Sottolivello MAC - Medium Access Protocol

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1 Sottolivello MAC - Medium Access Protocol Sottolivello del data link Regola l accesso al mezzo per reti broadcast LAN e WAN satellitari allocazione statica - a priori allocazione dinamica - in base allo stato Allocazione statica: preallocazione di banda bene solo per numero di utenti costante e data rate costante possibile spreco di banda e incapacità di gestire traffico bursty Allocazione dinamica: adattiva - modello a stazioni che generano frame - tasso di arrivo - singolo canale - collisioni - rilevabile da tutti, ritrasmissione - tempo continuo o discreto(slotted) - ascolto del canale: carrier sense (prima di trasmettere) no c.s. (dopo) Protocollo ALOHA Anni 70, collegamento radio al suolo di computer Pure Alhoa trasmissione - ascolto - confronto - eventuale ritrasmissione dopo un tempo casuale Sotto ipotesi di esponenzialità dei tempi, se in media sono generati G frame si ricava throughput del mezzo Ge -2G max (<20%) per G=0.5 frame per frame time Slotted Alhoa divisione del tempo in intervalli discreti segnale speciale all inizio dell intervallo throughput Ge -G max per G=1 frame per frame time CSMA (Carrier Sense Multiple Access) protocolli con ascolto del canale 1-persistent - se libero trasmette con prob. 1 Non persistentv - se si libera aspetta un tempo random prima di trasmettere P-persistent - se occupato aspetta lo slot, se libero trasmette con prob. p, con prob. 1-p aspetta lo slot RT3.2 1

2 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access - Collision Detection) Le stazioni interrompono la trasmissione se rilevano una collisione Riprovano dopo un tempo casuale >2T, se T è il tempo di propagazione fra gli estremi della rete A T Collisione B T alternanza di periodi di contesa, di trasmissione e di inattività il periodo di contesa: Slotted Aloha con slot di durata 2T (es. per un cavo di 1 km T circa 5 microsecondi) Contesa Contesa Contesa Frame ok * * Frame ok * * * Frame Inattività ok Frame Collisione Collisione Non c'è collisione Non c'è collisione Non c'è collisione RT3.3 Reti ad anello Insieme di interfacce di rete collegate a coppie da linee punto a punto Linea punto a punto unidirezionale Mezzo broadcast equo bit copiati e rigenerati RT3.4 2

3 Reti ad anello :listen mode transmit mode Dalla rete 1-bit delay Alla rete Dalla rete 1-bit delay Alla rete Alla stazione Dalla stazione Alla stazione Dalla stazione Quando una stazione vuole trasmettere deve - aspettare che arrivi il token (in listen mode) - rimuoverlo dal ring (in listen mode) - trasmettere i dati (in transmit mode) - rigenerare il token (in transmit mode) - rimettersi in listen mode RT3.5 LAN - Standard IEEE 802 includono standard per Specifiche generali di progetto (802.1) token ring (802.5) Logical link control, LLC (802.2) DQDB (802.6, per MAN) CSMA/CD (802.3) token bus (802.4, destinato a LAN per automazione industriale) Differenze a livello fisico e nel sottolivello MAC Compatibili a livello data link --->> standard LLC, parte superiore del data link Logical Link Control Livello data link Sottolivello MAC CSMA/CD (Ethernet) bus ring DQDB Livello fisico CSMA/CD (Ethernet) bus ring DQDB RT3.6 3

4 IEEE Ethernet standard CSMA/CD di tipo 1-persistente, a 10Mbps Evoluzione di Ethernet (Xerox, DEC, INTEL su base Alhoa) - thick Ethernet cavo coassiale, 10Base5 (10Mbps, baseband, 500m max) fino a 100 macchine con interfaccia di rete (scheda Ethernet) Cavo Thick (non interrotto) Transceiver drop cable di rete Cavi Thin + transceiver Transceiver, fissato con un vampiro Giunzione passiva a T - thin Ethernet cavo coassiale più sottile, 10Base2 (10Mbps, baseband, 200m max), fino a 30 macchine, allaccio con giunzione a T RT3.7 IEEE doppino telefonico standard 10BaseT, 100m max, 2 macchine, per più di due stazioni un ripetitore (HUB) max lunghezza rete 2,5 km fra qualunque coppia di stazioni max 4 ripetitori max1024 stazioni sulla rete Doppino HUB RT3.8 4

5 IEEE Frame Byte: opp. 6 2 opp Preamble Start of frame Indirizzo destinaz. Indirizzo sorgente Lunghezza dei dati Dati Pad Checksum Preamble 7 byte tutti uguali a , per sincronizzazione Start of frame un byte delimitatore, uguale a Indirizzi 6 byte, univoci a livello mondiale (cablati nell'interfaccia) specifica di un destinatario o un gruppo di destinatari (multicast) oppure broadcast a tutti le stazioni (indirizzo ). Lunghezza dei dati quanti byte nel campo dati (da 0 a 1500) Dati il payload del livello superiore Pad Se il frame (esclusi preambolo e delimiter) è < 64 byte, questo campo lo porta alla lunghezza di 64 byte Checksum codice CRC RT3.9 IEEE Protocollo CSMA/CD di tipo 1-persistent: prima di trasmettere, la stazione aspetta che il canale sia libero appena è libero inizia a trasmettere se c'è una collisione, la circuiteria contenuta nel transceiver invia una sequenza di jamming di 32 bit, per avvisare le altre stazioni se la trasmissione non riesce, la stazione attende una quantità di tempo casuale e poi riprova quanto tempo? binary backoff exponential algorithm: dopo una collisione, il tempo si considera discretizzato (slotted) con uno slot time pari a 51,2 microsecondi (corrispondenti al tempo di trasmissione di 512 bit, ossia 64 byte, pari alla lunghezza minima di un frame senza contare il preambolo ed il delimiter) il tempo di attesa prima della prossima ritrasmissione è un multiplo intero dello slot time, scelto a caso in un intervallo i cui estremi dipendono da quante collisioni sono avvenute dopo n collisioni, il numero r di slot time da lasciar passare è scelto a caso nell'intervallo 0 <= r <= 2 k -1, con k = min (n, 10) dopo 16 collisioni si rinuncia (invia un messaggio di errore al livello superiore) RT3.10 5

6 IEEE Prestazioni Buone - può sopportare un carico medio del 30% (3 Mbps) con picchi del 60% (6 Mbps) - sotto carico medio: 2-3% dei pacchetti ha una collisione - qualche pacchetto su ha più di una collisione Fast Ethernet standard (803.u) del velocità 100 Mbps - doppino di classe 3 (100BaseT4) - doppino di classe 5 (100BaseT) - fibra ottica (100BaseFX) RT3.11 IEEE Ring Ring IBM Velocità 4, 16 Mbps IEEE Velocità 1, 4, 16 Mbps doppino wire center per isolare parti guaste max 260 stazioni Lobo Wire center Relais RT3.12 6

7 IEEE Frame Byte: 1 SD 1 1 AC ED Frame Byte: opp. 6 SD AC FC Indirizzo destinaz. 2 opp. 6 Indirizzo sorgente Da 0 a 30 RI Da 0 a Dati Checksum 1 1 ED FS SD, ED Starting e ending delimiter AC Access control, serve per il controllo dell'accesso8 bit: PPPTMRRR i tre bit P indicano la priorità attuale il bit M serve per il controllo di frame orfani il bit T, detto token bit, identifica un token (0) o un frame (1) i tre bit R indicano la priorità richiesta FC Frame control Indirizzi - Dati - Checksum come RI Routing information FS Frame status RT3.13 IEEE Protocollo Quando il token circola e una stazione vuole trasmettere (listen mode) aspetta che arrivi il token e quando arriva lascia passare SD lascia passare i bit PPP di AC quando ha nel buffer il token bit T > lo cambia in 1, trasformando il token in un frame > invia il bit T modificato sull anello > si mette immediatamente in transmit mode > invia il resto del frame quando il frame è trasmesso se ha ancora THT ( holding time) può trasmettere un altro frame altrimenti rigenera un nuovo token e lo trasmette appena trasmesso l'ultimo bit del token si rimette in listen mode Ogni ring ha una stazione speciale (monitor ) designato all'avvio: rigenera il token se esso si perde ripulisce il ring dai resti di frame danneggiati ripulisce il ring dai frame orfani RT3.14 7

8 IEEE IEEE vantaggi: diffusione - buon funzionamento e prestazioni svantaggi: componenti analogiche (rilevamento collisioni) - prestazioni degradate con carico elevato IEEE vantaggi: totalmente digitale - buon funzionamento e prestazioni sotto carico elevato svantaggi: ritardo anche con carico leggero - monitor RT3.15 IEEE LLC Logical Link Control funzioni - fornire a livello rete una interfaccia unica sopra i sottolivelli MAC - fornire a livello rete eventualmente un servizio migliore di MAC Modello simile a HDLC - modello mittente-destinatario, # sequenze, #ack,... offre un supporto multiprotocollo al livello superiore Liv. network Packet Pacchetto di liv. network Liv. LLC LLC header Packet Frame LLC Liv. MAC MAC header LLC header Packet MAC trailer Frame MAC (es. ring) Liv. fisico RT3.16 8