Reti locali e standard IEEE 802.3

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1 Reti locali e standard IEEE 802.3
Marzo 2000 Architettura degli elaboratori - Modulo B Reti locali e standard IEEE 802.3 Indice reti locali, caratteristiche generalità del sottostrato MAC standard IEEE 802 standard Ethernet (IEEE 802.3) Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo prof. Alessandro Memo

2 Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo
Reti locali software di rete software di rete software di rete NIC NIC NIC scheda di rete HUB sistema di cablaggio NIC NIC software di rete software di rete Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

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

4 Reti locali: supporti di trasmissione
doppino ritorto (UTP) unshielded twisted pair Cat. 1 sistemi di allarme e telefonia Cat. 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 Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

5 Reti locali: supporti di trasmissione
connettore BNC cavo coassiale (coax) interferenze e disturbi ridotti difficile da installare, ma supporta distanze maggiori cavo grosso (thick coax, 10BASE5) cavo sottile (thin coax, 10BASE2) figure tratte da PC Professionale Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

6 Reti locali: supporti di trasmissione
2 fibra ottica (fiber) immune ai disturbi elettro-magnetici, alta capacità trasmissiva, bassa attenua-zione, difficoltà di installa-zione c 1 n1 1= angolo di incidenza 2= angolo di rifrazione c= angolo critico figure tratte da PC Professionale Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

7 Reti locali: supporti di trasmissione
1 2 3 4 50  fibra mono- modale multimodale step-index 50  2-5  multimodale graded-index 125  Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

8 Reti locali: supporti di trasmissione
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9 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 Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

10 Reti locali: codifiche
1 1 1 Manchester 1 1 1 Manchester differenziale Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

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

12 Reti locali: topologie di rete
rete a bus (linear bus) facilmente espandibile cablaggio ridotto sensibile al guasto del cavo adatta ad am-bienti limitati std. Ethernet terminatore giunti a “T” Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

13 Reti locali: topologie di rete
rete a stella (star) 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 concentratore Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

14 Reti locali: topologie di rete
rete anello a stella (token ring) simile alla stella cablatura consistente sensibile al guasto del MAU meno diffuso del bus standard Token Ring MAU Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

15 Reti locali: topologie di rete
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 backbone HUB Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

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

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

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

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

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

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

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

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

24 Standard IEEE 802: generalità
LLC Livello 2 MAC 802/3 MAC 802/4 MAC 802/5 MAC 802/6 PHM 802/3 PHM 802/4 PHM 802/5 PHM 802/6 Livello 1 Ethernet Token bus Token ring DQDB Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

25 Standard IEEE 802: generalità
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) ... Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

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

27 Generalità dello strato MAC protocollo 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 Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

28 Generalità dello strato MAC rendimento protocollo ALOHA
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 Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

29 Generalità dello strato MAC Protocollo 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) Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

30 Generalità dello strato MAC Protocolli 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) Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

31 Generalità dello strato MAC Protocolli 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) Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

32 Generalità dello strato MAC Protocolli 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 B T Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

33 Generalità dello strato MAC Protocolli per reti ad anello
host A non ci sono collisioni fisiche, ma solo conflitti di accesso alla globalità della rete permette un accesso deterministico interfaccia D B tratto punto-punto unidirezionale C Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

34 Generalità dello strato MAC Protocolli per reti ad anello
B A D C B 1 1 4 NO SI 2 2 3 ogni bit che arriva all’interfaccia viene letto, copiato in un buffer, analizzato e ritrasmesso dopo un bit-time Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

35 Generalità dello strato MAC Protocolli per reti ad anello
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 Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

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

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

38 Struttura fisica della rete
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39 massima estensione 10Base2
segmento 0 nodi m RIP RIP segmento popolato max 30 nodi m segmento popolato max 30 nodi m segmento 0 nodi m RIP RIP segmento 0 nodi m segmento popolato max 30 nodi m 5 segmenti - 4 ripetitori - 3 segmenti popolati Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

40 standard 10Base2 figure tratte da PC Professionale - 1997
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41 massima estensione 10BaseT
uplink verso segmento popolato HUB 5 segmenti - 4 ripetitori - 3 segmenti popolati HUB HUB ogni link punto-punto max 100 m HUB Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

42 10BaseT segmentata HUB switch / BRIDGE dominio di collisione
segmento a 10 Mbit condivisi dominio di collisione segmento a 10 Mbit condivisi Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

43 standard 10BaseT figure tratte da PC Professionale - 1997
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44 massima estensione 100BaseTX
HUB dominio collisione max 205 m uplink 5 m o più HUB segmento max 100 m 3 segmenti - 2 ripetitori - 1 segmento popolato Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

45 Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo
struttura del frame 802.3 preamble start of frame destinazione sorgente lunghezza dati pad checksum Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

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

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

48 funzionamento del REPEATER
dispositivo usato per superare la lunghezza massima di un collegamento amplifica e rigenera il segnale ritrasmette anche le collisioni repeater in 10Base2 max 186 m in 10Base2 max 2x186 m Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

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

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

51 funzionamento dello SWITCH
01-80-A B segmento 1 segmento 2 01-80-A A hub 01-80-A A-27-4B-01 Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo

52 funzionamento del BRIDGE
A-27-4B-1F bridge seg. 1 hub A-27-4B-31 seg. 2 A-27-4B-3A 01-80-A A-27-4B-01 Reti locali ed Ethernet Architettura degli elaboratori - Modulo B - A.Memo