Capitolo 8 Strato di Collegamento- Accesso Multiplo e Reti...

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Capitolo 8 Strato di Collegamento-

Accesso Multiplo e Reti in Area Locale

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Sommario del Capitolo   Servizi offerti dallo Strato di Collegamento

o  Rivelazione di errore e controllo di errore (ARQ) o  Indirizzamento o  Controllo di flusso o  Accesso Multiplo

  Reti in Area Locale o  La famiglia delle Reti Ethernet o  L’interconnessione di Reti in Area Locale o  Il protocollo PPP

  Reti a Circuito Virtuale o  Generalità o  Indirizzamento

  Introduzione alle Reti ATM o  Architettura Protocollare o  Servizi Offerti o  Virtualizzazione dello Strato di Collegamento

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Il Servizio di Base offerto dallo Strato di Collegamento

  Il servizio di base offerto dallo Strato di Collegamento è quello di permettere il trasferimento di interi datagrammi (cioè, di pacchetti generati dallo Strato di Rete) da un nodo (utente terminale o Commutatore) ad uno ad esso adiacente attraverso un singolo canale fisico.

  Il canale fisico che collega una coppia di nodi adiacenti può essere

o  dedicato esclusivamente alla comunicazione della coppia di nodi in oggetto (canale punto-punto);

o  Condiviso (ovvero, utilizzato) da più coppie di nodi che vogliono comunicare tra di loro simultaneamente (canale broadcast).

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Strato di Collegamento- Contesto Operativo

  I datagrammi vengono trasferiti da differenti protocolli di Collegamento mediante canali diversi:

o  esempio: Ethernet sul primo collegamento, rilancio delle trame sui collegamenti intermedi e 802.11 sull’ultimo collegamento.

  Ogni protocollo di collegamento fornisce servizi differenti. Analogia   viaggio da Princeton a Losanna

i.  macchina da Princeton fino all’aeroporto JFK; ii.  aereo dall’aeroporto JFK a Ginevra; iii.  treno da Ginevra a Losanna.

  turista= datagramma   segmento di trasporto= collegamento di comunicazione   modo di trasporto= protocollo dello strato di collegamento.

Baccarelli, Cordeschi, Patriarca, Polli

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Strato di Collegamento- Servizio di Base (1/2)

Terminologia:   hosts and router sono i nodi   i canali di comunicazione che

collegano nodi adiacenti lungo un cammino di comunicazione sono i collegamenti (link)

o  collegamenti wired o  collegamenti wireless o  LANs

  il pacchetto di strato-2 è una trama, datagramma incapsulato

Lo strato di collegamento ha la responsabilità di trasferire datagrammi da un nodo ad un nodo adiacente su un collegamento che può essere dedicato (punto-punto) o condiviso (broadcast).

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Strato di Collegamento: Servizio di Base (2/2)

 I canali di comunicazione che collegano nodi adiacenti lungo un cammino sono i collegamenti (canali trasmissivi o “link”). Essi possono essere: o  cablati o  wireless (radio)

 Le unità di dati scambiate dai protocolli a livello di Strato di Collegamento sono chiamate trame (frame).

 I protocolli a livello di Strato di Collegamento si occupano del trasporto di Trame lungo un singolo canale di comunicazione.

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Modalità di Trasmissione tra coppie di nodi (1/5)

 Quali sono le modalità che una coppia di nodi possono adottare per trasferire segnali tra di loro attraverso il canale fisico che li collega?

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Modalità di Trasmissione (2/5)

 Ad una via (unidirezionale): dalla sorgente S verso al destinazione D.

 A due vie (bidirezionale): tra 2 terminali T1, T2.

S D

T1 T2 (Duplexing)

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  Duplexing a divisione di frequenza (FDD: Frequency Division Duplexing)

  Duplexing a divisione di tempo (TDD: Time Division Duplexing)

  Duplexing a divisione di spazio

B1

T2 -->T1 T1 --> T2

Frequenza (Hz) B2

f1 f2

T2 --> T1

Tempo (sec)

T1 --> T2 T1 --> T2 T2 --> T1 …

T2

T1 T2

T1 f1

f2

T1 T2 Collegamento 1

Collegamento 2

Modalità di Trasmissione Bidirezionale (Duplexing) (3/5)

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Modalità di Trasmissione Bidirezionale Full-Duplex e Half-

Duplex (4/5) Consideriamo la trasmissione bidirezionale tra due

terminali (nodi) T1 e T2.

  La trasmissione è detta Full-Duplex quando sia T1 che T2 possono trasmettere e ricevere simultaneamente.

  La trasmissione è detta Half-Duplex quando alternativamente, T1 trasmette e T2 riceve e, poi, T2 trasmette e T1 riceve.

  La modalità di trasmissione Full-Duplex è detta anche bidirezionale simultanea. La modalità di trasmissione Half-Duplex è detta anche bidirezionale alternata.

T1 T2

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  Unicast: da una sorgente S verso una sola destinazione D (es. telefono)

S D

S DD

D

DD

S

D

D

DD

D

  Broadcast: da una sorgente verso tutte le destinazioni (es. radio, televisione “in chiaro”)

  Multicast: da una sorgente verso solo alcune destinazioni (es. televisione “criptata”, video-conferenza)

Modalità di Trasmissione tra Sorgente e Destinazione (5/5)

S

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Ulteriori Servizi offerti dallo Strato di Collegamento (1/3)

  Gli ulteriori servizi che i protocolli di Strato di Collegamento possono offrire sono:

o  la delimitazione delle trame (frames); o  l’indirizzamento delle trame; o  la rivelazione degli (eventuali) errori introdotti dal canale; o  il recupero, quando richiesto, del corretto trasferimento

delle trame in caso di errori (controllo di errore mediante tecniche ARQ);

o  il controllo della velocità di trasferimento delle trame dal nodo-sorgente al nodo-destinazione (controllo di flusso);

o  la gestione (instaurazione, abbattimento e re-inizializzazione) della connessione di strato di collegamento.

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 Delimitazione di trame (Framing): o  I protocolli incapsulano i datagrammi generati dallo

Strato di Rete all’interno di un frame di Strato di Collegamento;

o  Per identificare origine e destinatario di ciascuna trama, vengono utilizzati indirizzi di Strato di Collegamento (detti anche indirizzi MAC).

 Trasferimento affidabile dei datagrammi o  E’ considerato non necessario nei collegamenti che

presentano un basso numero di errori (fibra ottica, cavo coassiale e doppino intrecciato)

o  E’ spesso utilizzata nei collegamenti soggetti a elevati tassi di errori (es.: collegamenti radio)

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 Controllo di flusso: o  Evita che il nodo trasmittente saturi la memoria

tampone presente presso il nodo ricevente.

 Rivelazione degli errori: o  gli errori sono causati dall’attenuazione del segnale

e dal rumore; o  il nodo ricevente individua la presenza di errori

grazie all’inserimento, da parte del nodo trasmittente, di bit per il controllo di errore all’interno delle trame trasmesse.


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Adattatori (1/3)   Per ogni assegnato canale di comunicazione tra coppie

di nodi adiacenti, il protocollo di Strato di Collegamento è realizzato in un Adattatore.

  Un Adattatore è una scheda PCMCIA (detta anche Network Interface Card(NIC)) che è costituita da RAM, DSP chips e linee di collegamento.

Data-gramma

Frame

Data-gramma

Frame Canale Fisico

Adattatore Adattatore

Nodo Tr. Nodo Ric.

Protocollo di Strato di Collegamento

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Adattatori- Funzionamento (2/3)   L’Adattatore al lato Trasmittente:

i.  Incapsula il datagramma in una trama (frame);

ii.  Invia il frame nel canale fisico.

  L’Adattatore al lato Ricevente: i.  Effettua le funzioni di rivelazione/controllo

degli errori sul frame ricevuto; ii.  Se non sono stati rivelati errori nel frame

ricevuto, estrae il datagramma dal frame e passa il datagramma allo Strato di Rete presso il nodo-Ricevente.

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Adattatori- Funzionamento (3/3)   Tutti i servizi offerti dal protocollo di Strato di

Collegamento sono attuati dagli Adattatori presenti al Nodo-Tr. e al Nodo-Ric.

  Un Adattatore è un sistema Semi-Autonomo, ossia è un sistema che è in grado di svolgere alcuni servizi (quali la rivelazione e il controllo degli errori sui frame ricevuti) autonomamente, ossia senza il controllo dello Strato di Rete del nodo a cui l’Adattatore appartiene.

  Ad esempio, un Adattatore può ricevere un frame, verificare se il frame contiene errori, e ,se vi sono errori, scartare autonomamente il frame, senza interpellare lo Strato di Rete del nodo a cui l’Adattatore appartiene.

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Indirizzamento al Livello di Strato di Collegamento (1/3)

  Ciascun Adattatore ha un suo proprio indirizzo, in generale noto come Indirizzo MAC.

  Un indirizzo MAC è costituito da 6 bytes (48 bits) e il contenuto di ogni byte è espresso mediante una coppia ordinata di cifre esadecimali.

  Le 16 cifre della numerazione esadecimale sono: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 , 9, A, B, C, D, E, F.

  Esempi di indirizzi MAC: i.  1A- 23- F9- CD- 06- 9B ii.  88- B2- 2F- 54- 1A- 0F iii.  49- BD- D2- C7- 56- 2A

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Indirizzamento MAC (2/3)   Ogni Adattatore ha un unico indirizzo MAC

LAN (wired o wireless)

1A-2F-BB-76-09-AD

71-65-F7-2B-08-53

0C-C4-11-6F-E3-98

58-23-D7-FA-20-B0

Indirizzo Broadcast= FF-FF-FF-FF-FF-FF

= Adattatore

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Proprietà degli Indirizzi MAC (3/3)   Ad ogni Adattatore corrisponde uno e uno solo

indirizzo MAC (unicità dell’Indirizzamento MAC).   L’indirizzo MAC è permanente, ossia non cambia

quando l’adattatore cambia area geografica di funzionamento.

  L’indirizzo MAC è piatto (ossia, non è di tipo gerarchico). Ciò significa che non vi è alcun legame tra l’indirizzo MAC di un adattatore e la regione geografica in cui l’adattatore si trova ad operare.

  L’indirizzo MAC per frames di tipo Broadcast (cioè, per frames che hanno come destinatari tutti gli adattatori presenti nella rete) è:

FF-FF-FF-FF-FF-FF

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Servizi Offerti dallo Strato di Collegamento

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Servizio di Rivelazione degli Errori (1/3)

 Ha lo scopo di rivelare la presenza di eventuali errori introdotti dal canale trasmissivo e presenti (eventualmente) nel frame ricevuto dal nodo-destinazione.

 Per essere attuato, è richiesto l’impiego di un codice a rivelazione degli errori.

 Poiché la capacità di rivelazione degli errori di un (qualsiasi) codice è sempre finita, non rivelare errori nel frame ricevuto non assicura che il frame ricevuto è privo di errori.

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Attuazione della Rivelazione degli Errori (2/3)

  EDC= Error Detection and Correction   D= Dati che devono essere protetti da errori e ai quali

vengono aggiunti dei bit EDC.

Datagram Datagram

D EDC

Bit-error prone link

All Bits in D’ OK?

D’ EDC’

d data bits

Yes No

detection Error-chiedi la

ritrasmissione del frame

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Servizio di Rivelazione degli Errori (3/3)

 Nel caso in cui il nodo ricevente riveli errori nel frame ricevuto, il nodo ricevente chiede al nodo trasmittente di ri-trasmettere di nuovo il frame in oggetto.

 Quindi, il Servizio di Rivelazione degli errori è sempre attuato in congiunzione col Servizio di Controllo degli Errori mediante strategie di Automatic Repeat Request (Sistemi ARQ).

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Servizio di Recupero degli Errori mediante Strategie di

tipo ARQ

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Trasferimento Dati Affidabile- Definizione (1/2)

  Supponiamo che il nodo NT trasmetta frame al nodo NR attraverso un canale che introduce errori.

  Per definizione, il trasferimento di frame da NT a NR è detto affidabile se:

i.  Tutti i frame sono ricevuti da NR senza errori; ii.  Ciascun frame privo di errori è ricevuto da NR

una ed una sola volta (no duplicazione di frame corretti);

iii.  I frame corretti sono ricevuti da NR nello stesso ordine in cui sono stati trasmessi da NT.

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Trasferimento Dati Affidabile (2/2)

  Lo scopo del Servizio di Recupero degli errori è quello di dar luogo ad un trasferimento di frame affidabile impiegando un canale trasmissivo che introduce errori nei frame in transito.

Canale non affidabile

Processo trasmittente

Processo ricevente

Processo trasmittente

Processo ricevente

Canale affidabile

Protocollo X affidabilità

Protocollo X affidabilità

Canale non affidabile

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Schema Generale di un Sistema ARQ di tipo punto-punto (1/3)

E’ supposto che:   Il Canale Diretto possa introdurre errori e/o perdite, così che il

frame ricevuto non coincida col frame trasmesso o non venga mai ricevuto.

  Il Canale di Ritorno non introduca errori, ma possa introdurre perdite, così che uno o più messaggi di riscontro (ACK o NACK) generati dal Nodo-Destinazione potrebbero non raggiungere mai il Nodo-Sorgente.

Nodo sorgente

Frame trasmesso Canale diretto

Frame trasmesso Nodo destinazione

Canale di Ritorno

Riscontro (ACK/NACK) Riscontro (ACK/NACK)

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Parametri Principali di un Sistema ARQ (2/3)

  I parametri principali che definiscono il funzionamento di un sistema ARQ sono: o  C (bit/sec) capacità trasmissiva del canale diretto; o  v (m/sec) velocità di propagazione del segnale

elettrico nel Canale Diretto; o  dmax(m) distanza massima tra il Nodo-Sorgente e il

Nodo-Destinazione; o  τ dmax/v (sec) ritardo di propagazione del segnale

elettrico dal Nodo-Sorgente al Nodo-Destinazione; o  Lmin (bit) lunghezza minima di una trama; o  Lmax (bit) lunghezza massima di una trama; o  Tt Lmax/C (sec) tempo richiesto per trasmettere una

trama di lunghezza massima; o  Tout (sec) intervallo (o tempo) di Time-Out. o  v!o  v!

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Principio Generale dei Sistemi ARQ (3/3)

  Nei sistemi ARQ, a ciascun frame da trasmettere si aggiunge un campo che contiene un codice per la rivelazione degli errori. Una volta rivelato l’(eventuale) errore nel frame ricevuto, il Nodo-Destinazione deve comunicare questa situazione al Nodo-Sorgente, affinchè quest’ultimo provveda a ri-trasmettere i frame ricevuti con errore. Per questo motivo, i Sistemi ARQ prevedono sempre la presenza di un Canale di Ritorno dal Nodo-Destinazione al Nodo-Sorgente.

  Poiché uno stesso frame potrebbe essere ri-trasmesso più volte, i Sistemi ARQ richiedono sempre la presenza di un buffer dal Nodo-Sorgente, dove vengono temporaneamente memorizzati i frame trasmessi e che sono in attesa di un riscontro positivo da parte del Nodo-Destinazione.

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Classificazione dei Sistemi ARQ (1/2)

  I protocolli ARQ si suddividono in Stop and Wait e Continuous ARQ.

  Nel protocollo Stop and Wait, il Nodo-Sorgente invia un frame e, quindi, aspetta di ricevere un riscontro positivo (ACK) da parte del Nodo-Destinazione prima di procedere alla trasmissione di un nuovo frame.

  Nei protocolli Continuous ARQ, il Nodo-Sorgente può trasmettere con continuità frame che vengono, però, opportunamente numerate, così che il Nodo-Destinazione possa ri-posizionarle nell’ordine corretto.

  A loro volta, i protocolli Continuous ARQ si suddividono in:

i.  Protocollo Go-Back-m (GBm) ii.  Protocollo Selective Repeat (SR)

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Classificazione dei Sistemi ARQ (2/2)

Recupero degli errori

Protocolli ARQ

Stop and Wait (SaW)

Countinuous ARQ

Go-Back-m (GBm)

Selective Repeat (SR)

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Strategie impiegate nei Sistemi ARQ   Per ottenere un trasferimento di frame affidabile

mediante un canale diretto che introduce errori e/o perdite, i sistemi ARQ fanno (opportuno) impiego delle seguenti 3 strategie di base:

i.  I frame trasmessi vengono numerati progressivamente, come anche i corrispondenti riscontri (ACK/NACK);

ii.  Il Nodo-Destinazione invia nel canale di ritorno opportuni messaggi di riscontro positivo (ACK) oppure negativo (NACK);

iii.  Il Nodo-Sorgente impiega un Temporizzatore (Timer) per misurare il tempo trascorso dalla trasmissione di un frame;

iv.  Si impiegano buffer in trasmissione (sempre) e in ricezione (talvolta) per la memorizzazione temporanea dei frame trasmessi e di (alcuni) di quelli ricevuti.

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Numerazione “Ciclica” dei Frame e dei Riscontri (1/4)

 Nei protocolli Continuous ARQ si possono trasmettere più trame consecutivamente in attesa dei riscontri (positivi o negativi) sulle prime trame trasmesse.

 Ciò richiede un meccanismo di numerazione delle trame trasmesse e dei corrispondenti riscontri (positivi o negativi) per far si che le trame trasmesse, ma non ancora riscontrate positivamente, abbiano un numero di sequenza NS per consentire al Nodo-Sorgente e al Nodo-Destinazione di intendersi su quali trame sono state ricevute correttamente e quali no.

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 Indichiamo con: o  b (bit) numero (intero) di bit a

disposizione per numerare le trame; o  M 2b numero di numeri di trama

distinti; o  NS numero di sequenza di una (generica)

trama.

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Allora, si ha che:   La numerazione NS delle trame è ciclica modulo-M, con ciò

intendendo dire che NS può assumere solo i seguenti M 2b valori distinti:

NS ∊ {0,1,2,3,…,M-2,M-1}.

  Per esempio, se b=3, le trame vengono trasmesse con i seguenti numeri di sequenza consecutivi:

0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,…

  Dato un (qualsiasi) numero intero (non negativo) x, per definizione, l’operazione

(x) mod.M sta ad indicare il resto della divisione intera di x per M. Quindi, il suddetto resto è sempre un numero intero compreso tra 0 e (M-1).

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  Ad esempio, (0) mod.8 = (8) mod.8 = (16) mod.8 ≡ 0; (7) mod.8 = (15) mod.8 = (23) mod.8 ≡ 7; (12) mod.8 = (20) mod.8 = (28) mod.8 ≡ 4.

  Gli esempi precedenti mostrano che la numerazione mod.M delle trame può dar luogo ad ambiguità, con ciò intendo dire che:

i.  dato M; ii.  dato il risultato di (x) mod.M; non è univocamente calcolabile il numero x che è il dividendo dell’operazione mod.M.

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Riscontri Positivi e Negativi (1/5)

  Per indicare che la trama con numero di sequenza NS=i è stata rivelata priva di errori, il Nodo-Destinazione invia indietro al Nodo-Sorgente attraverso il canale di ritorno un messaggio di riscontro positivo che reca il numero di sequenza NS=i della trama riscontrata, ossia il messaggio:

ACK(i).   Per definizione, in tutti i protocolli ARQ, il riscontro

ACK(i) ha il seguente significato: o  Tutte le trame sino alla i-ma compresa sono state rivelate

prive di errori (ricevute correttamente) dal Nodo-Destinazione.

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 Per indicare che la trama con numero di sequenza NS=s è stata rivelata con errori (è corrotta da errori), il Nodo di Destinazione invia indietro al Nodo-Sorgente attraverso il canale di ritorno un messaggio di riscontro negativo che reca il numero di sequenza NS=s della trama riscontrata negativamente, ossia il messaggio:

NACK(s).  Per definizione, il protocollo SaW non impiega

messaggi di riscontro negativi.

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 Per definizione, nel protocollo Go-Back-m, il messaggio NACK(s) significa: o  la trama s-ma è stata ricevuta con errori,

ma tutte le trame precedenti (sino alla (s-1)-ma compresa) sono state ricevute correttamente.

 Per definizione, nel protocollo SR, il messaggio NACK(s) significa: o  La trama s-ma è stata ricevuta con errori.

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  In tutti i protocolli ARQ, una stessa trama è ri-trasmessa dal Nodo-Sorgente una o più volte, finchè il Nodo-Sorgente non riceve da parte del Nodo-Destinazione un riscontro positivo (ACK) relativo alla trama in oggetto.

  Al Nodo-Destinazione, una trama con lo stesso numero di sequenza può essere ricevuta più volte, dando così luogo al fenomeno della Duplicazione della trama.

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  Duplicazioni di Trama al Nodo-Destinazione possono aver luogo per 2 motivi diversi:

i.  È il Nodo-Destinazione ad avere richiesto (mediante invio di un NACK) la ri-trasmissione di una trama che era stata ricevuta con errori;

ii.  È il Nodo-Sorgente che spontaneamente ri-trasmette una trama che aveva già trasmessa, perché il Nodo-Sorgente non ha ricevuto il riscontro positivo ( messaggio ACK) relativo alla trama in oggetto.

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Temporizzatori e Time-Out (1/3)   Poiché il Canale di Ritorno e il Canale Diretto possono

introdurre perdite, può accadere che uno (o più) messaggi di riscontro positivo relativi al frame s-mo non siano mai ricevuti dal Nodo-Sorgente e/o che uno o più frame non siano mai ricevuti dal Nodo-Destinazione.

  Per ovviare a questo inconveniente, in tutti i protocolli ARQ, il Nodo-Sorgente:

i.  Avvia un Temporizzatore (Timer) nell’istante in cui inizia a trasmettere la trama s-ma;

ii.  Aspetta per un prefissato tempo di Time-Out (Tout) di ricevere un riscontro (positivo o negativo) da parte del Nodo-Destinazione relativamente alla trama s-ma;

iii.  Se non ha ricevuto alcun riscontro (né positivo, né negativo), allo scadere del tempo di Tout, il Nodo-Sorgente ri-trasmette spontaneamente la trama s-ma.

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Temporizzatori e Time-Out (2/3)   Poiché

i.  il Temporizzatore è avviato nell’istante in cui la trama s-ma inizia ad essere trasmessa;

ii.  il Tempo necessario per trasmettere una trama di dimensione massima è Tt≡Lmax/C (sec);

iii.  poiché il segnale elettrico impiega un tempo τ dmax/v per propagarsi dal Nodo-Sorgente al Nodo-Destinazione (tempo di propagazione di una trama), e, poi, un altro tempo τ per propagarsi dal Nodo-Destinazione al Nodo-Sorgente (tempo di propagazione del messaggio di riscontro), allora il Tempo di Time-Out (Tout ) deve soddisfare il seguente limite:

Tout ≥ Tt+2 τ

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Temporizzatori e Time-Out (3/3)

 In tutti i protocolli ARQ, il Nodo-Sorgente impiega uno e un solo Temporizzatore.

 Specificatamente, in ogni istante t0 di funzionamento del Sistema ARQ, il Temporizzatore è sempre associato dal Nodo-Sorgente al frame trasmesso e non ancora riscontrato positivamente che, tra tutti i frame trasmessi e non ancora riscontrati positivamente, è quello che è stato trasmesso per primo (ossia, il frame trasmesso e non ancora riscontrato positivamente più anziano).

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Buffer di memoria

  Tutti i protocolli ARQ impiegano, al Nodo-Sorgente, un Buffer di Trasmissione in cui vengono temporaneamente memorizzati i frame che sono già stati trasmessi almeno una volta, ma che non sono ancora stati riscontrati positivamente.

  Solo il protocollo SR richiede, al Nodo-Destinazione, un Buffer di Ricezione in cui vengono

i.  memorizzati temporaneamente; ii.  ordinati sequenzialmente in accordo ai Numeri di

Sequenza, le trame che sono state ricevute correttamente.

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Esempio di Numerazione delle trame (1/2)

  Ogni trama contiene un numero di sequenza (nell’esempio, NS∊{0,1}).o  Il numero di sequenza NS è il numero d’ordine sequenziale

caratterizzante la trama uscente dal Nodo-Sorgente.

Nodo- Sorgente

0 0 1 0 Tout Tout

Nodo- Destinazione ACK(1)

0 ACK(0) ACK(1)

0 (duplicata) 1 0

  La ricezione di trame consecutive recanti lo stesso valore del numero di sequenza è indice di duplicazione.

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Esempio di Numerazione delle trame (2/2)

 È necessario numerare anche i riscontri, altrimenti il Nodo-Sorgente non sarebbe in grado di sapere a quale trama fa riferimento il riscontro ricevuto (i riscontri possono perdersi; nell’esempio NS∊ {0,1}).

Nodo- Sorgente

0 1 0 Tout Tout ?

Nodo- Destinazione ACK

0 ACK

0 (duplicata) 1

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Esempi di uso dei temporizzatori

  Temporizzatori Si introducono dei meccanismi di temporizzazione: quando il Nodo-Sorgente emette una trama fa contemporaneamente partire un temporizzatore allo scadere del quale la trama viene ri-trasmessa dal Nodo-Sorgente.

Nodo- Sorgente

Trama 1 Trama 2 Trama 1 Tout

tempo

Nodo- Destinazione

tempo

1

ACK ACK

2

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Protocollo Stop-and-Wait (SaW) (1/6)

  Il principio generale del protocollo SaW è che il Nodo-Sorgente non trasmette la prossima trama se non ha ricevuto un riscontro positivo (ACK) relativo alla trama correntemente trasmessa.

  Nel protocollo SaW, il Nodo-Sorgente opera come segue: i.  numera la trama da trasmettere, avvia il

temporizzatore (Timer), trasmette la trama e, contemporaneamente, la memorizza nel Buffer di Trasmissione;

ii.  se riceve l’ACK prima che scada il Timer, allora il Nodo-Sorgente rimuove la trama dal Buffer di Trasmissione e, poi, passa a trasmettere il frame successivo;

iii.  se il Timer scade prima di ricevere l’ACK, allora il Nodo-Sorgente ri-inizializza il Timer e, poi, ritrasmette il frame memorizzato nel Buffer di Trasmissione.

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  Nel protocollo SaW, il Nodo-Destinazione opera come segue sul frame correntemente ricevuto:

i.  applica la decodifica a rivelazione di errore; ii.  se il frame ricevuto è corrotto da errori, allora il Nodo-

Destinazione scarta il frame e non invia alcun messaggio al Nodo-Sorgente;

iii.  se il frame è ricevuto correttamente ed ha lo stesso numero di sequenza del frame ricevuto precedentemente, allora il Nodo-Destinazione scarta il frame (frame duplicato) e, poi, invia un messaggio ACK al Nodo-Sorgente;

iv.  se il frame è ricevuto correttamente e non ha lo stesso numero di sequenza del frame ricevuto precedentemente, allora il Nodo-Destinazione accetta il frame e, poi, invia un messaggio ACK al Nodo-Sorgente.

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  Nel protocollo SaW, il Canale Diretto rimane inutilizzato negli intervalli di tempo intercorrenti tra la fine della trasmissione del frame corrente e l’istante di ricezione dell’ACK o quello di superamento di Tout.

  Poiché il Nodo-Sorgente non trasmette un nuovo frame prima che quello attualmente sotto trasmissione sia stato riscontrato positivamente, nel protocollo SaW il numero di sequenza NS assume solo i due valori {0,1} (ossia, b=1 e M 2b ≡2).

  Specificatamente, il Nodo-Sorgente numera alternativamente le trame trasmesse con NS=0 e NS=1. Il Nodo-Destinazione può accettare solo trame consecutive con numerazione alternata. Quando il Nodo-Destinazione riceve due trame consecutive prive di errori e con lo stesso numero di sequenza, il Nodo-Destinazione scarta la seconda trama ricevuta in quanto è trama duplicata.

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  Riscontri il principio è quello per cui il Nodo-Sorgente non invia la prossima trama se non riceve il riscontro relativo a quella precedentemente trasmessa.

Nodo- Sorgente

Trama 0 Trama 1 Trama 1 Tout

Nodo- Destinazione

ACK ACK

Trama 0 consegnata allo strato superiore

Trama 1 consegnata allo strato superiore

Diagramma spazio tempo

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Protocollo SaW: Azioni del Nodo-Sorgente (5/6)

Inizializza Numero Sequenza NS:=0

Preleva nuovo datagramma Dat e costruisci nuovo frame

F: = < NS, DAT >

Memorizza F in Buffer Trasmissione

Preleva frame F dal Buffer di

Trasmissione

Ricevuto ACK ?

Timer > Tout

Inizializza Timer Rimuovi F dal Buffer di Trasmissione

Aggiorna NS NS : = NS+1

SI

NO NO SI

Ri-inizializza Timer

Ri-trasmetti F

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Protocollo SaW: Azioni del Nodo-Destinazione (6/6)

Inizializza Numero Atteso di Sequenza X : =0

Hai ricevuto un frame F dal Canale Diretto?

Hai rivelato errori in F

SI Scarta F

Attendi

NO

Estrai Numero di Sequenza NS da F

NS è uguale a x ? NO

Scarta Frame F

(F è duplicato)

Invia ACK

SI Accetta F

Invia ACK

Aggiorna Numero Atteso di Sequenza

X : = (X+1)mod.2

NO

SI

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Protocollo Go-Back-m (GBm) (1/8)   Nel protocollo Go-Back-m, il Nodo-Sorgente

mantiene una finestra di emissione WS di dimensione m dove sono via via memorizzati i numeri di sequenza NS che il Nodo-Sorgente può trasmettere consecutivamente, senza, cioè, attendere alcun riscontro positivo da parte del Nodo-Destinazione.

  In altri termini, il numero (intero) m ≥ 1 nel nome stesso del protocollo indica il numero massimo di trame che il Nodo-Sorgente può trasmettere consecutivamente in assenza di alcun riscontro positivo da parte del Nodo-Destinazione.

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Protocollo Go-Back-m (GBm) (2/8)   Nel protocollo GBm, il Nodo-Destinazione accetta

le trame ricevute solo se: i.  non vi rileva errori e, inoltre, ii.  esse sono rigidamente in sequenza.

  Se una trama è ricevuta con errore, allora il Nodo-Destinazione:

i.  scarta la trama in oggetto; ii.  richiede la ri-trasmissione della trama in

oggetto; iii.  scarta anche tutte le trame ricevute dopo la

ricezione della trama con errore, e questo anche se le suddette trame sono state ricevute correttamente.

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Protocollo Go-Back-m: Nodo-Sorgente (3/8)

  Specificatamente, nel protocollo GBm, il Nodo-Sorgente opera come segue:

i.  trasmette al massimo, WS ≡ m trame consecutive senz attendere alcun riscontro positivo;

ii.  memorizza temporaneamente nel Buffer di Trasmissione le trame trasmesse e delle quali non ha ancora ricevuto un riscontro positivo;

iii.  quando riceve il riscontro ACK(i), allora: o  rimuove dal Buffer di Trasmissione tutti i frames con

Numero di Sequenza: NS ≤ i; o  trasmette tutti i frames con numero di sequenza

compreso tra: (i+1) ≤ NS ≤ (i+m),

e che non sono mai stati ancora trasmessi. o  Infine, memorizza nel Buffer di Trasmissione i frames

che sono stati correttamente trasmessi;

59

Protocollo Go-Back-m: Nodo-Sorgente (4/8)

iv.  quando riceve NACK(j), allora: o  ri-trasmette il frame j-mo; o  ri-trasmette anche tutti i frames già trasmessi e con

numero di sequenza NS strettamente maggiore di j; v.  quando riceve un riscontro (positivo o negativo),

allora: o  inizializza il Timer;

vi.  quando il Timer scade (ossia quando Timer> TOUT, allora:

o  ri-inizializza (cioè pone a zero) il Timer; o  ri-trasmette il frame già trasmesso, ma non ancora

riscontrato positivamente e che, tra tutti i frames già trasmessi, ma non ancora ri-scontrati, è quello col numero di sequenza NS più piccolo (ossia, il frame “più vecchio”).

60

Protocollo Go-Back-m: Nodo-Destinazione (5/8)

  Nel protocollo GBm, il Nodo-Destinazione opera come segue su ciascun frame ricevuto dal canale diretto:

i.  Applica la procedure di rivelazione di errori; ii.  Se sono stati rivelati errori, allora:

o  invia al Nodo-Sorgente il messaggio NACK(j), dove j è il numero di sequenza del frame con errori;

o  scarta tutti i frame ricevuti dal Canale Diretto e con numero di sequenza strettamente maggiore di j.

61

Protocollo Go-Back-m: Nodo-Destinazione (6/8)

iii.  Se non sono stati rivelati errori e il frame ricevuto non è un frame duplicato, allora:

o  accetta il frame ricevuto; o  invia al Nodo-Sorgente il messaggio ACK(j),

dove j è il numero di sequenza del frame ricevuto;

iv.  Se non sono stati rivelati errori e il frame ricevuto è un frame duplicato, allora:

o  scarta il frame ricevuto; o  invia al Nodo-Sorgente il messaggio ACK(j),

dove j è il numero di sequenza del frame ricevuto.


62

Protocollo Go-Back-m: Azioni del Nodo-Sorgente (7/8)

Inizializza Timer Timer : = 0

Trasmetti m frame consecutivi

Memorizza frames Trasmessi nel Buffer di Trasmissione

Timer > Tout SI Timer : =0

Tra tutti i frame trasmessi e non ancora riscontrati, ritrasmetti quello col NS più basso

Ricevuto ACK (i)? SI

Rimuovi dal Buffer di Trasmissione tutti i frame con numeri di Sequenza: NS<=i

NO

Timer : =0

Trasmetti tutti i frame non ancora trasmessi e con NS compreso tra (i+1)<=NS<= (i+m)

NO

Ricevuto NACK (j)? NO

Ritrasmetti il frame j-mo E, poi, tutti i frames già

Trasmessi dopo il frame j-mo

SI Timer : =0


63

Protocollo Go-Back-m: Azioni del Nodo-Destinazione (8/8)

Inizializza Numero Atteso di Sequenza X : = 0


NO

Attendi

SI

Estrai Numero di Sequenza NS dal frame

F

NS = X ? Scarta il frame

F

SI

SI Scarta Frame F

Invia NACK (NS)

NO Accetta Frame F

Aggiorna il Numero Atteso di Sequenza: X : = (NS+1) mod. M

Invia ACK (NS)

Hai rivelato errori nel frame F ?

64

Protocollo Selective Repeat (SR) (1/15)

  Nel protocollo SR, il Nodo-Sorgente può trasmettere consecutivamente un numero massimo di trame WS ≥ 1 senza bisogno di ricevere alcun riscontro positivo dal Nodo-Destinazione.

  Il Nodo-Destinazione può accettare un numero massimo di trame WR ≥ 1 anche se ricevute non in ordine; ciò richiede la presenza presso il Nodo-Destinazione di un Buffer di Ricezione che consenta di ripristinare l’ordine corretto delle trame ricevute, affinchè i Datagrammi da esse trasportati possano essere consegnati in ordine sequenziale allo Strato di Rete del Nodo-Destinazione.

65

Protocollo SR (2/15)

 Nel protocollo SR, il riscontro NACK(i) indica che il solo frame i-mo deve essere ritrasmesso dal Nodo-Sorgente, ma non indica che tutti i frame precedenti l’i-mo sono stati ricevuti correttamente.

 Nel protocollo SR, il riscontro ACK(i) indica che il frame i-mo e tutti quelli precedenti sono stati ricevuti correttamente dal Nodo-Destinazione.

66

Protocollo SR- Finestre di Trasmissione e Ricezione (3/15)

Nel protocollo SR,   il Nodo-Sorgente mantiene e aggiorna una finestra che

contiene WS ≥ 1 numeri di sequenza consecutivi. La suddetta finestra è detta Finestra di Trasmissione, e, in ogni istante, contiene i numeri di sequenza dei frame che il Nodo-Sorgente può trasmettere consecutivamente senza bisogno di attendere riscontri da parte del Nodo-Destinazione;

  il Nodo-Destinazione mantiene ed aggiorna una finestra che contiene WD ≥ 1 numeri di sequenza consecutivi. La suddetta finestra è detta Finestra di Ricezione, e, in ogni istante, contiene i numeri di sequenza dei frame che il Nodo-Destinazione è disposto ad accettare, anche se ricevuti non in ordine sequenziale.

67

Protocollo SR- Finestre di Trasmissione e Ricezione (4/15)

  In ogni istante, i.  il Nodo-Sorgente non può trasmettere (o ri-

trasmettere) frame i cui Numeri di Sequenza non cadano nella Finestra di Trasmissione corrente;

ii.  il Nodo-Destinazione non può accettare trame i cui numeri di sequenza non cadano nella corrente Finestra di Ricezione, anche se le suddette trame sono state ricevute correttamente.

68

Protocollo SR- Aggiornamento della Finestra di Trasmissione (5/15)

  Indichiamo con IS ≥ 0 l’estremo inferiore corrente della Finestra di Trasmissione, ossia il più piccolo Numero di Sequenza che fa correntemente parte della Finestra di Trasmissione. Allora:

i.  la Finestra di Trasmissione corrente è costituita da tutti i Numeri di Sequenza NS compresi tra

IS ≤ NS ≤ ( IS + WS – 1) mod. M

69

Protocollo SR- Aggiornamento della Finestra di Trasmissione (6/15)

ii.  Quando il Nodo-Sorgente riceve un riscontro ACK(i), allora aggiorna il valore di IS in accordo a :

IS:= (i+1) mod. M

iii.  Poiché i riscontri ACK(i) ricevuti dal Nodo-Sorgente hanno Numero di Sequenza incrementale, e poiché, alla ricezione di ciascun ACK(i), il Nodo-Sorgente aggiorna (ovvero incrementa) IS, la Finestra di Trasmissione è detta anche Finestra Mobile (Sliding Window).

70

Protocollo SR- Aggiornamento della Finestra di Ricezione (7/15)

Indichiamo con ID ≥ 0 l’estremo inferiore corrente della Finestra di Ricezione, ossia il più piccolo Numero di Sequenza che il Nodo-Destinazione è correntemente in grado di accettare. Allora,

i.  La Finestra di Ricezione corrente è costituita da tutti i Numeri di Sequenza compresi tra:

ID ≤ NS ≤ ( ID+ WD– 1) mod. M.

71

Protocollo SR- Aggiornamento della Finestra di Ricezione (8/15)

ii.  Dopo aver inviato al Nodo-Sorgente un riscontro positivo ACK(j), il Nodo-Destinazione aggiorna ID in accordo a:

ID := (NSMAX + 1 ) mod. M,

dove NSMAX è il valore più alto del Numero di Sequenza dei frame che il Nodo-Destinazione ha ricevuto senza errori e in ordine sino all’istante corrente.

iii.  In generale, NSMAX ≥ J. Quindi, poiché, ad ogni invio di un riscontro ACK(.), l’estremo inferiore ID della Finestra di Ricezione assume un valore non inferiore a quello assunto precedentemente, anche la Finestra di Ricezione è una Finestra Mobile (Sliding Window).

72

Protocollo SR- Nodo Sorgente (9/15)

Nel protocollo SR, il Nodo-Sorgente opera come segue:

i.  senza attendere alcun riscontro, il Nodo-Sorgente trasmette tutti i frame che non sono già stati trasmessi e i cui Numeri di Sequenza cadono nella Finestra di Trasmissione corrente;

ii.  memorizza temporaneamente nel Buffer di Trasmissione le trame trasmesse e delle quali non ha ancora ricevuto un riscontro positivo;

73


i.  quando riceve il riscontro ACK(i), allora: o  rimuove dal Buffer di Trasmissione tutti i frames

con Numeri di Sequenza: NS ≤ i; o  aggiorna IS in accordo a: IS:= (i+1) mod. M; o  trasmette tutti i frame che non sono stati

ancora trasmessi e che hanno un Numero di Sequenza compreso tra:

IS ≤ NS ≤ ( IS + WS – 1) mod. M;

o  memorizza i frame trasmessi nel Buffer di Trasmissione.

74


iv.  quando riceve NACK(j), allora o  ri-trasmette solo il frame j-mo;

v.  quando riceve un riscontro (positivo o negativo), allora

o  inizializza il Timer; vi.  quando il Timer scade (ossia quando Timer >

TOUT ) o  ri-inizializza il Timer; o  tra tutti i frame già trasmessi e non riscontrati

positivamente, ri-trasmette quello con il Numero di Sequenza più piccolo.

75

Protocollo SR- Nodo Destinazione (12/15)

Nel protocollo SR, il Nodo-Destinazione estrae il Numero di Sequenza NS dal frame F correntemente ricevuto dal Canale Diretto e, quindi:

i.  se NS non cade nella Finestra di Ricezione corrente, allora il Nodo-Destinazione scarta il frame F ricevuto;

ii.  se NS cade nella Finestra di Ricezione corrente e in F sono rivelati errori, allora il Nodo-Destinazione:

o  scarta il frame F ricevuto; o  Invia al Nodo-Sorgente il riscontro NACK(NS).

76

Protocollo SR- Nodo Destinazione (13/15)

iii.  Se NS cade nella Finestra di Ricezione corrente e in F non sono rivelati errori, allora il Nodo-Destinazione:

o  pone F nel Buffer di Ricezione; o  ri-ordina i frame correntemente contenuti nel Buffer di

Ricezione secondo Numeri di Sequenza crescenti; o  invia al Nodo-Sorgente il riscontro ACK(NS); o  aggiorna l’estremo inferiore ID della Finestra di Ricezione

in accordo a: ID := (NSMAX + 1 ) mod. M

o  preleva dal Buffer di Ricezione tutti i frame ivi contenuti con Numeri di Sequenza strettamente consecutivi e li passa allo Strato di Rete del Nodo-Destinazione.


77

Protocollo SR- Azioni del Nodo Sorgente (14/15)

Inizializza IS : = 0 e Timer : = 0

Trasmetti tutti i frame non ancora trasmessi e con Numero di Sequenza NS: IS ≤ NS ≤ ( IS + WS – 1) mod. M

Memorizza frame trasmessi nel Buffer di Trasmissione

Timer > Tout SI Timer : =0

Ritrasmetti il frame non ancora riscontrato e con Numero di Sequenza più piccolo

Ricevuto ACK (i)?

NO

SI IS : = ( i+1 ) mod.M

Elimina dal Buffer di Trasmissione tutti i frame con

NS ≤ ( i )

Timer : = 0

NO

NO SI Timer : =0

Ritrasmetti solo il frame j-mo

Ricevuto NACK (j)?


78

Protocollo SR- Azioni del Nodo Destinazione (15/15)

Inizializza ID : = 0

Estrai da F il Numero di Sequenza NS


SI

Scarta F E’ NS compreso nella Finestra di Ricezione

[ID, (ID + WD – 1 ) mod.M ] ?

SI

NO Memorizza F nel Buffer di Ricezione. Ri-ordina il Buffer di Ricezione

Invia ACK(NS)

Aggiorna ID come in ID : = ( NSmax + 1 ) mod.M

NO Attendi

NO

Invia NACK (NS)

Preleva dal Buffer di Ricezione tutti i frame con

Numeri di Sequenza strettamente consecutivi

Sono rivelati errori in F ?

79

Ambiguità nella Numerazione delle Sequenza nel protocollo SR

(1/3)

  Come già osservato, la Numerazione delle Sequenze è mod.M, con M2b, b ≥1. La numerazione mod.M può dar luogo ad ambiguità.

80

Ambiguità nella Numerazione delle Sequenza nel protocollo SR (2/3)

  Esempio di ambiguità di numerazione o  Supponiamo M=23=8 ed anche WS=8. o  Assumiamo che il Nodo-Sorgente trasmetta 8 trame

consecutive, con Numeri di Sequenza pari a: 4, 5, 6, 7, 0, 1, 2, 3.

o  Il Nodo-Ricevente invia indietro al Nodo-Sorgente il riscontro positivo ACK(3).

o  Purtroppo, il Nodo-Sorgente può interpretare ACK(3) in due modi diversi:

i.  Il Nodo-Destinazione ha ricevuto correttamente tutte le 8 trame trasmesse

ii.  Il Nodo-Destinazione non ha ricevuto correttamente nessuna delle 8 trame trasmesse, e il messaggio ACK(3) si riferisce alla trama con NS=3 che era già stata trasmessa prima della trasmissione della trama con NS=4.

81

Ambiguità nella Numerazione delle Sequenza nel protocollo SR (3/3)

  Si può dimostrare che, nel protocollo SR, l’ambiguità di numerazione delle trame è eliminata se le dimensioni WS e WD delle finestre di trasmissione e di ricezione soddisfano alla seguente disuguaglianza:

WS+WD ≤ M2b

  Tipicamente, nel protocollo SR si pone

WS ≡WD = M/2.

82

Confronto Complessità-Prestazioni tra i protocolli ARQ (1/2)

  Tutti e tre i protocolli ARQ ri-trasmettono uno stesso frame sin tanto che non ricevono un riscontro positivo. Quindi, tutti e tre i protocolli danno luogo alla stessa Probabilità di Errore residua e, da questo punto di vista, sono equivalenti.

  Il protocollo SaW trasmette un frame e poi si arresta sino alla ricezione del corrispondente riscontro. I protocolli GBm e SR trasmettono senza mai interrompersi nuovi frame o frame riscontrati negativamente. Quindi il protocollo SaW è quello che utilizza di meno la capacità trasmissiva del Canale Diretto.

  Il protocollo SR ri-trasmette solo i frame in cui il Nodo-Destinazione ha rivelato errori. Il protocollo GBm ri-trasmette anche i frame che seguono quelli rivelati con errori. Quindi, il protocollo SR è quello che utilizza meglio la capacità trasmissiva del Canale Diretto.

83

Confronto Complessità-Prestazioni tra i protocolli ARQ (2/2)

  Il protocollo SR richiede la Numerazione mod.M dei frame trasmessi e l’impiego di un Buffer in Trasmissione e di un Buffer in Ricezione.

  Il protocollo GBm richiede la Numerazione mod.M dei frame trasmessi e l’impiego del solo Buffer di Trasmissione.

  Il protocollo SaW richiede solo la Numerazione mod.2 dei frame trasmessi e l’impiego di un Buffer di Trasmissione in grado di memorizzare un solo frame alla volta.

Quindi il protocollo SR è il più complesso da realizzare, mentre il protocollo SaW è il più semplice da realizzare.

84

Servizio di Controllo di Flusso (1/4)

  Supponiamo che il Nodo-Sorgente S trasmetta trame al Nodo-Destinazione D . Supponiamo che le trame ricevute dal Nodo-Destinazione siano temporaneamente memorizzate in un Buffer di Ricezione che può contenere al più NF ≥ 1 trame.

  Lo scopo del Servizio di Controllo di Flusso è quello di regolare (ossia, controllare) la velocità con cui il Nodo-Sorgente invia nuove trame in modo che il numero di trame da memorizzare nel Buffer di Ricezione non sia mai superiore a NF.

85

Controllo di Flusso mediante il protocollo SR (2/4)

  Il protocollo SR precedentemente descritto è anche in grado di espletare il Servizio di Controllo di Flusso.

  Nel protocollo SR, il Controllo di Flusso viene effettuato:

i.  scegliendo opportunamente le dimensioni WS e WD delle finestre di trasmissione e di ricezione;

ii.  regolando la velocità (ossia, il ritmo) con cui il Nodo-Destinazione invia indietro al Nodo-Sorgente messaggi di riscontro positivi (riscontri ACK).

86


  Ricordiamo che, nel protocollo SR: i.  WS è il numero massimo di trame che il

Nodo-Sorgente può trasmettere consecutivamente senza bisogno di ricevere riscontri positivi da parte del Nodo-Destinazione;

ii.  WD è il numero massimo di trame che il Nodo-Destinazione può ricevere consecutivamente senza bisogno di inviare messaggi ACK(.) al Nodo-Sorgente.

87


  Quindi, i.  se si scelgono: WS ≤ NF e WD ≤ NF , e, inoltre, ii.  se il Nodo-Destinazione rallenta la velocità con

cui invia messaggi ACK al Nodo-Sorgente quando il numero di trame temporaneamente memorizzate nel Buffer di Ricezione si avvicina a NF;

allora il numero di trame da tenere in memoria nel

Buffer di Ricezione non supererà mai il valore massimo consentito NF.

89

Il problema dell’Accesso Multiplo (1/5)   Il problema dell’accesso multiplo si ha quando più Nodi-

Sorgente vogliono trasmettere le loro trame ad uno o più Nodi-Destinazione attraverso un singolo canale trasmissivo.

  Il canale trasmissivo è, quindi, condiviso dalle trasmissioni di più (almeno due) Nodi-Sorgente e, per questo motivo, viene detto canale broadcast.

  Dal punto di vista fisico, un canale broadcast può essere di tipo:

i.  Cablato (cavo coassiale, doppino telefonico, fibra ottica);

ii.  Radio (trasmissione nello spazio libero).

90

Il problema dell’Accesso Multiplo (2/5)

  Se due o più Nodi-Sorgente inviano simultaneamente i segnali da esse generati nel canale condiviso, allora i segnali interferiscono tra di loro e il segnale interferito risultante è inutilizzabile da parte dei Nodi-Destinazione.

  In questo caso, si dice che si è verificata una collisione tra i segnali trasmessi simultaneamente dai Nodi-Sorgente.

  Lo scopo dei Protocolli per l’Accesso Multiplo (Protocolli MAC) è quello di regolare (disciplinare) opportunamente le trasmissioni dei Nodi-Sorgente in modo da evitare (o, quanto meno, minimizzare) l’occorrenza di collisioni.

91

  Più sorgenti (almeno 2) che trasmettono verso le destinazioni (almeno una) tramite lo stesso mezzo trasmissivo

  La trasmissione da parte delle sorgenti deve essere disciplinata attraverso regole di accesso al mezzo per evitare fenomeni di interferenza tra messaggi generati da sorgenti diverse (collisioni).


S1

S2

S3 D5

D3

D4

D2

D1

Mezzo trasmissivo (cavo, fibra, aria…)

92


  Collegamento broadcast o multiaccesso (cavo o canale condiviso: multipunto)

  Il termine broadcast indica che quando un nodo trasmette una trama il canale la diffonde e tutti gli altri nodi ne ricevono una copia o  Ethernet tradizionale o  Wireless LAN 802.11

Shared wire

(e.g. Ethernet)

Shared wireless

(e.g. WaveLAN)

Satellite

93

 Centinaia o anche migliaia di nodi possono comunicare direttamente su un canale broadcast: o  Si genera una collisione quando due o più nodi

trasmettono trame contemporaneamente.

 Protocolli di Accesso Multiplo Protocolli che fissano le modalità con cui i nodi regolano l’immissione delle Trame da essi generate nel canale condiviso.


94

Sistema di Accesso Multiplo (1/3)  In generale, un sistema di Accesso Multiplo

è costituito da N≥2 stazioni (nodi), ciascuna delle quali può sia trasmettere che ricevere da un canale condiviso di capacità C (bit/sec).

 Ciascuna stazione può sia inviare trame che ricevere da qualsiasi altra stazione.

 Ciascuna stazione è univocamente individuata da un indirizzo MAC costituito da 6 byte ed espresso in forma esadecimale.

95

Sistema di Accesso Multiplo (2/3)

Canale condiviso (Broadcast channel)

Nodo 1 Nodo 2 Nodo N

dmax (m)

96

Sistema di Accesso Multiplo: Parametri Principali (3/3)

  Con riferimento alla figura precedente, introduciamo le seguenti definizioni:

o  N numero di nodi che compongono il sistema; o  C (bit/sec) capacità trasmissiva del Canale condiviso; o  dMAX (m) distanza massima tra due nodi del sistema; o  v (m/sec) velocità di propagazione del segnale

elettrico nel canale condiviso; o  τ dMAX /v (sec) = ritardo massimo di propagazione del

segnale elettrico; o  L MIN (bit) lunghezza minima di una trama; o  LMAX (bit) lunghezza massima di una trama; o  Tt LMAX/C (sec) = tempo necessario a trasmettere una

trama di lunghezza massima.

97

Proprietà di un Protocollo MAC ‘ideale’   Idealmente, un protocollo MAC per un sistema di

Accesso Multiplo con N nodi che impiega un canale condiviso di capacità C dovrebbe possedere le seguenti due proprietà:

i.  quando un solo nodo ha dati da trasmettere, quel nodo può trasmettere ad una velocità (tasso) pari alla capacità C (bit/sec) del canale condiviso (Proprietà di utilizzo efficiente del canale);

ii.  quando N ≥ 2 nodi hanno dati da trasmettere, ciascuno di questi può trasmettere ad una velocità media di C/N (bit/sec) (Proprietà di equità di condivisione del canale).

98

Prestazioni di un Protocollo MAC-Efficienza (1/3)

  Supponiamo assegnato un Protocollo MAC che regoli (in qualche modo) le trasmissioni di N ≥ 2 nodi attraverso un canale condiviso di capacità C.

  In ogni intervallo temporale di durata Tt, il canale condiviso può trovarsi in uno e in uno solo dei seguenti tre stati:

i.  Stato libero: nessun nodo sta trasmettendo nel canale;

ii.  Stato di collisione: due o più nodi stanno trasmettendo simultaneamente nel canale;

iii.  Stato utile: uno e uno solo nodo sta trasmettendo nel canale.

99


  Indichiamo con: o  TL (sec) tempo che il canale passa nello stato Libero; o  TC (sec) tempo che il canale passa nello stato di

Collisione; o  TU (sec) tempo che il canale passa nello stato Utile; o  Ttot (sec) TL + TC + TU = tempo di lavoro del canale.

  Ciò posto, l’efficienza del protocollo MAC assegnato è così definita:

100


  Il valore di varia al variare del Protocollo MAC considerato.

  Dal punto di vista analitico, è un numero reale compreso in [0,1].

  Dal punto di vista ingegneristico, i Protocolli MAC più efficienti (migliori) sono quelli che hanno più alti valori di , perché consentono agli N nodi di condividere il canale broadcast dando luogo a “poche” collisioni.

101

Classificazione dei Protocolli MAC (1/2)

  Protocolli MAC si possono classificare in (almeno) due categorie:

i.  Protocolli a suddivisione del canale (Channel Partitioning Protocols): partizionano la capacità C del canale condiviso in parti “più piccole”, dette sotto-canali, non interferenti;

ii.  Protocolli ad accesso casuale (Random Access Protocols): il canale condiviso non viene suddiviso tra i nodi. Trasmissioni simultanee danno luogo a collisioni. I nodi collidenti ri-trasmettono le trame che hanno colliso.

102

Classificazione dei Protocolli MAC (2/2)

Protocolli MAC

Protocolli a suddivisione del canale

Protocolli ad accesso casuale

TDMA FDMA CDMA Slotted ALOHA CSMA/CD

103

Protocolli a suddivisione di canale- Generalità (1/2)

  Consideriamo un sistema di accesso con N ≥ 2 nodi che impiega un canale condiviso di capacità C (bit/sec).

  Per definizione, un Protocollo MAC a suddivisione di canale opera come segue:

i.  Suddivide il canale in N sotto-canali non interferenti, ciascuno di capacità C/N (bit/sec);

ii.  Assegna permanentemente a ciascuno dei nodi uno dei sotto-canali per l’intero tempo della comunicazione.

104

Protocolli a suddivisione di canale- Generalità (2/2)

Dalla precedente definizione, discendono alcune proprietà generali possedute da tutti i protocolli MAC a suddivisione di canale, e cioè:

i.  La trasmissione di dati da parte di ciascun nodo avviene sempre senza collisioni;

ii.  Tutti i nodi possono trasmettere alla stessa velocità di C/N (il protocollo è equo);

iii.  Quando c’è un solo nodo che ha dati da trasmettere, esso può farlo alla velocità di C/N (bit/sec) (il protocollo non utilizza efficientemente la capacità C del canale condiviso);

iv.  Il protocollo offre un modo di trasferimento “a circuito”; v.  C’è bisogno di un nodo controllore (nodo Master) che disciplini

l’accesso al canale condiviso da parte degli N nodi (il protocollo è di tipo centralizzato).

105

Protocolli a suddivisione di canale- Classificazione

  A seconda della tecnica (strategia) impiegata per partizionare il canale condiviso in sotto-canali non interferenti, i Protocolli a suddivisione del canale possono essere di tre tipi :

i.  Protocollo d’accesso a Divisione di Tempo (TDMA);

ii.  Protocollo d’accesso a Divisione di Frequenza (FDMA);

iii.  Protocollo d’accesso a Divisione di Codice (CDMA).

106

Accesso Multiplo a divisione di tempo (TDMA, Time Division Multiple Access)

  Le sorgenti trasmettono sulla stessa banda di frequenza ma in intervalli di tempo diversi, alternati e separati da intervalli di guardia Tg

  Definizione di una trama : ciascuna destinazione estrae il proprio segnale generato dalla sorgente desiderata sulla base del sincronismo della trama

  Esempi: i.  Assegnazione timeslot per collegamenti GSM ii.  trasmissioni dati su fibra ottica, con allocazione fissa o

dinamica degli intervalli (“timeslot”)

Tempo (sec)

1 … 2 3 4 1 2 3 4

Trama Tg timeslot

107

Accesso Multiplo a divisione di frequenza

(FDMA, Frequency Division Multiple Access)   Le varie sorgenti trasmettono contemporaneamente nel tempo

ma impiegano bande di frequenza diverse, separate da bande di guardia Bg

  Ciascuna destinazione estrae il proprio segnale della sorgente desiderata tramite un filtraggio in banda

  Esempi: i.  broadcasting radio e tv, con allocazione fissa della banda

(multiplazione in frequenza) ii.  trasmissioni in HF, con allocazione dinamica della banda

B1 B2

f1 f2

B3

f3

Bg

T1

Frequenza (Hz)

T2 T3

108

Accesso Multiplo a divisione di codice (1/5)

Utente A

Utente B

Trasmettitori (“Spreaders”)

Codice A: 1-1-11-111-1

Canale Ricevitore per l’utente A (“Despreader”)

t

Codice A: 1-1-11-111-1

integratore A

t

t

Dato A= 1

Dato B=

t Codice B: -1-111-11-11

t

1-1

A 1

Decisore


109

Accesso Multiplo a divisione di codice- Parametri di sistema (2/5)

 Ciascun utente (“A” o “B”) genera forme d’onda binarie che assumono i valori ± 1. Ciascuna forma d’onda elementare è di durata TB, detto “periodo di bit”   Ciascun utente moltiplica ciascun suo singolo dato da trasmettere per un segnale di codice (cA(t) o cB(t)) di durata complessiva Tb e costituito da SF>1 forme d’onda binarie elementari, ciascuna delle quali è di durata TC (periodo di chip).

 Il rapporto SF >1 è detto spreading factor (fattore di allargamento) del sistema e rappresenta il numero di chips contenuti in un periodo di bit TB.

 Il segnale CDMA sA(t) trasmesso dall’utente A durante un periodo di bit è quindi pari a:

sA(t)=AcA(t), 0 ≤ t ≤ Tb,

dove A= ±1 è il bit di messaggio trasmesso dall’utente A.

110

Accesso Multiplo a divisione di codice- Forme d’onda dei segnali (3/5)

t

t

t

TC

A(t) (segnale digitale dell’utente A) +1

-1 Tb 2Tb

CA(t) (segnale di codice A) +1

-1 Tb 2Tb

SA(t) A(t)CA(t) (segnale CDMA di A) +1

-1 Tb 2Tb

SF = 8

111


  La Banda occupata dal segnale CDMA generato da ciascuno degli utenti (“A” o “B”) è SF volte la banda fm del corrispondente segnale binario prima della moltiplicazione per il segnale di codice, ossia abbiamo che

BCDMA ≡ SF x fm (allargamento di banda del segnale A)

  Quindi, il CDMA è un formato di segnale a Banda LARGA.

112


 In assenza di rumore di canale e sotto l’assunzione (fondamentale) che i due segnali di codice soddisfino alla seguente condizione di ortogonalità:

(condizione di ortogonalità tra i segnali di codice),

all’uscita dell’integratore di ricezione è sempre ricostruibile senza errore il valore rA del bit di messaggio A realmente trasmesso dall’utente A. Infatti dalla figura precedente abbiamo che:

1 0

113

Protocolli MAC Ad Accesso Casuale- Generalità (1/3)

Consideriamo N ≥ 2 nodi che condividono un canale di capacità C (bit/sec).

  Per definizione, i protocolli ad accesso casuale operano in accordo alla eseguenti regole generali:

i.  Un nodo che vuole trasmettere, lo fa sempre alla velocità di C (bit/sec);

ii.  Quando si verifica una collisione, ciascun nodo coinvolto nella collisione ritrasmettere il suo frame ripetutamente, sin tanto che il frame è trasmesso senza collisione;

114


i.  Quando un nodo subisce una collisione, non cerca di ritrasmettere il suo frame immediatamente. Al contrario, il nodo attende un certo intervallo di tempo prima di ritrasmettere il suo frame;

ii.  Ciascun nodo coinvolto in una collisione sceglie un tempo di attesa per la ritrasmissione del suo frame indipendentemente da tutti gli altri nodi.

115


Dalla definizione precedente, scaturiscono le seguenti proprietà generali dei Protocolli ad Accesso Casuale:

i.  Quando c’è un solo nodo che vuole trasmettere, può farlo alla velocità C(bit/sec) (Proprietà di utilizzo efficiente del canale);

ii.  Quando N ≥ 2 nodi hanno dati da trasmettere, il protocollo non garantisce che possano farlo ad una velocità media di C/N (bit/sec) (il protocollo non è “equo”);

iii.  Trasmissioni simultanee da parte di più nodi danno sempre origine a collisioni;

iv.  Il protocollo offre un modo di trasferimento “a pacchetto” con perdita;

v.  Non c’è alcun nodo controllore (nodo Master) che disciplina le trasmissioni da parte dei nodi (il protocollo è di tipo Distribuito).

116

Protocolli MAC ad Accesso Casuale- Classificazione (1/2)

  In funzione delle diverse tecniche (strategie) che possono essere adottate per prevenire oppure per risolvere le collisioni, i protocolli MAC ad accesso casuale si suddividono in (almeno) due categorie:

i.  Protocolli di tipo ALOHA   Non effettuano alcune rilevazione dello stato (libero

oppure occupato) del canale condiviso al momento di iniziare la trasmissione di ua trama da parte di un nodo.

ii.  Protocolli di tipo ‘Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection’ (CSMA/CD)

117

Protocolli MAC ad Accesso Casuale- Classificazione (2/2)

  Effettuano una rilevazione (“sensing”) dello stato (libero o occupato) del canale prima di iniziare la trasmissione di una trama, cercando così di prevenire gli eventi di collisione. Inoltre, dopo che un nodo ha iniziato a trasmettere una trama, esso continua a rilevare lo stato del canale per accorgersi se la collisione si stia comunque verificando, così da essere in grado di sospendere subito la trasmissione non appena la collisione avviene (Collision Detection).

118

Protocollo d’accesso Slotted ALOHA- Generalità (1/5)

  Nei sistemi d’accesso Slotted ALOHA, si assume che: i.  Il tempo è suddiviso in sotto-intervalli (time-

slot) di durata ciascuno LMAX/C (sec); ii.  I nodi possono iniziare le trasmissioni solo agli

inizi degli slot; iii.  Ciascun nodo conosce esattamente gli istanti

d’inizio dei vari slot; iv.  Se due o più nodi trasmettono simultaneamente

in uno stesso slot, i corrispondenti frame collidono (cioè, vanno persi) e i nodi che hanno colliso si accorgono (rilevano) tale collisione.

119

Protocollo d’accesso Slotted ALOHA- Funzionamento (2/5)

  Indichiamo con p un valore di probabilità, cioè un numero compreso tra [0,1]. p è la ”probabilità di persistenza ” del protocollo.

  Allora un qualunque nodo che abbia una trama da trasmette opera in accordo al seguente protocollo “Slotted Aloha”:

a)  Quando un nodo ha una nuova trama da trasmettere, aspetta l’inizio del successivo slot e poi trasmettere l’intera trama durante lo slot;

b)  Se non c’è stata collisione, il nodo ha trasmesso con successo la sua trama e torna al passo a);

c)  Se il nodo ha rilevato la collisione, allora esso ritrasmette la stessa trama con probabilità p in ciascuno dei seguenti slot, sin tanto che la trama non è stata trasmessa senza collisione.

  I passi a), b), c) definiscono il modo di operare del protocollo “Slotted ALOHA”.

120

Protocollo d’accesso Slotted ALOHA- Calcolo dell’Efficienza (3/5)

  Ricordiamo che, per definizione: Ovvero, l’efficienza di un protocollo è la frazione del tempo totale in cui il canale trasmette trame senza collisioni.

  Nel caso dello Slotted ALOHA, supponiamo di avere N nodi, ciascuno dei quali trasmette la propria trama in uno slot con probabilità p.

  Allora, la probabilità Ps che un singolo nodo trasmette la sua trama senza collisioni è: Ps = p (1-p)N-1.

  Poiché vi sono N nodi, la probabilità totale Pst che un qualsiasi nodo trasmetta la sua trama con successo è pari a:

Pst= NPs= Np (1-p)N-1.   Per definizione, Pst coincide con l’efficienza dello Slotted

ALOHA cioè ≡ Pst = Np (1-p)N-1

121


  Definiamo come efficienza massima dello Slotted ALOHA il seguente limite:

  Per N finito, il valore p* della probabilità di persistenza che massimizza è: p* = 1/N, così che abbiamo:

122


  Ricordiamo il seguente limite notevole:

  Allora passando al limite per N ∞ l’espressione precedentemente trovata per: , otteniamo che l’efficienza massima alla quale può dar luogo il protocollo Slotted ALOHA è pari a :

  Ciò significa che, nel caso dello slotted ALOHA, al più, solo (circa) il 37% degli slot trasporta trame che non collidono. In altri termini, nello slotted ALOHA, almeno il 63% degli slot o rimane inutilizzato o trasporta trame che collidono.

123

Accesso Multiplo con Rivelazione della portante (CSMA) (1/4)

  Una prima strategia che si può usare per migliorare l’efficienza dello Slotted ALOHA è quella di rilevare lo stato del canale (libero o occupato) prima di iniziare a trasmettere.

  Specificatamente, i protocolli di tipo Carrier Sensing Multiple Access (CSMA) prevedono che ogni nodo che ha una trama da trasmettere effettui le seguenti operazioni:

i.  Si pone in ascolto del canale (sensing) per verificarne lo stato;

ii.  Se il canale è libero, il nodo trasmette l’intera trama; iii.  Se il canale è occupato, il nodo aspetta un opportuno

intervallo di tempo e, poi, torna ad ascoltare il canale.   Quindi, i protocolli CSMA adottano la seguente regola: “Ascolta

prima di parlare e, se qualcun altro sta già parlando, aspetta finchè non ha concluso”.

124

  La strategia di accesso CSMA non garantisce l’assenza di collisioni.   Supponiamo che il nodo B e il nodo D siano alla massima distanza dmax.

o  Supponiamo che, all’istante t0, il nodo B ascolti il canale, lo trovi libero ed inizi a trasmettere;

o  Supponiamo che all’istante t1 (dove t1≥t0), il nodo D ascolti il canale. o  Se la differenza (t1-t0) è minore del ritardo di propagazione τ del

segnale elettrico nel canale condiviso, ossia, se è verificata la condizione:

(t1-t0) < τ allora all’istante t1, il nodo D “sente” il canale libero ed inizia a trasmettere la propria trama.

o  Poiché il nodo B sta già trasmettendo la propria trama le trame generate dai nodi D e B collidono.

  Ne concludiamo che, in generale, la strategia di accesso CSMA è tanto meno efficace quanto maggiore è il ritardo di propagazione τ del sistema d’accesso considerato.


125


  Le collisioni possono ancora verificarsi: o  tra i due nodi trasmittenti avviene una collisione se

essi accedono al canale in istanti che differiscono tra loro meno del tempo di propagazione tra i nodi;

o  Il ritardo di propagazione fa sì che due nodi non rilevino la reciproca trasmissione.

B D

collisione

126


 Il ritardo di propagazione τ gioca un ruolo importante nel determinare le collisioni


127

CSMA con Rilevazione di Collisione (CSMA/CD) (1/3)

  Le prestazioni dei protocolli CSMA possono essere migliorate facendo ricorso alla funzione di Rilevazione delle Collisioni (Collision Detection- CD)

  Per definizione, la funzione di Collision Detection richiede che un qualsiasi nodo che ha già iniziato a trasmettere continui ad ascoltare il canale, ed interrompa immediatamente la trasmissione nel caso in cui si accorga che c’è anche un altro nodo che sta trasmettendo.

  Quindi, la funzione di Collision Detection permette di minimizzare la durata temporale di ciascuna collisione.

  E’ da rimarcare che un nodo può espletare la funzione di Collision Detection solo durante l’intervallo temporale in cui sta trasmettendo la propria trama, ma non dopo aver terminato di trasmetterla.

128

CSMA con Rilevazione di Collisione (CSMA/CD) (2/3)

  Ricapitolando, i protocolli CSMA/CD prevedono che ogni nodo che abbia una trama da trasmettere:

i.  Ascolti lo stato del canale e inizi a trasmettere solo se il canale è libero (fase CSMA);

ii.  Continui ad ascoltare il canale durante la trasmissione della propria trama e interrompa immediatamente la trasmissione appena si accorga che un altro nodo sta trasmettendo (fase CD).

  In essenza, i protocolli CSMA/CD adottano la regola: “Ascolta prima di parlare e anche mentre stai parlando”.

129

CSMA con Rilevazione di collisione (CSMA/CD) (3/3)

 Rispetto al protocollo CSMA, migliora le prestazioni riducendo la durata temporale delle collisioni

130

Il protocollo CSMA/CD (1/2)

Trasmetti il segnale di jam

Calcolo di (2k-1)T0

Scelta casuale del tempo di attesa Δ

nell’insieme {0, T0, 2T0, …, (2k-1)T0}

Attesa di Δ

si

si

Nodo pronto a trasmettere

Trasmissione e sensing del canale

Canale occupato?

Collisione Rilevata?

Trasmissione completata

Attendi Δ1=9.6µs

no

no

  Nei sistemi d’accessi di tipo CSMA/CD, ciascun nodo opera in accordo al seguente protocollo:

131

Il protocollo CSMA/CD – Definizione dei parametri (2/2)

  I parametri introdotti nel diagramma precedente hanno i seguenti significati/valori:

o  T0 (sec) ≡ tempo necessario a trasmettere una trama di lunghezza minima ≡ Lmin/C

tipicamente T0=51.2µs; o  Δ1 ≡ tempo che deve intercorrere tra l’istante in cui

termina la trasmissione di una trama e l’istante in cui il nodo torna a sentire il canale per trasmettere la trama successiva (Inter-Frame Gap)

tipicamente Δ1 = 9.6 µs; o  K ≡ min {Nc,10}; o  Nc ≡ numero di collisioni già subite dalla trama che il

nodo sta cercando di trasmettere.

132

Il protocollo CSMA/CD- Descrizione (1/3)   Quando il nodo ha una trama da trasmettere, inizia ad

ascoltare (sensing) il canale. Nel caso in cui rilevi una trasmissione già in atto, il nodo si pone in uno stato di attesa per un opportuno intervallo di tempo Δ (sec) e, quindi, torna di nuovo ad ascoltare il canale.

  Nel caso in cui l’operazione di Collision Detection rilevi una collisione mentre il nodo sta già trasmettendo, il nodo interrompe immediatamente la trasmissione della trama e, poi, emette un segnale di allarme (segnale di jam).

  Il segnale di jam è una particolare sequenza di 32 bit che ha il compito di avvertire tutti i nodi del sistema delle collisioni e, che, quindi, tutti i bit che essi hanno ricevuto sono da scartare.


133

Il protocollo CSMA/CD- Descrizione (2/3)

  Dopo la trasmissione del segnale di jam, il nodo si pone in attesa di riprovare la trasmissione della trama che ha colliso.

  La durata Δ (sec) (variabile) dello stato di attesa è calcolata applicando il cosiddetto algoritmo di subentro (Algoritmo di Back-off), che è basato sulla definizione di un intervallo di base T0 ≡ 51.2µs che rappresenta il tempo necessario a trasmettere una trama di lunghezza minima.

  Specificatamente, l’Algoritmo di Back-off prevede che il nodo torni ad ascoltare il canale dopo un tempo di attesa Δ che è scelto casualmente nell’insieme:

Δ {0, T0, 2T0, …, (2k-1)T0}, dove

K ≡ min {Nc,10} e l’intero Nc ≥ 1 è il numero di collisioni che la trama da

trasmettere ha già subito.

134

Il protocollo CSMA/CD- Descrizione (3/3)

  Nell’Algoritmo di Back-off, il numero di possibili valori assumibili dal tempo di attesa Δ cresce in modo esponenziale con K, ossia cresce in modo esponenziale con il numero Nc di collisioni già subite dalla trama da trasmettere, almeno finchè Nc ≥ 10.

  Infatti, maggiore è Nc, maggiore è il numero di nodi che stanno cercando di trasmettere. Quindi, per evitare che due o più nodi continuino a collidere più e più volte, l’insieme dei possibili valori che può assumere Δ deve crescere al crescere di Nc.

135

Corretto funzionamento della procedura di Collision Detection (1/2)

  Poiché un nodo espleta la funzione di Collision Detection solo durante l’intervallo di tempo in cui sta trasmettendo una trama, è necessario che il tempo

LMIN/C (sec) che un nodo impiega per trasmettere una trama di lunghezza minima sia non inferiore al ritardo massimo ΔMAX (sec) con cui un nodo che ha iniziato a trasmettere di accorge che un altro nodo sta già trasmettendo.

  Ovviamente, ΔMAX è pari al tempo impiegato dal segnale elettrico per propagarsi dal nodo A al nodo B e, poi, dal nodo B al nodo A, dove A e B sono due nodi posti alla massima distanza dMAX . Ovvero,

ΔMAX = 2 τ = 2 dMAX /v

136

Corretto funzionamento della procedura di Collision Detection (2/2)

  Quindi, affinchè la funzione di CD operi correttamente, dobbiamo avere

LMIN/C ≥ ΔMAX ≡ 2 dMAX /v, ovvero,

dMAX ≤ v (m/sec) x LMIN (bit) /2 C (bit/sec) (1)

  Ciò significa che i sistemi d’accesso di tipo CSMA/CD hanno una estensione massima dMAX (ovvero, una copertura) che è limitata dal secondo membro della disuguaglianza riportata nella eq. (1).

137

Efficienza massima del protocollo CSMA/CD (1/3)

  L’impiego del protocollo CSMA/CD non garantisce l’assenza di collisioni.

  Anche nel caso dei sistemi di accesso CSMA/CD, il canale condiviso dagli N nodi può trovarsi in uno dei tre stati: i.  Stato libero, ii.  Stato con collisione, iii.  Stato utile. precedentemente definiti.

138


  Si può dimostrare che, al tendere all’inifinito del numero di nodi N che compongono il sistema, l’efficienza massima di un sistema CSMA/CD è pari a:

dove o  a ≡ τ /Tt (sec) ≡ tempo di propagazione normalizzato al

tempo di trasmissione; o  τ ≡ dMAX /v (sec) = tempo di propagazione del segnale

elettrico nel sistema; o  Tt ≡ LMAX /C (sec) = tempo di trasmissione di una trama

di dimensione massima.

139


  E’ interessante osservare che:

  Quindi, il protocollo CSMA/CD è tanto più efficiente (cioè, tanto più capace di evitare collisioni) quanto più è piccolo il valore a del rapporto tra il ritardo di propagazione τ il tempo di trasmissione Tt di una trama di dimensione massima.

140

Reti in Area Locale (LAN) e Reti Ethernet

141

Reti in Area Locale - Definizione (1/2)   Le reti in Area Locale (Local Area Networks) nascono per

interconnettere utenti terminali distribuiti su un’area geografica limitata e dell’ordine di 2.5km-3.0km.

  Dal punto di vista componentistico, una LAN è costituita da: o  Più utenti terminali; o  Elementi di inter-connessione tra utenti terminali (hub e/o

bridge); o  Canali trasmissivi che collegano le coppie di nodi.

  Le caratteristiche fondamentali di una LAN sono: i.  Estensione geografica limitata, ossia dMAX ≤ 2.5km-3.0km; ii.  Elementi di inter-connessione che attuano solo protocolli

degli Strati Fisico e di Collegamento; iii.  Canali trasmissivi che possono essere di tipo punto-punto,

oppure condivisi (canali broadcast).

142

Reti in Area Locale - Definizione (2/2)

  Le LAN si suddividono in due grandi categorie:

i.  LAN cablate (wired LAN): usano come mezzi trasmissivi i cavi coassiali, e/o i doppini telefonici e/o le fibre ottiche;

i.  LAN radio (wireless LAN): usano come mezzo trasmissivo lo spetto radio.

143

La Famiglia delle LAN Ethernet

144

Ethernet - Generalità (1/2)   La tecnologia Ethernet è nata a metà anni ’70; ad oggi,

detiene una posizione dominante nel mercato delle LAN cablate.

  Gli adattatori Ethernet sono poco costosi (dell’ordine dei 20 Euro) e permettono agli utenti collegati di trasmettere a velocità che vanno dai 10Mb/sec sino ai 10 Gb/sec.

  La tecnologia Ethernet comprende tutta una famiglia di reti che si differenziano principalmente per:

i.  Velocità di trasmissione (dai 10Mb/sec ai 10 Gb/sec); ii.  Coperture (da qualche decina di metri ai 3.5/4.0km); iii.  Mezzi trasmissivi impiegati (cavo coassiale, doppino

telefonico, fibra ottica); iv.  Strategia usata per l’accesso (CSMA/CD oppure

accesso dedicato).

145

Ethernet - Generalità (2/2)   Dal punto di vista dell’Architettura Protocollare, gli standard Ethernet

definiscono solo i protocolli degli: i.  Strato fisico ii.  Strato di Collegamento.

  Modello di Servizio Tutte le tecnologie Ethernet forniscono un servizio privo di connessione e non affidabile al corrispondente Strato di Rete. Specificatamente:

i.  Servizio privo di connessione significa che quando un adattatore A vuole inviare una trama ad un adattatore B lo fa direttamente senza ricorrere alla fase di Instaurazione della connessione (fase di handshaking);

ii.  Servizio non affidabile significa che quando un adattatore B riceve una trama da A, esso applica la procedura di rivelazione degli errori, ma non invia indietro ad A né alcun riscontro positivo né negativo. Quando l’adattatore B rivela errori nella trama ricevuta, esso scarta semplicemente la trama, senza richiederne la ri-trasmissione.

146

Strato Fisico della Tecnologia Ethernet

147

  Le reti Ethernet attuali impiegano una topologia a stella, in cui gli N ≥2 nodi che compongono la rete sono collegati (in modo bidirezionale) ad un nodo di interconnessione detto Centro Stella.

  Ciascun nodo è connesso al Centro Stella mediante due canali, il primo dei quali è impiegato per inviare segnali verso il Centro Stella, mentre il secondo è utilizzato per ricevere segnali dal Centro Stella.

  Le trame generate da un Nodo-Sorgente A debbono necessariamente transitare per il Centro Stella prima di raggiungere il Nodo-Destinazione desiderato B.

  Il Centro Stella può essere un hub oppure un bridge.   Il modo di trasmissione di una rete Ethernet è sempre

bidirezionale e può essere half-duplex o full-duplex.

Topologia delle Reti Ethernet (1/2)

148

Topologia delle Reti Ethernet (2/2)

Centro Stella (hub o bridge)

Nodo 1

Nodo 2

Nodo 3

Nodo N

149

Mezzi trasmissivi nelle Reti Ethernet (1/2)

  Per la maggior parte, le reti Ethernet attuali impiegano come mezzo trasmissivo il doppino telefonico oppure la fibra ottica.

  I doppini telefonici impiegati sono di tipo non schermato (UTP- Unshielded Twisted Pair) e, a seconda della qualità del rame impiegato, si suddividono in 7 categorie, di qualità via via crescente.

  Specificatamente, i doppini UTP impiegati nelle reti Ethernet sono quelli di:

i.  Categoria 3 – hanno una larghezza di banda di 16MHz; ii.  Categoria 4 – hanno una larghezza di banda di 20MHz; iii.  Categoria 5 – hanno una larghezza di banda di 100MHz; iv.  Categoria 6 – hanno una larghezza di banda di 250MHz; v.  Categoria 7 – hanno una larghezza di banda di 1000MHz.

150

Mezzi trasmissivi nelle Reti Ethernet (2/2)

  Le fibre ottiche impiegate nelle reti Ethernet possono essere di tipo monomodo o multimodo.

  La fibre multimodo operano in 1° finestra e in 2° finestra, ossia a lunghezze d’onda dell’ordine dei 850nm e dei 1300nm. Esse sono dispersive e introducono attenuazioni non trascurabili.

  Le fibre monomodo operano in 2° finestra e in 3° finestra, ossia a lunghezze d’onda dell’ordine di 1300nm e 1500nm. Esse sono poco dispersive e introducono basse attenuazioni.

151

Modulazione nelle Reti Ethernet (1/3)   Il formato di modulazione impiegato è il Manchester, che è

un formato di modulazione binario e di banda base.   Indicato con Tb (sec) il periodo di bit, nel formato

Manchester: i.  Il bit ‘0’ è rappresentato da un segnale che presenta

una transizione: altobasso a Tb/2; ii.  Il bit ‘1’ è rappresentato da un segnale che presenta

una transizione: bassoalto a Tb/2.   Poiché nelle reti Ethernet non c’è un segnale di sincronismo

che coordina (allinea temporalmente) i nodi della rete, le suddette transizioni facilitano l’estrazione del segnale di sincronismo dalla sequenza di bit ricevuti da ciascun nodo.

152

Modulazione nelle Reti Ethernet (2/3)   Le reti Ethernet che impiegano il doppino

telefonico come mezzo trasmissivo usano la modulazione Manchester di tipo bipolare.

S0(t)

+1

-1

t Tb/2 Tb

S1(t)

+1

-1

t Tb/2 Tb

153

Modulazione nelle Reti Ethernet (3/3)   Le reti Ethernet che impiegano la fibra ottica

come mezzo trasmissivo usano la modulazione Manchester di tipo on-off.

S0(t)

+1

t Tb/2 Tb

S1(t)

+1

t Tb/2 Tb

154

Strato di Collegamento della Tecnologia Ethernet

155

  Le trama Ethernet ha una lunghezza minima di 73 byte e una lunghezza massima di 1527 byte.

  Il tempo T0 per la trasmissione di una trama di lunghezza minima è fissata a T0 = 51.2µs.

  La struttura di trama è la seguente (standard IEEE802.3):

Formato della Trama Ethernet (1/3)

8 2661 40-1500 0-46

64-1518 byte

preamble SFD

DA SA LEN

data PAD

CRC

156

Formato della Trama Ethernet (2/3)   Il significato dei campi della Trama è il seguente:

o  preamble (8 byte) - consente, trama per trama, la sincronizzazione del segnale numerico ricevuto dal Nodo-Destinazione;

o  Short Frame Delimiter (SFD) (1 byte) - contiene la stringa ‘10101011’ che individua l’inizio della trama;

o  Destination Address (DA) (6 byte) - contiene l’indirizzo MAC del Nodo-Destinazione della trama;

o  Source Address (SA) (6 byte) - contiene l’indirizzo MAC del Nodo-Sorgente della trama;

157

Formato della Trama Ethernet (3/3)

o  Length (LEN) (2 byte) - specifica la lunghezza del campo DATA;

o  Data (0-1500 byte) - contiene il datagramma generato dallo strato di rete del Nodo-Sorgente;

o  PAD (0-46 byte) - serve a garantire che ogni trama abbia una lunghezza minima non inferiore a 73 byte;

o  Cyclic Redundancy Check (CRC) (4 byte) - contiene i bit di controllo di parità del codice impiegato per rilevare in ricezione eventuali errori presenti nella trama ricevuta.

158

Reti Ethernet- Interconnessione tramite Hub

159

Interconnessione tramite Hub (1/4)   Nelle reti Ethernet che impiegano un hub come centro-

stella, ogni nodo è connesso all’hub mediante due canali, uno dei quali è impiegato per trasmettere verso l’hub, mentre l’altro è usato per ricevere dall’hub.

  L’hub è un dispositivo che opera semplicemente la ri-trasmissione del segnale ricevuto da uno dei nodi di rete verso tutti gli altri nodi della rete, tranne il nodo da cui il segnale è stato ricevuto.

  Quindi, se 2 o più nodi trasmettono contemporaneamente verso l’hub, i corrispondenti segnali collidono e sono inutilizzabili.

  Dal punto di vista logico, una rete Ethernet con centro-stella costituito da un hub di comporta come un sistema ad accesso multiplo con protocollo CSMA/CD.

160

  Dal punto di vista fisico (hardware), un hub è un dispositivo con N interfacce, ciascuna delle quali è collegata bidirezionalmente con uno dei nodi di rete.

  Ciascuna interfaccia è costituita da: i.  Una porta d’ingresso, dalla quale l’hub riceve il segnale

trasmesso dal nodo; ii.  Una porta di uscita, attraverso la quale l’hub invia il segnale

verso il nodo.   Il segnale che l’hub riceve dall’m-sima porta d’ingresso viene:

i.  Demodulato; ii.  Ri-modulato; iii.  Amplificato; iv.  Ritrasmesso su tutte le porte d’uscita tranne che sulla

porta di uscita m-sima.

Interconnessione tramite Hub (2/4)

161

Interconnessione tramite Hub (3/4)

Porta di Ingresso 2

Demod- Mod. Ampl.

Dal nodo 2

Porta di Ingresso 1

Demod- Mod. Ampl.

Dal nodo 1

Porta di Ingresso 3

Demod- Mod. Ampl.

Dal nodo 3

Porta di Uscita

1

Porta di Uscita

2

Porta di Uscita

3

Al nodo 1

Al nodo 2

Al nodo 3

  La struttura interna di un hub è riportata in figura, per il caso N = 3.

162

Interconnessione tramite Hub (4/4)   Dal punto di vista dell’Architettura Protocollare, un hub

attua solo protocolli di Strato Fisico. Quindi un hub non può essere impiegato per interconnettere nodi che adottano protocolli di Strato di Collegamento diversi tra loro.

Simbolo grafico di un Hub

Pila protocollare attuata da un Hub

Strato Fisico

163

Reti Ethernet- Interconnessione tramite Bridge

164

Bridge - Generalità   Il centro-stella di una rete Ethernet può essere costituito da un

Bridge.   Un Bridge è un dispositivo con N interfacce che attua sia

protocolli di strato fisico che protocolli di strato di collegamento.   In particolare, un Bridge opera su ogni tarma ricevuta al seguente

modo: i.  Legge l’indirizzo di destinazione della trama; ii.  Inoltra la trama solo sulla porta di uscita connessa alla

destinazione; iii.  Trasmette la trama verso la destinazione solo quando non ci

sono altre trame che sono correntemente trasmesse verso la stessa destinazione.

  Quindi l’interconnessione tramite Bridge evita completamente le collisioni.

165

Bridge – Struttura (1/2)   La struttura di un Bridge è riportata in figura.

Porta 1 . . . Porta N

Porte d’ingresso

Dispositivo di indirizzamento e inoltro

Porta 1 Porta N

Porte d’uscita

Buffer 1

Buffer N

166

Bridge – Struttura (2/2)   Un Bridge è costituito da N interfacce, ciascuna della quali è

composta da una porta di ingresso e da una porta d’uscita. Il Bridge riceve le trame generate dal nodo m-simo mediante la m-porta di ingresso. Il Bridge invia le trame destinate al nodo m-simo mediante la m-sima porta di uscita.

  La trama ricevuta da una (generica) porta di ingresso viene prelevata dal Dispositivo di Indirizzamento, che svolge le seguenti funzioni:

i.  Legge l’indirizzo del nodo di destinazione contenuto nella trama;

ii.  Inoltra la trama solo verso il buffer connesso con la porta di uscita collegata col nodo di destinazione;

iii.  Preleva la trama dal buffer e la trasmette verso il nodo di destinazione solo quando non ci sono altre trame che correntemente sono trasmesse verso lo stesso nodo di destinazione (assenza di collisioni).

167

Bridge – Architettura Protocollare   Dal punto di vista dell’Architettura Protocollare, un Bridge attua

sia i protocolli di Strato Fisico che i protocolli di Strato di Collegamento.

  In particolare, un Bridge è in grado di leggere e interpretare gli indirizzi MAC di una trama, ma non è in grado né di leggere né di interpretare gli indirizzi IP di un Datagramma.

  Un Bridge può essere anche utilizzato per inter-connettere nodi che adottano differenti protocolli di Strato di Collegamento.

Simbolo grafico di un Bridge

Pila protocollare attuata da un Bridge

Strato Fisico

Strato di

collegamento

168

Le funzione svolte da un Bridge

  Più in dettaglio, un Bridge svolge le seguenti funzioni (operazioni) su ciascuna trama che riceve da una delle sue porte di ingresso: i.  Filtraggio; ii.  Inoltro; iii.  Auto-apprendimento; iv.  Conversione del formato di trama

(opzionale).

169

Filtraggio e Inoltro (1/5)   Filtraggio si riferisce alla capacità che un Bridge ha di

decidere se una trama ricevuta da una delle sue porte di ingresso debba essere inoltrata ad una opportuna sua porta di uscita oppure debba essere scartata.

  Inoltro (forwarding) è la capacità che un Bridge ha di determinare (calcolare) a quale porta di uscita debba essere inviata ciascuna trama che il bridge ha ricevuto da una delle sue porte di ingresso.

  Il bridge svolge le funzioni di filtraggio e inoltro avvalendosi delle informazioni memorizzate in una tabella residente nel bridge stesso, e detta Tabella di Inoltro.

170

Filtraggio e Inoltro (2/5)   Specificatamente, la Tabella di Inoltro memorizzata in

ciascun Bridge ha tante righe quanti sono i nodi destinazione raggiungibili dalle porte di uscita del Bridge stesso.

  Ciascuna riga della Tabella di Inoltro contiene 3 informazioni:

i.  Indirizzo MAC (6 byte) di un nodo di destinazione; ii.  Il numero d’ordine della porta di uscita del bridge

dalla quale è raggiungibile il nodo di destinazione; iii.  Il tempo (l’ora) in cui l’indirizzo del nodo di

destinazione è stato inserito (scritto) nella Tabella di Inoltro.

171

Filtraggio e Inoltro (3/5)   Un possibile esempio di Tabella di Inoltro

memorizzata da un bridge è la seguente Indirizzo MAC del

nodo di destinazione Numero della porta di uscita del Bridge

Tempo di inserimento

dell’indirizzo MAC

62-FE-F7-11-89-A3 1 9:32

7C-BA-B2-B4-91-10 3 10:37

88-B2-2F-54-1A-0F 1 10:52

… … …


172

Filtraggio e Inoltro- Algoritmo (4/5)

  Supponiamo che il bridge riceva una trama dalla porta di ingresso con numero m e che la trama contenga come indirizzo di destinazione DD-DD-DD-DD-DD-DD.

  L’algoritmo di Filtraggio e Inoltro eseguito dal bridge procede come segue: i.  Se l’indirizzo DD-DD-DD-DD-DD-DD non è contenuto nella Tabella

di Inoltro, allora il bridge inoltra la trama ricevuta su tutte le sue porte d’uscita tranne l’m-sima;

ii.  Se l’indirizzo DD-DD-DD-DD-DD-DD è contenuto nella Tabella e la porta di uscita ad esso associata è l’m-sima, allora il bridge scarta la trama ricevuta (ossia, non inoltra la trama su nessuna delle porte d’uscita) (Filtraggio);

iii.  Se l’indirizzo DD-DD-DD-DD-DD-DD è contenuto nella tabella e la porta di uscita ad esso associata è l’x-sima con x ≠ m, allora il bridge memorizza temporaneamente la trama nel buffer che precede la porta d’uscita x-sima. Il bridge rimuove la trama dal buffer e la trasmette sulla porta d’uscita x-sima solo quando la suddetta trasmissione non provoca collisione con altre trasmissioni già in corso (Inoltro).

173

Filtraggio e Inoltro- Esempio (5/5)

  Destinazione della trama sconosciuta: flood

  Destinazione A conosciuta: inoltro selettivo

A

B

B’

C

C’

1 2 3 4 5

6

A A’

Source: A Dest: A’

A A’ A A’ A A’ A A’ A A’

A’ A

Tabella di inoltro

MAC addr porta tempo 9:57

10:19

A

A’

1

4

bridge

trama

174

 La Tabella di Inoltro di un bridge è inizialmente vuota. Essa viene costruita e aggiornata automaticamente, ossia senza bisogno dell’intervento dell’amministratore di rete.

 La capacità di un bridge di costruire e aggiornare la propria Tabella di Inoltro in modo autonomo è detta capacità di auto-apprendimento (self-learning) del bridge.

Auto-Apprendimento (1/3)

175

Auto-Apprendimento: algoritmo (2/3)

  Specificatamente, l’algoritmo di auto-apprendimento procede come segue: 1.  La tabella di Inoltro è inizialmente vuota; 2.  Quando una trama arriva al bridge e l’indirizzo MAC del nodo-

Sorgente della trama non è già contenuto nella Tabella di Inoltro, allora il bridge memorizza: i.  L’indirizzo MAC di tale nodo; ii.  Il numero della porta di ingresso dalla quale è arrivata la

trama; iii.  L’istante di tempo in cui la trama è arrivata.

3.  Quando una trama arriva al bridge e l’indirizzo del nodo-Sorgente è già contenuto nella Tabella, allora la Tabella non viene modificata.

4.  Il bridge elimina (cancella) un indirizzo dalla tabella se nessuna trama è stata ricevuta con quell’indirizzo di sorgente per un intervallo di tempo (Tempo di Età) che, tipicamente, è dell’ordine dei 60 minuti.

176

  Supponiamo che all’istante 9:39 una trama arrivi dalla porta di ingresso no.2 e con indirizzo-sorgente: 01-12-23-34-45-56.

  Supponiamo che questo indirizzo non sia nella Tabella di Inoltro del bridge. Allora, il bridge lo inserisce nella Tabella di Inoltro.

  Supponiamo, ora, che il Tempo di Età della tabella sia di 60 minuti e che nessuna trama con indirizzo-sorgente: 01-12-23-34-45-56 arrivi al bridge tra l’istante 9:39 e l’istante 10:39. Allora all’istante 10:39 il bridge rimuove tale indirizzo dalla sua Tabella di Inoltro.

Auto-Apprendimento- Esempio (3/3)

Indirizzo MAC del nodo di destinazione

Numero della porta di uscita del Bridge

Tempo di inserimento dell’indirizzo MAC

01-12-23-34-45-56 2 9:39

177

Conversione del formato di trama – Translating Bridge

 Un bridge può essere anche usato per interconnettere nodi di rete che impiegano protocolli di Strato di Collegamento diversi (eterogenei).

 In questo caso il bridge, oltre ad effettuare le funzioni di Filtraggio, Inoltro e Auto-Apprendimento, effettua anche la conversione del formato della trama ricevuta dal nodo-sorgente nel formato di trama richiesto dal nodo-destinazione.

 I bridge che effettuano anche questa conversione sono detti “translating bridge”.

178

Reti Ethernet con accesso a contesa e Reti Ethernet a commutazione

179

Classificazione delle Reti Ethernet

•  Le reti Ethernet che impiegano come centro-stella un hub sono dette Reti Ethernet con accesso a contesa.

•  Le reti Ethernet che impiegano come centro-stella un bridge sono dette Reti Ethernet a commutazione (Switched Ethernet LANs).

180

Reti Ethernet con Accesso a Contesa – Generalità (1/2)

  Per definizione, le Reti Ethernet con accesso a contesa impiegano un hub come centro-stella.

  A tutti gli effetti, una rete Ethernet con accesso a contesa alla quale sono collegati N nodi di rete mediante canali fisici di capacità C (bit/sec) si comporta come un sistema d’accesso multiplo che impiega il protocollo d’accesso CSMA/CD precedentemente descritto e analizzato.

  Tipicamente, ciascun nodo di una rete Ethernet con accesso a contesa comunica con l’hub in modo bidirezionale e half-duplex.

181

Reti Ethernet con Accesso a Contesa – Generalità (2/2)

  Ciò significa che, dei due canali che connettono ciascun nodo all’hub:

i.  Uno è impiegato, alternativamente nel tempo, per trasmettere dati verso l’hub e per ricevere dati dall’hub (comunicazione nodo-hub di tipo bi-direzionale e half-duplex);

ii.  L’altro canale è impiegato dal nodo esclusivamente per espletare la funzione di Collision Detection (CD) richiesta dalla tecnica di accesso CSMA/CD.

182

Reti Ethernet con Accesso a Contesa - Tassonomia

  Esistono più tipi di reti Ethernet con accesso, che si differenziano per:

i.  la capacità C (bit/sec) del canale condiviso; ii.  il tipo di mezzo trasmissivo impiegato dal canale condiviso.

  Le diverse topologie di reti Ethernet con accesso a contesa sono individuate con la notazione

X –Base- Y dove: a.  X indica la capacità del canale condiviso, espressa in Mb/sec; b.  Base sta ad indicare che la modulazione adottata è di banda

base (tipicamente, la Manchester); c.  Y può essere un numero oppure una lettera:

-  quando è un numero, indica la copertura della rete misurata in centinaia di metri;

-  quando è una lettere, specifica il mezzo trasmissivo del canale condiviso (tipicamente, doppino telefonico o fibra ottica).

183

Caratteristiche delle principali Reti Ethernet con Accesso a Contesa

10-Base-T 10-Base-F

Mezzo trasmissivo Doppino UTP Fibra in I finestra

Topologia Stella con hub Stella con hub

Modulazione Manchester Bipolare Manchester On-Off

Velocità di trasmissione 10Mb/sec 10Mb/sec

Tecnica di accesso CSMA/CD CSMA/CD

Velocità di propagazione del segnale nel mezzo

trasmissivo 0.59x3x108m/sec 0.66x3x108m/sec

Distanza massima tra due nodi 100m 500m

Numero massimo di nodi Non specificato 33

Modalità di trasmissione Bidirezionale half-duplex Bidirezionale half-duplex

184

 Per definizione, le reti Switched Ethernet impiegano un bridge come centro-stella.

 A tutti gli effetti, in una Switched Ethernet, ad ogni coppia di nodi Sorgente-Destinazione è dedicato un collegamento punto-punto privo di collisioni attraverso cui i nodi possano comunicare ad una velocità (bit/sec) pari alla capacità C del mezzo trasmissivo impiegato dalla rete.

 Tipicamente, ciascun nodo di una rete Switched Ethernet comunica con il bridge in modo bidirezionale e full-duplex.

Reti Ethernet con Accesso Commutato (Switched Ethernet) – Generalità (1/2)

185

 Ciò significa che i due canali che connettono ciascun nodo al bridge vengono usati simultaneamente, uno per trasmettere dati dal nodo al bridge, e l’altro per trasmettere dati dal bridge al nodo.

Reti Ethernet con Accesso Commutato (Switched Ethernet) – Generalità

(2/2)

186

  Esistono più famiglie di Reti Switched Ethernet, che si differenziano per la velocità di trasmissione e/o il tipo di mezzo trasmissivo impiegato.

  Specificatamente, le tre principali famiglie di Reti Switched Ethernet sono: a.  La famiglia Fast-Ethernet

È caratterizzata da una velocità di trasmissione di 100Mb/sec;

b.  La famiglia Gigabit-Ethernet È caratterizzata da una velocità di trasmissione di 1000Mb/sec;

c.  La famiglia TenGigabit-Ethernet È caratterizzata da una velocità di trasmissione di 10000Mb/sec.

Classificazione delle Reti Switched Ethernet

187

Caratteristiche principali delle Reti Fast - Ethernet

100-Base-T 100-Base-F

Mezzo trasmissivo 2 UTP di categoria 5 2 fibre ottiche

Topologia Stella con bridge Stella con bridge

Modulazione Manchester bipolare Manchester On-Off

Velocità di trasmissione 125 Mb/sec 125 Mb/sec

copertura Centinaia di metri ≤ 2 Km

Modalità di trasmissione Bidirezionale full-duplex Bidirezionale full-duplex

188

Caratteristiche principali delle Reti Gigabit - Ethernet

1000-Base-S 1000-Base-L

Mezzo trasmissivo Fibra multimodo in 1° finestra

Fibra monomodo in 2° finestra

Topologia Stella con bridge Stella con bridge

Velocità di trasmissione 1.25 Gb/sec 1.25 Gb/sec

copertura ≤ 550 m ≤ 5 Km

Modalità di trasmissione Bidirezionale full-duplex Bidirezionale full-duplex

189

  Impiegano solo fibre ottiche   Trasmettono a velocità dell’ordine di 10Gb/sec, con modalità

bidirezionale e full-duplex.   Hanno topologia a stella con bridge come centro stella.

Caratteristiche principali delle Reti TenGigabit - Ethernet

Lunghezza d’onda impiegata copertura

multimodo 850nm 65m

multimodo 1310nm 300m

monomodo 1310nm 10Km

monomodo 1550nm 40Km

190

Inter-connessione di più LAN

191

Inter-connessione di più LAN – Generalità (1/3)

  Due o più LAN, di stesso tipo o di tipo diverso, possono essere inter-connesse tra di loro mediante:

i.  un hub; ii.  un bridge.

  Lo scopo dell’inter-connessione è quello di far comunicare tra di loro nodi (terminali d’utente) che fanno parte di LAN distinte.

  L’intera rete ottenuta mediante l’inter-connessione è chiamata LAN. Le singole sotto-reti che sono state inter-connesse sono chiamate segmenti (LAN segment).


192


NodoA

NodoB

NodoC

NodoD NodoE NodoF NodoG

NodoH

NodoI

Hub 1

Hub 2

Hub 3

Hub oppure Bridge

Segmento 1 Segmento 3

Connessione

Connessione punto-punto

Connessione

Segmento 2

193

  L’architettura di base di una LAN inter-connessa è quella riportata nella figura precedente. In questo caso,

i.  Il segmento 1 è costituito dall’hub 1 e i nodi A,B,C; ii.  Il segmento 2 è costituito dall’hub 2 e i nodi D,E,F; iii.  Il segmento 3 è costituito dall’hub 3 e i nodi G,H,I.

  Ciascuno degli hub ha una connessione bidirezionale, full-duplex oppure half-duplex con l’hub/bridge centrale.

  L’ hub/bridge centrale è chiamato hub/bridge dorsale (backbone hub/bridge).


194

Dominio di Collisione  Quando più segmenti vengono inter-connessi,

può accadere che la trasmissione simultanea di nodi appartenenti a segmenti differenti dia luogo a collisioni.

 In una LAN inter-connessa, si definisce Dominio di Collisione l’insieme dei nodi (appartenenti allo stesso segmento o a segmenti differenti) la cui trasmissione simultanea dà luogo a collisioni.

 A seconda del modo in cui viene effettuata l’inter-connessione, una LAN inter-connessa può presentare uno o più domini di collisione.

195

Interconnessione mediante Backbone-Hub (1/3)

  Consideriamo l’architettura generale di inter-connessione di M segmenti LAN mediante un backbone-Hub riportato in figura.

Backbone Hub Connessione


Connessione

Segmento 1

Segmento 2

Segmento M

196


  L’inter-connessione mediante backbone-hub ha i seguenti vantaggi:

i.  E’ poco costosa e facile da realizzare; ii.  Permette a nodi appartenenti a segmenti

differenti di comunicare tra loro; iii.  Estende la copertura consentita a ciascun

singolo segmento.

197


  L’inter-connessione mediante backbone-hub ha i seguenti svantaggi: i.  Poiché un hub attua solo protocolli di Strato Fisico,

tutti i segmenti inter-connessi debbono usare la stessa tecnologia (ad es., devono tutti essere reti Ethernet 10-base-T, oppure tutti 100-base-T);

ii.  Poiché un hub non effettua l’operazione di inoltro (forwarding), né legge gli indirizzi delle trame che gli pervengono, tutti i segmenti inter-connessi con un backbone-hub costituiscono un unico dominio di collisione. Ciò significa che, se due nodi appartenenti a due segmenti differenti trasmettono simultaneamente, le loro trasmissioni danno luogo a collisione.

198

Interconnessione mediante Backbone-Bridge (1/2)

 Consideriamo l’altra architettura generale di interconnessione di M segmenti mediante backbone-bridge riportata in figura.

Backbone Bridge




Segmento 1

Segmento 2

Segmento M

199

Interconnessione mediante Backbone-Bridge (2/2)

  L’inter-connessione mediante backbone-bridge ha i seguenti vantaggi: i.  Permette a nodi di segmenti differenti di comunicare tra di loro e

quindi estende la copertura di un singolo segmento; ii.  Poiché un bridge è in grado di modificare il formato delle trame che

riceve, i segmenti possono usare anche tecnologie diverse; iii.  Poiché un bridge esegue le operazioni di inoltro e legge gli indirizzi

MAC delle trame che gli pervengono, ciascuno dei segmenti connessi da un backbone bridge costituisce un singolo dominio di collisione. Ciò significa che, se due nodi appartenenti a segmenti differenti trasmettono simultaneamente, le loro trasmissioni non danno luogo a collisioni.

iv.  La modalità di trasmissione tra ciascun segmento e il backbone bridge è bidirezionale e full-duplex.

  Tuttavia, un backbone-bridge è più costoso e più difficile da installare di un backbone-hub.

200

Protocolli di Strato di Collegamento per canali punto-punto

201

Collegamenti Punto-Punto   Consideriamo un collegamento tra un singolo

nodo-Sorgente e un singolo nodo-Destinazione collegati da un canale fisico dedicato.

  In questo scenario, i.  Non c’è bisogno di un protocollo di accesso al mezzo; ii.  Non occorre indirizzare i nodi; iii.  Il canale fisico potrebbe essere una linea telefonica, o un

collegamento SONET/SDM.   Il protocollo di Strato di Collegamento più

usato per gestire le connessioni punto-punto è il Protocollo PPP (Point-to-Point Protocol).

202

Funzioni che il PPP deve svolgere (1/2)

  Al PPP è richiesto di svolgere le seguenti funzioni e possedere i seguenti requisiti: i.  Costruzione di trame (packet framing): al nodo-Sorgente, il

protocollo deve essere in grado di incapsulare i datagrammi generati dallo Strato di Rete in trame PPP;

ii.  Trasparenza: il PPP non deve porre alcuna restrizione sul formato dei dati che costituiscono i datagrammi generati dallo Strato di Rete del nodo-Sorgente;

iii.  Rivelazione degli errori: al nodo-Destinazione, il PPP deve essere in grado di rivelare (ma non di correggere) gli eventuali errori introdotti nelle trame ricevute dal canale trasmissivo.

iv.  Disponibilità della connessione: il PPP deve essere in grado di rilevare l’eventuale presenza di guasti nel collegamento sorgente-destinazione;

v.  Negoziazione degli indirizzi IP: PPP deve fornire un meccanismo agli Strati di Rete dei nodi-Sorgente e Destinazione per scambiarsi e/o configurare gli indirizzi IP.

203

Funzioni che il PPP non deve svolgere (2/2)

  Al PPP non è richiesto di svolgere le seguenti funzioni:

i.  Correzione degli errori eventualmente presenti nella trama ricevuta;

ii.  Controllo della velocità del flusso di dati che il Nodo-Sorgente invia al Nodo-Destinazione;

iii.  Trasferimento in ordine (in sequenza) delle trame generate dal Nodo-Sorgente;

iv.  Instaurazione e gestione di collegamenti punto-a-multipunto (multicast);

v.  Attuazione di strategie ARQ per il controllo degli errori.

204

Modello di servizio offerto dal PPP

  Il PPP è un protocollo di Strato di Collegamento. Esso offre allo Strato di Rete un servizio di trasferimento di datagrammi:

i.  con connessione; ii.  non affidabile (no correzione errori, no

trasferimento in sequenza); attuato mediante una modalità di trasmissione che è:

i.  Bidirezionale; ii.  Full-duplex.

205

Architettura del PPP (1/2)   Dal punto di vista dell’Architettura

Protocollare, per attuare il servizio descritto, il PPP si avvale di 2 famiglie di protocolli, e cioè dei:

i.  Link Control Protocol (LCP): ha il compito di instaurare, gestire e abbattere il collegamento PPP tra sorgente e destinazione;

ii.  Network Control Protocol (NCP): famiglia di protocolli che il PPP utilizza per configurare opportunamente gli Strati di Rete del Nodo- Sorgente e del Nodo-Destinazione.

206

Architettura Protocollare del PPP (2/2)

Strato di Rete

NCP

LCP

Strato Fisico

PPP Strato di

collegamento

207

Formato della trama PPP   Flag: indica l’inizio della trama PPP;   Address: non viene realmente utilizzato nel PPP e gli è

assegnato come valore fisso la stringa “11111111”;   Control: anche questo campo è al momento inutilizzato;

potrebbe in futuro contenere campi di controllo multipli;   Protocol: protocollo di strato superiore al quale la trama

deve essere consegnata (e.s., PPP-LCP, IP, IPCP, etc);   Info: datagrammi degli strati superiori (datagramma IP);   Check: cyclic redundancy check per la rivelazione degli

errori.

01111110 11111111 00000011 protocol info check 01111110

Flag Address Control Flag

Num.byte 1 1 1 1 or 2

Variable

length

2 or 4 1

208

Byte Stuffing (Aggiunta di byte) (1/2)

  Il requisito di trasparenza richiede che nel campo info della trama PPP possa comparire anche la stringa di bit “01111110”. Poiché la suddetta stringa è impiegata per delimitare l’inizio e la fine del frame, come fa il nodo-ricevente a sapere se tale stringa fa parte del campo info oppure è un flag di inizio/fine trama?

  Si applica la tecnica del Byte-Stuffing, e cioè: i.  Il nodo-sorgente aggiunge (“stuff”) un byte di controllo

“01111101” prima di ogni byte di dati “01111110”; ii.  Il nodo ricevente che vede la stringa “01111110”

preceduta dal byte di controllo “01111101”, o  Comprende che la stringa è un byte di dati e non un

flag; o  Rimuove il byte di controllo e continua a ricevere i

successivi byte.

209

Byte Stuffing (Aggiunta di byte) (2/2)

PPP PPP

b5 b4 01111110 01111101 b2 b1

b5

b4

01111110

b2

b1

b1

b2

01111110

b4

b5

Dati con stesso

valore del byte di

Flag

Flag byte più stuffed byte

210

Gestione del Collegamento PPP (1/4)

 E’ compito del Link Control Protocol (LCP) gestire tutte le fasi di un collegamento tra Nodo-Sorgente e Nodo-Destinazione.

 Specificatamente, le fasi previste da un collegamento PPP sono riassunte dal seguente Diagramma degli Stati (Diagramma dei Stati del PPP).

211


dead

terminating

open Network

layer config.

Link establishment

authenticate

212


 Tutti i collegamenti PPP, iniziano e terminano nello Stato Dead;

 Nello stato Link Establishment, viene instaurata la connessione tra il Nodo-Sorgente e il Nodo-Destinazione (fase di hand-shaking);

 Quando è prevista (per motivi di sicurezza) una autenticazione delle identità dei Nodi-Sorgente e Destinazione, la suddetta autenticazione è effettuata nello Stato Authenticate.

213


  Nello Stato Network Layer Configuration, il protocollo LCP attiva il protocollo NCP che, a sua volta, provvede a negoziare e configurare i parametri (quali gli indirizzi IP) degli Strati di Rete dei nodi Sorgente e Destinazione;

  Nello Stato Open, il protocollo LCP gestisce il trasferimento delle trame tra i due nodi comunicanti;

  Nello Stato Terminating, uno dei due nodi invia il messaggio di “richiesta di Terminazione”. Se l’altro nodo risponde con il messaggio “terminazione accettata”, la connessione passa nello stato Dead e viene chiusa.

214

Reti a commutazione di Pacchetto con Modo di Trasferimento a

Circuito Virtuale (CV)

215

Reti a CV come tecnologie di Strato di Collegamento

  Come abbiamo visto, le reti Ethernet costituiscono una tecnologia di Strato di Collegamento che offrono un servizio privo di connessione allo Strato di Rete per il trasferimento di datagrammi.

  Le reti ATM (Asynchronous Transfer Mode) e le reti MPLS (MultiProtocol Label Switching) possono essere considerate tecnologie di Strato di Collegamento basate sulla commutazione di pacchetto (multiplazione statistica) e che offrono un servizio orientato alla connessione allo Strato di Rete per il trasferimento dei datagrammi.

216

Reti a Circuito Virtuale

  Generalmente, ricordiamo che le Reti a Circuito Virtuale sono caratterizzate da: i.  Essere reti a commutazione di pacchetto; ii.  Impiegare la multiplazione statistica ai nodi di rete; iii.  Offrire un servizio di trasferimento dei pacchetti orientato

alla connessione; iv.  Far ricorso ai cosiddetti Circuiti Virtuali (CV) per

implementare le connessioni tra nodi-Sorgente e nodi-Destinazione.

  I nodi di commutazione di una Rete a CV sono chiamati Commutatori (Switch) o anche Router.

217

Che cos’è un Circuito Virtuale

  Consideriamo un Nodo-Sorgente A e un Nodo-Destinazione B all’interno di una rete a CV.

  Per definizione, un Circuito Virtuale da A a B è costituito da:

i.  Una sequenza ordinata (directed path) di nodi di rete e di canali di comunicazione dal Nodo-Sorgente A al Nodo-Destinazione B;

ii.  Un insieme di Identificatori del Circuito Virtuale (VC Identifiers), un identificatore per ciascun canale che costituisce il circuito virtuale. Ciascun identificatore è, tipicamente, un numero intero.

218

Tabelle di Instradamento (1/2)   Un pacchetto generato dal Nodo-Sorgente A e che

appartiene ad un CV reca nel suo campo Intestazione (Header Field) il numero del CV cui appartiene.

  Poiché ad un medesimo Circuito Virtuale possono corrispondere differenti identificatori (diversi VCI) su ciascuno dei canali che costituiscono il CV stesso, ciascun nodo di commutazione (Switch o Router) che fa parte del CV in oggetto deve essere in grado di aggiornare opportunamente l’identificatore di ciascuno dei pacchetti che riceve dalle sue porte di ingresso prima di inoltrarlo ad una (opportuna) porta di uscita.

219

Tabelle di Instradamento (2/2)   A questo scopo, il nodo di commutazione impiega la Tabella di

Instradamento in esso memorizzata.   Essenzialmente, una Tabella di Instradamento ha tante righe

quanti sono i Circuiti Virtuali che attraversano il nodo di commutazione in cui la tabella risiede.

  Ogni riga della tabella fa riferimento ad uno specifico CV e riporta 4 informazioni:

i.  Il numero della porta di ingresso dalla quale il nodo riceve i pacchetti del CV in oggetto;

ii.  L’identificatore di CV dal quale il nodo riceve in ingresso i pacchetti del CV in oggetto;

iii.  Il numero della porta di uscita alla quale il nodo deve inoltrare i pacchetti;

iv.  L’identificatore del CV che il nodo assegna in uscita del CV in oggetto.

220

  Per illustrare il concetto, consideriamo la rete illustrata in figura.

  I numeri 1, 2, 3 vicino al commutatore S1 sono i numeri delle sue porte di ingresso e uscita (bidirezionali).

  Supponiamo che il nodo A richieda l’instaurazione di un CV col nodo B e supponiamo che la rete assegni il cammino (path): AS1 S2 B e assegni al suddetto CV i seguenti identificatori: 12, 22, 32 per ciascuno dei 3 canali che compongono il CV.

Tabelle di Instradamento- Esempio (1/2)

12 22 32

1 2 3

VC number

port number

Nodo A Nodo B S1 S2

S3 S4

221

Tabelle di Instradamento- Esempio (2/2)

  Allora, la Tabella di Instradamento memorizzata nel nodo di commutazione S1 assume la seguente forma:

  Ciò significa che tutti i pacchetti che arrivano a S1 dalla porta di ingresso 1 e con VCI=12 nell’header verranno inoltrati alla porta di uscita 3 di S1 e il loro VCI verrà posto dal commutatore S1 pari a 22.

Porta d’ingresso

VCI d’ingresso

Porta d’uscita

VCI d’uscita

1 12 3 22

222

Indirizzamento nelle reti a CV   Da quanto esposto, ne concludiamo che nelle reti a CV:

i.  L’indirizzamento dei pacchetti non è fatto specificando gli indirizzi dei nodi sorgente e destinazione, ma è fatto specificando il CV (ossia, il cammino) al quale il pacchetto appartiene;

ii.  Ogni volta che un nuovo CV è attivato attraverso un nodo di commutazione, una nuova riga va aggiunta alla Tabella di Instradamento residente nel nodo stesso;

iii.  Dualmente, ogni volta che un CV è disattivato, la corrispondente riga va eliminata dalla Tabella di Instradamento del commutatore.

  Quindi, ciascun commutatore mantiene uno stato per ciascun CV che lo attraversa.

223

Gestione di un CV (1/2)

  Poiché una rete a CV offre un servizio orientato alla connessione, la gestione di un CV è articolata in 3 fasi:

i.  Fase di instaurazione del CV : durante questa fase, la rete: o  Individua il cammino (path) tra il nodo-sorgente e il nodo

destinazione; o  Assegna i VCI ai canali che compongono il cammino; o  Aggiorna le Tabelle di Instradamento di tutti i nodi di

commutazione che fanno parte del cammino; o  Riserva risorse (banda, spazio nei buffer) per i

pacchetti che saranno trasmessi lungo il cammino.

224

Gestione di un CV (2/2) ii.  Fase di trasferimento dei pacchetti: la rete

trasferisce i pacchetti generati dal Nodo-Sorgente verso il Nodo-Destinazione e attraverso il cammino precedentemente instaurato.

iii.  Fase di abbattimento del CV: durante questa fase, la rete:

o  Termina il flusso dei pacchetti attraverso il CV; o  Elimina l’informazione (la riga) circa il CV in

oggetto dalle Tabelle di Instradamento di tutti i nodi di commutazione facenti parte del cammino.

225

La tecnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode)

226

Reti ATM – Generalità (1/2)

 Le reti ATM sono un esempio (non l’unico) di rete a commutazione di pacchetto e con modalità di trasferimento a Circuito Virtuale.

 Esse possono essere viste come una tecnologia di Strato di Collegamento in grado di offrire un servizio di trasferimento dati orientato alla connessione allo Strato di Rete.

 I nodi di commutazione di una rete ATM impiegano la tecnica di multiplazione statistica e sono detti ATM switche (commutatori ATM).

227

Reti ATM – Generalità (2/2)   Gli standard per ATM cominciarono a essere

sviluppati alla metà degli anni ’80 dall’ATM Forum e dall’ITU; in pratica fu utilizzata principalmente all’interno di reti telefoniche e IP, servendo, per esempio, come tecnologia dei collegamenti che connettono router IP.

  Obiettivo: progettare reti in grado di trasportare file audio e video in tempo reale, oltre a testo, e-mail e file di immagini:

- rispondenza ai requisiti di tempo/QoS per voce e video (rispetto al modello best-effort di Internet)

- Telefonia di ultima generazione - Commutazione di pacchetto usando circuiti virtuali

228

Architettura protocollare di ATM – Generalità (1/2)

  L’Architettura Protocollare di ATM è suddivisa in 3 strati: i.  ATM Adaptation Layer (AAL)

o  è attivato solo nei nodi terminali (end-system); o  ha lo scopo di segmentare/riassemblare i datagrammi

ricevuti/consegnati allo Strato di Rete e di attuare tutte le funzioni necessarie per implementare il servizio di trasferimento dati richiesto dallo Strato di Rete;

o  le unità informative generate dallo strato AAL sono dette AAL Protocol Data Units (AAL PDU).

physical

ATM

AAL

physical

ATM

AAL

physical

ATM

physical

ATM

end system end system switch switch

AAL PDU

celle

bit

229

Architettura protocollare di ATM – Generalità (2/2)

ii.  ATM Layer o  è attuato sia dai nodi terminali che dai nodi di commutazione; o  ha il compito di instradare il flusso di dati generato dal Nodo-

Sorgente verso il Nodo-Destinazione corrispondente; o  le unità informative generate dallo strato ATM sono dette celle

e sono di lunghezza fissa (53 bytes). iv.  Physical Layer (Strato Fisico)

o  è attuato sia dai nodi terminali che dai nodi di commutazione; o  ha lo scopo di convertire il flusso di celle generato dallo strato

ATM in un flusso di bit, e , poi, di consentire il trasferimento dei bit attraverso il mezzo trasmissivo adottato dalla rete;

o  le unità informative generate dallo strato fisico sono i bit.

230

Strato AAL (1/2)

  E’ presente solo ai nodi terminali (non è presente nei nodi di commutazione).

  Al nodo sorgente, lo strato AAL riceve datagrammi dallo Strato di Rete e li frammenta in AAL PDU. Al nodo destinazione, lo strato AAL riassembla le AAL PDU ricevute in datagrammi.

231

Strato AAL (2/2)   In base al tipo di servizio che la rete ATM

offre allo Strato di Rete, esistono più protocolli di strato AAL, e specificatamente:

i.  Protocollo AAL1 – è impiegato per emulare reti a commutazione di circuito, quale la rete telefonica analogica;

ii.  Protocollo AAL2 – è impiegato per il trasferimento con bassi tempi di ritardo dei dati generati da sorgenti a velocità di emissione variabile (ad es., codificatori video MPEG);

iii.  Protocollo AAL5 – è impiegato per il trasferimento di datagrammi generati dallo Strato di Rete di Internet (trasferimento dei dati).

232

Struttura della PDU del Protocollo AAL5 (1/2)

 La struttura della PDU (unità informativa) generata dal protocollo AAL5 è riportata in figura.

Payload PAD Length CRC

0-65535 0-47 2 4 byte

233

Struttura della PDU del Protocollo AAL5 (2/2)

 Specificatamente, o  Payload – contiene il Datagramma (dati) generato

dallo Strato di Rete. La lunghezza massima è di 65535 byte.

o  PAD – serve a garantire che, complessivamente, la lunghezza della PDU sia un multiplo intero di 48 bytes. Quindi la dimensione massima del campo PAD è di 47 byte.

o  Cyclic Redundancy Check (CRC) – serve a rivelare (ma non a correggere) al nodo ricevente l’eventuale presenza di errori nella AAL PDU ricevuta. Il campo ha dimensione di 4 byte.

234

Lo Strato ATM – Funzioni (1/2)   Lo strato ATM è attuato sia ai nodi terminali che ai nodi di

commutazione della rete ATM.   Le funzioni principali svolte dallo Strato ATM sono le

seguenti tra: i.  Generazione/riassemblamento delle celle – al nodo

sorgente, lo strato ATM genera celle (cioè, Unità Informative) di 53bytes frammentando le PDU passate dallo Strato AAL. Al Nodo-Destinazione, lo Strato ATM riassembla le celle ricevute, così da rigenerare le PDU dello Strato AAL.

ii.  Gestione dei circuiti virtuali – gli Strati ATM dei Nodi -Sorgente e destinazione e dei nodi di commutazione provvedono alla instaurazione, mantenimento e abbattimento di ciascun Circuito Virtuale. Essi provvedono anche ad assegnare a ciascun CV i corrispondenti Identificatori (VCI).

235

iii.  Instradamento delle celle – a ciascun nodo di commutazione il corrispondente strato ATM provvede a :

o  Instradare le celle ricevute dalle porte di ingresso verso le (opportune) porte d’uscita;

o  Aggiornare la Tabella di Instradamento memorizzata nel nodo.

Lo Strato ATM – Funzioni (2/2)

236

Servizio offerto dallo Strato ATM   Il servizio offerto dallo Strato ATM allo Strato AAL

è quello di trasferimento delle PDU generate sotto forma di celle ATM.

  Il modo di trasferimento attuato dallo strato ATM è a commutazione di pacchetto e con indirizzamento a Circuito Virtuale.

  Il servizio offerto è di tipo orientato alla connessione, ma (in generale) non affidabile.

  A seconda della tipologia della connessione instaurata, lo Strato ATM offre:

o  un trasferimento di celle a velocità costante in ogni istante; o  un trasferimento di celle a velocità media costante; o  un trasferimento di celle a velocità minima prefissata; o  un trasferimento di celle a velocità variabile e non garantita.

237

La cella ATM (1/2)   Le unità informative generate e trasferite

dallo strato ATM si chiamano celle. Ogni cella ha una lunghezza fissa di 53 byte.

  Ogni cella è costituita da i.  un Campo Header di 5 byte; ii.  un Campo Payload di 48 byte.

Header Payload 5 48 byte

238

La cella ATM (2/2)

  Il campo Payload contiene parte della PDU generata dallo strato AAL.

  Il campo Header è: i.  Aggiunto dallo Strato ATM del Nodo-

Sorgente; ii.  Letto e (eventualmente) modificato dallo

Strato ATM di ciascuno dei nodi di commutazione attraversati dalla cella;

iii.  Rimosso dallo Strato ATM del Nodo- Destinazione.

239

L’Header della cella ATM (1/2)  Essenzialmente, l’Header (5 byte) di una cella

ATM contiene l’informazione circa il CV al quale la cella appartiene.

 Sulla base della suddetta informazione, ciascun nodo di commutazione provvede al corretto instradamento della cella ricevuta.

 La struttura dell’Header di cella ATM è riportato in figura.

VCI PT CLP HEC 28 3 1 8 bit

240

L’Header della cella ATM (2/2)   Il significato dei campi dell’Header è il seguente:

i.  Virtual Channel Identifier (VCI) – è un campo di 28bit che specifica il CV al quale appartiene la cella. Il contenuto del VCI può essere modificato da ciascun nodo di commutazione attraversato dalla cella.

ii.  Payload Type (PT) – è un campo di 3 bit che specifica il tipo di informazione (dati oppure informazione di controllo) trasportata dal campo Payload della cella.

iii.  Cell-Loss Priority (CLP) – è un campo di 1 bit. Le celle con CLP=1 sono a bassa priorità (possono essere eliminate nel caso di congestione), mentre le celle con CLP=0 sono ad alta priorità (non possono essere scartate in caso di congestione).

iv.  Header Error Control – è un campo di 8 bit. Costituisce i bit di controllo di parità del codice che è impiegato per la rivelazione e la correzione degli (eventuali) errori che il canale trasmissivo ha introdotto nel (solo) header della cella.

241

Lo Strato Fisico di ATM (1/4)

 I protocolli di Strato Fisico sono attuati sia a nodi terminali che ai nodi di commutazione della Rete ATM.

 La funzione dello Strato Fisico è quello di fornire una opportuna interfaccia col mezzo trasmissivo impiegato, così che lo Strato ATM possa trasmettere e ricevere celle con modalità che sono indipendenti dalle caratteristiche specifiche del mezzo trasmissivo di volta in volta adottato.

242

Lo Strato Fisico di ATM (2/4)  Lo Strato Fisico di ATM è suddiviso in due

sotto-strati: o  Trasmission Convergence Sub-Layer (TCS); o  Physical-Medium Dependent Sub-Layer (PMDS);

Mezzo trasmissivo

PMDS

TCS Strato fisico di ATM

243

Lo Strato Fisico di ATM (3/4)  Il TCS svolge tutte le funzioni richieste per

trasformare una sequenza di celle ATM in una sequenza di bit. In particolare, o  genera e riceve il flusso binario che è

trasferito dal/al mezzo trasmissivo; o  allinea le celle ricevute/trasmesse allo

Strato ATM; o  effettua la rivelazione e correzione degli

errori eventualmente presenti nell’Header di ciascuna cella ricevuta.

244

Lo Strato Fisico di ATM (4/4)

 Il PMDS modula e demodula la sequenza di bit ricevuta/trasmessa dal/al TCS, ed, eventualmente, codifica e decodifica la suddetta sequenza di bit.

 Le velocità di trasmissione del flusso binario generato/ricevuto dal PMDS possono essere di: 155.52Mb/sec, 622.08Mb/sec, 51.84 Mb/sec e 2.5 Gb/sec.

Capitolo 8 Strato di Collegamento- Accesso Multiplo e Reti...

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