Le reti Ethernet e IEEE 802.3

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1 Le reti Ethernet e IEEE Mario Baldi Politecnico di Torino mario.baldi[at]polito.it Pietro Nicoletti Studio Reti nicoletti[at]studioreti.it Basato sul capitolo 2 di: M. Baldi, P. Nicoletti, Switched LAN, McGraw-Hill, 2002, ISBN _Ethernet Copyright M. Baldi - P. Nicoletti: page 2

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 slide (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori indicati a pag. 1. 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 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 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. Gli autori non assumono 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 non deve mai essere rimossa e deve essere riportata anche in utilizzi parziali. 02_Ethernet - 2

3 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. DEFINIZIONE IEEE _Ethernet - 3

4 Perchè le LAN? Perchè la maggior parte delle informazioni è trasmessa localmente Le trasmissioni locali sono tipicamente a burst La velocità richiesta èelevata Mezzo trasmissivo condiviso da tutti gli utenti 02_Ethernet - 4

5 Gli standard principali ELEMENTI PRINCIPALI PROTOCOLLI STANDARD CABLAGGIO STRUTTURATO IEEE 802 EIA/TIA 568 ISO/IEC _Ethernet - 5

6 Architettura protocollare IEEE 802 ISO/OSI IEEE/ANSI ed ISO Livello rete Livello data link Livello fisico ISO ISO (CSMA/ (CSMA/ CD) CD) Ethernet Logical Link Link Control ISO ISO ISO ISO Token Ring ISO ISO FDDI MAC: Medium Access Control PHY: Physical Layer Device Wireless LAN LLC MAC PHY 02_Ethernet - 6

7 Relazione tra i livelli LIVELLO 3 DECNET TCP/IP OSI LLC IEE ISO LIVELLO 2 - LLC MAC IEEE ISO MAC IEEE ISO MAC FDDI ISO 9314 LIVELLO 2 - MAC LIVELLO 1 10base5 THICK CABLE 10base2 THIN CABLE 10baseT UTP FOIRL, 10baseFP, 10baseFB, 10baseFL FIBER OPTIC 02_Ethernet - 7

8 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 _Ethernet - 8

9 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 02_Ethernet - 9

10 Indirizzi MAC 6 byte - 48 bit Primi 2 bit trasmessi definiscono il tipo di indirizzo Unicast Identifica univocamente e universalmente la scheda Normalmente cablato sulla scheda (ROM) 8 bit B 3 C A OUI assegnato dall IEEE Assegnato dal costruttore Broadcast (FF FF FF FF FF FF) Multicast Seconda cifra esadecimale dispari (xx xx xx xx xx xx) 02_Ethernet - 10

11 Carrier sense 02_Ethernet - 11

12 Collisione Nonostante l operazione di carrier sense può comunque avvenire per via della velocità di propagazione dei segnali non infinita Collisione 02_Ethernet - 12

13 Perchè è importante rilevare le collisioni? Rimanda il pacchetto 02_Ethernet - 13

14 Collision detection Collisione 02_Ethernet - 14

15 Formato del pacchetto ottetti ottetti 7 ottetti 1 ottetto 6 ottetti 6 ottetti 2 ottetti ottetti 0-46 ottetti 4 ottetti Preambolo SFD Destination Payload Source Length Address Address (campo dati) PAD FCS Coda MAC Intestazione MAC FCS: Frame Check Sequence PAD: Padding SFD: Starting Frame Delimiter 02_Ethernet - 15

16 Delimitazione delle trame: Inter Packet Gap 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) 02_Ethernet - 16

17 Ethernet v2 o IEEE 802.3? Possono convivere sulla stessa rete senza problemi Preambolo Ethernet v2.0 SFD Destination Address Source Address Type Payload (campo dati) 7 ottetti 1 ottetto 6 ottetti 6 ottetti 2 ottetti ottetti 4 ottetti Preambolo SFD Destination Address Source Address Length >1500 Payload (campo dati) PAD FCS FCS IEEE FCS: Frame Check Sequence PAD: Padding SFD: Starting Frame Delimiter 02_Ethernet - 17

18 Vari standard a livello fisico ISO/OSI IEEE / ISO Livello Rete Livello Data-Link Livello fisico IEEE 802.2/ISO Logical Link Link Control 10BASE-T CSMA/CD Physical Layer Signaling (PLS) 10BASE2 100BASE5 PMA: Physical Medium Attachment AUI: Attachment Unit Interface MDI: Medium Dependent Interface 10BASE-F LLC MAC AUI PMA MDI 02_Ethernet - 18

19 Interfaccia AUI MAU: medium attachment unit Transceiver AUI: attachment Unit Interface Connettore AUI sulla scheda di rete (femmina) Connettore AUI verso la scheda di rete (maschio) Connettore AUI verso la MAU (femmina) Connettore AUI sulla MAU (maschio) Cavo AUI Oggi normalmente MAU è integrato sulla scheda AUI è sulla scheda Importante per usare componenti di costruttori diversi 02_Ethernet - 19

20 Standard a livello fisico IEEE stabilisce stabilisce 7 standard a livello fisico: 10base5: usa il coassiale di tipo thick 10base2: usa il coassiale di tipo thin 10baseT: usa il doppino FOIRL: usa la fibra ottica per connettere i repeater 10baseFL: è un evoluzione del FOIRL per connettere repeater o stazioni 10baseFB: è uno standard in fibra ottica con caratteristiche di fault tolerance 10baseFP: è uno standard che fa uso di stelle ottiche passive La velocità trasmissiva è sempre 10 Mb/s 02_Ethernet - 20

21 10baseT 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 02_Ethernet - 21

22 10baseT Concepito per adattare IEEE a cablaggi strutturati: EIA/TIA 568 ISO/IEC TIA/EIA 568A 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 02_Ethernet - 22

23 Connettori per 10baseT Presa Femmina da parete Spinotto (plug) maschio volante Connettori RJ45 a otto fili 02_Ethernet - 23

24 Codifica di linea V: Violazione Sequenza di bit V Codifica Manchester 02_Ethernet - 24

25 Il livello LLC: logical link control ISO/OSI IEEE / ISO Livello Rete Livello Data-Link Livello fisico IEEE 802.2/ISO Logical Link Link Control CSMA/CD Physical Layer Signaling (PLS) 10BASE-T 10BASE2 100BASE5 10BASE-F PMA: Physical Medium Attachment AUI: Attachment Unit Interface MDI: Medium Dependent Interface LLC MAC AUI PMA MDI 02_Ethernet - 25

26 La busta LLC Non usata con trame Ethernet v2 Obbligatoria con trame IEEE Destination Address Source Address Length 1 ottetto 1 ottetto 1 ottetto ottetti 0hFE 0hFE 0h03 Information 4 ottetti FCS DSAP SSAP Control Coda MAC Intestazione MAC DSAP: Destination Service Access Point FCS: Frame Check Sequence SSAP: Source Service Access 02_Ethernet - 26

27 Estensione SNAP - Subnetwork Access Protocol 1 ottetto 1 ottetto 1 ottetto 3 ottetti 2 ottetti ottetti 4 ottetti 0hFE 0hFE 0h03 0h h0800 Information FCS Intestazione MAC DSAP SSAPControl Intestazione LLC OUI Procol Type Estensione SNAP Coda MAC DSAP: Destination Service Access Point FCS: Frame Check Sequence LLC: Logical Link Control OUI: Organization Unique Identifier SNAP: Subnetwork Access Protocol SSAP: Source Service Access 02_Ethernet - 27

28 Dimensionamento della rete In linea di principio basato sul massimo ritardo di propagazione In pratica... 02_Ethernet - 28

29 Tipica topologia LAN LAN LAN WAN Ripetitore (hub) Router F.O. 870 m UTP 100 m UTP 100 m F.O m F.O. 800 m Bridge Switch Dominio di collisione (3,67 Km) LAN 02_Ethernet - 29

30 Ripetitori 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 02_Ethernet - 30