LAN. Vittorio Maniezzo Università di Bologna. Comunicazione diretta punto a punto

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1 LAN Vittorio Maniezzo Università di Bologna Comunicazione diretta punto a punto I computer sono collegati da canali a comunicazione diretta, ciascuno dei quali collega due calcolatori Topologie principali: reti mesh o point-to-point Permette una grossa flessibilità nell' hardware, formato dei pacchetti ecc. Garantisce sicurezza e privatezza delle comunicazioni perché il canale trasmissivo non é condiviso Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 2/42 1

2 Connessioni in una rete punto a punto Il numero dei fili cresce come il quadrato del numero dei computer Per n computer: Connessioni = (n 2 - n) / 2 L'aggiunta di un nuovo calcolatore implica n-1 nuove connessioni Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 3/42 Riduzione del numero di canali di comunicazione LAN sviluppate fra la fine degli anni '60 e i primi '70 Idea di base - ridurre il numero delle connessioni attraverso la condivisione dei canali fra più computer Turni nell'uso della risorsa Necessarie tecniche per sincronizzare l'utilizzo I calcolatori collegati competono per l'utilizzo dei canali condivisi Le comunicazioni locali sono effettuate quasi esclusivamente su LAN Le comunicazioni a lunga distanza sono effettuate quasi esclusivamente i reti punto a punto Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 4/42 2

3 Definizione di LAN (IEEE 802) "Una LAN è un sistema di comunicazione che consente ad apparecchiature indipendenti di comunicare tra di loro entro un'area delimitata utilizzando un canale fisico a velocità elevata e a basso tasso di errore." Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 5/42 Località dei riferimenti Il principio della località dei riferimenti aiuta a predire gli schemi comunicativi dei un calcolatore: Località spaziale (o fisica) - un computer comunica più facilmente con altri calcolatori vicini Località temporale - un computer comunica più facilmente con altri calcolatori con cui ha comunicato di recente Le LAN sono efficaci perchè la località spaziale e temporale delle comunicazioni possono suggerire quali calcolatori collegare nella LAN Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 6/42 3

4 Progetto IEEE 802 Varato all'inizio degli anni '80 da IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ISO ha adottato quasi tutti gli standard proposti da IEEE, utilizzando la numerazione '8802' laddove ISO utilizza '802' ISO ha fatto propri anche alcuni standard, es. FDDI, proposti da altri enti, es ANSI (American National Standards Institute, che rappresenta gli USA in ambito ISO). Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 7/42 Comitati IEEE Overview, Architecture, Bridging, Management Logical Link Control CSMA/CD Token Bus (princ. per LAN per automazione industriale) Token Ring Metropolitan Area Networks - DQDB Broadband Technical Advisory Group Fiber-optic Technical Advisory Group Integrated Data and Voice Networks Network Security Wireless Networks VG AnyLAN Cable-TV Based Broadband Networks Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 8/42 4

5 Standard IEEE Riassume le specifiche generali del progetto IEEE 802 e le caratteristiche comuni agli altri standard IEEE 802.x E' composto di vari sottostandard IEEE 802.1a - Overview and Architecture IEEE 802.1b - Addressing, Internetworking and Network Management IEEE 802.1d - MAC Bridges Suddivide il Livello 2 del modello ISO/OSI in LLC - Logical Link Control ( comune a tutte le LAN) MAC - Media Access Control (distinto per ciascuna LAN) Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 9/42 IEEE e ISO/OSI I vari standard differiscono a livello fisico e nel sottolivello MAC, ma sono compatibili a livello data link. Ciò è ottenuto separando il MAC dal livello rete, attraverso l'apposito standard LLC Network Rete Data Link L L C M A C IEEE IEEE Logical Link COntrol ISO IEEE Data Link ANSI X3T9.5 IEEE IEEE Physical ISO ISO ISO ISO ISO CSMA/CD Token Ring FDDI Wireless AnyLAN Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 10/42 5

6 SAP frame IEEE 802 SAP (Service Access Point) per i livelli MAC e Network sono detti DSAP (Destination SAP) e SSAP (Source SAP) FCS (Frame Check Sequence): CRC per controllo di integrità del frame Sottolivello MAC DSAP (6 byte) SSAP (6 byte)... Sottolivello LLC DSAP (1 byte) SSAP (1 byte) Control (1-2 byte)... Livello Network LLC PDU IP DSAP (4 byte) IP DSAP (4 byte)... Network PDU TCP/UDP PDU FCS (4 byte) Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 11/42 Sottolivello MAC IEEE 802 Offre un CLNS immediatamente al di sopra del livello fisico (con il quale è definito per ciascuna tecnologia di LAN specifica) Trasmissione di tipo broadcast Strutturalmente broadcast (mezzo trasmissivo condiviso, ciascuna stazione "vede" esattamente lo stesso segnale di tutte le altre) Logicamente broadcast (collegamenti punto-punto, ma l'informazione viene ritrasmessa di stazione in stazione sostanzialmente immutata) Il sottolivello MAC consente di rilevare ma non di correggere gli eventuali errori di trasmissione. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 12/42 6

7 Principali funzioni del MAC di una stazione Trasmissione Assegnare/concedere l'utilizzo del canale alla stazione Immettere nella rete i messaggi della stazione Ricezione Estrarre dalla rete tutti i messaggi che vi transitano Determinare quali messaggi sono destinati alla stazione in base al suo indirizzo Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 13/42 Indirizzi MAC IEEE 802 Lunghezza: 6 byte = 48 bit Rappresentazione standard: 6 coppie di cifre hex separate da '-' (p.es b-5c-57-3a) Unici a livello globale, vengono assegnati da IEEE ai costruttori a lotti, identificati dai primi 3 byte da sinistra, detti OUI (Organization Unique Identifier) I rimanenti 3 byte sono assegnati a discrezione del costruttore (es. numerazione progressiva, in ordine di produzione) Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 14/42 7

8 Indirizzi MAC: tipologia Indirizzo unicast (o singlecast) Individua una stazione singola il pacchetto che lo contiene come DSAP viene passato solo alla stazione ricevente il cui indirizzo è DSAP Indirizzo multicast Individua un gruppo di stazioni il pacchetto che lo contiene come DSAP viene passato alla stazione ricevente che si incaricherà poi di stabilire se la stazione appartiene o meno al gruppo associato Indirizzo broadcast (ff-ff-ff-ff-ff-ff) Individua tutte le stazioni connesse alla rete il pacchetto che lo contiene come DSAP viene sempre e comunque passato alla stazione ricevente Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 15/42 Topologie LAN Le reti possono essere classificate sulla base della loro topologia Tre le più diffuse: Stella Anello Bus Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 16/42 8

9 Topologia a stella Tutti i computer sono collegati a un punto centrale: Il centro della stella é chiamato hub Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 17/42 Topologia a stella: pratica In un diagramma più realistico, i cavi sono paralleli ai computer: Risultato: Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 18/42 9

10 Topologia ad anello Computer collegati in un anello chiuso Il primo passa i dati al secondo, il secondo al terzo ecc. Ogni calcolatore é connesso con un cavetto all'anello L'anello può estendersi su più uffici contigui Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 19/42 Topologia a bus Un solo cavo connette tutti i calcolatori Ogni calcolatore ha un connettore con il cavo condiviso I computer devono sincronizzarsi e permettere a uno solo per volta di trasmettere. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 20/42 10

11 Reti wireless Una rete wireless è un sistema di comunicazione dati basato principalmente su trasmissioni via radiofrequenza (RF) o via infrarosso (IR). Può essere una estensione di una rete cablata preesistente. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 21/42 Vantaggi e svantaggi Ogni topologia ha dei vantaggi e degli svantaggi: L'anello facilita le sincronizzazioni, può non funzionare se un cavo é staccato La stella é facile da gestire e più robusta, richiede molti cavi Il bus richiede pochi cavi, può non funzionare se un cavo é staccato Attualmente la topologia a stella é la più comune Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 22/42 11

12 Cablaggi strutturati: geometria e topologia Tutti gli standard attuali specificano una geometria stellare A partire da questa geometria, mediante cavi di raccordo si realizzano differenti topologie A stella: il cablaggio consiste di collegamenti puntopunto isolati, ciascuno dedicato al collegamento tra una coppia di apparati attivi A bus: il cablaggio consiste di un cavo unico con le estremità libere, condiviso da tutti gli apparati attivi Ad anello: come per la topologia a bus, ma con le due estremità raccordate tra di loro a formare un anello Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 23/42 GEOMETRIA STELLARE, TOPOLOGIA STELLARE Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 24/42 12

13 GEOMETRIA STELLARE, TOPOLOGIA A BUS Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 25/42 GEOMETRIA STELLARE, TOPOLOGIA AD ANELLO Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 26/42 13

14 Indirizzamento Sono necessarie tecniche specifiche per inviare su una LAN un messaggio a una specifica destinazione Il trasmettitore usa un indirizzo hardware per identificare la destinazione del frame Il trasmettitore identifica anche il tipo di dati trasportati nel frame I dati inviati su una rete condivisa raggiungono tutte le stazioni collegate - in tutte le topologie L'interfaccia HW identifica l'arrivo di un messaggio e lo estrae dal mezzo Di solito però si vogliono inviare i dati ad una specifica applicazione su uno specifico computer - non a tutti i computer Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 27/42 Indirizzamento hardware Quasi tutte le tecnologie di rete hanno uno schema di indirizzamento hardware che identifica le stazioni collegate Ad ogni stazione é assegnato un indirizzo hardware o fisico Il trasmettitore include l'indirizzo HW del destinatario in ogni frame Solo la stazione identificata legge il frame La maggior parte delle LAN include anche l'indirizzo del mittente Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 28/42 14

15 HW LAN e filtraggio pacchetti L'interfaccia LAN gestisce i dettagli della trasmissione e ricezione dei frame: Aggiunge gli indirizzi HW, i codici di individuazione errori, ecc. ai frame in uscita Segue le regole di accesso (es., CSMA/CD) per trasmettere Controlla i codici di correzione errori in ricezione Controlla l'indirizzo di destinazione nei frame in ingresso Se l'indirizzo destinazione corrisponde a quello della stazione, passa una copia del frame al calcolatore I frame non diretti alla stazione non sono visti in nessun modo dal calcolatore Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 29/42 Assegnamento di indirizzi HW Gli indirizzi HW devono essere unici su una LAN Tipi di assegnamento: Statico: Dinamico: Automatico: Il produttore dell'hw assegna un indirizzo permanente ad ogni interfaccia L'indirizzo é impostato dall'utente, per mezzo di switch o jumpers oppure via software L'interfaccia assegna automaticamente l'indirizzo HW ogni volta che viene accesa Il produttore dell'hw deve assicurare che ogni interfaccia ha un indirizzo unico L'amministratore del sistema deve fare attenzione a non generare conflitti Lo schema automatico deve essere affidabile Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 30/42 15

16 Header e formato dei frame Gli standard LAN definiscono i formati dei frame Tutti gli standard utilizzano questa struttura generale: L'header dei frame contiene l'indirizzo e altre informazioni identificative L informazione risiede in campi di lunghezza e posizione predefinite L'area dati é di dimensione variabile Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 31/42 Esempio di formato frame Formato di ethernet : Campi: Campo Preamble Dest. addr. Source addr. Frame type Data CRC Significato Sincronizzazione del ricevitore Identificazione del ricevitore Indirizzo HW del mittente Tipo di dati nel frame Dati Codice 32-bit CRC Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 32/42 16

17 Campi ethernet L'indirizzo destinazione é di tutti 1 per broadcast Valori riservati per campo frame type: Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 33/42 IEEE LLC Esempio di gestione del tipo dati Lo standard IEEE include gli header Logical Link Control (LLC) SubNetwork Attachment Point (SNAP) Il formato SNAP/LLC é molto usato, es. da Ethernet La parte LLC indica il successivo campo SNAP OUI (Organizationally Unique Identifier) identifica la specifica organizzazione Ethernet Il campo TYPE é interpretato come in Ethernet (nell'esempio, IP) Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 34/42 17

18 Tipi sconosciuti Alcuni computer possono non essere in grado si accettare frame di un qualche tipo protocollo non installato tipo di nuova definizione Il ricevitore esamina il campo tipo e scarta tutti i frame di tipo sconosciuto Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 35/42 Ethernet Tecnologia LAN estremamente diffusa, sviluppata allo Xerox PARC anni '70 Definita in uno standard di Xerox, Intel e Digital - standard DIX Standard adesso gestito dalla IEEE - definisce i formati, i voltaggi, le lunghezze dei cavi,... Usa topologia a bus Singolo cavo coassiale - l'etere con molti calcolatori connessi. Un cavo Ethernet é chiamato un segmento, ha lunghezza limitata a 500 metri e separazione minima fra connessioni é di 3 metri Velocità: originariamente 3Mbps, attualmente 100Mbps o più. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 36/42 18

19 Ethernet: operazioni Trasmette un calcolatore per volta Il segnale é una portante modulata che si propaga dal trasmettitore in entrambe le direzioni lungo il segmento Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 37/42 CSMA Non c'é nessun controllo centralizzato per gestire la trasmissione Ethernet utilizza CSMA (Carrier Sense with Multiple Access) per coordinare la trasmissione fra i vari calcolatori collegati al bus Carrier Sense with Multiple Access Multiple access - molti calcolatori possono essere collegati e possono essere trasmettitori Carrier sense - un calcolatore che vuole trasmettere verifica la disponibilità del bus prima di trasmettere. Due possibili politiche di gestione del canale condiviso: CD: collision detection, tipica di reti su cavo; CA: collision avoidance, tipica di reti wireless. Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 38/42 19

20 Token ring Molte tecnologie LAN che usano topologie ad anello utilizzano un token per sincronizzare l'accesso all'anello L'anello é visto come un mezzo di comunicazione singolo e condiviso I bit passano dal trasmettitore attraverso gli altri computer finché non arrivano a destinazione E' necessario un hardware specializzato per passare il token anche se il computer é spento Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 39/42 Token ring IBM Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 40/42 20

21 Uso del token Quando un computer vuole trasmettere, aspetta il token Dopo la trasmissione, il computer trasmette il token sulla rete Il prossimo calcolatore pronto a trasmettere aspetta il token e poi trasmette Token e sincronizzazione Dato che c'é un solo token, solo un computer alla volta può trasmettere Il token é un breve frame riservato che non può comparire fra i dati L'hardware deve essere in grado di rigenerare il token se questo viene perso Il token dà al calcolatore che lo "possiede" il permesso di spedire un frame Se nessuno vuole trasmettere, il token continua a circolare sulla rete Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 41/42 FDDI Fiber Distributed Data Interconnect (FDDI) é un'altra tecnologia ad anello usa fibre ottiche fra le stazioni trasmette dati a 100Mbps Usa coppie di fibre per formare due anelli concentrici Affidabilità FDDI FDDI usa anelli contro-rotanti dove i dati si spostano in direzioni opposte In caso di malfunzionamento di fibre o stazioni, le stazioni rimanenti si riconnettono (loop back) e ri-instradano i dati nell'anello interno Tutte le stazioni configurano automaticamente il loop back monitorando l'anello Vittorio Maniezzo Università di Bologna 09 LAN 42/42 21