetto (D) e trasmette i dati T D header del D A C A C B D B

80 Arbitraggio tramite Token La stazione destinataria (C), oltre a ripetere il pacchetto, lo copia localmente La stazione mittente (A) toglie il pacchetto dall anello e genera un nuovo token D D D A C DR A C B T B DR: Dati Ricevuti

81 Modalità di rilascio del Token Normale La stazione mittente rigenera il token solo dopo aver tolto il pacchetto dall anello Eventualmente trasmette dei bit di riempimento Sull anello è presente o un pacchetto o il token Inefficiente per anelli lunghi operanti a 16Mb/s Early Token Release La stazione mittente rigenera il token immediatamente dopo aver trasmesso il pacchetto Sull anello possono essere presenti il token e più pacchetti

82 THT (Token Holding Timer) Una stazione quando ha catturato il token può trasmettere uno o più pacchetti Non deve superare il valore impostato per il THT Il valore massimo di THT è di 8.9 ms

83 THT (Token Holding Timer) Il valore massimo di THT pone un limite superiore alla lunghezza del pacchetto in byte: 4 Mb/s: = Mb/s: = 17800

84 Prestazioni Tipologia del protocollo: deterministico con tempo di attesa limitato superiormente Velocità Trasmissiva: 4 o 16 Mb/s Throughput massimo: 3 o 12 Mb/s

85 Affidabilità delle reti ad Anello Anello Unidirezionale Affidabilità Estremamente Bassa

86 Rete ad Anello Cablata a Stella Concentratore Tecnica spiegata nella lezione numero 6 Circuito di Bypass

87 MAU (Multistation Access Unit) A B C D Bypass Concentratore E F G H

88 Connessione Stazione MAU Utilizzo di due coppie Lobo Una rete token ring con 100 stazioni distanti in media 100 metri dai concentratori è lunga circa 20 km.

89 Connessioni tra concentratori Ring IN Ring OUT Anello Primario Anello di Backup

90 Esempio di guasto sulla dorsale Guasto Anello Primario Anello di Backup

91 Inserzione della stazione L inserzione della stazione sull anello è controllata dalla stazione stessa tramite una differenza di potenziale tra la coppia RX e la coppia TX se la differenza di potenziale è uguale a zero la stazione è disinserita se la differenza di potenziale è uguale a 5V la stazione è inserita

92 Tipi di concentratori Passivi: hanno meccanismi di bypass automatico solo sulle porte verso le stazioni, non su quelle di Ring IN e Ring OUT Parzialmente attivi: hanno circuiti di ripetizione associati alle porte di Ring IN, Ring OUT che realizzano il bypass automatico anche su queste porte Attivi: hanno circuiti di ripetizione associati a tutte le porte

93 Tipi di Cavi Token Ring è stata progettata per funzionare su doppini a due coppie, schermate singolarmente, 22 AWG, a 150 W I cavi IBM che soddisfano queste caratteristiche sono il Tipo 1 e il Tipo 2 Inoltre Token Ring può utilizzare fibra ottica multimodale Costruttori di MAU attivi supportano Token Ring su cavo UTP (categoria 4 o superiore) a 100 W

94 Limiti Massimi Numero massimo di stazioni: 260 Lunghezza massima di lobo: A 4Mb/s con concentratori passivi e cavo STP la lunghezza è sempre superiore a 100 m A 16Mb/s con concentratori passivi e cavo STP per mantenere una lunghezza di lobo superiore ai 100 m occorre avere non più di 20 stazioni A 16MB/s con concentratori attivi o parzialmente attivi la lunghezza di lobo è sempre superiore ai 100 m, sia con cavo STP, sia con cavo UTP di categoria 4 o superiore.

95 Esempi Concentratore parzialmente attivo IBM 8230 Cavo STP tipo 1 IBM Lunghezza di Lobo 145 m Concentratore attivo cavo STP tipo 1 IBM lung. max. Lobo 340 m cavo UTP cat. 5 lung. max. Lobo 195 m cavo UTP cat 4 lung. max. Lobo 150 m

96 Generalità FDDI / ISO 9314 Standard ANSI per LAN ad anello in fibra ottica a 100 Mb/s 1982 inizio dello sviluppo 1988 primi standard per f.o. multimodale 1993 standard per f.o. monomodale 1994 standard per cavi di rame STP e UTP Si inserisce perfettamente nel progetto IEEE 802

97 Specifiche FDDI / ISO 9314 Velocità di trasmissione 125 Mb/s a livello fisico 100 Mb/s a livello Data Link Numero massimo di stazioni: 500 Lunghezza massima della rete: 100 km reali Distanza massima tra due stazioni 100 m su rame 2 km su f.o. multimodale > 20 km su f.o. monomodale

98 Il MAC di FDDI Il MAC è un Timed Token Passing Simile a quello di Token Ring Fornisce i servizi di: inizializzazione dell anello isolamento dei guasti Permette di negoziare parametri in fase di token claiming Ammette l asincrono sincrono esistenza di due tipi di traffico:

99 Topologia Topologia Logica: anello monodirezionale Topologia fisica: doppio anello controrotante albero doppio anello di alberi

100 Connettore FDDI

101 Il sottolivello LLC Definisce i protocolli usati per realizzare una o più connessioni logiche su di un singolo mezzo fisico LLC deve essere utilizzabile con uno qualunque dei MAC

102 PDU del LLC Il campo control permette l tipi di pacchetti: Unnumbered Supervisor Information esistenza di tre o 2 variabile OTTETTI DESTINATION ADDRESS SOURCE ADDRESS (SAP) CONTROL INFORMATION <= max. ammesso da MAC

103 MAC PDU e LLC PDU Network PDU LLC PDU LLC DSAP LLC SSAP CONTROL NPDU MAC PDU MAC DSAP MAC SSAP LLC PDU FCS

104 SAP di LLC Servono ad indicare quale protocollo di livello superiore ha originato il pacchetto

105 Condivisione LLC Livello 3 OSI Livello 3 TCP/IP Scelta basata su LLC DSAP Sottolivello LLC Sottolivello MAC Altro livello 3

106 SAP di LLC 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)

107 SAP LLC Universal Gli indirizzi globali sono assegnati dall ISO solo per i protocolli progettati da un comitato di standardizzazione

108 Esempi di SAP LLC La codifica 0FEH indica il protocollo ISO 8473 Internet Protocol La codifica 042H indica il protocollo IEEE 802.1D Spanning Tree Configuration La codifica 0AAH indica un pacchetto LLC speciale detto SNAP DSAP SSAP CONTROL INFO 0FEH 0FEH UI OTTETTI m

109 SNAP PDU Subnetwork Access Protocol Si utilizzano quando i pacchetti LLC contengono dati generati da protocolli di livello 3 non standard Protocol DSAP SSAP CONTROL Identifier INFO 0AAH 0AAH 03H H 0800H OUI Protocol Type

110 Esempi Protocol Type 6001/2 MOP 6003 Decnet fase IV 6004 LAT 8137/8 IPX 0800 IP 0806 ARP 809B EtherTalk

111 Servizi LLC LLC offre al Livello 3 i seguenti tipi di servizio: Tipo 1: Unacknowledged Connectionless Service Tipo 2: Connection Oriented Service Tipo 3: Semireliable Service

112 LLC Tipo 1 Unacknowledged Connectionless Service Servizio non connesso Non esiste un acknowledge (ACK) Se il messaggio è perso o rovinato dai disturbi non viene fatto nessun tentativo, a questo livello, di recuperare l errore Nessuna procedura di controllo di flusso: le trame non sono numerate La trasmissione può essere punto punto, multipunto o broadcast

113 LLC tipo 2 Servizio connesso É il servizio più sofisticato che il livello data link possa offrire al livello network Sorgente e destinazione aprono una connessione prima di trasferire i dati e la chiudono al termine

114 LLC tipo 2 I frame sono numerati e il livello 2 garantisce che: ogni frame inviato sia ricevuto correttamente ogni frame sia ricevuto esattamente solo una volta tutti i frame siano ricevuti nell ordine corretto Esistono meccanismi di controllo di flusso (flow control)