Le reti Ethernet e IEEE 802.3 Mario Baldi Politecnico di Torino mario.baldi[at]polito.it http://staff.polito.it/mario.baldi Pietro Nicoletti Studio Reti nicoletti[at]studioreti.it http://www.studioreti.it Basato sul capitolo 2 di: M. Baldi, P. Nicoletti, Switched LAN, McGraw-Hill, 2002, ISBN 88-386-3426-2 02_Ethernet Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: page 2
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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 802 02_Ethernet - 3
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
Gli standard principali ELEMENTI PRINCIPALI PROTOCOLLI STANDARD CABLAGGIO STRUTTURATO IEEE 802 EIA/TIA 568 ISO/IEC 11801 02_Ethernet - 5
Architettura protocollare IEEE 802 ISO/OSI IEEE/ANSI ed ISO Livello rete Livello data link Livello fisico 802.3 ISO ISO 8802.3 (CSMA/ (CSMA/ CD) CD) Ethernet 802.2 Logical Link Link Control ISO ISO 8802.2 802.5 ISO ISO 8802.5 Token Ring ISO ISO 9314 9314 FDDI MAC: Medium Access Control PHY: Physical Layer Device 802.11 Wireless LAN LLC MAC PHY 02_Ethernet - 6
Relazione tra i livelli LIVELLO 3 DECNET TCP/IP OSI LLC IEE 802.2 ISO 8802.2 LIVELLO 2 - LLC MAC IEEE 802.3 ISO 8802.3 MAC IEEE 802.5 ISO 8802.5 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
IEEE 802.3 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 802.3 02_Ethernet - 8
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
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 0 8 0 0 2 B 3 C 0 7 9 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
Carrier sense 02_Ethernet - 11
Collisione Nonostante l operazione di carrier sense può comunque avvenire per via della velocità di propagazione dei segnali non infinita Collisione 02_Ethernet - 12
Perchè è importante rilevare le collisioni? Rimanda il pacchetto 02_Ethernet - 13
Collision detection Collisione 02_Ethernet - 14
Formato del pacchetto 64-1518 ottetti 46-1500 ottetti 7 ottetti 1 ottetto 6 ottetti 6 ottetti 2 ottetti 0-1500 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
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
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 46-1500 ottetti 4 ottetti Preambolo SFD Destination Address Source Address Length >1500 Payload (campo dati) PAD FCS FCS IEEE 802.3 0-1500 FCS: Frame Check Sequence PAD: Padding SFD: Starting Frame Delimiter 02_Ethernet - 17
Vari standard a livello fisico ISO/OSI IEEE 802.3 / ISO 8802.3 Livello Rete Livello Data-Link Livello fisico IEEE 802.2/ISO 8802.2 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
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
Standard a livello fisico IEEE 802.3 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
10baseT Standard per IEEE 802.3 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
10baseT Concepito per adattare IEEE 802.3 a cablaggi strutturati: EIA/TIA 568 ISO/IEC 11801 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
Connettori per 10baseT Presa Femmina da parete Spinotto (plug) maschio volante Connettori RJ45 a otto fili 02_Ethernet - 23
Codifica di linea V: Violazione Sequenza di bit 1 0 0 1 1 1 0 V Codifica Manchester 02_Ethernet - 24
Il livello LLC: logical link control ISO/OSI IEEE 802.3 / ISO 8802.3 Livello Rete Livello Data-Link Livello fisico IEEE 802.2/ISO 8802.2 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
La busta LLC Non usata con trame Ethernet v2 Obbligatoria con trame IEEE 802.3 Destination Address Source Address Length 1 ottetto 1 ottetto 1 ottetto 43-1497 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
Estensione SNAP - Subnetwork Access Protocol 1 ottetto 1 ottetto 1 ottetto 3 ottetti 2 ottetti 38-1489 ottetti 4 ottetti 0hFE 0hFE 0h03 0h000000 0h0800 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
Dimensionamento della rete In linea di principio basato sul massimo ritardo di propagazione In pratica... 02_Ethernet - 28
Tipica topologia LAN LAN LAN WAN Ripetitore (hub) Router F.O. 870 m UTP 100 m UTP 100 m F.O. 2000 m F.O. 800 m Bridge Switch Dominio di collisione (3,67 Km) LAN 02_Ethernet - 29
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