Le reti Ethernet e IEEE 802.3 Mario Baldi Politecnico di Torino mario.baldi@polito.it staff.polito.it/mario.baldi Pietro Nicoletti Studio Reti nicoletti@studioreti.it www.studioreti.it Basato sul capitolo 2 di: M. Baldi, P. Nicoletti, Switched, McGraw-Hill, 2002, ISBN 88-386-3426-2 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slide (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori indicati a pag. 1. Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slide. In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deve essere riportata anche in utilizzi parziali. 02_Ethernet Copyright 2002 - M. Baldi - P. Nicoletti: page 2 02_Ethernet - 2 (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. Perchè le? Perchè la maggior parte delle informazioni è trasmessa localmente Le trasmissioni locali sono tipicamente a burst La velocità richiesta è elevata DEFINIZIONE IEEE 802 Mezzo trasmissivo condiviso da tutti gli utenti 02_Ethernet - 3 02_Ethernet - 4
Gli standard principali PROTOCOLLI STANDARD ELEMENTI PRINCIPALI CABLAGGIO STRUTTURATO IEEE 802 EIA/TIA 568 ISO/IEC 11801 Architettura protocollare IEEE 802 ISO/OSI Livello rete Livello data link Livello fisico 802.3 ISO ISO 8802.3 (CSMA/ (CSMA/ CD) CD) Ethernet IEEE/ANSI ed ISO 802.2 Logical Link Link Control ISO ISO 8802.2 802.5 ISO ISO 8802.5 Token Ring ISO ISO 9314 9314 FDDI : Medium Access Control PHY: Physical Layer Device 802.11 Wireless LLC PHY 02_Ethernet - 5 02_Ethernet - 6 Relazione tra i livelli LIVELLO 3 DECNET TCP/IP OSI IEEE 802.3 ISO 8802.3 LLC IEE 802.2 ISO 8802.2 IEEE 802.5 ISO 8802.5 LIVELLO 2 - LLC FDDI ISO 9314 LIVELLO 2 - LIVELLO 1 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 del livello Data-Link CSMA/CD Esiste interoperabilità tra Ethernet v2.0 e IEEE 802.3 10base5 THICK CABLE 10base2 THIN CABLE 10baseT UTP FOIRL, 10baseFP, 10baseFB, 10baseFL FIBER OPTIC 02_Ethernet - 7 02_Ethernet - 8
Il di Ethernet/802.3 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Protocollo : concepito per topologie a bus non deterministico con tempo di attesa non limitato superiormente A B C D E F Indirizzi 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) 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 8 bit Seconda cifra esadecimale dispari (xx xx xx xx xx xx) 02_Ethernet - 9 02_Ethernet - 10 Carrier sense Collisione Nonostante l operazione di carrier sense può comunque avvenire per via della velocità di propagazione dei segnali non infinita Collisione 02_Ethernet - 11 02_Ethernet - 12
Perchè è importante rilevare le collisioni? Collision detection Rimanda il pacchetto Collisione 02_Ethernet - 13 02_Ethernet - 14 Formato del pacchetto Delimitazione delle trame: Inter Packet Gap 64-1518 ottetti 46-1500 ottetti 0-46 7 ottetti 1 ottetto 6 ottetti 6 ottetti 2 ottetti 0-1500 ottetti ottetti 4 ottetti Preambolo SFD Destination Payload Source Length (campo dati) PAD FCS Coda Intestazione FCS: Frame Check Sequence PAD: Padding SFD: Starting Frame Delimiter Pacchetto o trama (TX) 9.6 µs min. (RX) 4.7 µs min. Pacchetto o trama IPG (Inter Packet Gap - termine Ethernet v 2.0) IFS (Inter Frame Spacing - termine 802.3) 02_Ethernet - 15 02_Ethernet - 16
Ethernet v2 o IEEE 802.3? Preambolo Ethernet v2.0 SFD 7 ottetti 1 ottetto 6 ottetti 6 ottetti 2 ottetti 46-1500 ottetti 4 ottetti Preambolo Possono convivere sulla stessa rete senza problemi SFD IEEE 802.3 Destination Destination Source Source Type Length >1500 Payload (campo dati) Payload (campo dati) 0-1500 FCS: Frame Check Sequence PAD: Padding SFD: Starting Frame Delimiter PAD FCS FCS 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 AUI PMA MDI 02_Ethernet - 17 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) Cavo AUI Connettore AUI verso la MAU (femmina) Connettore AUI sulla MAU (maschio) Oggi normalmente MAU è integrato sulla scheda AUI è sulla scheda Importante per usare componenti di costruttori diversi 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 - 19 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 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 - 21 02_Ethernet - 22 Connettori per 10baseT Codifica di linea V: Violazione Sequenza di bit 1 0 0 1 1 1 0 V Presa Femmina da parete Spinotto (plug) maschio volante Codifica Manchester Connettori RJ45 a otto fili 02_Ethernet - 23 02_Ethernet - 24
Il livello LLC: logical link control La busta LLC ISO/OSI IEEE 802.3 / ISO 8802.3 Livello Rete Non usata con trame Ethernet v2 Obbligatoria con trame IEEE 802.3 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 AUI PMA MDI Destination Source Intestazione Length 1 ottetto 1 1 ottetto ottetto 0hFE 0hFE 0h03 Information DSAP SSAP Control 43-1497 ottetti DSAP: Destination Service Access Point FCS: Frame Check Sequence SSAP: Source Service Access 4 ottetti FCS Coda 02_Ethernet - 25 02_Ethernet - 26 Estensione SNAP - Subnetwork Access Protocol Dimensionamento della rete 1 ottetto 1 1 ottetto ottetto 3 ottetti 2 ottetti 38-1489 ottetti 4 ottetti 0hFE 0hFE 0h03 0h000000 0h0008 Information FCS Intestazione DSAP SSAPControl Intestazione LLC OUI Procol Type Estensione SNAP Coda 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 02_Ethernet - 28
Tipica topologia Ripetitori F.O. 870 m UTP 100 m Ripetitore (hub) UTP 100 m F.O. 2000 m WAN F.O. 800 m Router Bridge Switch 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 Dominio di collisione (3,67 Km) 02_Ethernet - 29 02_Ethernet - 30