PROTOCOLLI, ARCHITETTURE MODELLO OSI, RETI ... - dei.unipd.ittramarin/Tramarin - 2.Introduzione alle...

ITS Meccatronico – Reti per l’automazione F. Tramarin - 2014

INTRODUZIONE ALLE RETI DI COMUNICAZIONE

PROTOCOLLI, ARCHITETTURE

MODELLO OSI, RETI LOCALI (LAN, WLAN)

1


(c)Tanenbaum UNA RETE DI COMUNICAZIONE :) 2


RETI DI COMUNICAZIONE: CLASSIFICAZIONE

3


METROPOLITAN AREA NETWORKS

Un esempio di rete metropolitana (MAN)per la condivisione di servizi TV via cavo

4


WIDE AREA NETWORKS

Relazione tra singolo host, LAN e sotto-rete. Come avviene lo scambio di dati tra due host?

5


¤ Anche a casa abbiamo diverse “reti”

• computer (PC fisso, notebook, tablet, smartphone…)

• divertimento (DVD, home theatre, console…)

• comunicazioni (telefono, cellulare, fax, interfono)

• Elettrodomestici (microonde, forno, frigo, condizionatore…)

• Telemetria (contatori di gas/luce, allarme, sorveglianza bimbi)

RETI DI COMUNICAZIONI “IN CASA”

6


¤  “Rete di reti”

๏  Milioni (miliardi…) di computer interconnessi ๏  Eseguono applicazioni di rete

๏  Link di comunicazione ๏  Fibra, satellite, rame, radio

๏  Routers: gestione e instradamento pacchetti

INTERNET

local ISP

companynetwork

regional ISP

router workstationserver

mobile

7


¤ Utente finale (host) • Esegue programmi • es. email, web, ecc • all’estremo della rete

¤ Modello client/server • Client host richiede servizi

che vengono forniti da server always-on

¤ Modello peer-to-peer • Assenza di server • O uso minimale

INTERNET: AGLI ESTREMI…

8


Servizi connection-oriented ¤ ES: TCP • Affidabile • Controllo di flusso • Controllo congestioni • SMTP, HTTP, SSH…

Servizi connectionless ¤ ES: UDP • Poco affidabile, • Nessun controllo del flusso • Streaming audio/video, DNS

INTERNET: AGLI ESTREMI…

9


¤ Rete di router interconnessi

¤ Come vengono scambiati i dati?

• Circuit switching • Packet switching

INTERNET: nel CORE…

10


¤ Concetto simile alla telefonata

¤ Risorse dedicate in tutto il percorso end-to-end • Nessuna condivisione

¤ Prestazioni “garantite”

Circuit Switching

11


Circuit switching

FDM

frequency

time

TDM

frequency

time

4 users Example:

12


¤ Il flusso di dati è suddiviso in pacchetti¤ Condivisione delle risorse ¤ Ogni pacchetto usa tutta la capacità del canale ¤ Risorse usate solo quando servono ¤ Possibilità di contesa delle risorse • Code di pacchetti • Gestione dell’instradamento

Packet switching

13


¤ Con commutazione di pacchetto posso avere più utenti contemporaneamente

¤ Link a 100 Mb/s ¤ Ogni utente: • 10 Mb/s se attivo • Attivo per il 10% del tempo

¤ circuit-switching: • 10 utenti

¤ packet switching: • con 35 utenti, la probabilità > 10 siano attivi è inferiore allo .04 %

Packet switching VS Circuit switching

N users100 Mbps link

14


Packet switching VS Circuit switching

(a) Circuit switching (b) Message switching (c) Packet switching 15


PROTOCOLLI? Cosa succede se la comunicazione non segue regole predeterminate?

16


PROTOCOLLI

QUESTIONE VITALE…

All’interno del nostro cervello, esistono dei meccanismi ben definiti per regolare lo scambio di “messaggi” tra neuroni…

17


PROTOCOLLI

Layers, protocolli ed interfacce

18


PROTOCOLLI

19


PROTOCOLLI

Hi

Hi

Che ore sono?

2:00

TCP connection req

TCP connectionresponse

Get http://www.youtube.com

<file>

time

20


Esempio: semplice applicazione

Trasferimento di un file tra due computer 1.  il nodo che trasmette deve informare la rete

delle sue intenzioni;

2.  il nodo che trasmette deve verificare che il nodo ricevente sia pronto;

3.  l’applicazione “file transfer” del nodo che trasmette deve verificare che l’applicazione “file management” del nodo che riceve sia in funzione;

4.  se i formati dei file sono diversi, uno dei due nodi deve realizzare la conversione.

MODULOAccesso alla rete

MODULOComunicazione

MODULOFile transfer

21


Il modello di riferimento OSI

22


¤ Open System Interconnection

¤ ISO 7498 del 1984

¤ garantire l’interoperabilità di apparecchiature di costruttori diversi connesse alla stessa rete di comunicazione

¤ fondamentali i concetti di protocollo, servizi e indirizzamento

Il modello di riferimento OSI

23


Insieme di regole, formati e procedure che due entità� devono rispettare allo scopo di scambiare dati

correttamente

¤ piu� protocolli possono coesistere sullo stesso livello • livello transport: TP4 (Transport Protocol 4, ISO 7092),

TCP (Transmission Control Protocol), UDP • livello application: SMTP, FTP, HTTP, ecc…

¤ I dati scambiati tra due entita� dello stesso livello su sistemi diversi prendono il nome di Protocol Data Unit (PDU)

Protocolli: dettagli

24


Strumenti per il trasferimento di dati tra livelli protocollari diversi dello stesso dispositivo

¤ Da una PDU a livello N:

• Un servizio la passa al livello N-1, quindi al livello N-2 • fino ad arrivare al livello physical

che la trasmette al nodo destinazione • dove viene in sequenza inoltrata fino al livello N

¤  I servizi sono messi a disposizione da un livello a quello immediatamente superiore

¤ Si parla di Service Data Unit (SDU)

Servizi

25


Relazione tra servizi e protocolli

26


¤ La comunicazione a livello logico avviene tra pari (PEER) allo stesso layer – linee tratteggiate

¤ A livello reale la comunicazione avviene solo al livello inferiore. (linee continue)

¤ L’astrazione dei processi PEER permette di separare un problema molto difficile (il progetto dell’intera rete) in problemi semplici (il progetto di un layer)

27

Relazione tra servizi e protocolli


¤ la comunicazione tra due livelli corrispondenti di nodi diversi coinvolge tutti i livelli sottostanti

¤ Ogni livello deve preparare una propria PDU • aggiungendo a quella proveniente dal livello N+1

delle informazioni di controllo • che vengono lette dal corrispondente livello del nodo

destinazione per “capire cosa fare”!

Servizi

28


¤ Tra ogni coppia di layer adiacenti è definita una interfaccia

¤ L’interfaccia definisce quali operazioni primitive e quali servizi il livello inferiore fornisce al superiore

29

Interfacce


¤  request primitiva usata da un utente di servizi per richiedere un servizio

¤  indication primitiva usata da un fornitore di servizi per notificare a un utente l’esistenza di un servizio che lo riguarda;

¤  response primitiva usata da un utente di servizi per rispondere in seguito all’arrivo di una indication;

¤  confirm primitiva usata da un fornitore di servizi per notificare a un utente la conclusione di un servizio precedentemente richiesto;

Servizi: primitive

30


Servizi: primitive

SEND.request

SEND.confirm

SEND.indication

Utente del Servizio(livello N)

SEND.response


Fornitore del Servizio(livello N-1)


NODO SORGENTE NODO DESTINAZIONE

Figura 1.3: Esempio di esecuzione di un servizio

( )( )( )

( ) ( ) ( )( ) ( )

LIVELLO N

LIVELLO N-1

( ) ( ) ( )( ) ( )

LIVELLO N

LIVELLO N-1

PROTOCOLLOLIVELLO N

SE

RV

ICE

.requ

est

SE

RV

ICE

.indi

catio

n

SE

RV

ICE

.con

firm

( )

SE

RV

ICE

.resp

onse

SAP KSAP 2 SAP MSAP 1

( )( )( )

SE

RV

ICE

.requ

est

SE

RV

ICE

.indi

catio

n

SE

RV

ICE

.con

firm

( )

SE

RV

ICE

.resp

onse

Figura 1.4: Uso di servizi, primitive, protocolli



1-8

31


¤  Le reti comunicano utilizzando le caratteristiche fisiche della rete per spedire sequenze di bit

¤  Le sequenze di bit devono avere lo stesso significato per entrambi i nodi per cui servono delle regole di:

¤  SINTASSI: Il formato dei dati, l’ordine con cui gli elementi devono essere presentati • Es. Primi 8bit source address, 8 bit destination address poi i dati

¤  SEMANTICA: Il significato della sequenza di bit • Come interpretare una sequenza di bit, che azione eseguire in

risposta

¤  SINCRONIZZAZIONE: quando i dati devono essere spediti e a quale velocità • Una sorgente a 100 Mbps ma un ricevente a 1 Mbps

32

Elementi chiave


¤ livello N: necessità di identificare univocamente gli utenti • Destinatari di servizi • Richiedenti servizi

¤ Service Access Points (SAP) • indirizzi interni a ogni livello

¤ SAP del livello transport • TSAP

¤ SAP del livello data link • DSAP

33

INDIRIZZAMENTO TRA LIVELLI


Servizi, primitive e protocolli

SEND.request

SEND.confirm

SEND.indication


SEND.response





Figura 1.3: Esempio di esecuzione di un servizio

( )( )( )

( ) ( ) ( )( ) ( )

LIVELLO N

LIVELLO N-1

( ) ( ) ( )( ) ( )

LIVELLO N

LIVELLO N-1

PROTOCOLLOLIVELLO N

SE

RV

ICE

.requ

est

SE

RV

ICE

.indi

catio

n

SE

RV

ICE

.con

firm

( )S

ER

VIC

E.re

spon

se


( )( )( )

SE

RV

ICE

.requ

est

SE

RV

ICE

.indi

catio

n

SE

RV

ICE

.con

firm

( )

SE

RV

ICE

.resp

onse

Figura 1.4: Uso di servizi, primitive, protocolli



1-8

34

ITS Meccatronico – Reti per l’automazione F. Tramarin - 2014 35

© 2006-2012 52 Michele Michelotto

Livelli e servizi


Servizi, primitive e protocolli

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

DATIAH

APPLICATION PDUPH

SH PRESENTATION PDU

TH SESSION PDU

TRANSPORT PDUNH

LH NETWORK PDU

DATA LINK PDU

ApplicazioneUtente

DATIAH

APPLICATION PDUPH

SH PRESENTATION PDU

TH SESSION PDU

TRANSPORT PDUNH

LH NETWORK PDU

DATA LINK PDU

ApplicazioneUtente

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL


FIGURA 1.5: FLUSSO DELLE PDU

FIGURA 1.6: ESEMPIO

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

NODO SORGENTEINDIRIZZO: 10

SAP#12 SAP#18 SAP#3

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

NODO DESTINAZIONEINDIRIZZO: 20

SAP#15 SAP#2 SAP#22

1-9

36


da = 20; /* indirizzo destinazione */ ssap = 3; /* SAP sorgente */ dsap = 15; /* SAP destinazione */ dataPtr = &dati; /* indirizzo dati da spedire */ length = M; /* numero di byte da spedire */ ret = DATA.request (da, ssap, dsap, dataPtr, length); if (ret != OK) return ERROR;

else return OK;

37

Esempio: invio dati

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

DATIAH

APPLICATION PDUPH

SH PRESENTATION PDU

TH SESSION PDU

TRANSPORT PDUNH

LH NETWORK PDU

DATA LINK PDU

ApplicazioneUtente

DATIAH

APPLICATION PDUPH

SH PRESENTATION PDU

TH SESSION PDU

TRANSPORT PDUNH

LH NETWORK PDU

DATA LINK PDU

ApplicazioneUtente

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL


FIGURA 1.5: FLUSSO DELLE PDU

FIGURA 1.6: ESEMPIO

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

NODO SORGENTEINDIRIZZO: 10

SAP#12 SAP#18 SAP#3

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

NODO DESTINAZIONEINDIRIZZO: 20

SAP#15 SAP#2 SAP#22

1-9


source= 10; /* indirizzo sorgente */ ssap = 3; /* SAP sorgente */ dsap = 15; /* SAP destinazione */ dataPtr = &dati; /* indirizzo dati da spedire */ length = M; /* numero di byte da spedire */ ret = DATA.receive (source, ssap, dsap, primitive, &data, length); /* Nel parametro primitive la routine scrive l’eventuale primitiva ricevuta */ /* &data è l’indirizzo nel quale gli eventuali dati ricevuti vengono memorizzati */ /* length è il parametro dove la routine scrive il numero di byte ricevuti */ if (ret != OK)

return ERROR; switch (primitive)

case NULL: /* se non ho ricevuto nulla, termino l’applicazione */ break; case INDICATION: /* se ho ricevuto un’indication eseguo response */ ret = DATA.response (source, ssap, &retDati, lung); /* retDati sono i dati da spedire nella risposta, /* lung è il numero di byte */ break; case CONFIRM: /* operazioni da eseguire in caso di ricezione di una */ /* primitiva di tipo confirm */ /* ad esempio analisi dei dati arrivati e memorizzati all’indirizzo &data */ break;

…………………………………

38

Esempio: nodo ricevente


¤ CON CONNESSIONE • due utenti di sistemi diversi prima di scambiare dati

tra loro devono stabilire una connessione o Un canale virtuale • Trasferimento ordinato • Controllo di flusso

¤ SENZA CONNESSIONE • Trasmissioni indipendenti, nessuna frammentazione • è necessario specificare sempre l’indirizzo e il SAP di

destinazione nelle primitive

39

MODI DI COMUNICAZIONE


¤ Flow Control

• Come evitare che un trasmittente veloce intasi un ricevente lento • Qualche forma di feedback (implicito o esplicito) sulla

situazione del ricevente • Contrattazione tra i due di un transmission rate

adeguato

40

CONTROLLO DI FLUSSO


¤ I circuiti di comunicazione non sono perfetti

¤ Ci sono diversi metodi di error correction e error detection ma entrambe le parti devono concordare quale usare e poi serve un modo per dire al mittente cosa non è arrivato bene • CRC • RIDONDANZA • ARQ E FEC

41

CONTROLLO DEGLI ERRORI


¤ Ordine dei messaggi

• Se il canale non garantisce l’ordine dei messaggi il protocollo deve assegnare un numero sequenziale per permettere il riassemblaggio

• Poi resta da decidere cosa fare dei messaggi fuori sequenza

42

ORDINE DEI DATI


CON/SENZA CONNESSIONE

43 Figura 1.7: Connessioni e trasferimento dati

CONNECT.request

CONNECT.confirm

CONNECT.indication

CONNECT.response

CONNECT.request

DISCONNECT.indication

CONNECT.indication

DISCONNECT.request

DATA.requestDATA.indication

CONNESSIONE STABILITA CONNESSIONE RIFIUTATA

TRASFERIMENTO DATI SU UNA CONNESSIONE

1-10


¤ QoS

44

QUALITY OF SERVICE

numerate progressivamente. L’utilità di tale funzione è evidente se si pensa alla trasmissione di grosse quantità di dati: ovviamente non tutti possono essere trasmessi con una sola PDU (in quanto essa ha dimensioni limitate) ed è quindi necessario ricorrere a una segmentazione dei dati originari in pacchetti le cui dimensioni permettono di inserirli in una PDU. A causa della variabilità del traffico di rete, la sequenza con la quale le PDU vengono ricevute può essere diversa da quella con la quale sono state trasmesse. La numerazione progressiva permette di ripristinare esattamente l’ordine originario.

1.4.1.2 Controllo di flusso

Questa funzione permette di trasferire dati tra due sistemi senza saturare le risorse a disposizione del nodo ricevente. Più precisamente, in ricezione è presente un buffer per la memorizzazione delle PDU in arrivo, le quali devono essere prelevate dall’utente destinatario. Se lo svuotamento del buffer non è sufficientemente veloce rispetto alla trasmissione può verificarsi un overflow. La numerazione delle PDU trasmesse permette di risolvere il problema; la tecnica più usata al riguardo consiste nel permettere al nodo che trasmette di inviare una quantità fissa di PDU identificate dal loro numero sequenziale (ad esempio tutte quelle comprese tra 12 e 25). Tale quantità deve essere di poco inferiore o uguale alla capacità del buffer di ricezione che in questo modo non potrà mai saturare. Quando il buffer di ricezione viene svuotato (cioè quando l’utente preleva le PDU) viene inviato al nodo sorgente il permesso di trasmettere il successivo blocco di PDU.

1.4.2 Modo senza connessione Con questo modo la trasmissione di dati tra sistemi diversi avviene senza che sia stata precedentemente

stabilita una connessione. Pertanto, ogni trasmissione avviene in maniera indipendente dalle altre e non è possibile realizzare la segmentazione delle PDU. Inoltre, contrariamente al modo con connessione, in questo caso è necessario specificare sempre l’indirizzo e il SAP di destinazione nelle primitive usate per il trasferimento di dati.

1.4.3 Qualità del servizio Con questo termine si intende un insieme di parametri che caratterizzano la qualità della trasmissione dati

tra due utenti su sistemi diversi. Tali parametri comprendono un gruppo che si applica a entrambi i modi di trasmissione e un altro riferibile al solo modo con connessione. I più significativi sono riportati in tabella 1.2.

Parametri comuni a entrambi i modi di trasmissione Ritardo di transito Tempo che intercorre tra l’esecuzione della primitiva DATA.request e l’arrivo della

primitiva DATA.indication Tasso di errore residuo PDUperse + PDUcorrotte + PDUduplicate

PDUtrasferite

Protezione Protezione contro l’accesso ai dati trasmessi

Velocità di trasmissione Velocità media di trasmissione delle PDU espressa in ottetti/s misurata su una sequenza di PDU

Inefficienza Si applica a ritardo di transito, tasso di errore residuo e velocità di trasmissione; specifica la percentuale di tempo in cui i minimi valori accettabili non sono rispettati

Parametri relativi al solo modo con connessione Ritardo alla connessione Tempo che intercorre tra l’esecuzione della primitiva CONNECT.request e l’arrivo della

primitiva CONNECT.indication Probabilità di errore alla connessione

Percentuale di richieste di connessione non soddisfatte (dal computo vanno escluse quelle relative a errori di programmazione)

Ritardo al rilascio della connessione

Tempo che intercorre tra la primitiva DISCONNECT.request e il corrispondente rilascio della connessione

Disponibilità Frazione di tempo in cui una connessione è disponibile per la trasmissione di dati

Tabella 1.2

1-6


DATA LINK


¤ Livello immediatamente superiore allo strato fisico ¤ Responsabile della gestione del canale e del controllo

dell’invio dei dati

¤ Esempio classico • HDLC (ISO 3309) • High level Data Link Control • Molti standard DLL sono derivati da HDLC

46

LIVELLO DATA LINK


¤ FLAG • Sincronizzazione di inizio e fine frame o Composto da 01111110 o Che fare se la sequenza appare all’interno della PDU?? §  Bit stuffing

¤ ADDRESS ¤ CONTROL ¤ INFORMATION ¤ FCS

47

FRAME HDLC

FLAG ADDRESS CONTROL INFORMATION FCS FLAG

FIGURA 2.1: PDU HDLC

0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

Dati da trasmettere

Dopo una sequenza di cinque 1 il trasmettitore inserisce uno zero fittizio

Dati trasmessi (e ricevuti)

Il ricevitore elimina lo zero fittizio e ripristina i dati originali

FIGURA 2.2: BIT STUFFING

0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

0 N(S) N(R)P\F

FIGURA 2.3: CAMPO CONTROL DI UN I-FRAME

1 2 3 4 5 6 7 8

2-14


¤ FLAG ¤ ADDRESS • Indirizzo di destinazione o Solo nel caso di multi-drop

¤ CONTROL ¤ INFORMATION ¤ FCS

48

FRAME HDLC



0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

Dati da trasmettere





0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

0 N(S) N(R)P\F


1 2 3 4 5 6 7 8

2-14


¤ FLAG ¤ ADDRESS ¤ CONTROL • I-frames • S-frames • U-frames

¤ INFORMATION ¤ FCS

49

FRAME HDLC



0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

Dati da trasmettere





0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

0 N(S) N(R)P\F


1 2 3 4 5 6 7 8

2-14


¤ FLAG ¤ ADDRESS ¤ CONTROL ¤ INFORMATION • Dati da trasmettere o reale contenuto informativo

¤ FCS

50

FRAME HDLC



0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

Dati da trasmettere





0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

0 N(S) N(R)P\F


1 2 3 4 5 6 7 8

2-14


¤ FLAG ¤ ADDRESS ¤ CONTROL ¤ INFORMATION ¤ FCS • Frame control sequence o 16 o 32 bit calcolati dai campi address, control e information

tramite CRC

51

FRAME HDLC



0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

Dati da trasmettere





0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

0 N(S) N(R)P\F


1 2 3 4 5 6 7 8

2-14


¤ Si inserisce uno ‘0’ fittizio dopo cinque ‘1’ consecutivi • Per eliminare confusione con il flag d’inizio/fine

¤ Esempio:

0111111010101110 Dati da trasmettere 01111101010101110 Dati trasmessi (e ricevuti) 0111111010101110 Lato ricevitore si elimina lo ‘0’

fittizio per ripristinare il dato originale

52

Bit Stuffing


¤ Gestione della trasmissione logica di pacchetti tra host che tipicamente non sono fisicamente connessi• Indirizzi di rete• Instradamento

¤ Ultimo livello implementato negli switch di rete

53

LIVELLO DI RETE


¤  INOLTRO • Redirezione di un pacchetto da una porta ad un’altra, con

possibile buffering ¤  FRAMMENTAZIONE • Suddivisione di un pacchetto di livello 4 in pacchetti più piccoli,

in base alle dimensioni massime ammesse dalla rete cui l’host è connesso • Riassemblaggio in ricezione

¤  INSTRADAMENTO (ROUTING) • Decisione sul percorso “migliore” che il pacchetto deve

compiere per raggiungere la destinazione • Algoritmi di routing o  Priorità, condizioni di rete, tabelle di instradamento, ecc…

¤  GESTIONE DELLE CONNESSIONI • Creazione e gestione di un canale virtuale per i servizi con

connessione (esempio X.25) •  IP, invece, è un protocollo connectionless

54

LIVELLO DI RETE


¤  IP: Internet Protocol • Livello di rete dello stack TCP/IP

¤ Nato e sviluppato per l’interconnessione “trasparente” di reti eterogenee tra loro • basate su tecnologie diverse (Ethernet, Satellite, fibra,

ppp)

¤ Definisce il metodo di gestione degli indirizzi di rete ormai “standard”

¤ Gestisce il routing su rete (e su internet in genere)

55

LIVELLO DI RETE: IP


¤ Fornisce un canale di comunicazione virtuale (logico) tra due host, ai livelli superiori

¤ Canale end-to-end

¤ Trasparente rispetto all’implementazione di tutti i livelli sottostanti

56

LIVELLO DI TRASPORTO


¤ ORIENTAMENTO ALLA CONNESSIONE • Creazione e gestione di un canale virtuale • Generalmente la connessione viene creata a questo

livello piuttosto che al livello rete ¤ ORDINAMENTO DEI PACCHETTI ¤ RITRASMISSIONI ¤ CONTROLLO DI FLUSSO ¤ CONTROLLO DELLE CONGESTIONI ¤ MULTIPLEXING • Gestione di più connessioni virtuali tra stessi host o Porte…

57

LIVELLO DI TRASPORTO


¤ TCP: Transfer Control Protocol • Orientato alla connessione • Verifica dell’ordine di consegna • Controlli di errore e di flusso

¤ UDP: User Datagram Protocol • Senza connessione • Riduzione degli errori • Porte multiple • Più “snello” di TCP

58

LIVELLO DI RETE: TCP e UDP


LOCAL AREA NETWORK

ETHERNET IEEE 802.3


¤ Sistema di comunicazione di estensione fisica limitata a 3-4 km e capace di collegare un numero rilevante di stazioni • Normalmente uffici, impianti industriali, edifici.

¤ La standardizzazione è iniziata nei primi anni ’80 • IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) o  su commissione di ANSI (American National Standard Institute) • standard noti con la sigla IEEE802.x

¤  ISO ha reputato gli standard compatibili con il modello di riferimento OSI • adottati come standard ISO 8802.x.

60

RETI LOCALI


¤ Reti di comunicazione locale • Vengono specificati solo i primi due livelli o Fisico + Data link

¤ La rete dovrebbe essere “omogenea” • Non c’è necessità dello strato di “astrazione” (rete)

¤ Per i livelli superiori si usano quelli già specificati da ISO • IP, TCP, UDP…

61

Standard IEEE802.x


¤ Il livello Data Link è stato suddiviso in due parti • Logical Link Control (LLC) • Medium Access Control (MAC)

¤ LLC • Gestione interfacce verso livello 3 • Permette accesso multi-utente ai servizi

¤ MAC • Modo di accesso al mezzo fisico sottotante

62

IEEE 802.x

SSAP DSAP

Figura 5.2: PDU LLC

physical

data link

network

transport

session

presentation

application

physical

logical link control

medium access control

ISO/OSI IEEE802

Figura 5.1: Modello di riferimento OSI e IEEE802

CONTROL INFORMATION

5-30

SSAP DSAP

Figura 5.2: PDU LLC

physical

data link

network

transport

session

presentation

application

physical

logical link control

medium access control

ISO/OSI IEEE802

Figura 5.1: Modello di riferimento OSI e IEEE802

CONTROL INFORMATION

5-30


¤ Una delle prime realizzazioni si deve a Xerox, che ne ha definito il nome

¤ Standard IEEE 802.3 • Definizione di MAC e di PHY

¤ MAC • CSMA/CD o nel caso di reti non punto-punto

63

Ethernet


¤ Viene definito sia l’hardware di rete (schede, dispositivi) che i cavi da utilizzare

• MAU (Medium Attached Unit) o Hardware di rete

• AUI (Attached Unit Interface) o Cavo

64

Livello fisico di IEEE 802.3


¤ Vengono previste diverse versioni di livello fisico

¤ Si indicano con la simbologia • [velocità][tipo di trasmissione][max lung. segmento]

• Velocità in Mb/s • Lunghezza del segmento in centinaia di metri • Trasmissione in banda base o in banda passante

¤ 10BASE5 ¤ 10BASE2 ¤ 1BASE5

65

Tipologie di connessione (old school)


¤ La specifica originaria di Ethernet ¤ Velocità di 10 Mb/s ¤ Rete a bus a più segmenti • Massima lunghezza del segmento è 500 m

¤ Cavo coassiale a 50Ω ¤ Repeater per aumentare la lunghezza della rete • Max 2500 m

66

10BASE5

Figura 5.7: Reti 1BASE5

Figura 5.6: Reti 10BASE5 e 10BASE2

Stazione

Medium Attachment UnitMAU Cavo di rete

Attachment Unit InterfaceAUI

Stazione Stazione

Cavo di rete

Hardware dicollegamento

Hardware dicollegamento

10BASE5

10BASE2

Header HUB

IntermediateHUB

stazione stazione

stazione IntermediateHUB

stazione

5-33


¤ Si indicano con la simbologia • [velocità][tipo di trasmissione]-[specifiche]

• 100BASE-TX • 1GBASE-T o anche 1000BASE-T • 10GBASE-T • 40GBASE-FR • 100GBASE-CR10

67

Tipologie di connessione (new)

DATA CENTER TECHNICAL BRIEF

The Evolution of Ethernet Nomenclature 4 of 13

Figure 1. Ethernet link nomenclature

Ethernet and its nomenclature evolved with every jump in speed and new project. This paper follows a chronological order that corresponds to each jump in speed. While almost all link types that are being used today in the enterprise are covered, this chart and paper were kept simple by excluding several application spaces. Application spaces not included in this paper include wireless, Passive Optical Networks (PON) and Wide Area Networks (WAN); and, obsolete link types have been excluded for simplicity.

ETHERNET (10 MBPS) The first standard version of Ethernet used coaxial cable and operated at 10 Mbps. The main type of 10 Mbps Ethernet deployed today is 10BASE-T. 10BASE-T operates over two Twisted-pairs of telephone wire (26 to 22 AWG), or better, terminated with RJ-45 connectors. The two twisted-pairs are used as two simplex links: one twisted-pair to transmit in one direction and one twisted-pair to transmit in the other direction. While many switches support 10BASE-T for backward compatibility, most ports auto-negotiate to the higher speeds of either 100BASE-T or 1000BASE-T.

Since the majority of Ethernet ports sold have an RJ-45 connector and support 10BASE-T, 100BASE-T and 1000BASE-T, these ports are often referred to as 10/100/1000 or 10/100/1000BASE-T ports. As shown in Figure 2, the RJ-45 is found on almost every personal computer and Ethernet switch.


Velocità - Distanza



CONCLUSION Ethernet has expanded into new applications by addressing new reaches, new media, and new speeds on

links. While original Ethernet supported 500-meter links on coaxial cable, modern 100 GbE links support

distances of up to 40 kilometers. Figure 3 summarizes the link speeds and supported distances for the

Ethernet nomenclature described in this paper. From linking data centers to linking cards within a blade

server, Ethernet has become the dominant data communication channel in the world.

Figure 3. Link speed and distance (graph created by David Law of HP and presented at the IEEE/ITU Workshop on Next Generation Networks, May 2010)

The nomenclature to support this wide variety of links has also grown and evolved over the years. From

basic Twisted pair technology of BASE-T, nomenclature mirrored the evolution of the copper physical layer to

include other Copper cabling and bacKplane connections. As the encoding moved from eXternally

referenced 4B/5B and 8B/10B to internally defined scRambled 64B/66B, the nomenclature changed from

BASE-X to BASE-R. The evolution of laser and fiber optic technologies also brought changes in the optical

nomenclature from F to SR to LR and ER. The industry has also had their say with terms such as short

reach, long reach, and extended reach in common use. This paper sheds some light on the nomenclature of

Ethernet links that are used in most enterprises today.


Cavi: rame



APPENDIX A: ETHERNET MEDIA External Ethernet links operate over two general types of media: copper wires and optical fibers. The vast majority of copper links use Category (CAT) cabling but Twin-Axial (Twinax) cables are also deployed. For optical fiber; the two main branches are multimode and single-mode fiber. Each of these media has gone through multiple generations as shown in the following tables.

Table 7. Category cables

Cable Type Description Standards

Category 1 (CAT 1) Not used in Ethernet. Voice-grade copper wire used for telephone communications, ISDN and doorbells.

N/A

Category 2 (CAT 2) Not used for Ethernet. Copper cabling used in ARCnet and 4 Mbps Token Ring.

N/A

Category 3 (CAT 3) 4 wire copper cabling designed for speeds up to 16 MHz and used for 10BASE-T.

TIA/EIA-568-B

Category 4 (CAT 4) Not used in Ethernet. Copper cabling designed for speeds up to 20 MHz and used in 16 Mbps Token Ring

N/A

Category 5 (CAT 5) 8 wire copper cabling designed for speeds up to 100 MHz and used in Fast Ethernet.

TIA/EIA-568-A-1995 ISO/IEC 11801:1995 Class D structured cabling.

Category 5e (CAT 5e) 8 wire copper cabling designed for speeds up to 100 MHz.

TIA/EIA-568-B

Category 6 (CAT 6) 8 wire copper cabling designed for speeds up to 250 MHz.

TIA/EIA-568-A-1995, tested to TIA/EIA TSB-155 ISO/IEC 11801:Class E tested to ISO/IEC TR-24750)

Augmented Category 6a (CAT 6a)

8 wire copper cabling designed for speeds up to 500 MHz and designed to support 10GBASE-T up to at least 100 m.

TIA/EIA-568-B.2-10 Category 6A (ISO/IEC 11801:1995 Class EA)

Category 7 (CAT 7) 8 wire copper cabling designed for speeds up to 600 MHz and used for 10GBASE-T.

ISO/IEC 11801:2002 Class F

Category 7a (CAT 7a) Copper cabling designed for speeds up to 1000 MHz and used for 10GBASE-T.

ISO 11801 Amendment 1:2008


Cavi: fibraDATA CENTER TECHNICAL BRIEF


All optical fibers are standardized in ISO/IEC 11801.

Table 8. Optical fiber

Category Core Diameter (um) (All fiber has a

125um cladding)

Bandwidth Length Product at 850nm (MHz*km

or GHz*m)

Bandwidth Length Product at 1310nm (MHz*km

or GHz*m)

FDDI Grade 62.5 160 500

Optical Multimode 1 (OM1) 62.5 200 500

Optical Multimode 2

(OM2-400)

50 400 500

Optical Multimode 2 (OM2) 50 500 500

Optical Multimode 3 (OM3) 50 1500 / (2000 under

“Laser” launch conditions)

500

Optical Multimode 4 (OM4) 50 4700 500

Optical Single-mode 1 (OS1) 9 N/A Nearly infinite

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