RETI DI CALCOLATORI E APPLICAZIONI TELEMATICHE

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1 RETI DI CALCOLATORI E APPLICAZIONI TELEMATICHE Prof. PIER LUCA MONTESSORO Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 1

2 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) 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 dell autore prof. Pier Luca Montessoro, Università degli Studi di Udine. Le slide 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 altro utilizzo o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampe) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slide 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. L autore non assume alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (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 slide. In ogni caso questa nota di copyright e il suo richiamo in calce ad ogni slide non devono mai essere rimossi e devono essere riportati anche in utilizzi parziali Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 2

3 Lezione 19 Reti locali wireless, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 3

4 Lezione 19: indice degli argomenti Le reti wireless classificazione wireless LAN e standard IEEE Evoluzione della rete Ethernet Fast Ethernet (IEEE 802.3u) Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 4

5 Reti wireless 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 5

6 Collegamenti wireless uso più flessibile delle risorse Mobile computing LAN + Workstation Networking Timesharing Batch S.O. per singoli utenti NATURALE EVOLUZIONE DEI SISTEMI DI CALCOLO 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 6

7 Applicazioni NON soluzione alternativa alle LAN cablate costo elevato minori prestazioni 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 7

8 Applicazioni Estensione di LAN cablate 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 8

9 Applicazioni Collegamento tra LAN cablate in edifici diversi 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 9

10 Esigenze e possibili applicazioni Connettività per l utenza in movimento (es. riunioni, attività in magazzini, visite a pazienti negli ospedali, ecc.) Connettività in ambienti non adatti al cablaggio (es. monumenti storici e/o artistici) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 10

11 Esigenze e possibili applicazioni Ambiente tethered la collocazione del computer cambia raramente Ambiente non-tethered continuità della connessione mentre l utente si sposta 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 11

12 Problemi e vincoli tecnologici Quali tecnologie trasmissive? Radio sovraffollamento delle frequenze Ottiche limiti ambientali e sulle distanze 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 12

13 Problemi e vincoli tecnologici Quale protocollo MAC? Non valgono i presupposti delle LAN cablate perché il mezzo trasmissivo NON È AFFIDABILE Serve un protocollo adatto 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 13

14 Problemi e vincoli tecnologici Altri requisiti? Sicurezza crittografia Bassi consumi (stazioni portatili alimentate a batteria) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 14

15 Wireless LAN 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 15

16 Wireless LAN: IEEE interfaccia unificata verso il livello network data link fisico LLC MAC ISO CSMA/ CD Logical Link Control ISO ISO TOKEN BUS ISO TOKEN RING WIRELESS LAN 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 16

17 Wireless LAN: IEEE Standard per il livello fisico: raggi infrarossi radio a spettro disperso: FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Standard per il livello MAC protocollo di tipo CSMA/CA 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 17

18 Componenti di una wireless LAN Station AH1 BSS-AH2 Station AH2 Station A1 Ad-Hoc Network Access Point A DISTRIBUTION SYSTEM Station A2 BSS-A Access Point B BSS-B Station B1 Infrastructure Network Station B Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 18

19 Componenti di una wireless LAN BSS (Basic Service Set) gruppo di stazioni associate le une con le altre per comunicare ESS (Extended Service Set) insieme di BSS interconnessi mediante Access Points e un Distribution System (cablato in modo convenzionale) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 19

20 Terminologia in una wireless LAN Ad-hoc network piccola rete di stazioni paritetiche, senza infrastruttura Infrastructure network rete su vasta area, con più Access Point e un Distribution System 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 20

21 Protocollo MAC per wireless LAN 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 21

22 Distributed Coordination Function Problema: (DCF) una stazione, temporaneamente coperta, può non rilevare trasmissioni in atto e quindi interferire con esse Soluzione: CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 22

23 src Distributed Coordination Function G3 RTS (DCF) G1 = SIFS (Short Inter Frame Space) G3 = DIFS (DCF Inter Frame Space) SIFS < DIFS data dst G1 CTS G1 G1 ack tempo contesa sul canale prenotazione del canale conferma della prenotazione trasmissione dei dati conferma dell avvenuta ricezione 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 23

24 Distributed Coordination Function (DCF) Consente di regolamentare l accesso al canale mediante tempi di attesa, con canale libero, di differente durata 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 24

25 Distributed Coordination Function (DCF) RTS/CTS realizza la Collision Avoidance: l eventuale sovrapposizione di un altra trasmissione avviene sul RTS/CTS e non sul dato ACK permette di rilevare errori dovuti a cattiva ricezione o a interferenze 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 25

26 Distributed Coordination Function (DCF) Versioni semplificate: senza RTS/CTS, con ACK, se il pacchetto è corto (RTS/CTS produrrebbero un overhead eccessivo) senza RTS/CTS e senza ACK, con il rischio di perdere il pacchetto, se non esiste un destinatario che possa inviare l ACK (traffico multicast e broadcast) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 26

27 Point Coordination Function (PCF) Permette l accesso senza contesa per traffico time bounded Si basa sul tempo di attesa PIFS: SIFS < PIFS < DIFS Prevede traffico unicast con gestione master-slave, in cui il master è in genere l Access Point 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 27

28 Point Coordination Function (PCF) D x = AP station U x = station AP SuperFrame G1 = SIFS G2 = PIFS contention free burst contention period G2 G2 G2 G2 G2 (DCF) D 1 U 1 D 1 U 1 D 1 D 1 U 1 D 1 G1 G1 (no up) G1 tempo 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 28

29 Evoluzione della rete Ethernet 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 29

30 Evoluzione della rete Ethernet 100 Mb/s (Fast Ethernet): IEEE 802.3u 1 Gb/s (Gigabit Ethernet): IEEE 802.3z, IEEE 802.3ab, IEEE 802.3x Vengono mantenuti: protocollo MAC CSMA/CD formato del pacchetto 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 30

31 Evoluzione della rete Ethernet Vengono modificati alcuni parametri del protocollo: Fast Ethernet: si riduce il diametro massimo della rete Gigabit Ethernet: si aumenta la durata minima della trasmissione 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 31

32 Fast Ethernet (IEEE 802.3u) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 32

33 Parametri del protocollo Bit rate: 100 Mb/s Bit time: 10 ns Interpacket gap 0.96 µs Durata minima del pacchetto: 5.12 µs Estensione massima della rete: circa 200 metri 200 m sono sufficienti per un cablaggio stellare con un concentratore al centro e 100 m di raggio 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 33

34 Fast Ethernet e cablaggio strutturato concentratore Fast Ethernet max 100 m BRIDGE O SWITCH COLLEGANO I CONCENTRATORI DI DIVERSI PIANI 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 34

35 Livello fisico Topologia stellare, conforme agli standard di cablaggio strutturato Tre sotto-standard: 100BASE-T4 (doppino di categoria 3, 4 coppie utilizzate) 100BASE-TX (doppino di categoria 5, 2 coppie utilizzate) 100BASE-FX (fibra ottica multimodale) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 35

36 100BASE-T4 Trasmissione in half-duplex: due coppie sono utilizzate alternativamente in un senso o nel senso opposto Trasforma un ottetto (8B) in 6 simboli ternari (6T) I gruppi di 6 simboli ternari sono inviati a tre canali seriali indipendenti La quarta coppia è utilizzata in direzione opposta per rilevare le collisioni 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 36

37 100BASE-X Trasmissione in full-duplex su 2 canali Utilizza i sottostandard PMD (Physical Medium Dependent) di FDDI 100BASE-TX due coppie UTP o FTP di categoria 5 (TP-PMD di FDDI) 100BASE-FX coppia di fibre ottiche (ANSI X ISO/IEC di FDDI) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 37

38 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 38

39 Parametri del protocollo Mantenendo il protocollo MAC CSMA/CD e la dimensione minima del pacchetto, la durata minima della trasmissione si ridurrebbe di un ulteriore fattore 10 estensione massima della rete: 20 m (!!!) In Gigabit Ethernet si estende la durata minima della trasmissione allungando il pacchetto quando necessario estensione massima: circa 200 m 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 39

40 Parametri del protocollo Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet bit rate 10 Mb/s 100 Mb/s 1 Gb/s bit time 100 ns 10 ns 1 ns Inter-packet gap 9.6 µs 0.96 µs 96 ns slot time 51.2 µs 5.12 µs µs 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 40

41 ottetti (byte) 7 1 Estensione del pacchetto corto da 0 a 1500 da 0 a 46 4 da 0 a 448 pre. dati SFDDSAP SSAP len pad FCS (LLC-PDU) extension min. 64 byte (512 bit times) copertura FCS min bit times ( ) tempo utile in cui si può rilevare la collisione (4159 bit times) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 41

42 Livello fisico schema di codifica 8B/10B garantisce la trasmissione di un numero di transizioni sufficiente a consentire la sincronizzazione del ricevitore byte proveniente dal sottolivello MAC encoder 8B/10B sequenza di 10 bit per la trasmissione 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 42

43 Tipi di PMD: fibra ottica 1000BASE-SX fibra ottica multimodale a 850 nm (utilizza SWL= Short Wavelength Laser) 500 m per 50/125, 220 m per 62.5/ BASE-LX fibra ottica multimodale e monomodale a 1300 nm (utilizza LWL= Long Wavelength Laser) 5 km per fibra monomodale 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 43

44 1000BASE-CX Tipi di PMD: rame cavo a due coppie 150 Ω (STP secondo le specifiche ISO/IEC 11801) 25 metri 1000BASE-T (IEEE 802.3ab) cavo di categoria 5E (revisione della categoria 5) 100 metri 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 44

45 Frame bursting Altre funzionalità una stazione può trasmettere più pacchetti in successione senza rilasciare il mezzo trasmissivo fino al burst-limit che è di bit (8192 ottetti) il primo pacchetto va comunque esteso se troppo corto 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 45

46 Altre funzionalità Standard IEEE 802.3x modifiche necessarie al MAC IEEE per supportare la modalità operativa Full- Duplex meccanismo di controllo di flusso per link Full-Duplex (pacchetti pause ) valido per tutte le diverse tipologie di reti di Ethernet (10/100/1000 Mb/s) obbligatorio su Gigabit Ethernet, opzionale su Ethernet e Fast Ethernet 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 46

47 Lezione 19: riepilogo Le reti wireless classificazione wireless LAN e standard IEEE Evoluzione della rete Ethernet Fast Ethernet (IEEE 802.3u) Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 47

48 Reti di Computer Bibliografia Parte del capitolo 4 Libro Reti locali: dal cablaggio all internetworking contenuto nel CD-ROM omonimo Capitolo Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 48

49 Come contattare il prof. Montessoro Telefono: Fax: URL: Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 49