Reti locali ed EthernetArchitettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo 1 Reti locali e standard...

Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

1

Reti locali e standard IEEE 802.3

• reti locali, caratteristiche

• generalità del sottostrato MAC

• standard IEEE 802

• standard Ethernet (IEEE 802.3)

Indice


2

softwaredi rete

NIC

softwaredi rete

NIC

Reti locali

softwaredi rete

NIC

softwaredi rete

NIC

softwaredi rete

NIC

HUBsistema di cablaggio

schedadi rete


3

Reti locali: caratteristiche

• supporti di trasmissione • tecniche di trasmissione (in banda base, in

larga banda, digitale su canale analogico)• topologie di rete• metodi di controllo degli accessi• software di rete• standard (IEEE 802)


4

Reti locali: supporti di trasmissione

doppino ritorto (UTP)unshielded twisted pair

Cat. 1 sistemi di allarme e telefoniaCat. 2 voce, seriale e dati a bassa velocità (LocalTalk 4 Mbps)Cat. 3 dati (Ethernet 10 MBps, 10BaseT)Cat. 4 dati (TokenRing 16 Mbps)Cat. 5 dati (Fast Ethernet 100 Mbps)

figure tratte da PC Professionale - 1997


5


cavo coassiale (coax)• interferenze e disturbi ridotti• difficile da installare, ma supporta distanze

maggiori• cavo grosso (thick coax, 10BASE5)• cavo sottile (thin coax, 10BASE2)

connettore BNC



6


fibra ottica (fiber)immune ai disturbi elettro-magnetici, alta capacità trasmissiva, bassa attenua-zione, difficoltà di installa-zione

1

2

c

n2

n1

1= angolo di incidenza2= angolo di rifrazionec= angolo critico



7

Reti locali: supporti di trasmissione1

2

3

4

1

2

3

4

multimodale step-index

multimodale graded-index

50

125

fibramono-modale

2-5 50


8


tipo standardlunghezzamassima

cavo coassiale grosso 10BASE5 500 m

cavo coassiale fino 10BASE2 185 mdoppino UTP 10BASET 100 mfibra ottica 10BASEF 2000 m


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Reti locali: tecniche di trasmissione

• trasmissione in banda base – i bit vengono associati ad impulsi– necessitano di ripetitori– capacità del canale non suddivisibile– flusso bidirezionale

• trasmissione in larga banda– analogica, mediante modulazione, monocanale

e multicanale


10

Reti locali: codifiche

01 1 0 0 0 01

Manchester

01 1 0 0 0 01Manchesterdifferenziale


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Reti locali: topologie di rete

• topologia fisica – dipende dal cablaggio e dai dispositivi utilizzati – bus, stella, anello a stella, ad albero

• topologia logica– dipende dal metodo con cui i nodi di elabora-

zione si passano le informazioni


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giunti a “T”

terminatore

• facilmente espandibile

• cablaggio ridotto

• sensibile al guasto del cavo

• adatta ad am-bienti limitati

• std. Ethernet

rete a bus (linear bus)


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rete a stella (star)

concentratoreAT&T3B2/400

• semplice da instal-lare e cablare

• insensibile al gua-sto di un satellite

• sensibile al guasto del concentratore

• più costoso e meno diffuso del bus


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rete anello a stella (token ring)

• simile alla stella• cablatura consistente• sensibile al guasto

del MAU• meno diffuso del bus• standard Token Ring

MAU


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rete ad albero• rete a bus + rete a

stella• facilità di espansione,

anche di blocchi• connessione punto-

punto tra host ed hub• cablaggio abbastanza

critico

HUB

backbone


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Reti locali: controllo degli accessi

• accesso casuale – chi deve trasmettere aspetta che il mezzo si liberi, e

poi prova (CSMA/CD)

• accesso distribuito– algoritmo distribuito tra tutti i nodi (CSMA/CA,

Token Ring)

• accesso centralizzato– un solo sistema controlla tutti gli altri nodi (TDMA)


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Reti locali: accesso casuale

• CSMA/CD , quando deve trasmettere:– Carrier Sense: controlla se il mezzo è attualmente

in uso: in tal caso aspetta che si liberi– Multiple Access: il messaggio trasmesso arriva a

tutti i nodi, che ne esaminano l’indirizzo di destinazione, solo il destinatario lo mantiene

– Collision Detect: in caso di collisione i nodi se ne accorgono, attendono un intervallo di tempo casuale e variante, e poi ricominciano


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Reti locali: accesso distribuito

• CSMA/CA , quando deve trasmettere:– Carrier Sense: controlla se il mezzo è attualmente

in uso: in tal caso aspetta che si liberi– Multiple Access: il messaggio trasmesso arriva a

tutti i nodi, che ne esaminano l’indirizzo di desti-nazione, solo il destinatario lo mantiene

– Collision Avoidance: i nodi che vogliono trasmet-tere, attendono un intervallo di tempo prefissato, e se alla fine il mezzo è libero, lo usano


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Reti locali: accesso distribuito

• Token ring , quando deve trasmettere:– le stazioni si passano un breve messaggio (token)– se il token arrivato è libero, chi lo riceve può

occuparlo e accodarli il suo messaggio– il destinatario lo memorizza (gli altri lo passano)– il mittente, quando riceve il suo messaggio, lo

elimina dalla rete, libera il token e lo passa al successivo


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Reti locali: accesso centralizzato

• TDMA , quando deve trasmettere:– Time Division: l’utilizzo del mezzo è suddiviso

temporalmente, in tanti slot di tempo– Multiple Access: ad ogni sistema viene attribuito

ciclicamente uno slot: per trasferire informazioni può utilizzare solo il suo slot; se un nodo non deve trasmettere, lo slot rimane vuoto


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Reti locali: software di rete

• Sistema operativo di rete peer-to-peer– ogni sistema mette a disposizione le risorse

desiderate (Windows 95/98, for Workgroups)– lento nel caso di risorse molto condivise– non c’è un file server o un gestore centrale– costo iniziale molto contenuto, facilmente attivabile– manca un file server– sicurezza limitata


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Reti locali: software di rete

• Sistema operativo di rete client/server– il server fornisce l’accesso sicuro e protetto alle

risorse, ed il N.O.S. garantisce la concorrenza e la trasparenza nell’accesso

– vantaggi: centralità, scalabilità, flessibilità, interoperabilità, accessibilità

– svantaggi: costo, manutenzione tecnica, guasti– server condiviso dall’utente (Windows NT)– server dedicato (NetWare Novell)


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Standard IEEE 802: generalità

• Sviluppato nei laboratori della Xerox negli anni ‘70 con il nome di standard Ethernet

• nell’83 diventa uno standard: IEEE 802

• copre i primi due livelli OSI, e distingue il livello 2 dipendente dal mezzo con quello indipendente


24


802.2 LLC

MAC802/3

PHM802/3

MAC802/4

PHM802/4

MAC802/5

PHM802/5

MAC802/6

PHM802/6

Livello 2

Livello 1

Ethernet Token bus Token ring DQDB


25


• 802.1 : specifiche generali del progetto

• 802.2 : Logical Link Control

• 802.3 : CSMA/CD (Ethernet)

• 802.4 : Token bus (LAN automazione ind.)

• 802.5 : Token ring

• 802.6 : DQDB (MAN)

• ...


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Standard IEEE 802: generalità dello strato MAC

• Media Access Control (o MultiAccess Control) regola la competizione per l’accesso al mezzo

• metodi di allocazione statica (predefinita)– spreco di banda in assenza di trasmissione

• metodi di allocazione dinamica (in base alle esigenze)– protocolli a contesa, senza contesa ed a prenotazione


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Generalità dello strato MACprotocollo a contesa ALOHA

• Le stazioni trasmettono quando ne hanno la necessità, e poi confrontano il trasmesso con il ricevuto

• in caso di collisione aspettano un po’ e poi riprovano


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• tutti i frame hanno la stessa dimensione, e quindi la loro durata di emissione è costante (FrameTime)

• N stazioni indipendenti che emettono mediamente K frame in un FrameTime, hanno un periodo di vulnerabilità che vale 2 • FrameTime

• Detto S il traffico utile trasferito (throughput) e G il traffico totale (utile più ritrasmissioni)

S = G • e -2G

• throughput massimo = 0,184 per G = 0,5

Generalità dello strato MACrendimento protocollo ALOHA


29

Generalità dello strato MACProtocollo slotted ALOHA

• si divide il tempo in intervalli della dimensione di un FrameTime e le stazioni possono trasmettere solo all’inizio dell’intervallo

• il periodo di vulnerabilità si dimezza• il traffico utile trasferito S ora vale

S = G • e -G

• throughput massimo = 0,368 per G = 1

(l’efficienza è ancora molto bassa)


30

Generalità dello strato MACProtocolli CSMA (1)

• nelle reti locali si può anche ascoltare prima di trasmettere, per ridurre notevolmente le collisioni

• Carrier Sense Multiple Access• 1-persistent: ascolto il canale, se è occupato

aspetto e poi trasmetto subito, se è libero trasmetto, se collido aspetto un tempo random(il ritardo di propagazione può indurre collisioni)


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Generalità dello strato MACProtocolli CSMA (2)

• non-persistent: ascolto il canale, se è occupato aspetto e poi trasmetto dopo un tempo random, se è libero trasmetto, se collido aspetto un tempo random (riduce ulteriormente le collisioni)

• p-persistent: (si applica a canali slotted) ascolto il canale, se è occupato aspetto il prossimo slot e poi riprovo, se è libero con probabilità (p) trasmetto, con probabilità (1-p) aspetto il prossimo slot, se collido aspetto un tempo random (si riduce l’intervallo di vulnerabilità iniziale)


32

Generalità dello strato MACProtocolli CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection• quando la stazione si accorge (quasi subito) di aver

colliso, interrompe la trasmissione• l’intervallo di vulnerabilità vale al massimo il dop-

pio del tempo di propagazione da un estremo all’alto

A BT


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Generalità dello strato MACProtocolli per reti ad anello

A

B

C

D

hostinterfaccia

trattopunto-punto

unidirezionale

• non ci sono collisioni fisiche, ma solo conflitti di accesso alla globalità della rete

• permette un accesso deterministico


34


A

D

C

B

1

2

NO

A

D

C

B

1

2

SI

4

3

• ogni bit che arriva all’interfaccia viene letto, copiato in un buffer, analizzato e ritrasmesso dopo un bit-time


35


• si può determinare la massima attesa prima di poter trasmettere

• se tutte le stazioni devono trasmettere, l’efficienza raggiunge il 100%

• se solo una deve trasmettere, l’efficienza è inferiore rispetto al CSMA/CD


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Generalità dello strato LLC

• rende indistinguibili ai livelli superiori i livelli MAC e fisico relativi a mezzi diversi, fornendo un’interfaccia unica

• se richiesto fornisce un servizio più affidabile del livello MAC (datagram, datagram confermato, collegamento affidabile e connesso)

• indirizzi LLC di un solo byte per specificare il protocollo che dovrà gestire il livello superiore


37

Ethernet (802.3)

• Protocollo CSMA/CD di tipo 1-persistent funzionanate a 10Mbps, derivato dall’Ethernet

• chi riscontra una collisione emette un disturbo (jamming) di 32 bit

• il tempo casuale per ritrasmettere è regolato dall’algoritmo binary backoff exponential


38

Struttura fisica della rete

Tipo di rete Tipo di cavo Lungh.Segmento

Numeromax nodi

Dim.massima

10Base5 Coax grosso 500 100 2500

10Base2 Coax fino 186 30 910

10BaseT UTP cl.3 100 2 500

100BaseTX UTP cl.5 100 2 205


39

massima estensione 10Base2

RIP RIP

segmento popolatomax 30 nodi - 186 m

segmento0 nodi - 186 m


RIP RIP


segmento0 nodi - 186 m segmento

0 nodi - 186 m

5 segmenti - 4 ripetitori - 3 segmenti popolati


40

standard 10Base2



41

massima estensione 10BaseT

HUB

HUB

HUB

uplink versosegmentopopolato

HUB

ogni linkpunto-puntomax 100 m

5 segmenti - 4 ripetitori - 3 segmenti popolati


42

10BaseT segmentata

HUB

HUB

HUB

HUB

HUB

HUB

HUB

HUB

dominio di collisionesegmento a 10 Mbit condivisi

HUB switch / BRIDGE

dominio di collisionesegmento a 10 Mbit condivisi


43

standard 10BaseT



44

massima estensione 100BaseTX

HUB

HUB

uplink5 m o più

segmento max 100 m

dominio collisionemax 205 m

3 segmenti - 2 ripetitori - 1 segmento popolato


45

struttura del frame 802.3

preamble 7 10101010 di sincronizzazionestart of frame 1 10101011 di inizio tramaindirizzi 6 univoci a livello mondiale

lunghezza 2 Numero byte nel campo dati

dati 0-1500 Provenienti dal livello superiorepad 0-46 fino a raggiungere la dimensione minima

del frame di 64 bytechecksum 4 codice CRC

preamble start of frame destinazione sorgente lunghezza

dati pad checksum


46

Fast Ethernet (803.2u)

• vi sono tre categorie, in base al mezzo:– 100BaseT4 (4 doppini classe 3) – 100BaseTX (2 doppini classe 5) la più diffusa– 100BaseFX (fibra multimodale)


47

funzionamento del TRANSCEIVER

• TRANSmitter/reCEIVER

• converte i segnali digitali della porta AUI (Attachment Unit Interface) di una scheda di interfaccia Ethernet (NIC) nei segnali atti a pilotare uno specifico mezzo fisico (10Base2, 10Base5, 10BaseT, …)


48

funzionamento del REPEATER

• dispositivo usato per superare la lunghezza massima di un collegamento

• amplifica e rigenera il segnale

• ritrasmette anche le collisioni

in 10Base2 max 186 m in 10Base2 max 2x186 m

repeater


49

funzionamento dell’HUB

• dispositivo che consente di cabla-re a stella una rete a bus: ripete il segnale proveniente da una sua porta in tutte le altre porte

• usato nelle reti 10BaseT e 100BaseTX

• permette l’inserimento o l’esclu-sione a caldo di una stazione, e isola le stazioni guaste

HUB


50

funzionamento dello SWITCH

• dispositivo che crea una connessione tra una porta entrante ed una uscente

• collega vari segmenti smistando selettiva-mente i pacchetti in transito

• riduce i domini di collisione ed aumenta la banda di ogni segmento


51

funzionamento dello SWITCH

01-80-A5-33-90-03 00-80-6A-27-4B-01

01-80-A5-40-92-2A

01-80-A5-40-92-1B seg. 1 01-80-A5-40-92-1Bseg. 2 01-80-A5-40-92-2Aseg. 3 01-80-A5-33-90-03

00-80-6A-27-4B-01

switch

hub

segmento 1

segmento 2


52

funzionamento del BRIDGE

01-80-A5-33-90-03 00-80-6A-27-4B-01

hub

01-80-A5-33-90-32 00-80-6A-27-4B-1F bridge

00-80-6A-27-4B-3A

00-80-6A-27-4B-31

seg. 1 01-80-A5-33-90-3200-80-6A-27-4B-1F

seg. 2 01-80-A5-33-90-0300-80-6A-27-4B-01

seg. 1

seg. 2

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