Introduzione alle Reti Telematiche Centro Multimediale Montiferru

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1 Domande di verifica: Standard IEEE 802.2, IEEE I protocolli di sottolivello MAC (Medium Access Control) hanno lo scopo A. di permettere la condivisione di un canale punto-punto B. di permettere la condivisione di un canale broadcast mediante un algoritmo distribuito C. di permettere la condivisione di un canale broadcast mediante un algoritmo centralizzato La risposta corretta è la B Il livello MAC è uno dei due sottolivelli in cui è stato suddiviso il livello collegamento (data-link) del modello di riferimento ISO-OSI, dal progetto IEEE 802 che definisce gli standard per le reti locali (LAN). L altro sottolivello è il livello LLC (Logical Link Control). Mentre il livello MAC s interfaccia inferiormente con il livello fisico e superiormente con il livello LLC, il livello LLC s interfaccia superiormente con il livello rete (livello 3). Il livello MAC ha il compito di gestire l accesso al mezzo trasmissivo che nel reti LAN è condiviso tra più stazioni (no collegamento punto-punto). Il livello MAC offre un servizio al livello LLC di tipo non orientato alla connessione, ma di tipo datagram (senza riscontro). L algoritmo usato a livello MAC è distribuito e quindi non centralizzato. Questo significa che tutte le stazioni sono paritetiche. Non c è una stazione master che controlla tutte le altre. L accesso al canale condiviso è a contesa. Il canale è di tipo broadcast in quanto quando una stazione trasmette tutte le altre stazioni ricevono il segnale trasmesso ma solo chi s identifica come destinatario del messaggio preleva il messaggio mentre tutte le altre scartano il messaggio. Poiché il mezzo trasmissivo è condiviso può succedere che due stazioni collidano. In tal caso il protocollo di livello MAC deve provvedere alla ritrasmissione delle PDU trasmesse senza successo. Il livello LLC fornisce invece una interfaccia unificata verso il livello rete vale a dire indipendente dai protocolli usati a livello MAC (Ethernet, Token Ring, Wlan, Token Bus etc). 2. Lo standard IEEE (CSMA/CD) prevede unità dati A. Di dimensione variabile tra 64 e 1518 ottetti B. Di dimensione fissa pari a 53 ottetti C. Di dimensione variabile tra 53 e 4500 ottetti Autore: Luca Orrù 1

2 Il formato delle PDU di livello MAC nello standard è il seguente: Preambolo SFD DSAP SSAP LEN DATI Pad FCS LLC-PDU 7 Byte 1Byte 6Byte 6Byte 2Byte da 0 a 1500 da 0 a 46 4Byte Byte Byte Lo standard IEEE prevede una dimensione minima del pacchetto pari a 64 Byte (512 bit) e una dimensione massima pari a 1518 Byte 1518Byte=DATI+DSAP+SSAP +LEN+FCS= la variabilità della lunghezza della PDU dipende dalla dimensione della LLC PDU ch e diventa campo dati della PDU di livello MAC. Se la LLC-PDU ha dimensione 1500Byte allora il campo PAD ha dimesione 0; se invece la LLC PDU ha dimensione 0 allora il campo PAD ha dimensione 46Byte che portano la MAC-PDU ad avere dimensione di 64Byte. In questo calcolo non vanno inclusi il campo preambolo e il campo SFD (Start Frame Delimiter) Vediamo il significato dei vari campi della PDU di livello MAC. Il campo preambolo di 7 byte permette la sincronizzazione del ricevitore sul clock del trasmettitore ossia serve ad avvertire il ricevitore che è in arrivo un pacchetto. La sequenza di preambolo è la seguente: Il campo SFD (Start Frame Delimiter) permette in un byte di identificare l inizio della trama vera e propria. I campi DSAP e SSAP contengono rispettivamente l indirizzo MAC della scheda di rete di destinazione (48 bit=6byte) e della scheda di rete sorgente. Il campo LEN di 2 byte specifica la lunghezza del successivo campo dati che può avere come già detto dimensione variabile dipendente da ciò che è stato passato dal livello LLC. Il campo Pad (Padding) permette di allungare la dimensione del pacchetto (senza contare preambolo e SFD) alla dimensione minima di 64 byte. Lo standard prevede questa dimensione minima del pacchetto per poter gestire le collisioni. Il campo FCS (Frame Check Sequenze) serve per implementare un controllo di errore sul pacchetto. Si noti come il formato della PDU di livello MAC non prevede un delimitatore di fine trama. Questo ruolo è svolto da un parametro chiamato IPG (Inter Racket Gap) o IFG (Inter Frame Gap). E il tempo che deve trascorrere tra la fine di una trasmissione e l inizio della successiva in modo da consentire alla stazione ricevente di poter distinguere due pacchetti successivi. IPG = 9,6microsecondi Autore: Luca Orrù 2

3 3. Il protocollo di accesso CSMA/CD è adottato nella rete locale standardizzata nel documento A. IEEE B. IEEE C. IEEE D. IEEE Il protocollo CSMA/CD è adottato nelle reti LAN di tipo Ethernet (standard 802.3). IEEE è adottato nelle LAN di tipo token bus (bus con token), IEEE è adottato nelle LAN di tipo Token Ring (anello con token) e infine IEEE è adottato nelle reti LAN di tipo FDDI (anello o doppio anello con token ma su fibra ottica). 4. I vincoli sulla massima estensione di una rete locale IEEE (CSMA/CD) derivano: A. dal numero di bit che sarebbero necessari per numerare le unità dati nel caso di grandi ritardi di propagazione B. sia dall attenuazione dei segnali sui mezzi trasmessivi, sia dai ritardi massimi tollerati dagli utenti del servizio MAC C. sia dal ritardo di propagazione dei segnali da un estremo all altro della rete, sia dall attenuazione sui mezzi trasmissivi La risposta corretta è la C Se la rete è molto estesa il segnale si attenua troppo e quindi occorrono dei ripetitori lungo il collegamento che amplifichino il segnale. Inoltre, all aumentare della estensione della rete, il ritardo di propagazione (RTD: Round Trip Delay) cresce. Poiché in ethernet il canale è condiviso ed è a contesa vi è da considerare il problema delle collisioni. Affinché una stazione possa rilevare una collisione è necessario che sia ancora in trasmissione quando arriva il pacchetto della altra stazione. E quindi necessario che il tempo di trasmissione del suo pacchetto sia inferiore al RTD altrimenti non rileva una eventuale collisione. Maggiore è la lunghezza della rete maggiore è l RTD e quindi maggiore probabilità che una stazione finisca di trasmettere prima di aver rilevato la collisione. Occorre quindi limitare l RTD per avere minor probabilità di non rilevare le collisioni. Autore: Luca Orrù 3

4 5. Il preambolo che viene anteposto alle unità dati IEEE (Ethernet) è necessario per A. Consentire ai ripetitori di ritrasmettere le unità dati alla stessa velocità alla quale sono stati ricevuti B. Consentire la sincronizzazione dei ripetitori e dei ricevitori incontrati sulla rete locale C. Consentire di mantenere la rete sincrona La risposta corretta è la B Infatti ogni stazione in Ethernet può vedere arrivare un pacchetto in qualsiasi momento in quanto il protocollo è non deterministico. Occorre quindi avvisare il ricevitore in modo da farlo sincronizzare. La risposta C è falsa in quanto la trasmissione in ethernet è asincrona. 6. L introduzione di un numero eccessivo di repeater in una rete locale in tecnologia Ethernet 10 base 2 potrebbe avere come conseguenza A. La comparsa di trame duplicate B. La collisione tra stazioni che iniziano contemporaneamente la trasmissione C. L attenuazione eccessiva del segnale se il diametro complessivo della rete supera i 100 metri D. La mancata rilevazione di avvenuta collisione da parte delle stazioni che hanno trasmesso La risposta corretta è la D La rete Ethernet 10 base 2 è una rete locale con topologia a bus su cavo coassiale di tipo thin (sottile) con lunghezza massima pari a 185metri. L introduzione di ripetitori genera un ritardo di circa 5,3microsec per ogni ripetitore introdotto. Questo ritardo va a sommarsi al ritardo di propagazione del segnale lungo il collegamento. Nel dimensionamento di una rete bisogna sempre considerare il caso peggiore possibile ovvero pacchetto di dimensione minima (576 bit) e massima distanza tra le stazioni che devono comunicare. In questo caso una stazione rileva la collisione solo dopo il tempo RTD (Round Trip Delay). Il RTD è il doppio ritardo di propagazione. Ma una stazione può rilevare una collisione solo se è ancora in trasmissione quando gli arriva il pacchetto corrotto dall altra stazione. Se il tempo necessario per trasmettere il suo pacchetto è più breve del tempo RTD allora essa non si accorge di avere colliso e pensa che la sua trasmissione sia andata bene. Se si introducono molti ripetitori, il tempo RTD viene incrementato di 5,3 microsec * numero ripetitori e quindi è molto probabile che una stazione finisca di trasmettere prima di ricevere il pacchetto corrotto in arrivo dall altra stazione non rilevando quindi la collisione. La risposta A è falsa in quanto la trama trasmessa da una stazione arriva al ripetitore Autore: Luca Orrù 4

5 che la ritrasmette sull altro segmento dopo averla rigenerata (amplificata), ma non si generano trame duplicate. La risposta B è troppo generica in quanto anche senza ripetitori si genererebbe collisione. La risposta C è falsa perché la lunghezza massima (diametro) in ethernet 10 base 2 è come già detto di 185 metri. 7. In CSMA/CD A. Trasmetto solo su prenotazione B. Trasmetto quando trovo il canale libero C. Trasmetto indipendentemente dal fatto che il canale sia libero La risposta corretta è la B Una stazione prima di trasmettere ascolta il canale; se sente il canale libero trasmette altrimenti ritenta la trasmissione in un istante successivo. N.B. Non è detto che sentendo il canale libero questo sia effettivamente libero. Questo è dovuto ai tempi necessari per la propagazione del segnale da un punto all altro della rete e che può causare il fenomeno della collisione. La risposta C è relativa al protocollo Aloha. In questo protocollo una stazione che ha dati da trasmettere non fa alcun controllo preventivo sul canale, ma trasmette immediatamente e se collide ritrasmette dopo un intervallo di tempo casuale. La risposta A è relativa al protocollo CSMA/CA usato nelle WLAN. Le modalità di accesso al canale possono essere due: accesso base e accesso con handshaking ovvero con RTS e CTS nella quale una stazione prima di trasmettere deve prenotare il canale mandando un frame chiamato RTS e attendere il frame CTS che ne autorizza l accesso. 8. In CSMA e CSMA/CD 1 persistente A. Se trovo occupato continuo ad ascoltare e ritrasmetto appena il canale si libera B. Se trovo occupato aspetto un tempo casuale e riprovo C. Se trovo occupato continuo ad ascoltare, con probabilità P, e riprovo dopo un tempo casuale, con probabilità (1-P) E chiamato 1 persistente perché la stazione trasmette con probabilità 1 non appena sente il canale libero. Se collide, attende un intervallo di tempo casuale prima di ritentare. La risposta B è relativa al CSMA/CD 0 persistente. In questo caso se una stazione sente il canale occupato, non continua ad ascoltare il canale attendendo di sentirlo libero, ma se ne va a dormire per un intervallo di tempo casuale al termine del quale riascolta il canale. La risposta C è relativa al CSMA/CD P persistente. Autore: Luca Orrù 5

6 9. A livello MAC, nel caso di trasmissione unicast: A. Il primo bit trasmesso sul canale è 0 B. Tutti i bit trasmessi sono a 1 C. Il primo bit trasmesso sul canale è 1 e indica un gruppo di stazioni La risposta corretta è la C A livello MAC si usano tre tipi di indirizzo: Unicast o singlecast: l indirizzo indica una sola stazione della rete e il primo bit trasmesso sul canale è 0. Multicast: l indirizzo si riferisce ad un gruppo di stazioni facenti parte della LAN; il primo bit trasmesso sul canale è posto a 1. Broadcast: l indirizzo contiene tutti 1 (FFFFFFFFFFFF) e il pacchetto in questo caso è diretto a tutte le stazioni della rete LAN. 10. Il campo PAD delle unità dati IEEE è necessario per A. Sincronizzare il ricevitore B. Specificare la lunghezza del campo dati che contiene l unità dati LLC C. Delimitare l inizio della trama D. Allungare l unità dati MAC fino alla dimensione minima La risposta corretta è la D Come già visto nella domanda 2, il campo Pad (Padding) permette di allungare la dimensione del pacchetto (senza contare preambolo e SFD) alla dimensione minima di 64 byte prevista dalla standard ethernet. La risposta A si riferisce al campo preambolo. La risposta B si riferisce al campo LEN di 2 byte. La risposta C si riferisce al campo SFD. 11. Il protocollo Aloha puro A. È meno efficiente del protocollo CSMA/CD B. È più efficiente C. Ha la stessa efficienza. Il protocollo Aloha puro è meno efficiente del CSMA/CD in quanto se una stazione collide questa non interrompe la trasmissione ma continua a trasmettere tutta la trama che stava trasmettendo. In tal modo la stazione sta impegnando il canale per trasmettere informazione che dovrà essere poi ritrasmessa. La stazione non blocca la Autore: Luca Orrù 6

7 trasmissione perché si accorge di aver colliso solo dopo che è trascorso un tempo pari al doppio del ritardo di propagazione senza che abbia ricevuto alcun riscontro (ACK). Nel CSMA/CD invece, una stazione quando si accorge di aver colliso, interrompe la trasmissione e invia una sequenza di jamming per avvisare le altre stazioni che i bit fino ad allora ricevuto vanno scartati. 12. Il Round Trip Delay A. Deve essere inferiore alla durata minima della trasmissione B. Deve essere maggiore della durata minima della trasmissione C. E il tempo minimo che deve trascorrere tra la fine di una trasmissione e l inizio della successiva Il Round Trip Delay (RTD) rappresenta il tempo di propagazione del segnale nel caso peggiore possibile (distanza massima tra le stazioni). Se l RTD fosse maggiore della durata minima della trasmissione allora il trasmettitore termina la sua trasmissione senza che veda arrivare il segnale dall altra stazione (stazione con cui ha colliso). In questo modo non si accorge di eventuali collisioni e pensa erroneamente che il suo pacchetto sia stato trasmesso correttamente e non lo ritrasmette. 13. Gli indirizzi MAC A. Sono univoci a livello mondiale, rappresentati su 6 bit, di cui i primi 3 identificano il vendor code e gli ultimi 3 il numero progressivo assegnato dal costruttore B. Sono univoci a livello mondiale, rappresentati su 48 bit di cui i primi 3 byte identificano il vendor code e gli ultimi 3 byte identificano il numero progressivo assegnato dal costruttore alla scheda di rete C. Non sono univoci a livello mondiale e sono rappresentati su 6 byte La risposta corretta è la B Sono univoci a livello mondiale, rappresentati su 6 byte (48 bit) come coppie di cifre esadecimali. I primi 3 byte identificano il vendor code ovvero l identificativo univoco assegnato dall IEEE al produttore della scheda di rete e gli altri 3 byte sono usati in modo progressivo dal produttore per identificare le proprie schede. Autore: Luca Orrù 7

8 14. Descrivere le caratteristiche principali della rete Ethernet La rete Ethernet è una rete locale (LAN) e come tutte le reti locali si basa su un canale trasmissivo di tipo broadcast. Questo significa che quando una stazione trasmette (invia un pacchetto), il pacchetto trasmesso arriva a tutte le altre stazioni della LAN. Il broadcast può essere realizzato sia fisicamente, usando un mezzo trasmissivo broadcast (bus), sia logicamente (topologia fisica non broadcast, ma per esempio ad anello o a stella, ma topologia logica di tipo broadcast). Ad esempio, si potrebbero collegare le stazioni attraverso un centro stella (HUB) che ha il compito di ritrasmettere il pacchetto ricevuto da una stazione a tutte le altre stazioni della LAN (quindi tipologia fisica a stella ma topologia logica di tipo broadcast). Le prime implementazioni di rete ethernet erano con topologia a bus su cavo coassiale. Ora le ethernet sono tipicamente con topologia a stella su doppino telefonico di categoria 5 o 5E o su fibra ottica. Nella Ethernet base la velocità di trasmissione supportata è di 10Mbps (velocità dei dati quando viaggiano sulla rete) ma può crescere fino a 100Mbps (Fast Ethernet: standard 802.3U) e a 1Gbps (Gigabit Ethernet:standard 802.3Z). Il throughput, ovvero la velocità effettiva è però di 4Mbps, in quanto le stazioni in una LAN non trasmettono in modo continuo ma a burst (trasmissione discontinua). Le stazioni in una LAN Ethernet gestiscono l accesso al mezzo autonomamente usando un protocollo non centralizzato ma distribuito. Il canale è condiviso e l accesso è a contesa. Due stazioni possono trasmettere contemporaneamente e in tal caso collidono. Per regolare l accesso al mezzo fisico condiviso le stazioni usano il protocollo CSMA/CD che consiste nell ascolto del canale prima di trasmettere e consente di rilevare le collisioni e di ritentare la trasmissione successivamente. Per maggiori dettagli vedi domanda successiva. La massima estensione di una rete Ethernet è limitata sia dal ritardo di propagazione dei segnali da un estremo all altro della rete, sia dall attenuazione sui mezzi trasmissivi. L attenuazione del segnale sul mezzo trasmissivo necessita l introduzione di ripetitori che introducono però dei ritardi che fanno diminuire l estensione massima della rete. Le diverse tipologie di rete Ethernet sono identificate con l acronimo XBaseY, in cui la X identifica la velocità di trasmissione, Base identifica una trasmissione in banda base e infine Y può essere un numero oppure una lettera. Nel caso Y sia un numero esso identifica la lunghezza massima di un segmento di rete; nel caso Y sia una lettera esso specifica il tipo di mezzo trasmissivo. Le più diffuse soluzioni sono: 10Base5: rete a 10Mbps su cavo coassiale spesso (Thik) e con lunghezza massima di segmento pari a 500 metri. 10Base2: rete a 10Mbps su cavo coassiale sottile (Thin) e con lunghezza massima segmento pari a 185 metri. Autore: Luca Orrù 8

9 10Base-T: rete a 10Mbps su doppino (T=Twisted) non schermato UTP con topologia a stella e lunghezza massima segmento pari a 100metri. 10Base-F: rete a 10Mbps su fibra ottica. 15. Descrivere le principali caratteristiche del protocollo CSMA/CD Il protocollo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detaction) è il protocollo usato nelle reti Ethernet per la gestione dell accesso al mezzo trasmissivo condiviso e delle collisioni. E un protocollo di tipo distribuito, vale a dire che tutte le stazioni regolano autonomamente l accesso al mezzo, e non deterministico. Non deterministico significa che una stazione non sa quando riceverà un pacchetto in quanto il canale è ad accesso multiplo (più stazioni possono accedere contemporaneamente al canale e in tal caso collidono e devono attendere un intervallo di tempo casuale prima di ritrasmettere). Il protocollo si divide in tre parti: CS (Carrier Sense): prima di trasmettere una stazione ascolta il canale. Se la stazione sente che il canale è libero trasmette altrimenti attende. Si tratta di un ascolto fisico del canale (ascolto di portante fisica: segnale elettrico). Se la stazione trasmette il suo segnale si propaga a tutte le altre stazioni realizzando il broadcast. MA (Multiple Access): Più stazioni possono accedere al mezzo trasmissivo contemporaneamente perché due stazioni ascoltando il canale possono ritenere che il canale sia libero e cioè non sentire un altra trasmissione in corso. Questo può accadere a causa del tempo necessario al segnale per propagarsi da un punto all altro della rete. Il fatto che due stazioni trasmettano contemporaneamente da luogo al fenomeno della collisione che deve essere gestito in maniera opportuna ritrasmettendo i frame danneggiati. CD (Collision Detaction): le stazioni durante la trasmissione continuano ad ascoltare il canale e sono in grado di rilevare una collisione. Una collisione è una sovrapposizione di due segnali. Una stazione si accorge di aver colliso quando ascoltando il canale sente un segnale di maggior potenza rispetto a quello che ha trasmesso. A questo punto interrompe la sua trasmissione e invia una sequenza di bit (32 o 48) detta sequenza di jamming. La sequenza di jamming funzione da rumore sulla linea e permette di avvisare le stazioni che hanno ricevuto parte della trasmissione di abortire la loro ricezione buttando via (scartando) i bit ricevuti fino ad allora e ripristinare il loro stato. Prima di ritentare la trasmissione le stazioni attendono un intervallo di tempo casuale (tempo di backoff) in modo tale da minimizzare la probabilità di una nuova Autore: Luca Orrù 9

10 collisione. Questo tempo di backoff non da però alcuna garanzia che una stazione non possa collidere nuovamente. Il backoff viene calcolato come segue: tempo di backoff = numero casuale x timeslot = N x timeslot Il timeslot è di 51,2microsecondi (in b è di 20microsec). Il timeslot è pari al tempo necessario a trasmettere una trama Ethernet di dimensione minima (512bit). K con K=min [n,10] con n=numero collisioni. Se una stazione, dopo aver scontato il backoff, collide nuovamente allora il numero casuale N viene estratto all interno di un intervallo doppio rispetto a quello precedente. Il numero casuale N appartiene all intervallo [ 0,2 1] 16. Il livello LLC offre un servizio al livello 3 (livello rete) A. Solo connection oriented B. Connection oriented e datagram C. Solo datagram D. Datagram (servizio senza connessione e senza riscontro), connection oriented e servizio orientato alla connessione ma con riscontro La risposta corretta è la D LLC può offrire tutte e tre le tipologie di servizio al livello superiore ossia al livello A livello LLC A. si effettua un controllo di errore di tipo checksum B. si effettua un controllo di errore di tipo CRC C. non viene fatto controllo di errore La risposta corretta è la C Il controllo di errore è fatto a livello MAC e quindi nelle PDU di livello LLC non c è alcun campo per il controllo di errore. A livello LLC viene invece eseguito il controllo di flusso e di sequenza. 18. A livello LLC le PDU A. Contengono indirizzo sorgente e indirizzo destinazione B. Solo indirizzo destinazione C. Solo indirizzo sorgente D. Non contengono indirizzo sorgente e indirizzo destinazione Autore: Luca Orrù 10

11 Gli indirizzi sono quelli dei punti di accesso al servizio ovvero degli L-SAP. Il formato della PDU di livello LLC è il seguente: DSAP SSAP Controllo DATI informazione 8 bit 8bit 8 o 16 bit 8 x M bit I campi DSAP e SSAP definiscono rispettivamente il destinatario e il mittente a livello LLC della PDU. Le PDU di tipo LLC possono essere di tre tipi: informative (I), di supervisione (S) e non numerate (UN). Il campo di controllo è a 16 bit nel caso di PDU di tipo informazione (PDU I) oppure di tipo supervisione (PDU S) ed è a 8 bit per PDU di tipo non numerato (PDU UN). Il campo controllo definisce quindi il tipo di PDU. 19. Il servizio offerto dal livello MAC alle entità di livello LLC A. E non orientato alla connessione B. E orientato alla connessione C. E di tipo datagram con riscontro Non restituisce degli ACK sulle PDU trasmesse ma effettua solo un controllo di errore mentre il controllo di flusso e di sequenza viene eseguito a livello LLC. 20. In LLC il campo di controllo è: A. Di 1 byte per le trame I e S B. Di 2 byte per le trame UN C. Di 2 byte per le trame I e S e di 1 byte per le trame non numerate La risposta corretta è la C Autore: Luca Orrù 11

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