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

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Presentazione sul tema: "Corso di laurea in INFORMATICA RETI di CALCOLATORI A.A. 2003/2004 Tecnologie di rete: reti locali Alberto Polzonetti"— Transcript della presentazione:

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

2 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 2 INTRODUZIONE 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 trasmissivi 3. Energia trasportata deve rappresentare linformazione alla fonte

3 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 3 Rappresentazione dellinformazione 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.

4 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 4 Trasmissione 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.

5 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 5 Trasmissione 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

6 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 6 Diffusione 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.

7 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 7 Caratteristiche dei segnali analogici Lampiezza è costituita dalle dimensioni o dallintensità della forma donda. 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 dellonda, espressi in hertz (Hz). Il periodo (generalmente rappresentato dal simbolo T) è linverso della frequenza; in pratica periodo = T = 1/f Il termine fase (rappresentato dal simbolo Φ ) descrive la posizione della forma donda rispetto al tempo 0 Questo valore viene misurato in gradi o radianti (180° = Π radianti).

8 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 8 Caratteristiche dei segnali digitali 1. 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 allaltro LARGHEZZA DI BANDA (cicli al secondo / Hertz / Hz) pari alla più alta frequenza con cui si può passare da un segnale allaltro 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

9 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 9 Velocità e larghezza di banda TEOREMA DEL CAMPIONAMENTO DI NYQUIST Max BIT RATE = 2 H log 2 V bit/sec. V= livelli di quantizzazione del segnale H= larghezza di banda Max BIT RATE = 2 H log 2 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 bps

10 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 10 Effetti del rumore TEOREMA DI SHANNON RAPPORTO SEGNALE / RUMORE Decibel (dB) = 10 Log S/N Max BIT RATE = H log 2 (1 + S/N) bit/sec. Segnale vocale a 4KHz 30 dB 4000 log 2 (1+1000) bps

11 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 11 Teoria dellinformazione 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.

12 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 12 CANALI FISICI DI TRASMISSIONE I. Mezzi Guidati 1. Conduttori in rame 2. Fibre Ottiche II. Mezzi non guidati 1. Onde Radio 2. Microonde 3. Raggi Infrarossi 4. Laser

13 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 13 CONDUTTORI IN RAME Scarsa resistenza elettrica e quindi maggiori distanze Minimizzazione dellinterferenza su due fili vicini 1. Coppia simmetrica intrecciata (DOPPINO TELEFONICO) 2. CAVO COASSIALE (COAX)

14 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 14 Doppini 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)

15 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 15 Vantaggi 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 costose 6. Manutenzione più costosa (difficile da individuare dove si è spezzata) 7. Riparazione più complessa

16 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 16 Mezzi non guidati Le onde elettromagnetiche viaggiano alla velocità della luce e possono indurre una corrente in un dispositivo ricevente (antenna) f = c = lunghezza donda f = frequenza c = velocità della luce Onde 1Mhz sono lunghe 300 mt Onde di 1 cm hanno una frequenza di 30GHz

17 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 17 Caratteristiche del segnale determinate dallo spettro La larghezza di banda indica lampiezza 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.

18 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 18 COMUNICAZIONE PUNTO PUNTO e RETI LOCALI 1. Indipendenza di un collegamento dagli altri 2. Due calcolatori della rete possono scegliere la modalità di comunicazione 3. Sicurezza e riservatezza 4. MA…………………………

19 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 19 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 ]

20 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 20 Caratteristiche 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 dellintera capacità trasmissiva della rete La trasmissione è sempre di tipo broadcast Alcune complicazioni: È necessaria la presenza di indirizzi Occorre arbitrare laccesso allunico mezzo trasmissivo (protocolli di reti locali)

21 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 21 Attributi 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 dellutente, facilitata da una accurata progettazione a priori Gestibilità: tramite protocolli di management (SNMP)

22 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 22 Elementi Principali

23 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 23 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

24 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 24 LA TRAMA NELLE LAN Non esiste uno standard sul formato dei pacchetti Ogni singola tecnologia stabilisce i dettagli dellesatta forma di dato in un pacchetto FRAME è in generale il pacchetto usato da una particolare tipo di rete

25 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 25 ERRORI 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

26 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 26 Probabilità 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 può diventare continuando ad avere parità pari HolellrWod.486F6C656C206C72776F642E C6C + 6F F + 726C + 642E = 71FC Somma di controllo (checksum) a 16 bit Facilità di calcolo e quantità ridotta di informazione aggiuntiva Impossibilità di rilevare errori comuni checksum checksum 0111

27 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 27 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 lindirizzo del destinatario, ma anche quello del mittente per facilitare la risposta

28 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 28 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 dellintegrità della trama headerPayload o Data AreaFCS DSAPPDU del livello LLCCRCSSAP

29 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 29 Indirizzi MAC Sono standardizzati dalla IEEE sono lunghi 6 byte, cioè 48 bit si scrivono come 6 coppie di cifre esadecimali

30 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 30 Struttura 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

31 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 31 ALCUNI OUI

32 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 32 La scheda di rete Si occupa dei dettagli di trasmissione e ricezione Lavora in maniera indipendente dal computer Sfrutta lindirizzo fisico per cestinare il frame oppure per trasferirlo al computer

33 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 33 Indirizzo fisico Deve essere unico in una LAN Come si assegna un indirizzo alla stazione e chi è responsabile dellunicità ? 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 lindirizzo da parte dei clienti Indirizzi dinamici Sono assegnati automaticamente alla stazione ad ogni riavvio

34 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 34 Indirizzi 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

35 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 35 Indirizzi 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 lindirizzo 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

36 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 36 IEEE CSMA-CD Topologia: bus Cablaggio: bus, stella Arbitraggio del canale trasmissivo: tramite contesa Tipologia del protocollo: non deterministico, cioè ad accesso casuale Velocità Trasmissiva: 10 Mb/s Throughput 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

37 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 37 Topologia a bus Un solo lungo cavo al quale sono collegati i computer Linterruzione 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

38 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 38 Coordinamento della trasmissione Per coordinare le trasmissioni Ethernet sente se ce corrente nel bus CS MA CSMA Protocollo distribuito di controllo C arrier S ense M ultiple A ccess ( CSMA ) Multiple access: molti computer sono connessi ed ognuno può trasmettere Carrier sense : il computer prima di trasmettere testa il mezzo trasmissivo per vedere se ce portante

39 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 39 Collisioni Più postazioni possono simultaneamente inviare dati I segnali interferiranno quando raggiungono lo stesso punto nel bus Linterferenza (collisione) non causa danni fisici ma impedisce la trasmissione AE Il computer A invia i dati AE Il computer E invia i dati prima che il segnale lo raggiunga collisione

40 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 40 Rilevamento delle collisioni (back-off) Controllo dei segnali in transito (Collision Detect) [CD] Se il segnale del bus differisce da quello trasmesso significa che siamo in presenza di collisione (Collision Detect) [CD] Interruzione della trasmissione trasmettendo un particolare segnale (jamming) in modo tale che tutte le stazioni vengono messe a conoscenza dellavvenuta 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

41 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 41 Specifiche 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 lefficienza ( minore banda sprecata) Il pacchetto deve avere una lunghezza minima (64 byte) ed il bus una lunghezza massima (500 mt)

42 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 42 Formato dei frame Lunghezza fissaLunghezza variabile Intestazione del frame CARICO o BLOCCO DATI headerPayload o Data Area preambolo Indirizzo del destinatario Indirizzo mittente Lungh ezza DATICRC intestazione carico FRAME ETHERNET

43 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 43 Fast Ethernet IEEE 802.3u detto anche 100BASE-T evoluzione di Ethernet BASE-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: di nodi installati di nodi venduti ogni anno più di 200 produttori Ethernet 10/100

44 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 44 Gigabit 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

45 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 45 IEEE 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

46 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 46 Topologia ad anello Semplifica il coordinamento degli accessi Semplifica lindividuazione di eventuali malfunzionamenti Il guasto di un elemento porta al blocco della rete

47 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 47 Tecnologia 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

48 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 48 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 larrivo del token Se ne impossessa e trasmette il frame Rimette il token nellanello Questo protocollo assicura che tutti i computer della rete trasmetteranno a turno (metodo equo) La gestione del token è demandata allhardware della rete

49 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 49 Accesso 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

50 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 50 ISO 9314 Fiber Distribuited Data Interface (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

51 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 51 Tecnologia FDDI (Fiber Distribuited Data 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 lanello interno modificano la topologia della rete in modo da isolare il guasto rete autoriparante Una rete FDDI è una rete autoriparante

52 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 52 IEEE 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

53 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 53 Tecnologia WLAN

54 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 54 Aree di servizio

55 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 55 Architettura MAC IEEE 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

56 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 56 Computazione e Comunicazione Calcolo 1970 una istruzione in 100 nsec 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 Gbps Convertire più velocemente segnali elettrici in luminosi I computer sono lenti senza speranza e le reti debbono evitare la computazione I computer sono lenti senza speranza e le reti debbono evitare la computazione

57 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 57 VELOCITA 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)

58 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 58 Scheda di rete topologia logica Il tipo di rete determina la topologia logica topologia fisica Lo specifico cablaggio determina la topologia fisica

59 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 59 Cablaggio: sotto-standard 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).

60 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 60 ETHERNET su cavo coassiale spesso : 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

61 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 61 ETHERNET su cavo sottile : Thinnet - 10Base2 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

62 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 62 ETHERNET su doppino : 10Base-T Collegamento tramite doppino telefonico (cavo UTP min. cat. 3) e due connettori RJ45 Estende lidea 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

63 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 63 DIVERSE TIPOLOGIE DI CABLAGGIO e SCHEDA DI RETE thicknet thinnet 10Base-T

64 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 64 ESTENSIONE DELLE LAN La condivisione del canale abbatte i costi ma limita lestensione 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 diversi 2. Per unificare più LAN in diversi edifici 3. Per suddividere una LAN con carico troppo elevato 4. Per aumentare la massima distanza copribile da una LAN Per aumentare laffidabilità 5. Per aumentare la sicurezza Alcune soluzioni sviluppate Ripetitori Bridge

65 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 65 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

66 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 66 Repeater e pila OSI

67 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 67 Bridge Dispositivo hardware che lavora sui pacchetti e non sui segnali Inoltra i frame completi e corretti da un segmento allaltro 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 lindirizzo sorgente del frame che arriva da uno dei due segmenti Si autoconfigura Il bridge consente lattività 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.

68 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 68 Esempio di bridge tra Ethernet e Token Bus

69 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 69 Trasparent Bridge Quando arriva un frame, legge lindirizzo 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 unaltra 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 lindirizzo hardware del calcolatore M che ha inviato il frame se non è già presente, aggiunge alla tabella di routing linformazione 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, listante 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

70 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 70 Ciclo 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 allinfinito lungo il ciclo, e ogni calcolatore riceve un numero illimitato di copie

71 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 71 Soluzione 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 dallinoltrare frame se ogni segmento al quale è connesso ospita un altro ponte che ha già deciso di inoltrare frame. Dopo lesecuzione dellalgoritmo, i ponti che hanno deciso di inoltrare frame formano un grafo (connesso) privo di cicli, ovvero un albero.

72 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 72 Collision 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

73 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 73 Evoluzione delle LAN Le 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

74 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 74 Fault Tolerance

75 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 75 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

76 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 76 LAN 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

77 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 77 Lezione 3 Bibliografia Tanenbaum – Computer Networks 4° ed Cap. 2 pagine 85 – 108; Cap. 4 pagine Tanenbaum – Reti di Computer Cap. 2 pagine 75 –97; Cap. 4 pagine Comer – Internet e Reti di Calcolatori Capitoli 6,7,8,9,10 Comer – Internetworking con TCP/IP Capitolo 2 pagine

78 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 78

79 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 79 Concetto di variazione di fase

80 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 80 Esempio di grandezze analogiche Unonda sinusoidale ha una frequenza f=5kHz il suo periodo è ………………………. Unonda 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°

81 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 81 Spettro elettromagnetico definisce le caratteristiche fisiche delle trasmissioni in base alla loro frequenza.

82 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 82 Onde Radio

83 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 83 Microonde

84 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 84 Infrarossi

85 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 85 Onde luminose

86 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 86 Modello IEEE 802

87 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 87 IEEE 802 ed OSI

88 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 88 ETHERNET su cavo sottile Cavo sottile Terminat ore Connetto re BNC

89 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 89 Algoritmo di backward learning

90 Alberto Polzonetti Reti di calcolatori Lezione 3 (03/04) Tecnologie di rete: reti locali 90 Switched LAN


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