Corso di laurea in INFORMATICA RETI di CALCOLATORI A.A. 2003/2004 Tecnologie di rete: reti locali...

Corso di laureaCorso di laureainin

INFORMATICAINFORMATICA

RETI di CALCOLATORI A.A. 2003/2004Tecnologie di rete: reti locali

Alberto [email protected]

Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 2Alberto Polzonetti

Reti di calcolatori

INTRODUZIONEINTRODUZIONE

La comunicazione tra due computer consiste nella trasmissione di informazione tra una fonte A ed una destinazione B mediante il trasferimento di energia elettrica o elettromagnetica

Condizioni necessarie :1. Apparati di

trasmissione e ricezione

2. Mezzi trasmissivi3. Energia trasportata

deve rappresentare l’informazione alla fonte


Reti di calcolatori

Rappresentazione dell’informazioneRappresentazione dell’informazione

DIGITALE

ANALOGICA

NON ESISTE UN VINCOLO OBBLIGATORIO TRA LA FORMA DI RAPPRESENTAZIONE DELL'INFORMAZIONE ALLA FONTE

E LA MODALITÀ DI TRASMISSIONE: È POSSIBILE, INFATTI, USARE UN SISTEMA DI

TRASMISSIONE DIGITALE PER INVIARE INFORMAZIONE ANALOGICA ALLA FONTE E VICEVERSA.

NON ESISTE UN VINCOLO OBBLIGATORIO TRA LA FORMA DI RAPPRESENTAZIONE DELL'INFORMAZIONE ALLA FONTE

E LA MODALITÀ DI TRASMISSIONE: È POSSIBILE, INFATTI, USARE UN SISTEMA DI

TRASMISSIONE DIGITALE PER INVIARE INFORMAZIONE ANALOGICA ALLA FONTE E VICEVERSA.


Reti di calcolatori

Trasmissione analogicaTrasmissione analogica

NELLA TRASMISSIONE ANALOGICA SI STABILISCE UN

RAPPORTO CONTINUO TRA IL FENOMENO RAPPRESENTATO

ED IL SUO VETTORE, TALE CHE PER OGNI VARIAZIONE DI

STATO NELLA FONTE SI HA UNA VARIAZIONE DI STATO NEL

VETTORE.

NELLA TRASMISSIONE ANALOGICA SI STABILISCE UN

RAPPORTO CONTINUO TRA IL FENOMENO RAPPRESENTATO

ED IL SUO VETTORE, TALE CHE PER OGNI VARIAZIONE DI

STATO NELLA FONTE SI HA UNA VARIAZIONE DI STATO NEL

VETTORE.


Reti di calcolatori

Trasmissione digitaleTrasmissione digitale

Le informazioni della fonte, che possono essere già in formato digitale, oppure che vanno digitalizzate al momento della trasmissione, sono veicolate in forma di bit.

Ogni bit viene codificato mediante uno o più impulsi discreti e discontinui del vettore, che sono denominati elementi del segnale.

Allo zero corrisponde una codifica ed all'uno ne corrisponde un'altra


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Diffusione della trasmissione digitaleDiffusione della trasmissione digitale

I costi delle tecnologie digitali sono diminuiti con un ritmo assai sostenuto.

L'enorme diffusione dei computer ha posto all'ordine del giorno l'integrazione di tutte le tecnologie in un'unica piattaforma digitale.

La trasmissione digitale delle informazioni consente una maggiore efficienza e qualità nella comunicazione, poiché è meno soggetta ai disturbi che si possono verificare lungo il canale di trasmissione, e soprattutto perché consente di utilizzare una serie di tecniche per la correzione degli errori.

La trasmissione digitale garantisce una sicurezza ed una riservatezza quasi assoluta della comunicazione, poiché le informazioni digitali possono essere facilmente sottoposte a processi di cifratura che ne impediscono l'intercettazione.


Reti di calcolatori

Caratteristiche dei segnali analogiciCaratteristiche dei segnali analogici

L’ampiezza è costituita dalle dimensioni o dall’intensità della forma d’onda.

è generalmente rappresentata dal simbolo “A” ed è misurata in volt, ampere o watt a seconda del tipo di segnale.

La frequenza (rappresentata dalla lettera “f”) è costituita dal numero di cicli al secondo dell’onda, espressi in hertz (Hz).

Il periodo (generalmente rappresentato dal simbolo T) è l’inverso della frequenza; in pratica periodo = T = 1/f

Il termine fase (rappresentato dal simbolo Φ ) descrive la posizione della forma d’onda rispetto al tempo 0

Questo valore viene misurato in gradi o radianti (180° = Π radianti).


Reti di calcolatori

Caratteristiche dei segnali digitaliCaratteristiche dei segnali digitali1. L'unità di misura dell'informazione in formato

digitale è il bit. • la velocità di trasmissione si misura in bit

al secondo (bps).

• Il numero di cambiamenti di un segnale in un secondo è rappresentato dal baud

2. La velocità di trasmissione di un canale digitale è proporzionale all'ampiezza dell'intervallo di frequenze elettromagnetiche che vi possono essere veicolate, detta larghezza di banda.

Ciascun mezzo fisico ha un limite alla più alta frequenza con la quale può passare da un segnale all’altro

LARGHEZZA DI BANDA (cicli al secondo / Hertz / Hz) pari alla più alta frequenza con cui si può passare da un segnale all’altro

Si può pensare come il più veloce segnale sinusoidale che si può trasmettere nel dispositivo

Ogni dispositivo trasmissivo ha una larghezza di banda finita indipendentemente che si trasmetta su doppino o su fibra


Reti di calcolatori

Velocità e larghezza di bandaVelocità e larghezza di banda

TEOREMA DEL CAMPIONAMENTO DI NYQUIST

Max BIT RATE = 2 H log2 V bit/sec. V= livelli di quantizzazione del segnale

H= larghezza di banda

Max BIT RATE = 2 H log2 V bit/sec. V= livelli di quantizzazione del segnale

H= larghezza di banda

Segnale vocale a 4KHz

256 livelli di quantizzazione

8 bit x 8000 campioni al secondo

64.000 bps


Reti di calcolatori

Effetti del rumoreEffetti del rumore

TEOREMA DI SHANNON

RAPPORTO SEGNALE / RUMORE

Decibel (dB) = 10 Log S/N

Max BIT RATE = H log2 (1 + S/N) bit/sec.

Segnale vocale a 4KHz

30 dB

4000 log2 (1+1000)

40.000 bps


Reti di calcolatori

Teoria dell’informazioneTeoria dell’informazione

IL TEOREMA DI NYQUIST INCORAGGIA A RICERCARE

METODI DI CODIFICA DEI BIT IN QUANTO UNA

CODIFICA INGEGNOSA PERMETTE LA TRASMISSIONE

DI UN MAGGIOR NUMERO DI BIT PER UNITÀ DI

TEMPO.

IL TEOREMA DI SHANNON RENDE CHIARO CHE,

INDIPENDENTEMENTE DA QUANTO INGEGNOSE

POSSANO ESSERE LE TECNICHE DI CODIFICA, LE

LEGGI DELLA FISICA PONGONO UNA LIMITAZIONE

FONDAMENTALE AL NUMERO DI BIT AL SECONDO

CHE POSSONO ESSERE TRASMESSI DAI DISPOSITIVI

REALI.


Reti di calcolatori

CANALI FISICI DI TRASMISSIONECANALI FISICI DI TRASMISSIONE

I. Mezzi Guidati1. Conduttori in rame2. Fibre Ottiche

II. Mezzi non guidati1. Onde Radio2. Microonde3. Raggi Infrarossi4. Laser


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CONDUTTORI IN RAMECONDUTTORI IN RAME

Scarsa resistenza elettrica e quindi maggiori distanze

Minimizzazione dell’interferenza su due fili vicini 1. Coppia simmetrica intrecciata (DOPPINO TELEFONICO)2. CAVO COASSIALE (COAX)


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Doppini telefoniciDoppini telefonici

non schermato (UTP) Classificati in base alla

qualità in cinque categorie : Categoria 1 più bassa (telefono) Categoria 5 più alta (banda sino

a 100Mhz)

Doppino schermato (STP)


Reti di calcolatori

Vantaggi e svantaggi delle fibreVantaggi e svantaggi delle fibre

1. Non sono soggette a fenomeni di interferenza

2. Trasportano i segnali molto più lontano dei conduttori in rame

3. Capacità della luce di codificare informazioni superiore e quindi maggiori informazioni

4. Una sola fibra contro due cavi

5. Installazioni più costose6. Manutenzione più costosa

(difficile da individuare dove si è spezzata)

7. Riparazione più complessa

Core CladdingRivestimento

Guaina esterna

Silicio

Aria

Cladding

Core


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Mezzi non guidatiMezzi non guidati

Le onde elettromagnetiche

viaggiano alla velocità della luce e possono indurre una

corrente in un dispositivo ricevente

(antenna)

Le onde elettromagnetiche

viaggiano alla velocità della luce e possono indurre una

corrente in un dispositivo ricevente

(antenna)

f = c= lunghezza d’ondaf = frequenzac = velocità della luce

Onde 1Mhz sono lunghe 300 mt

Onde di 1 cm hanno una frequenza di 30GHz


Reti di calcolatori

Caratteristiche del segnale determinate Caratteristiche del segnale determinate dallo spettrodallo spettro

Frequenza bassa Frequenza alta

Radiazione diffusa del segnale

trasmesso

Possibilità di concentrare

estremamente il segnale trasmesso

Segnale persistente Segnale molto fragile

Bassa larghezza di banda Alta larghezza di banda

La larghezza di banda indica l’ampiezza fra i limiti superiore e inferiore delle frequenze di un canale di comunicazione.

E’ solo una misura valida per le frequenze e non quantifica direttamente il volume di dati per un supporto di trasmissione.

La larghezza di banda indica genericamente i bit disponibili per secondo.


Reti di calcolatori

COMUNICAZIONE PUNTO PUNTO e RETI COMUNICAZIONE PUNTO PUNTO e RETI LOCALILOCALI

1. Indipendenza di un collegamento dagli altri2. Due calcolatori della rete possono

scegliere la modalità di comunicazione3. Sicurezza e riservatezza4. MA…………………………

2

1NN


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LOCAL AREA NETWORK (LAN)LOCAL AREA NETWORK (LAN)

È un sistema di comunicazione che permette ad apparecchiature indipendenti di comunicare tra di loro entro un'area delimitata utilizzando un canale fisico a velocità elevata e con basso tasso di errore. [definizione IEEE ]


Reti di calcolatori

Caratteristiche di una LANCaratteristiche di una LAN

Hanno sempre un solo canale trasmissivo ad alta velocità condiviso nel tempo da tutti i sistemi collegati

Quando un sistema trasmette diventa proprietario temporaneamente dell’intera capacità trasmissiva della rete

La trasmissione è sempre di tipo broadcast Alcune complicazioni:

È necessaria la presenza di indirizzi Occorre arbitrare l’accesso all’unico mezzo

trasmissivo (protocolli di reti locali)


Reti di calcolatori

Attributi di una LANAttributi di una LAN

Affidabilità: tecnologia consolidata Flessibilità:

LAN di soli PC o integrazione PC-Mainframe supporto simultaneo di più architetture di rete tra

di loro incompatibili ai livelli più alti

Modularità: componenti standard di molti costruttori perfettamente interscambiabili

Espandibilità: secondo le esigenze dell’utente, facilitata da una accurata progettazione a priori

Gestibilità: tramite protocolli di management (SNMP)


Reti di calcolatori

Elementi PrincipaliElementi Principali


Reti di calcolatori

Il modello di rete locale IEEE 802 Il modello di rete locale IEEE 802

IEEE 802 ha suddiviso il livello Data-Link in due sottolivelli:

LLC: Logical Link Control comune a tutte le LAN ed è l'interfaccia unificata verso il livello network.

MAC: Media Access Control specifico per ogni LAN e risolve il problema della condivisione del mezzo trasmissivo.

Nelle LAN il livello MAC realizza sempre una rete di tipo broadcast Il broadcast può essere realizzato:

con topologie intrinsecamente broadcast quali il bus con topologie punto a punto quali l'anello

I canali trasmissivi sono sufficientemente affidabili e non è necessario in genere correggere gli errori a livello MAC


Reti di calcolatori

LA TRAMA NELLE LANLA TRAMA NELLE LAN

Non esiste uno standard sul formato dei pacchetti Ogni singola tecnologia stabilisce i dettagli dell’esatta forma

di dato in un pacchetto FRAME è in generale il pacchetto usato da una particolare tipo

di rete


Reti di calcolatori

ERRORI DI TRASMISSIONEERRORI DI TRASMISSIONE

La maggiore complessità delle reti deriva dal fatto che i sistemi di trasmissione sono soggetti a fenomeni di interferenza in grado di generare dati casuali e di modificare o distruggere dati in transito

Le tecniche di rilevazione degli errori comprendono tutte una aggiunta di una piccola quantità di informazione dipendente dai dati da trasmettere

CONTROLLO DI PARITA’ Se i dati contengono un

numero pari di bit 1 il bit di parità è 0; altrimenti è 1

SOMME DI CONTROLLO Si fa la somma dei bit da

trasmettere CONTROLLO A

RIDONDANZA CICLICA (CRC)

Rileva un numero di errori maggiori senza appesantire le informazioni di controllo


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Probabilità e rilevamento erroriProbabilità e rilevamento errori La tecnica di controllo di parità (parity check) è in

grado di rilevare errori che modificano un solo bit ma non quelli che modificano un numero pari di bit

Il carattere 00000000 può diventare 11111111 continuando ad avere parità pari

H ole l lrW o d .

48 6F6C65 6C 20 6C7277 6F 64 2E

4865 + 6C6C + 6F20 + 776F + 726C + 642E = 71FC

Somma di controllo (checksum) a 16 bit

Facilità di calcolo e quantità ridotta di informazione aggiuntiva

Impossibilità di rilevare errori comuni 0001 0010 0011 0001 checksum 0111 0011 0000 0001 0011 checksum 0111


Reti di calcolatori

COME SPECIFICARE IL DESTINATARIO ?COME SPECIFICARE IL DESTINATARIO ?

Problema:

Mettere in comunicazione diretta due calcolatori senza

disturbare gli altri che comunque ricevono copia di tutti i

dati in transito

Assegnare a ciascuna stazione un numero identificativo

INDIRIZZO DI ACCESSO AL MEZZO (Media ACcess address)

Il frame deve dunque contenere l’indirizzo del

destinatario, ma anche quello del mittente per

facilitare la risposta


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MAC PDU (FRAME)MAC PDU (FRAME)

I campi principali di una MAC PDU sono: Gli indirizzi (detti SAP: Service Access Point) univoci a

livello mondiale: DSAP: Destination SAP SSAP: Source SAP

La PDU contenente i dati La FCS (Frame Control Sequence): un CRC su 32 bit per

il controllo dell’integrità della trama

header Payload o Data Area FCS

DSAP PDU del livello LLC CRCSSA

P


Reti di calcolatori

Indirizzi MACIndirizzi MAC

Sono standardizzati dalla IEEE

sono lunghi 6 byte, cioè 48 bit

si scrivono come 6 coppie di cifre esadecimali


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Struttura Indirizzi MACStruttura Indirizzi MAC

Si compongono di due parti grandi 3 Byte ciascuna:

I tre byte più significativi indicano il lotto di indirizzi acquistato dal costruttore della scheda, detto anche vendor code o OUI (Organization Unique Identifier).

I tre meno significativi sono una numerazione progressiva decisa dal costruttore


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ALCUNI OUIALCUNI OUI


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La scheda di reteLa scheda di rete

Si occupa dei dettagli di trasmissione e ricezione Lavora in maniera indipendente dal computer Sfrutta l’indirizzo fisico per cestinare il frame

oppure per trasferirlo al computer


Reti di calcolatori

Indirizzo fisicoIndirizzo fisico

Deve essere unico in una LAN Come si assegna un indirizzo alla stazione e

chi è responsabile dell’unicità ? Indirizzi statici

Assegnati dai costruttori e non cambia se non si cambia la scheda di rete

Indirizzi configurabili I costruttori mettono a disposizione switch o

software per determinare l’indirizzo da parte dei clienti

Indirizzi dinamici Sono assegnati automaticamente alla stazione ad

ogni riavvio


Reti di calcolatori

Indirizzi MACIndirizzi MAC

Sono di tre tipi: Unicast: di una singola stazione

Multicast: di un gruppo di stazioni

Broadcast: di tutte le stazioni (ff-ff-ff-ff-ff-ff)

Ogni scheda di rete quando riceve un pacchetto

lo passa ai livelli superiori nei seguenti casi: Broadcast: sempre

Unicast: se il DSAP è uguale a quello hardware della

scheda (scritto in una ROM) o a quello caricato da

software in un apposito buffer

Multicast: se ne è stata abilitata la ricezione via

software


Reti di calcolatori

Indirizzi di gruppoIndirizzi di gruppo

Servono tipicamente per scoprire i nodi

adiacenti

Esistono due modi diversi di impiego:

Solicitation: la stazione che è interessata a scoprire chi offre un dato

servizio invia un pacchetto di multicast con l’indirizzo di quel

servizio

Le stazioni che offrono tale servizio rispondono alla solicitation.

Advertisement: le stazioni che offrono un servizio periodicamente trasmettono

un pacchetto di multicast per informare di tale offerta tutte le

altre stazioni


Reti di calcolatori

IEEE 802.3 CSMA-CDIEEE 802.3 CSMA-CD

Topologia: busCablaggio: bus, stellaArbitraggio del canale trasmissivo: tramite

contesaTipologia del protocollo: non deterministico,

cioè ad accesso casualeVelocità Trasmissiva: 10 Mb/sThroughput massimo o efficienza del canale (

quando tutti gli elementi della rete trasmettono) : 4 Mb/s

Evoluzione della rete Ethernet proposta da Digital, Intel, Xerox (DIX)

IEEE 802.3u: versione a 100 Mb/s


Reti di calcolatori

Topologia a busTopologia a bus

Un solo lungo cavo al quale sono collegati i computer L’interruzione del cavo principale blocca la rete Bisogna regolare gli accessi al bus

Mentre un mittente trasmette un frame ad un destinatario gli altri calcolatori devono aspettare

Il segnale trasmesso dal mittente si propaga in entrambe le direzioni lungo tutto il bus


Reti di calcolatori

Coordinamento della trasmissioneCoordinamento della trasmissione

Per coordinare le trasmissioni Ethernet

sente se c’e’ corrente nel bus

Protocollo distribuito di controllo CCarrier

SSense MMultiple AAccess (CSMACSMA) Multiple access: molti computer sono connessi ed

ognuno può trasmettere

Carrier sense : il computer prima di trasmettere

testa il mezzo trasmissivo per vedere se c’e’

portante


Reti di calcolatori

CollisioniCollisioni Più postazioni possono simultaneamente inviare dati I segnali interferiranno quando raggiungono lo stesso

punto nel bus L’interferenza (collisione) non causa danni fisici ma

impedisce la trasmissione

A E

Il computer A invia i dati

A E

Il computer E invia i dati prima che il segnale lo raggiunga

collisione


Reti di calcolatori

Rilevamento delle collisioni (back-off)Rilevamento delle collisioni (back-off)

Controllo dei segnali in transito Se il segnale del bus differisce da quello trasmesso

significa che siamo in presenza di collisione (Collision Detect) [CD](Collision Detect) [CD]

Interruzione della trasmissione trasmettendo un particolare segnale (jamming) in modo tale che tutte le stazioni vengono messe a conoscenza dell’avvenuta collisione

Ripresa della trasmissione dopo un tempo di attesa scelto a caso sino ad un tempo massimo per evitare il ripetersi della collisione

Per evitare una catena di collisioni si richiede che a fronte di due collisioni consecutive si raddoppi il tempo di attesa massimo e così via


Reti di calcolatori

Specifiche del protocollo CSMA/CDSpecifiche del protocollo CSMA/CD

Il tempo necessario per rilevare una collisione non è mai superiore al doppio del ritardo di propagazione più lungo

Definito dal parametro adimensionale a Più a è piccolo e maggiore è l’efficienza ( minore banda

sprecata) Il pacchetto deve avere una lunghezza minima (64 byte)

ed il bus una lunghezza massima (500 mt)

pacchetto lunghezza

tocollegamen lunghezza

pacchetti dei one trasmissidi tempo

nepropagazio di ritardoa


Reti di calcolatori

Formato dei frameFormato dei frame

Lunghezza fissa Lunghezza variabile

Intestazione del frame

CARICO o BLOCCO DATI

header Payload o Data Area

8 6 2 46 - 1500 46

preamboloIndirizzo del destinatario

Indirizzo mittente

Lunghezza

DATI CRC

intestazione carico

FRAME ETHERNETFRAME ETHERNET


Reti di calcolatori

Fast EthernetFast Ethernet

IEEE 802.3u detto anche 100BASE-T evoluzione di Ethernet 802.3 10BASE-T Velocità dieci volte superiore : Data Rate 100Mb/s Distanze dieci volte inferiori (200m + 20m)

200m sono sufficienti per cablare a stella attorno ad un HUB una rete di 100m di raggio (200m di diametro)

Tre sotto-standard per tre tipi di mezzi fisici: 100BASE-T4 (doppino, su 4 coppie) 100BASE-TX (doppino, su 2 coppie) 100BASE-FX (fibra ottica)

Mantiene il vecchio algoritmo CSMA/CD implementato con successo su 10baseT:

70.000.000 di nodi installati 30.000.000 di nodi venduti ogni anno più di 200 produttori

Ethernet 10/100


Reti di calcolatori

Gigabit EthernetGigabit Ethernet

Standard denominato IEEE 802.3z che rappresenta una evoluzione di Ethernet

Offre i vantaggi tipici di Ethernet: semplicità del metodo di accesso CSMA/CD alta scalabilità tra le diverse velocità di

trasmissione Permette di velocizzare le moltissime LAN Ethernet

già esistenti con costi contenuti tramite: sostituzione degli apparati di rete (hub, switch,moduli,

interfacce)

Fornisce una banda di 1 Gb/sec. Utilizzo :

realizzazione di backbone ad alte prestazioni per collegare ripetitori e switch:

in sostituzione dei backbone Fast Ethernet in sostituzione ad una backbone FDDI

connessione di server a 1Gb/s


Reti di calcolatori

IEEE 802.5 TOKEN RINGIEEE 802.5 TOKEN RING

Topologia: anello

Cablaggio: stella

Arbitraggio del canale trasmissivo: token

Velocità Trasmissiva: 4 o 16 Mb/s

Throughput massimo: 3 o 12 Mb/s

Rete proposta da IBM in alternativa a Ethernet


Reti di calcolatori

Topologia ad anelloTopologia ad anello

Semplifica il coordinamento degli accessi Semplifica l’individuazione di eventuali

malfunzionamenti Il guasto di un elemento porta al blocco

della rete


Reti di calcolatori

Tecnologia TOKEN RINGTecnologia TOKEN RING

Il mittente deve attendere il permesso Una volta ottenuto il permesso ha il completo

controllo del mezzo I dati passano da stazione a stazione sino a ritornare

dal mittente Il destinatario al passaggio del frame ne fa una copia


Reti di calcolatori

TOKEN PASS (passaggio del testimone)TOKEN PASS (passaggio del testimone)

Per ottenere il permesso si usa un particolare

messaggio (TOKEN) costituito da una sequenza

di bit da non confondere con la frame Il mittente attende l’arrivo del token

Se ne impossessa e trasmette il frame

Rimette il token nell’anello

Questo protocollo assicura che tutti i computer

della rete trasmetteranno a turno (metodo

equo)

La gestione del token è demandata

all’hardware della rete


Reti di calcolatori

Accesso fisico TOKENAccesso fisico TOKEN

Una rete TOKEN RING è logicamente un anello, ma

per ragioni di semplicità di cablaggio deve essere

cablata come un stella o un doppio anello


Reti di calcolatori

ISO 9314 Fiber Distribuited Data Interface ISO 9314 Fiber Distribuited Data Interface (FDDI)(FDDI)

Topologia: anello

Cablaggio: anello o stella

Arbitraggio del canale trasmissivo: token

Velocità Trasmissiva: 100 Mb/s

Throughput massimo: 80 Mb/s

Primo standard per reti locali concepito per operare su fibra ottica


Reti di calcolatori

Tecnologia FDDI (Fiber Distribuited Data Tecnologia FDDI (Fiber Distribuited Data Interface)Interface)

Utilizza due anelli indipendenti che si connettono a ciascun computer

Negli anelli il flusso dei dati passa in direzione opposta su ciascuno di essi (anelli controrotanti)

Nel caso di un fermo di una stazione, le stazioni adiacenti

rilevano la caduta del collegamento

provvedono ad inoltrare o a ricevere i dati mediante l’anello interno

modificano la topologia della rete in modo da isolare il guasto

Una rete FDDI è una rete rete autoriparanteautoriparante


Reti di calcolatori

IEEE 802.11 WIRELESSIEEE 802.11 WIRELESS

Standard per LAN senza fili

Fenomeno fisico: onde radio o infrarosso

Arbitraggio del canale trasmissivo: vari algoritmi adottati

Velocità Trasmissiva: qualche Mb/s

Lo standard è piuttosto complesso poiché deve considerare:

problematiche di propagazione

occupazione delle frequenze

inaffidabilità del canale trasmissivo

potenza ridotta

sicurezza


Reti di calcolatori

Tecnologia WLAN Tecnologia WLAN


Reti di calcolatori

Aree di servizioAree di servizio


Reti di calcolatori

Architettura MAC IEEE 802.11Architettura MAC IEEE 802.11

La funzione DCF si basa sul metodo a contesa

La funzione opzionale PCF utilizza un centro decisionale per controllare le trasmissioni ed offrire trasferimenti di frame esenti da contese


Reti di calcolatori

Computazione e ComunicazioneComputazione e Comunicazione

Calcolo

1970 una istruzione in 100

nsec.

1990 una istruzione ogni

nsec.

Fattore 10 ogni 10 anni

Comunicazione

In 20 anni da 56 kbps a

1Gbps

Fattore 100 per decennio

Considerazioni

CPU al limite

Banda su fibra a 50.000

Gbps Convertire più

velocemente segnali

elettrici in luminosi

I computer sono lenti I computer sono lenti

senza speranza e le reti senza speranza e le reti

debbono evitare la debbono evitare la

computazionecomputazione


Reti di calcolatori

VELOCITA’ DELLE LANVELOCITA’ DELLE LAN

Molte LAN operano a velocità superiori della possibilità di elaborazione di un computer

Non è ragionevole fissare la velocità a quella del computer più lento

Non è ragionevole fissare una velocità di funzionamento convenzionale per i computer

ALLORA ? SCHEDA o INTERFACCIA DI RETE (network interface card

NIC)


Reti di calcolatori

Scheda di reteScheda di rete

Il tipo di rete determina la topologia logicatopologia logica

Lo specifico cablaggio determina la topologia topologia fisicafisica


Reti di calcolatori

Cablaggio: sotto-standardCablaggio: sotto-standard

802.3 stabilisce dei sotto-standard che si differenziano principalmente per i mezzi trasmissivi utilizzati:10Base5 usa il coassiale di tipo thick (500 m);10Base2 usa il coassiale di tipo thin(185 m);10BaseT usa il doppino telefonico (100 m);FOIRL è uno standard di tipo asincrono per fibra

ottica, esso è utilizzato per interconnettere dei repeater (1000 m);

10BaseFL è uno standard di tipo asincrono per fibra ottica, esso è utilizzato per interconnettere dei repeater o delle stazioni (2000 m);

10BaseFB è uno standard di tipo sincrono per fibra ottica, esso è utilizzato per interconnettere dei repeater (2000 m).


Reti di calcolatori

ETHERNET su cavo coassiale spesso : ETHERNET su cavo coassiale spesso : Thicknet – 10Base5 [cavo thick o giallo]Thicknet – 10Base5 [cavo thick o giallo]

Il canale condiviso contiene un cavo coassiale spesso

I calcolatori collegati alla rete utilizzano un dispositivo chiamato transceiver

Un cavo AUI composto di molti fili compreso quello di alimentazione del transceiver

Lunghezza massima cavo 500 m

Lunghezza massima spezzone 117 m

Distanza minima tra i transceiver 2.5 m

Numero massimo di transceiver 100

Lunghezza massimo AUI cable 50 m

Lunghezza massima cavo 500 m

Lunghezza massima spezzone 117 m

Distanza minima tra i transceiver 2.5 m

Numero massimo di transceiver 100

Lunghezza massimo AUI cable 50 m


Reti di calcolatori

ETHERNET su cavo sottile : Thinnet - ETHERNET su cavo sottile : Thinnet - 10Base210Base2

Differenze con Thicknet :

Istallazione e funzionamento costano molto di meno

La scheda di rete incorpora le funzioni del transceiver

Il cavo si inserisce direttamente sul retro del computer tramite un connettore BNC

Lunghezza massima del cavo 185 m

Numero massimo di stazioni 30

Distanza minima tra le stazioni 0.5 m

Lunghezza massima del cavo 185 m

Numero massimo di stazioni 30

Distanza minima tra le stazioni 0.5 m


Reti di calcolatori

ETHERNET su doppino : 10Base-TETHERNET su doppino : 10Base-T

Collegamento tramite doppino telefonico (cavo UTP min. cat. 3) e due connettori RJ45

Estende l’idea del multiplexor di raccordo hub ethernet

Simula i segnali su cavo ethernet

Contenitore posto in un armadio di cablaggio

Connessione hub-computer max. 100 mt


Reti di calcolatori

DIVERSE TIPOLOGIE DI CABLAGGIO e DIVERSE TIPOLOGIE DI CABLAGGIO e SCHEDA DI RETESCHEDA DI RETE

thicknet

thinnet

10Base-T


Reti di calcolatori

ESTENSIONE DELLE LANESTENSIONE DELLE LAN La condivisione del canale abbatte i costi

ma limita l’estensione della rete a causa dei protocolli di accesso e del decadimento del segnale

Sei buone ragioni per connettere più LAN:1. Per unificare più LAN costruite in tempi diversi2. Per unificare più LAN in diversi edifici3. Per suddividere una LAN con carico troppo

elevato4. Per aumentare la massima distanza copribile

da una LAN Per aumentare l’affidabilità5. Per aumentare la sicurezza

Alcune soluzioni sviluppate Ripetitori Bridge


Reti di calcolatori

Repeater Repeater

Serve per ripetere e rigenerare una sequenza di bit ricevuti da una porta sulle altre porte, si comporta approssimativamente come un amplificatore.

Dal punto di vista software, due segmenti connessi da due ripetitori sono identici ad un unico segmento

Assume il nome di repeater quando è costituito

da 2 porte; multiport repeater quando è

costituito da più di 2 porte. Al massimo 2 repeater

possono trovarsi sul cammino tra due stazioni


Reti di calcolatori

Repeater e pila OSIRepeater e pila OSI


Reti di calcolatori

BridgeBridge

Dispositivo hardware che lavora sui pacchetti e non sui segnali

Inoltra i frame completi e corretti da un segmento all’altro Non propaga collisioni ed interferenze inoltra ciascun frame solo dove è necessario (filtraggio)

Il bridge è adattativo cioè impara man mano che riceve un frame come sono fatti i propri segmenti.

Il software mantiene due elenchi di indirizzi, uno per ogni interfaccia, registrando l’indirizzo sorgente del frame che arriva da uno dei due segmenti

Si autoconfigura Il bridge consente l’attività simultanea sui segmenti da

lui collegati Le prestazioni delle reti costituite da più segmenti

possono essere migliorate ponendo nello stesso segmento le stazioni che colloquiano più frequentemente.


Reti di calcolatori

Esempio di bridge tra Ethernet e Token BusEsempio di bridge tra Ethernet e Token Bus


Reti di calcolatori

Trasparent BridgeTrasparent Bridge

Quando arriva un frame, legge l’indirizzo hardware della scheda di rete a cui il frame è destinato:

se la destinazione è nella tabella di routing del bridge:

se la destinazione è sulla LAN da cui è arrivato il frame, ignora il frame

se la destinazione è su un’altra LAN, invia il frame solo a quella LAN

se la destinazione non è nella tabella di routing, invia il frame a tutte le LAN eccetto quella dalla quale il frame è arrivato (flooding)

La tabella viene riempita utilizzando un algoritmo chiamato backward learning:

Per ogni frame che giunge al bridge:

legge l’indirizzo hardware del calcolatore M che ha inviato il frame

se non è già presente, aggiunge alla tabella di routing l’informazione che il calcolatore M è raggiungibile sulla LAN dalla quale è arrivato il frame

La tabella di routing del bridge è dinamica, per gestire calcolatori che si accendono, si spengono o si muovono:

ogni volta che un frame arriva ad un bridge, l’istante temporale in cui è arrivato è scritto in un apposito campo del record corrispondente nella tabella di routing

periodicamente il bridge esamina tutti i record della tabella di routing e cancella tutti quelli inattivi per parecchio tempo


Reti di calcolatori

Ciclo di pontiCiclo di ponti

1. Un calcolatore del segmento a trasmette un frame broadcast. 2. Il ponte B1 ne inoltra una copia lungo il segmento b e B2 fa lo

stesso lungo c. 3. Ricevuto il frame. il ponte B4 ne inoltra una copia lungo il

segmento d; allo stesso modo B3 ne inoltra una copia lungo d. 4. Dunque, i calcolatori collegati al segmento d ricevono copie

multiple del frame. 5. Ma la cosa più importante è che adesso B3 ritrasmette una copia

del frame lungo b, e così fa pure B4 lungo c. 6. In altre parole, a meno che non si proibisca a qualche ponte di

inoltrare frame broadcast, il frame continua a circolare all’infinito lungo il ciclo, e ogni calcolatore riceve un numero illimitato di copie


Reti di calcolatori

Soluzione del problema del ciclo di pontiSoluzione del problema del ciclo di ponti

Una volta entrato in funzione, il ponte comunica con gli altri ponti del segmento al quale è connesso.

I ponti eseguono un algoritmo noto come albero di attraversamento distribuito (distributed spanning tree) per decidere quali ponti non devono inoltrare frame.

In sostanza, un ponte si astiene dall’inoltrare frame se ogni segmento al quale è connesso ospita un altro ponte che ha già deciso di inoltrare frame.

Dopo l’esecuzione dell’algoritmo, i ponti che hanno deciso di inoltrare frame formano un grafo (connesso) privo di cicli, ovvero un albero.


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Collision DomainCollision Domain

Il collision domain è quella porzione di rete

CSMA/CD in cui, se due stazioni trasmettono

simultaneamente, le due trame collidono spezzoni di rete connessi da repeater sono nello

stesso collision domain

spezzoni di rete connessi da bridge sono in collision

domain diversi

I concentratori (HUB) hanno normalmente funzionalità di repeater

possono essere dotati di schede bridge per separare i

collision domain


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Evoluzione delle LANEvoluzione delle LANLe LAN nascono con topologie a bus o anello

Con il cablaggio strutturato diventano stelle o alberi

Collapsed Backbone:

topologia stellare gerarchica

il backbone è collassato nel centro stella

Vantaggi:

semplicità di gestione

applicabilità a tutte le LAN:

Ethernet, TokenRing, FDDI, ATM


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Fault ToleranceFault Tolerance


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Commutatori (switch)Commutatori (switch)

Si sostituiscono ai repeater nei centro stella consentendo il parallelismo della comunicazione

Hanno una banda aggregata molto superiore a quella della singola porta

Molte trasmissioni in contemporanea tra segmenti

Traffico locale confinato su ciascun segmento

Derivati dalla tecnologia dei bridge:

Ethernet Switch

Token-Ring Switch

FDDI Switch


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LAN COMMUTATELAN COMMUTATE

1. Dato che un hub simula un unico segmento condiviso da tutti i calcolatori, solo due calcolatori alla volta possono comunicare tramite hub.

2. la massima larghezza di banda possibile per un sistema con hub è la velocità di trasmissione di un singolo calcolatore.

3. In una LAN commutata, invece, ciascun calcolatore dispone di un segmento simulato tutto per sé: di conseguenza, la metà dei calcolatori collegati al commutatore può trasmettere dati simultaneamente

4. La massima larghezza di banda di uno switch è RN/2, dove R è la velocità di trasmissione di un calcolatore e N è il numero totale di calcolatori collegati al commutatore

Il costo per connessione di un commutatore è solitamente maggiore di quello di un hub, perché la larghezza di banda da esso fornita è maggiore.

Per ridurre i costi, si può adottare un compromesso: invece di collegare i calcolatori alle porte del commutatore, vi si collegano hub, che sono poi collegati ai calcolatori.

Sebbene un calcolatore debba condividere la banda con gli altri calcolatori collegati allo stesso hub, la comunicazione fra coppie di calcolatori connessi a hub diversi può procedere in parallelo


Reti di calcolatori

Lezione 3

Lezione 3

BibliografiaBibliografia

Tanenbaum – Computer Networks 4° ed

Cap. 2 pagine 85 – 108; Cap. 4 pagine 247 - 301

Tanenbaum – Reti di Computer Cap. 2 pagine 75 –97; Cap. 4 pagine

233 - 314 Comer – Internet e Reti di

Calcolatori Capitoli 6,7,8,9,10

Comer – Internetworking con TCP/IP Capitolo 2 pagine 17 - 37


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Reti di calcolatori

Concetto di variazione di faseConcetto di variazione di fase


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Esempio di grandezze analogicheEsempio di grandezze analogiche

Un’onda sinusoidale ha una frequenza f=5kHz il suo periodo è ……………………….

Un’onda sinusoidale ha un periodo T = 1 ns ; la sua frequenza f è …………………………

Un onda sinusoidale viene spostata di un quarto di ciclo rispetto al tempo zero. Lo spostamento di fase è ………

T=1/f=0,20 ms

f = 1 / (10-9 s) = 1 GHz

Lo spostamento di fase = 0,25 x 360° = 90°


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Spettro elettromagneticoSpettro elettromagnetico

definisce le caratteristiche fisiche delle trasmissioni in base alla loro frequenza.


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Onde RadioOnde Radio


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MicroondeMicroonde


Reti di calcolatori

InfrarossiInfrarossi


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Onde luminoseOnde luminose


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Modello IEEE 802Modello IEEE 802


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IEEE 802 ed OSIIEEE 802 ed OSI


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ETHERNET su cavo sottile ETHERNET su cavo sottile

Cavo sottile

Terminatore

Connett

ore BNC


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Algoritmo di backward learningAlgoritmo di backward learning


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Switched LANSwitched LAN

Corso di laurea in INFORMATICA RETI di CALCOLATORI A.A. 2003/2004 Tecnologie di rete: reti locali...

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