Token Ring Reti Locali parte B. Esempio: Token passing B. Protocollo di accesso token passing (802.5) Stato delle stazioni del token ring

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1 Lucidi di ntonio apone- Politecnico di Milano Reti e Sistemi Operativi Token Ring 80.5 Topologia ad anello: Le stazioni sono collegate serialmente tramite mezzo trasmissivo richiuso ad anello. Ogni stazione ripete la trasmissione verso la stazione successiva. Reti Locali parte H G F E Per ragioni di affidabilita la rete e cablata a stella. Il centro stella (concentratore) esclude dalla rete le stazioni guaste o spente. Protocollo di accesso token passing (80.5) token Esempio: Token passing orrisponde ad un protocollo di accesso round robin in cui il permesso di trasmettere viene passato da una stazione alla successiva tramite un particolare pacchetto che prende il nome di token. Una stazioni che vuole trasmettere deve aspettare che arrivi il token, catturarlo, assicurandosi cosi il permesso di trasmettere, trasmettere le trame in attesa, trasmettere il token. Originariamente il token e generato da un stazione eletta ad essere ctive Monitor 3 c c a d a c c a d d c a d 4 IEEE 80.5: formato del pacchetto numero di ottetti Starting elimiter ccess ontrol Frame ontrol Starting delimiter J K 0 J K Formato del Starting ccess Ending elimiter ontrol elimiter token 80.5 Tipo di trama (dati/controllo) estination ddress Ending delimiter J K J K I E J, K = bit che violano il codice Manchester Source ddress INFO formato della trama 80.5 ccess ontrol P P P T M R R R P = priority bit T = Token bit (0 token, dati) M = Monitor bit R = Reservation bit FS Ending elimiter Frame Status Frame Status rr rr e un flag che indica se una stazione ha riconosciuto il dest. e un flag che indica se la stazione di destinazione 5 ha copiato la trama Stato delle stazioni del token ring Ripetitore / ricevente Stazione Funzionamento come ricevitore/ricevente Il ripetitore si limita a passare sul link di uscita il segnale ricevuto sul link di ingresso. Tiene copia del pacchetto in transito. Se il destination e pari al M della stazione setta opportunamente i flag del Frame Status: ( =, = ) trama ricevuta correttamente dalla destinazione 6

2 Stato delle stazioni del token ring Stazione Trasmettitore Funzionamento come trasmettitore opo aver catturato un token la stazione trasmette le proprie trame in coda fino ad un certo numero massimo. Quando le trame trasmesse sono ricevute dalla stazione questa provvede a rilaciare il token che viene trasmesso sul canale verso la stazione successiva. Transizioni di stato Ripetitore Trasmettitore vviene in seguito alla cattura di un token. attura di un token: quando un ripetitore in stato ricevente attaccato ad una stazione con trame d trasmettere riceve Starting delimiter ccess ontrol J K 0 J K P P P 0 token bit cambia il token bit da 0 a e appende le sue trame. Trasmettitore Ripetitore vviene quando la stazione riceve l ultimo bit delle trame trasmesse. 7 8 Strategia di generazione del token Single token Il nuovo token viene generato dopo che la trama trasmessa e stata completamente ricevuta dalla stazione. Single token with early release Il nuovo token viene generato dopo che e stato ricevuto l header della trama trasmessa. Multiple token Il nuovo token viene generato alla fine della trasmissione della trama. 9 Funzioni di supervisione dell ctive Monitor ctive Monitor: E eletta come ctive Monitor la stazione con indirizzo piu grande. Svolge funzioni di supervisione e risoluzione di situazioni di errore. ESEMPIO Problema: circolazione indefinita di trame Se la stazione sorgente si guasta dopo la trasmissione e prima della ricezione della trama questa non viene estratta. ction: Il Monitor marca il bit M delle trame. Se riceve una trama con M =, questo significa che la trama ha gia fatto almeno un giro completo e viene rimossa dal Monitor. 0 Funzioni di supervisione dell ctive Monitor ctive Monitor: E eletta come ctive Monitor la stazione con indirizzo piu grande. Svolge funzioni di supervisione e risoluzione di situazioni di errore. ESEMPIO Problema: perdita di token Se la stazione che trattiene il token per eseguire la trasmissione non lo ritrasmette si osserva assenza di attivita sull anello. ction: Il Monitor ha un timer che viene azzerato ad ogni trama valida o token ricevuto. Se il timer supera un time-out il Monitor trasmette un nuovo token. IEEE 80.5: priorita di accesso Utile per privilegiare applicazioni real time. La priorita indicata nel campo ccess ontrol () del token limita l accesso alle stazioni che abbiano da trasmettere trame con priorita maggiore o uguale di quella specificata. Una stazione che vuole trasmettere ad una data priorita richiede che venga rilasciato un token con tale priorita utilizzando il sottocampo reservation bit nell di un pacchetto in transito. In particolare una stazione scrive in la priorita richiesta purche il valore corrente dei reservation bit sia minore della priorita da richiedere. La stazione che genera il prossimo token ricevuta la segnalazione imposta i priority bit uguali ai reservation bit e azzera i reservation bit.

3 Token Ring: prestazioni Interconnessione di reti locali - ffidabilita Mezzo trasmissivo attivo (soluzioni: bypass stazioni, cablaggio a stella) - M centralizzato - Ritardo di accesso minimo anche in assenza di traffico + ccesso al canale ordinato + Efficienza di banda elevata anche per traffico elevato + Massimo ritardo di accesso garantito + Possibile differenziazione nell accesso al canale tramite il meccanismo a priorita. datto per applicazioni con vincoli sul ritardo di trasmissione. 3 Lan Riconosce se la destinazione della trama è in un segmento diverso da quello su cui ha ricevuto la trama e, in caso, provvede a trasmettere la RI GE trama sul segmento verso la destinazione. La trasmissisone avviene secondo le regole del protocollo M usato sul segmento. L interconnessione di LN tramite bridge e un dominio di broadcast ma non un dominio di collisione (solo trasmissioni contemporanee sullo stesso segmento causano una collisione) 4 IP RP LL M M ridge ridge M relay M IP RP LL M ifferenza fra Repeater e ridge bit Repeater Lan Espleta funzioni di Filtering: se una trama ricevuta da Lan e indirizzata ad una stazione di Lan. Relay: se una trama ricevuta da Lan e indirizzata ad una stazione di la trama viene trasmessa su secondo le regole del protocollo M corrispondente. 5 Store and forward dei bit ridge trame Store and forward dei pacchetti 6 Vantaggio dell interconnessione di reti locali Possibile interconnettere apparecchiature in aree geograficamente piu estese (es. rete di campus) Throughput piu elevato trasmissioni contemporanee su piu segmenti di LN sono possibili e non generano collisioni. Reliability Sicurezza VLN 7 rchitettura di un bridge Per stabilire se filtrare/instradare una trama si consulta una tabella di instradamento locale chiamata forwarding data base (o F) Lan PU Porta Lan # Porta Lan # Filtering atabase Filtering atabase M estinazione Port Porta su cui instradare 8 3

4 Trama ricevuta senza errori sulla porta X Scarta la trama ridge Forwarding SI estinazione esistente nel filtering? SI Porta di uscita coincidente con la porta X? NO Instrada la trama sulla porta d uscita NO Instrada la trama su tutte le porte eccetto X 9 ackward Learning Metodo rapido ed efficace per riempire la F basato sull osservazione delle trame in direzione opposta Trama ricevuta dal processo di instradamento La validita delle entry della F e limitata (default: 300 s) Sorgente esistente nel filtering? SI ggiorna porta di uscita e timer corrispondenti Fine NO ggiungi la nuova sorgente al filtering data base con timer e porta d uscita 0 Esempio Esempio.M E.M F.M G.M.M E.M F.M G.M Porta Ethernet Porta Ethernet Ethernet Porta Filtering atabase M Port Ethernet Filtering atabase M Port Porta.M.M.M.M.M.M.M ackward Learning.M E.M Esempio Non avendo nel filtering database F.M G.M la trama e inviata su tutte le altre porte.m E.M Esempio F.M G.M e raggiungibile tramite la stessa porta da cui e stata ricevuta la trama: filtering Porta Ethernet Porta Ethernet Ethernet Porta Filtering atabase M Port.M Ethernet Porta Filtering atabase M Port.M.M.M.M.M.M.M.M 3 ackward Learning 4 4

5 .M Esempio: F completo E.M F.M G.M.M E.M Esempio F.M G.M F non e raggiungibile tramite la stessa porta da cui e stata ricevuta la trama: forwarding Ethernet Porta.M.M Porta.M Ethernet Filtering atabase M Port F.M.M.M.M E.M F.M G.M 5 F Porta Ethernet Porta.M.M.M Ethernet Filtering atabase M Port.M.M.M.M E.M F.M G.M 6 Spanning Tree L interconnessione di LN e di solito una topologia magliata miglior fault tolerance Lan 5 Lan 4 Lan Lan 3 Per funzionare correttamente l algoritmo descritto in precedenza deve operare su una topologia ad albero. Se sono presenti cicli in pochi attimi si bloccano tutti i sistemi connessi alla rete (roadcast Storm). 7 M Port Z.M W roadcast Storm W.M.M non e nei Forwarding atabase dei ridge. La trama e trasmessa sulle porte di uscita Lan X Y M Port.M Y 8 M Port Z.M Z roadcast Storm.M non e nei Forwarding atabase dei ridge. La trama e trasmessa sulle porte di uscita Lan X M Port.M X M Port Z.M W roadcast Storm.M non e nei Forwarding atabase dei ridge. La trama e trasmessa sulle porte di uscita Lan X M Port.M Y W Y W Y 3.M 9.M 30 5

6 lgoritmo di Spanning Tree Permette di ricavare, a partire da una topologia fisica magliata, una topologia logica ad albero. La topologia logica ad albero e realizzata ponendo in stato di blocco delle porte. Una porta bloccata lascia passare i messaggi del protocollo di spanning tree ma non le trame dati. porta Lan 5 Lan 4 Lan Requisiti dell algoritmo di spanning tree Lo STP deve convergere in tempi rapidi La topologia attiva deve essere stabile e predicibile Fissato l insieme dei parametri di configurazione e a parita di link e apparati funzionanti la topologia calcolata deve essere sempre la stessa La banda necessaria per lo scambio di messaggi del protocollo non deve essere troppo elevata Lo STP deve essere plug&play Una volta configurato deve funzionare correttamente senza chiedere l intervento del network manager bloccata Lan 3 porta bloccata 3 3 lgoritmo di Spanning Tree Viene eletto il root bridge (la radice dello spanning tree) iascun bridge individua la root port (la porta a distanza minore dal root bridge) Per ciascuna LN si sceglie il designated bridge di interconnessione con il root bridge. La porta di connessione del designated bridge con la LN e detta designated port. Le root port e le designated port sono lasciate attive, mentre tutte le altre porte sono messe in uno stato di blocking la topologia logica risultante e un albero ricoprente. 33 Elezione del Root ridge Il primo passo compiuto dallo STP e la selezione del Root ridge. Per eleggere il Root ridge si utilizza il ridge I, identificativo univoco di 64 bit dei ridge Presenti sulla rete. 6 bit 48 bit Priorita ridge M ddress Il campo Priorita e settabile dall amministratore di rete. Il ridge M ddress corrisponde al piu piccolo tra i M ddress delle porte del ridge. l termine del processo di elezione viene scelto come 34 Root ridge il ridge con ridge I minore. Selezione della Root Port Una volta completata l elezione del Root ridge, ciascun ridge identifica la sua porta piu vicina al Root ridge come Root Port. La distanza e espressa in termini di costo tramite il parametro Root Path ost, e, a parita di costo dei diversi link (situazione comune nelle reti locali) corrisponde al numero di hop attraversati Selezione della esignated ridge Port Su ciascuno dei segmenti di LN a cui siano connessi piu di un ridge viene eletto un esignated ridge incaricato di inoltrare le trame nella direzione del root ridge La porta tramite cui il esignated ridge e connesso alla LN prende il nome di esignated ridge Port. Viene scelto come esignated ridge il ridge a distanza minima dal Root ridge e, a parita di distanza, il ridge con minor ridge I. 35 Le porte del Root ridge sono esignated ridge Ports! 36 6

7 Esempio: protocollo di Spanning Tree Lan c-0-a0-30 Lan c ridge_prio: ridge_m_: b-5-- Lan Lan b b-aa c-0-a c Esempio: protocollo di Spanning Tree RP 0 RP 0 ridge_prio: ridge_m_: b-5-- RP 0 Maglia prima del calcolo dello ST Spanning Tree calcolato dall algoritmo 37 Root Path 38 RP 0 RP 0 Lan 5 RP 0 Lan RP 0 RP 0 Lan 4 Lan b RP b-aa RP 0 ost Tipi di bridge I bridge che abbiamo descritto sono denominati transparent bridging L interconnessione di LN e del tutto trasparente all utente Transparent bridging e lo standard IEEE 80. Esiste anche il source bridging le stazioni indicano esplicitamente nella trama la sequenza di bridge da attraversare per conoscere i cammini verso una destinazione la stazione effettua il broadcasting di una trama verso Source bridging Instradamento di una trama: le stazioni indicano esplicitamente nella trama la sequenza di bridge da attraversare I bridge si limitano a seguire quanto indicato nella trama Individuazione dei cammini verso una destinazione: se la stazione non conosce cammini verso la destinazione effettua il flooding di una trama di richiesta verso la destinazione. mano a mano che attraversa bridge verso la destinazione ciascuna delle trame generate dal flooding aggiorna una lista di bridge attraversati. Le trame che raggiungono la destinazione contengono l indicazione di tutti i vari cammini verso la destinazione. Vengono quindi riinviate alla sorgente che stabilisce quale cammino scegliere nella trasmissione delle trame. la destinazione Pro: Source bridging Possibilita di fare load balancing Selezione del cammino ottimo ontro: Pesante overhead dovuto al processing ed alla trasmissione delle trame durante il processo di route discovery Operazioni aggiuntive richieste alle stazioni (non e un bridging trasparente) IP RP LL M ridge con M diversi M ridge M relay M Lan IP RP LL M Il bridge deve opportunamente modificare la trama M e ricalcolare il FS Non puo effettuare la segmentazione 4 4 7

8 Half ridge reano una LN a estensione geografica onnette due metà di un bridge a lunga distanza tramite tunnel punto-punto o con reti esistenti (X.5, Frame Relay, IP, HL) LN unica Half ridge Inbusta la trama M nei servizi offerti da collegamenti a lunga distanza Half ridge M M relay Livello 3 Livello Half ridge M relay Livello 3 M Livello ominio a Half bridge Half bridge ominio b ominio a RETE o punto-punto ominio b M ccesso Multiplo asuale: prestazioni Richiamo sui processi casuali Processo puntuale: descrive la posizione di punti su un asse orientato (in generale l asse temporale!) descrizione: n(0,t) numero di punti nell intervallo [0,t] n(t,t+τ) numero di punti nell intervallo [t,t+τ] 0 n(0,t) t n(t,t+τ) τ Richiamo sui processi casuali Processo di Poisson: ) La probabilità che ci sia un punto di Poisson in un intervallo infinitesimo dt è pari a: P [ n( t, t + dt) = ] = λdt dove il paramtero λ rappresenta la frequenza del processo (in punti per unità di tempo). Richiamo sui processi casuali Processo di Poisson: ) La probabilità che ci siano più punti in un intervallo infinitesimo dt è nulla [ ( t, t + dt) > ] = 0 P n 3) Il numero di punti presenti in un intervalli di tempo disgiunti sono variabili causali indipendenti

9 Richiamo sui processi casuali Processo di Poisson: La probabilità che vi siano k punti di Poisson in un intervallo temporale τ è pari a: ( λτ ) k! λτ [ ( t, t + τ )] = e P n k Prestazioni dell LOH puro si consideri il processo del traffico sul canale, ossia il processo puntuale dell'inizio delle trasmissioni che si possono osservare sul canale Si assuma che il processo del traffico di canale sia assimilabile a un processo di Poisson la frequenza del traffico, è indicata con G trasmissioni nell'unità di tempo T pari al tempo di trasmissione dei pacchetti supposti di lunghezza costante. 49 T 50 Prestazioni dell LOH puro La probabilità che un pacchetto venga trasmesso senza essere disturbato da altri è pari alla probabilità che nessun altro pacchetto venga trasmesso T secondi prima e T secondi dopo l'inizio della trasmissione del pacchetto in oggetto in caso contrario le trasmissioni si sovrapporrebbero Inizio t-t+ε trasmissione t t+t-ε Prestazioni dell LOH puro Per l'assunzione sul processo di Poisson sul traffico la probabilità che una trasmissione non venga interferita da altre (probabilità di successo Ps) è data dalla probabilità che nell'intervallo T non vi siano altre trasmissioni e quindi: Ps = e G t 5 si ricordi che: ( λτ) k! λτ [ ( t, t + τ )] = e P n k 5 Prestazioni dell LOH puro Il numero medio di pacchetti trasmessi con successo in un intervallo di tempo T risulta allora essere: G S = Ge Tale valore definisce quello che viene indicato come throughput del sistema espresso appunto in pacchetti trasmessi nell unità di tempo T (varia quindi tra 0 e ). Prestazioni dell LOH puro 0,4 0,3 S 0, 0, Sarà stabile? loha Il processo G è stazionario? loha G

10 Prestazioni dello slotted-loh si assume un parziale coordinamento fra le stazioni, consistente nel sincronismo dei possibili istanti di trasmissione, che distano T (slotting del tempo) le stazioni dunque hanno in comune un riferimento temporale e possono trasmettere solo iniziando al tempo 0, T, T, Prestazioni dello slotted-loh ppare chiaro che il sincronismo evita il caso di sovrapposizioni parziali delle trasmissioni e quindi la collisioni si ha solo se altri pacchetti partono nello stesso istante del pacchetto scelto unque, col modello semplificato visto prima, la probabilità di non avere collisione è data da: Ps = e G T Prestazioni dello slotted-loh S = Ge E quindi il throughput: G 0,4 0,3 S 0, 0, loha S-aloha Prestazioni del SM L'operazione del SM consiste nel monitorare il canale e nell'astenersi da ogni trasmissione se il arrier Sensing indica che il canale è già occupato. Se il canale è libero il protocollo agisce come l'loh e trasmette appena pronto il messaggio. In caso di collisione un nuovo tentativo viene effettuato dopo un ritardo casuale G Prestazioni del SM Si noti che nonostante l'ascolto del canale le collisioni sono ancora possibili se il tempo di propagazione fra una stazione e l'altra è τ maggiore di 0, come avviene in pratica Inizio trasmissione collisione t Prestazioni del SM Per le prestazioni si assuma lo stesso modello dell LOH con T tempo di trasmissione del pacchetto τ tempo di propagazione a=τ/t si assume inoltre la modalità non-persistent (l unica che consente di trattare facilmente il traffico sul canale) Periodo cieco = τ t

11 Si può mostrare che: S 0,75 0,5 0,5 0 Prestazioni del SM loha S-aloha a=0. a=0.0 a=0.00 a=0 ag Ge S = G( + a) + e 0,0 0, 0 00 G ag 6 Prestazioni del SM- ome nel SM ma con in più la possibilità di interrompere la trasmissione appena ci si accorge della collisione. Per le prestazioni si assume sempre lo stesso modello con T tempo di trasmissione del pacchetto τ tempo di propagazione a=τ/t δ tempo per accorgersi della collisione e interrompere si assume sempre la modalità non-persistent 6 Si ha: Prestazioni del SM- S = G( + a) + e ag Ge G( δ )( e ag ag ) per δ=0: 0,75 SM SM- a=0.0 S 0,5 a=0. 0,5 a= ,0 0, 0 00 G 63