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M. Pedicini Seconda Parte Il livello fisico nell'accesso alle reti pubbliche di Marco Pedicini (IAC – Consiglio Nazionale delle Ricerche) Roma, Maggio.

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1 M. Pedicini Seconda Parte Il livello fisico nell'accesso alle reti pubbliche di Marco Pedicini (IAC – Consiglio Nazionale delle Ricerche) Roma, Maggio 2003 Note sul copyright (copyfree): Questa presentazione può essere utilizzata liberamente a patto di citare la fonte e non stravolgerne il contenuto. Questa presentazione è stata creata con OpenOffice 1.0

2 M. Pedicini Reti Pubbliche I servizi di trasmissione dati tra sedi separate da suolo pubblico sono in generale forniti dalle stesse aziende pubbliche o private detentrici del monopolio o delle concessioni governative per la telefonia. La principale ragione è dovuta al fatto che spesso vengono utilizzati gli stessi mezzi e canali trasmissivi già posati e disponibili per il servizio telefonico. Il primo e più semplice servizio di trasmissione dati è infatti quello ottenibile attraverso un comune canale telefonico. Un apparecchio detto modem provvede a convertire i dati digitali provenienti dal computer o dal terminale e a trasformarli in modo da essere adatti per la trasmissione attraverso il canale telefonico, progettato per la trasmissione della voce.

3 M. Pedicini Reti WAN Per il collegamento stabile dei centri di calcolo, per esempio per la realizzazione di una WAN, l'impiego di linee commutate non è soddisfacente per diverse ragioni: tipo di tariffazione e quindi costo, bassa velocità e scarsa affidabilità. Per questo le compagnie telefoniche hanno messo a disposizione un diverso servizio: la linea dedicata, definita dalla Telecom Italia CDA (Canale Diretto Analogico). Si tratta di un collegamento fisso tra due sedi, con tariffazione su base annua, il cui tipo più comune consiste in un normale canale telefonico con l'eccezione che non attraversa i circuiti di commutazione delle centrali. Con l'introduzione delle centrali numeriche i collegamenti analogici tra le centrali stesse sono stati rimpiazzati da dorsali digitali ad alta velocità. È stato così possibile da parte delle aziende telefoniche fornire una versione più evoluta del CDA: il CDN (Canale Diretto Numerico). Prolungando un collegamento digitale dall'interno della centrale fino alla presa dell'utente, è stato possibile fornire un servizio completamente digitale, a velocità più elevata e minor tasso d'errore. Resta ancora analogico il servizio commutato, ma esistono già uno standard ed un servizio per una vera rete pubblica commutata digitale: ISDN (Integrated Services Digital Network). Con ISDN anche l'ultimo tratto di collegamento, dall'utente alla centrale, diventa digitale, consentendo l'integrazione di servizi diversi: telefonia, trasmissione dati, fax ad alta velocità, videoconferenza, teleallarmi, ecc.

4 M. Pedicini Canali Geografici: Canali Commutati – Canale telefonico – ISDN (Integrated Service Data Network) Canali Diretti – CDA (Canali Diretti Analogici) – CDN (Canali Diretti Numerici)

5 M. Pedicini Interfacce Seriali Tutte le apparecchiature di collegamento a linee di trasmissione dati analogiche o digitali prevedono la connessione del terminale, del computer o dell'apparecchiatura di rete (ad esempio router o bridge) mediante un'interfaccia seriale. Per convenzione, si denota DTE (Data Terminal Equipment) il terminale, il personal computer o la scheda di interfaccia di un mainframe, mentre le apparecchiature di comunicazione, quali i modem, vengono dette DCE (Data Communication Equipment). Il collegamento tra DCE e DTE rappresenta una parte del livello Fisico del modello OSI. Esistono numerosi standard che definiscono caratteristiche elettriche e meccaniche dei cavi e dei connettori, codifica elettrica dei bit, ecc., tra cui RS-232, RS-449, V.24, V.35. La trasmissione dei dati, che sono normalmente organizzati in byte, può avvenire tra DTE e DCE in diversi modi: seriale o parallela, sincrona o asincrona, con controllo di flusso hardware o secondo diversi protocolli software.

6 M. Pedicini Trasmissione Seriale o Parallela Trasmissione parallela: l'informazione viene trasferita in parallelo (tipicamente un byte alla volta) su un bus di comunicazione contenente segnali di dato e segnali di temporizzazione (clock). Trasmissione seriale: l'informazione viene prima serializzata e quindi trasmessa un bit alla volta. Esistono meccanismi di sincronizzazione che evitano l'uso di segnali aggiuntivi di temporizzazione.

7 M. Pedicini Trasmissione seriale sincrona o asincrona Trasmissione Asincrona – Ogni byte di informazione viene trasmesso separatamente dagli altri. Il clock di ricezione è solo nominalmente uguale a quello di trasmissione. Trasmissione Sincrona: – Le informazioni da trasmettere sono strutturate in trame. Il trasmettitore e il ricevitore sincronizzano i loro clock prima della trasmissione e li mantengono sincronizzati per tutta la durata della trama. Trasmissione Sincrona o Asincrona

8 M. Pedicini Controllo di Flusso Il controllo di flusso (handshake) consente al dispositivo ricevitore di segnalare al trasmettitore la richiesta di interrompere o riprendere la trasmissione. Questo è necessario perché è possibile che il ricevitore processi i dati in arrivo più lentamente di quanto il trasmettitore li generi. Casi tipici sono rappresentati dal collegamento computer-stampante, computer-monitor del terminale, computercomputer quando lavorano a velocità diverse. Esistono principalmente tre meccanismi di controllo di flusso: segnali hardware RTS/CTS (spesso detto handshake hardware), e trasmissione dei caratteri XON/XOFF o ENQ/ACK.

9 M. Pedicini Segnali per il Controllo di Flusso RTS/CTS: molte interfacce seriali dispongono di una coppia di fili corrispondenti ai segnali RTS (Request To Send) e CTS (Clear To Send). Quando un dispositivo ricevente rileva l'attivazione del segnale RTS da parte del dispositivo trasmittente ed è pronto per ricevere, allora risponde attivando il CTS. Per interrompere l'invio dei dati da parte del trasmettitore, il ricevitore può disattivare il segnale CTS, e riattivarlo quando sarà nuovamente in grado di ricevere i dati. XON/XOFF: L'utilizzo dei caratteri XON e XOFF (codici 17 e 19 della tabella ASCII, talvolta identificati come DC1 e DC3 - device control numero 1 e 3 - e corrispondenti ai codici di controllo CTRL-Q e CTRL-S) permette di realizzare un controllo di flusso senza bisogno di segnali hardware dedicati, in quanto XON e XOFF viaggiano sugli stessi canali dei dati. Il ricevitore trasmette un XOFF quando non è più in grado di ricevere i dati e un XON quando è nuovamente in grado di riceverli. Un problema associato all'uso del controllo di flusso XON/XOFF è dovuto al fatto che i codici corrispondenti a tali caratteri possono essere presenti all'interno di file di dati di comuni programmi applicativi e, durante il trasferimento, possono provocare la sospensione all'infinito della trasmissione. Per esempio, il ben noto word processor WordStar usa il carattere CTRL-S per identificare l'inizio e la fine delle sottolineature. ENQ/ACK: il controllo di flusso mediante i caratteri ENQ (Enquire) e ACK (Acknowledge) è utilizzato principalmente in ambiente Hewlett Packard. A differenza di XON e XOFF, si tratta di un controllo di flusso orientato alla trasmissione dei dati a blocchi. Il trasmettitore invia un ENQ quando ha pronto un blocco di dati da trasmettere, ed attende l'ACK prima di effettuare la trasmissione. Avendo predefinito la massima dimensione del blocco di dati (in genere circa 2000 byte), si previene la saturazione del buffer del ricevitore.

10 M. Pedicini RS-232 Lo standard più diffuso per il collegamento DTE-DCE è senza dubbio l'EIA RS-232-C. RS sta per "reccommended standard", e la C rappresenta la revisione. Tale standard è stato pubblicato nel 1969, e verso la fine degli anni '70 sarebbe dovuto essere rimpiazzato dagli standard RS-449, RS- 422 e RS-423, progettati per maggiori velocità e più numerose funzionalità. Tuttavia, il mercato non accettò tali standard come previsto, e nel gennaio 1987 fu pubblicata la nuova revisione dello standard RS-232, l'RS-232-D, insieme ad un nuovo standard, l'RS-530. Al di fuori degli Stati Uniti lo standard RS-232 è stato recepito dal CCITT che ne ha pubblicato uno molto simile, il V.24, affiancato dal V.28 per le caratteristiche dei segnali elettrici.

11 M. Pedicini RS-232 (RS = Reccomended standard dell'EIA) Standard per la trasmissione seriale a bassa velocita (sino a b/s) Utilizza un connettore a 9 o 25 pin: – Protective Ground (1) – Transmit (2) – Receive (3) – Request to Send (4) – Clear to Send (5) – Data Set Ready (6) – Signal Ground (7) – Carrier Detect (8) – Data Terminal Ready (20)

12 M. Pedicini Modem Modem: MOdulatore e DEModulatore Si utilizzano per effettuare trasmissioni seriali su rete pubblica Trasformano il segnale da Digitale ad Analogico e viceversa Rendono il segnale idoneo alla trasmissione su rete pubblica Principali Standard per Modem: – V b/ s – V b/ s – V b/ s... – V b/ s in ricezione b/ b in trasmissione

13 M. Pedicini RS-232:modello di riferimento Il tipo di collegamento a cui si riferiscono gli standard RS-232 e V.24 è quello di un DTE, ad esempio un terminale, collegato mediante un cavo ad un DCE, tipicamente un modem esterno. Gli standard si applicano al trasferimento dati seriale fino a b/s, ad una distanza massima di 50 piedi (circa 16.5 metri). Questo limite è però funzione delle caratteristiche elettriche del cavo e della velocità di trasmissione, e può essere spesso superato senza problemi. Segnali L'RS-232 specifica 25 circuiti, ma molto spesso soltanto una piccola parte di essi servono per le comuni applicazioni pratiche. La corrispondenza tra valori di tensione e valori logici dei segnali è riportata in tabella Tensioni comprese tra -3V e +3V rappresentano una regione di transizione e non sono riconosciute come segnali validi.v

14 M. Pedicini RS-422, RS-423, RS-449 La ragione per cui lo standard RS-232 definisce velocità trasmissive così limitate è dovuta all'utilizzo di una tecnica trasmissiva dei segnali sbilanciata, cioè con un unico riferimento comune a 0V. È possibile coprire maggiori distanze a velocità superiori facendo uso della trasmissione bilanciata. Con essa, ogni circuito di interfaccia è composto da due fili, e su essi il segnale è pilotato in controfase. A differenza della RS-232, che definisce una differenza minima di 6V tra lo 0 e l'1 logico (-3V e +3V), la RS- 422 prevede soltanto 0.4V (-0.2V di differenza tra i due conduttori per l'1, +0.2V per lo 0). In questo modo è stato possibile anche ridurre l'impedenza di carico, passando dai 5 KW della RS-232 a 100 W. Infine, se la geometria dei conduttori è simmetrica, come nel caso dei doppini, il rumore elettromagnetico incidente sul cavo viene annullato in ricezione dalla lettura differenziale della tensione sui due fili. La combinazione di tutti questi fattori ha permesso di raggiungere distanze più elevate e velocità maggiori rispetto all'RS-232.

15 M. Pedicini RS-449 Lo standard RS-449, a differenza dell'RS-232/V.24, non specifica le caratteristiche elettriche dei segnali, ma rimanda ad altri standard quali il succitato RS- 422, l'RS-442-A e l'RS-423. L'RS-422 specifica l'utilizzo di cavi twisted pair a velocità comprese tra 100 Kb/s fino a 4000 piedi e 10 Mb/s fino a 40 piedi. L'RS-442-A e l'analogo CCITT X.27 specificano la trasmissione bilanciata tra 20 Kb/s e 10 Mb/s. L'RS-423-A e l'analogo CCITT X.26 definiscono le caratteristiche per la trasmissione sbilanciata simile all'RS-232 tra 0 e Cable length (m) RS232/V.24

16 M. Pedicini RS-530 e V. 35 Lo standard RS-530 prevede l'utilizzo del solito connettore a D a 25 pin, ma fa riferimento agli standard RS-422 e RS-423 per le caratteristiche elettriche dei segnali. Infatti, per superare il limite dei 19.2 Kb/s dell'RS-232, arrivando fino a 2 Mb/s, utilizza la trasmissione bilanciata, sacrificando diversi segnali secondari e il Ring Indicator della RS-232. V.35 Lo standard più diffuso per interfacce ad alta velocità, da 48 Kb/s a 2 Mb/s, è il V.35. Utilizza una combinazione di trasmissione sbilanciata per i segnali di controllo e bilanciata per i dati e i segnali di clock. Il connettore previsto è l'ISO 2593, a 34 pin.

17 M. Pedicini I modem I modem consentono di adattare il segnale digitale proveniente da un'interfaccia seriale ad un canale trasmissivo limitato in banda sia inferiormente che superiormente. Il caso più comune è quello del canale telefonico. Un canale telefonico presenta una banda passante di circa 3000 Hz, tra 300 e 3300 Hz. Benché circa sette volte inferiore all'intervallo di frequenze udibili dall'orecchio umano, questa banda passante è sufficiente per rendere comprensibile la voce umana, e consente un maggior sfruttamento dei canali a larga banda tramite tecniche FDM o TDM. Questa larghezza di banda limita la massima velocità trasmissiva. Inoltre, essendoci una frequenza di taglio inferiore a 300 Hz, non è possibile trasmettere la corrente continua. Un sequenza di cifre binarie uguali, o lo stato di idle della linea, sono codificate dagli standard per interfacce seriali proprio come tensioni fisse ad un certo valore, cioè corrente continua. È pertanto necessario modificare la codifica dei bit. I modem fanno questo tramite tecniche di modulazione, da cui il nome (modem = MOdulatore- DEModulatore).

18 M. Pedicini Tecniche di Modulazione Oltre al segnale vocale, un qualsiasi segnale di frequenza compresa all'interno della banda passante del canale telefonico è adatto per essere trasmesso su di esso. Il segnale più adatto per la modulazione è un segnale sinusoidale, rappresentabile dall'espressione: s(t) = A sin (2p ft +j) in cui si individuano tre parametri del segnale: l'ampiezza A, la frequenza f e la fase j. Facendo variare nel tempo uno più di questi parametri si può usare il segnale sinusoidale per trasmettere informazione. Modificando l'ampiezza si ottiene la modulazione di ampiezza (AM), modificando la frequenza si ha la modulazione di frequenza (FM), e modificando la fase la modulazione di fase (PM).

19 M. Pedicini Tipi di Modulazione La modulazione di ampiezza è la più semplice tecnica di modulazione Benché da sola consenta velocità trasmissive abbastanza basse, è spesso usata in unione ad altre tecniche di modulazione per sistemi ad alta velocità. Nella modulazione di frequenza, la frequenza della portante varia in funzione del segnale modulante. Nella trasmissione digitale si avranno quindi due frequenze diverse, una leggermente superiore ed una leggermente inferiore a quella della portante, per codificare gli zero e gli uno. Tale tecnica è detta Frequency Shift Keying (FSK). Nella modulazione di fase, la portante varia la sua fase in funzione del segnale da trasmettere. Nella trasmissione digitale agli zeri e agli uno sono associati diversi valori di rotazione della fase (per esempio 90° per l'1 e 270° per lo 0), e questo prende il nome di Phase Shift Keying (PSK). Spesso la codifica dei bit non è riferita a valori di fase assoluti, bensì a rotazioni di fase rispetto alla fase dell'ultimo simbolo ricevuto. In questo caso si parla di Differential Phase Shift Keying (DPSK). La modulazione di fase è la tecnica più costosa, ma è anche la più adatta ad essere utilizzata in combinazione alla modulazione di ampiezza per ottenere elevate velocità di trasmissione.

20 M. Pedicini BAUD e bytes/sec BAUD e b/s Il numero di bit trasmessi nell'unità di tempo è normalmente indicato come b/s o bps (bit per second). Quando si utilizzano tecniche di modulazione, come nel caso dei modem, ogni elemento del segnale portante inviato dal modem (per esempio, ma non necessariamente, un ciclo del segnale portante sinusoidale) viene detto simbolo. Il numero di simboli inviati dal modem nell'unità di tempo prende il nome di baud. Le tecniche di modulazione possono associare ad ogni simbolo uno o più bit, per esempio usando quattro od otto valori diversi per la rotazione di fase nella PSK, o utilizzando una combinazione di più modulazioni, per esempio quattro valori per la fase e due per l'ampiezza. In questo modo il numero di bit per secondo risulta essere maggiore dei baud.

21 M. Pedicini Trasmissione half-duplex e full-duplex Una trasmissione è half-duplex quando avviene alternativamente in un senso e nell'altro, dovuta alla necessità di condividere il medesimo canale trasmissivo da parte delle due stazioni collegate Nei modem il canale trasmissivo condiviso è quello telefonico. Benché i collegamenti all'interno delle centrali telefoniche e tra le centrali stesse siano realizzati con canali indipendenti per la trasmissione e la ricezione, il collegamento verso l'utente finale usa soltanto due fili e le voci dei due interlocutori si sovrappongono negli auricolari dei microtelefoni. I circuiti di demodulazione dei modem hanno difficoltà a decodificare un segnale quando ad esso ne è sovrapposto un altro; in una trasmissione half-duplex, ossia a turno, ciascun modem utilizza completamente il canale. La trasmissione half- duplex presenta lo svantaggio di introdurre un overhead dovuto alla commutazione tra trasmissione e ricezione. Per collegamenti altamente interattivi, o quando si usano protocolli che prevedono frequenti messaggi di acknowledge, tale overhead può diventare inaccettabile ed è necessario adottare tecniche full-duplex. La tecnica più diffusa per la comunicazione in full-duplex consiste nella suddivisione della banda del canale in due parti: ciascun modem ne userà una per trasmettere e l'altra per ricevere.

22 M. Pedicini Comandi ai modem Molti modem moderni dispongono di un microprocessore con RAM, ROM, EPROM e opportuno software per automatizzare le operazioni di configurazione, controllare i dispositivi di composizione automatica dei numeri, memorizzare numeri telefonici, gestire la compressione dei dati e la correzione degli errori. Queste funzionalità sono in genere controllate tramite semplici linguaggi di comandi, dei quali il più diffuso, al punto da rappresentare un standard de facto, è il linguaggio Hayes, inizialmente adottato negli Smartmodem della Hayes Microcomputer Products. Il linguaggio Hayes prende anche il nome di linguaggio AT in quanto tutti i comandi iniziano per AT. Il modem riceve i comandi dalla stessa porta seriale con cui è collegato il terminale o il computer. Pertanto interpreta i caratteri ricevuti come comandi finché non viene attivata la connessione con l'altro modem, dopodiché i caratteri non vengono più interpretati, ma trasmessi. Il fatto che tutti i comandi inizino per AT permette ai modem che dispongono di un buffer di memoria per la trasmissione di riconoscere automaticamente la velocità dei dati sull'interfaccia seriale e di adattarvisi, indipendentemente dalla velocità a cui avverrà il collegamento. Tali modem sono talvolta detti autobaud. Il formato dei comandi Hayes è il seguente: AT [ ][ [ ]... ]

23 M. Pedicini Sicurezza La disponibilità di accessi via modem a banche dati, centri di calcolo e centri di servizi, spesso nodi di reti geografiche, solleva il problema della sicurezza e della necessità di prevenire accessi non autorizzati. Una tecnica efficace è quella del callback: effettuando la chiamata al modem non si ottiene direttamente la richiesta di login per l'accesso al servizio, ma la richiesta di identificazione dell'utente, eventualmente con password, e del numero telefonico da cui chiama. Se l'utente e il numero risultano essere stati preventivamente autorizzati all'uso della risorsa, il modem fa cadere la linea e richiama l'utente al numero fornito. In questo modo si impedisce l'accesso ad estranei o ad utenti non autorizzati, avendo una sufficiente garanzia sull'identità dell'utente. Questo procedimento può essere gestito via software su mainframe o workstation, mediante programmi che gestiscono un database di autorizzazioni e controllano automaticamente uno o più modem, ma esistono anche modem e terminal server costruiti appositamente per funzionare in questo modo, in grado di gestire utenti, numeri telefonici e procedure d'accesso in modo autonomo.

24 M. Pedicini ISDN ISDN (Integrated Services Digital Network) rappresenta l'evoluzione delle reti commutate pubbliche analogiche. Basata sulla tecnologia digitale, offre l'integrazione di servizi di elevata qualità (telefonia digitale, trasmissione dati, telecontrolli e teleallarmi, fax G4, ecc.) attraverso un ridotto numero di interfacce standard. Trattandosi di uno standard internazionale per rete digitale commutata, è possibile collegarsi e usufruire di questi servizi con qualsiasi utente della rete. Inoltre, una delle funzionalità più interessanti di ISDN è l'identificazione dell'utente chiamante, che permette di automatizzare numerose procedure di accesso a servizi informatici e fornisce maggiori possibilità di controllo dal punto di vista della sicurezza rispetto alle attuali linee analogiche. Architettura della rete ISDN: – La rete ISDN prevede due tipi di accesso: l'accesso base, principalmente concepito per l'utente finale, e l'accesso primario, destinato a centri a loro volta erogatori di servizi, quale un centralino telefonico privato.

25 M. Pedicini ISDN Interfacce – ISDN si basa sul principio di definire una serie di punti di riferimento per i diversi tipi di terminali dell'utente. La relazione tra punti di riferimento e interfacce è schematizzata in figura – TE1 è un terminale con interfaccia di rete standard ISDN (detta di tipo 'S') per accesso base o primario, in full-duplex. TE2 è un terminale con interfaccia non ISDN (detta di tipo 'R', per esempio una RS-232), e TA è un Terminal Adapter che converte l'interfaccia non ISDN in interfaccia di tipo 'S'. NT1 (Network Terminator 1) è il punto di riferimento equivalente al livello 1 del modello OSI per ISDN. L'interfaccia di tipo 'T' rappresenta il punto in cui il fornitore di servizio dà l'accesso ISDN alle apparecchiature dell'utente. NT2 (Network Terminator 2) rappresenta i dispositivi che operano nell'ambito dei primi tre livelli OSI, comprendendo quindi commutazione, impacchettamento dei dati, ecc. Spesso, soprattutto nei paesi in cui vige un regime di monopolio, le apparecchiature NT1 e NT2 sono fuse insieme, per esempio all'interno di un centralino telefonico ISDN.

26 M. Pedicini I protocolli di linea e i servizi a pacchetto i protocolli di linea e i servizi a commutazione di pacchetto - nell'ottica del loro utilizzo come mezzi di interconnessione di bridge, router e gateway, per realizzare un internetworking multiprotocollo. sulle linee pubbliche per trasmissione dati. Nell'ambito delle problematiche di internetworking ci si concentra sui protocolli per linee di tipo punto-punto. I protocolli di linea oggi usati sono tutti discendenti di SDLC (Synchronous Data Link Control), protocollo introdotto da IBM con l'architettura SNA. Tali protocolli formano una famiglia i cui componenti più importanti sono HDLC (High Level Data Link Control), LAPB (Link Access Procedure Balanced), LAPD (Link Access Procedure D-channel), LAPF (Link Access Procedure to Frame mode bearer services) e LLC (Logical Link Control, già descritto). I servizi a commutazione di pacchetto sono quei servizi che vengono offerti dalle reti geografiche, pubbliche o private, a commutazione di pacchetto. Tra questi vengono trattati X.25, Frame Relay e SMDS.

27 M. Pedicini Physical Layer Necessità di indirizzamento, mezzo condiviso (LAN/MAN): – CSMA/CD ( Mb) – FDDI IEEE Mb – DQDB IEEE (MAN) – Giga Ethernet Comunicazione con il nodo adiacente, quindi non è necessario l'indirizzamento (point-to-point, WAN): – HDLC – Frame Relay – PPP o PoS – WDM

28 M. Pedicini HDLC, LAPB E SDLC Si tratta di protocolli di linea (livello 2 del modello OSI) progettati per canali geografici di tipo punto-punto o multipunto. Lo standard OSI prevede esplicitamente l'adozione di HDLC (High Level Data Link Control) il cui funzionamento è descritto dettagliatamente negli standard riportati in bibliografia. Gli altri protocolli sono varianti di HDLC e quanto detto nel resto del paragrafo è valido per HDLC, quando non diversamente specificato. Originariamente HDLC era in grado di funzionare solo su linee sincrone, ma con lo standard ISO 3309 è stato esteso anche alle linee asincrone.

29 M. Pedicini Connessioni Il protocollo HDLC connette due o più stazioni. La connessione può essere bilanciata (balanced) o sbilanciata (unbalanced). In una connessione bilanciata il numero di stazioni è limitato a due (connessione punto- punto), le stazioni sono paritetiche (combined stations) e il protocollo è fullduplex, cioè ogni stazione può trasmettere quando ne ha necessità, indipendentemente da ciò che sta facendo l'altra stazione. In una connessione sbilanciata esiste una stazione primaria e le altre stazioni (che possono essere molte) sono secondarie. La trasmissione avviene in modalità halfduplex, con la stazione primaria che opera come master del canale multi-punto e le secondarie come slave. Sulle connessioni sbilanciate i messaggi inviati dalla stazione primaria sono detti comandi (command), mentre i messaggi delle stazioni secondarie sono detti risposte (response). Sulle connessioni bilanciate ognuna delle due stazioni può generare una trasmissione, cioè inviare un comando e l'altra, conseguentemente, dovrà generare una risposta.

30 M. Pedicini NRM (Normal Response Mode) Il Normal Response Mode è una delle modalità operative previste da HDLC ed è l'unica modalità operativa prevista da SDLC. Si tratta di una connessione sbilanciata half-duplex in cui una stazione secondaria non può iniziare una trasmissione se non riceve una autorizzazione esplicita dalla stazione primaria. In questa modalità possono esserci molte stazioni secondarie che vengono ciclicamente autorizzate dalla stazione primaria a trasmettere su un canale punto-multipunto.

31 M. Pedicini ABM (Asynchronuos Balanced Mode) L'Asynchronous Balanced Mode è una modalità operativa prevista da HDLC ed è anche l'unica modalità operativa prevista da LAPB. Si tratta di una connessione bilanciata full-duplex tra due combined station. Entrambe le stazioni possono iniziare a trasmettere quando ne hanno necessità e la trasmissione nei due sensi può avvenire in parallelo.

32 M. Pedicini ARM (Asynchronous Response Mode) L'Asynchronous Response Mode è una modalità operativa prevista da HDLC simile a NRM, ma limitata a due stazioni. In presenza di tale limite la stazione secondaria può iniziare una trasmissione senza l'autorizzazione della stazione primaria, che però continua a mantenere la responsabilità della gestione del collegamento.

33 M. Pedicini Bit Stuffing La trama è delimitata da due caratteri flag che corrispondono alla configurazione binaria e che marcano univocamente l'inizio e la fine di una trama, oppure la separazione tra due trame successive. Perché il flag risulti un marcatore univoco, HDLC usa la tecnica del bit stuffing che garantisce che solo il carattere flag contenga sei uno consecutivi. Infatti il bit stuffing analizza la trama (flag esclusi) prima di trasmetterla e inserisce un bit a zero dopo cinque uni consecutivi (indipendentemente dal valore del bit successivo). Il ricevitore, se riceve una sequenza di cinque uni e uno zero, elimina lo zero che era stato inserito dal bit stuffing, se riceve sei uni e uno zero identifica il carattere flag.

34 M. Pedicini HDLC: formato trama La trama è composta da tre parti principali: un header, un campo information a lunghezza variabile e un trailer. Il campo address è lungo un ottetto e ha il significato di indirizzo della stazione. Concepito originariamente per il NRM di SDLC, il campo address non ha motivo di esistere negli altri modi di HDLC (ABM e ARM), se non per ragioni di compatibilità di formato. Nel modo NRM il campo address contiene l'indirizzo della stazione ricevente, nel caso di un messaggio di command, e l'indirizzo della stazione trasmittente, nel caso di un messaggio di response. Il campo control è un campo estremamente importante e può essere lungo uno o due ottetti. Puo' assumere i tre formati: information, supervisor, unnumbered.

35 M. Pedicini Formati per il campo controllo Il formato information è usato per le trame che trasportano i dati in modalità connessa e ha anche la possibilità di trasportare un acknowledge (ACK) per la trasmissione nella direzione inversa (tecnica detta di piggybacking). Le trame di questo formato sono dette I-frame. Il formato supervisor non prevede la presenza del campo information nella trama ed è usato per trasportare informazioni di controllo relative agli I-frame; ad esempio, fornire un ACK in assenza di traffico nella direzione inversa, operare il controllo di flusso, ecc. Le trame di questo formato sono dette S-frame. Il formato unnumbered è utilizzato per due scopi diversi: trasportare dati utente in modalità non connessa e trasportare messaggi di controllo del collegamento (inizializzazione, diagnostica, ecc.). Le trame di questo formato sono dette U-frame.

36 M. Pedicini il bit P/F e l'FCS Il bit P/F (Poll/Final) ha due significati diversi nei modi bilanciati e sbilanciati. Nei modi sbilanciati è messo a uno dalla stazione primaria per invitare la stazione secondaria a trasmettere (poll). La stazione secondaria può trasmettere un gruppo di frame in cui il bit P/F è a zero, ad eccezione dell'ultimo frame che ha P/F a uno (final). Nel modo bilanciato il bit P/F uguale a uno, in un frame di tipo command, significa che si chiede l'acknowledge di quel frame. La stazione ricevente risponde con il messaggio di response (acknowledge) con il bit P/F a uno. FCS: il campo FCS (Frame Control Sequence) contiene una CRC che può essere su 16 bit (2 ottetti) o su 32 bit (4 ottetti). La lunghezza della CRC da utilizzarsi viene decisa dalle stazioni tramite messaggi di tipo XID.

37 M. Pedicini PPP Il protocollo HDLC ha una grave carenza: non ha una modalità standard per trasmettere sullo stesso canale pacchetti generati da diversi protocolli di livello superiore. Per questo motivo la comunità di Internet ha introdotto nel luglio 1990 una estensione di HDLC, basata sullo standard HDLC ISO 4335, detta PPP (Point-to-Point Protocol). Tale estensione è stata documentata in vari RFC il più recente dei quali è lo RFC 1548 del settembre 1993.

38 M. Pedicini PPP: livello data-link La differenza principale rispetto ad HDLC risiede nella presenza di un campo protocol lungo 2 ottetti. – Tale campo contiene la codifica del protocollo di livello superiore la cui PDU è contenuta nel campo information. Si noti inoltre che PPP pone limitazioni ai valori leciti per alcuni altri campi e in particolare: – Il campo address deve sempre contenere la sequenza binaria che corrisponde alla codifica broadcast. PPP non assegna indirizzi alle stazioni essendo un protocollo punto-punto. – Il campo control deve sempre contenere la sequenza , cioè la trama deve essere un U-frame di tipo UI (Unnumbered Information). La lunghezza del campo control è quindi sempre pari a un ottetto e la trasmissione è di tipo non connesso. – Il campo information ha una lunghezza compresa tra 0 e 1500 ottetti. La lunghezza massima può essere modificata di comune accordo dalle stazioni. Il campo FCS ha una lunghezza di 2 ottetti, ma può essere portata a 4 ottetti di comune accordo dalle stazioni. PPP fornisce un metodo standard per trasmettere pacchetti provenienti da più protocolli diversi, sullo stesso collegamento seriale sincrono o asincrono. Per raggiungere tale scopo, PPP utilizza: – il protocollo ausiliario LCP (Link Control Protocol) per creare, configurare e verificare la connessione a livello Data Link; – una famiglia di protocolli NCP (Network Control Protocol) per configurare i diversi protocolli di livello Network.

39 M. Pedicini PPP: il protocollo LCP Il Link Control Protocol fornisce un metodo per creare, configurare, gestire e terminare le connessioni punto-punto. LCP è un protocollo estendibile. LCP opera in quattro fasi: – apre la connessione e negozia i parametri di configurazione; – verifica, opzionalmente, la qualità del collegamento per determinare se è sufficiente per i protocolli di livello superiore; – attiva i protocolli NCP associati ai vari livelli di network affinché svolgano le relative procedure di inizializzazione; – termina il collegamento.

40 M. Pedicini X.25 La tecnologia a commutazione di pacchetto X.25 è stata la prima ad essere introdotta ed è ormai disponibile da più di 20 anni. Le reti X.25 sono state definite dal CCITT nel 1976, 1980, 1984 con lo standard intitolato "Interface between DTE and DCE for Terminal Operating in the Packet Mode and Connected to Public Data Network by Dedicated Circuit". Lo standard definisce quindi l'interfaccia tra un DTE-X.25 (ad esempio un calcolatore o un router) e un DCE-X.25 (ad esempio, un modem), ma non come funziona la rete al suo interno. Lo standard X.25 è stato impiegato con successo per realizzare reti geografiche sia pubbliche (ad esempio, in Italia, Itapac), sia private. Le reti X.25 forniscono servizi di tipo connesso e le connessioni sono dette circuiti virtuali. X.25 prevede sia circuiti virtuali permanenti (PVC: Permanent Virtual Circuit), sia circuiti virtuali dinamici (SVC: Switched Virtual Circuit). Il vantaggio principale di X.25 è il suo elevato grado di standardizzazione a livello internazionale, il suo limite più spiccato è il basso throughput che si può ottenere, che rende X.25 non troppo idoneo all'internetworking. Per superare i limiti prestazionali di X.25 sono stati sviluppati altri standard quali Frame Relay e SMDS, che verranno trattati nei paragrafi seguenti. Lo standard X.25 tratta i primi tre livelli del modello di riferimento OSI.

41 M. Pedicini X.25: livello fisico, data-link, network Il livello Fisico: a questo livello le reti X.25 usano linee sincrone punto- punto, con l'unica eccezione della variante X.32 che impiega linee commutate. La velocità delle linee che collegano i DTE varia tipicamente tra 1200 b/s e 64 Kb/s. L'interfaccia di utente è RS-232 per i collegamenti sino a b/s e V.35 per i collegamenti a velocità maggiore o uguale a 64Kb/s. Il livello Data Link: a questo livello, X.25 adotta il protocollo LAPB (Link Access Procedure Balanced) definito dallo standard ISO 7776 e di derivazione SDLC/HDLC. La connessione viene gestita in ABM (Asynchronous Balanced Mode), cioè in modo full-duplex connesso, con correzione di eventuali errori di trasmissione a livello 2, su ogni tratta. Il livello Network: il livello 3 di X.25 è conforme allo standard ISO 8208 e definisce le procedure per la formazione dei circuiti virtuali e per il corretto trasferimento dei dati d'utente. Il pacchetto di livello 3 è imbustato nel campo dati del pacchetto LAPB.

42 M. Pedicini X.25: indirizzamento Gli indirizzi nelle reti X.25 servono ad attivare gli SVC. Essi sono detti indirizzi di DTE e sono conformi allo standard CCITT X.121. X.121 propone uno schema di indirizzamento universale (figura 13.10) tramite il quale un DTE può essere individuato tramite un indirizzo internazionale detto IDN (International Data Number). L'IDN è composto da due parti: – DNIC (Data Network Identification Code) che si suddivide ulteriormente in: Country che identifica la nazione, PSN (Packet Switched Network) che identifica la rete all'interno della nazione; – NTN (Network Terminal Number) che identifica il DTE all'interno della rete.

43 M. Pedicini X.25: il campo CUD e il supporto multiprotocollo Il campo CUD (Call User Data) è presente nei pacchetti CAR (CAll Request) che servono per attivare uno SVC. Tale campo è utilizzato per permettere a X.25 di fornire un supporto multiprotocollo. Infatti, anche se X.25 ha un suo livello 3, questo viene normalmente ignorato dalle architetture di rete, che considerano i circuiti virtuali X.25 come collegamenti di livello 2 e quindi non rinunciano al loro livello 3. Questo implica che quando, ad esempio, un pacchetto TCP/IP transita su una rete X.25 abbia due buste di livello 3, quella di IP e quella di X.25. L'unica eccezione è rappresentata dalle reti OSI che integrano completamente X.25 al loro interno. In fase di creazione dello SVC si utilizza il campo CUD per identificare a quale architettura di rete appartengono i dati di livello 3 che transitano sullo SVC.

44 M. Pedicini Frame Relay Frame Relay è uno standard che ha delle similitudini con X.25, essendo uno standard di interfaccia DCE-DTE che permette di far convivere diversi circuiti virtuali su una singola linea trasmissiva. Tuttavia le differenze sono altrettanto importanti: – Frame Relay è uno standard puramente di livello 2 e quindi differisce da X.25 che ha un suo livello 3; – Frame Relay è uno standard pensato per linee trasmissive veloci ed affidabili e quindi non corregge gli errori su ogni tratta trasmissiva come avviene in X.25. – Frame Relay è uno standard appositamente progettato per interconnettere router e bridge remoti in modo efficiente, con prestazioni nettamente superiori a quelle di X.25.

45 M. Pedicini L'evoluzione di Frame Relay Frame Relay è il risultato ottenuto nel 1990 da un consorzio di ditte appositamente creato, di cui facevano parte Cisco, Digital Equipment, Northern Telecom e Stratacom.

46 M. Pedicini Frame relay: livello data-link Lo standard Q.922, che specifica il data link layer protocol and frame mode bearer services, si basa sullo standard CCITT Q.921 LAPD (Link Access Procedure on the D-channel) e lo estende, formando il LAPF (Link Access Procedure to Frame mode bearer services). Il LAPD e il LAPF utilizzano il flag, come in HDLC, per marcare l'inizio e la fine delle trame, e adottano l'algoritmo di bit stuffing, per garantire la trasparenza della trasmissione. Il protocollo LAPF è suddiviso in due parti: – DL-CORE (Data Link Core protocol) definito nella raccomandazione CCITT I.233; – DL-CONTROL (Data Link Control protocol), la rimanente parte di LAPF. Il formato del pacchetto Frame Relay Il significato dei campi di DL-CORE è il seguente: – Flag, come in HDLC; – Address, un indirizzo esteso con funzionalità di controllo delle congestioni con lunghezza pari a 2, 3 o 4 ottetti; – FCS, una CRC su 2 ottetti. In particolare, il campo address è suddiviso in una serie di sottocampi il cui significato è il seguente: EA (Address field extension bit), se a uno, indica l'ultimo ottetto del campo address;

47 M. Pedicini Le trame LMI Le trame LMI sono state concepite per contenere le estensioni proposte dal consorzio Frame Relay, ma tali estensioni sono state riprese da ANSI e CCITT che le hanno modificate e rese standard. Le versioni standard sono oggi più diffuse di quelle originali.

48 M. Pedicini Global Addressing I nodi Frame Relay non hanno un indirizzo: ad avere indirizzo sono i canali logici (DLCI). Questo è un limite quando si vogliono realizzare reti di grosse dimensioni, poiché impone l'uso di tabelle statiche sui router e inibisce l'utilizzo di protocolli quali ARP/RARP. Il global addressing è una estensione che assegna ad ogni nodo Frame Relay un DLCI univoco che diventa il suo indirizzo sulla rete. Questo permette di migliorare l'utilizzo di una rete Frame Relay da parte dei router che, con il global addressing, la vedono equivalente ad una LAN.

49 M. Pedicini Frame Relay: Multicasting I protocolli per il calcolo automatico delle tabelle di instradamento dei router necessitano spesso di inviare un messaggio in multicast a tutti i router presenti sulla rete. L'estensione multicasting di Frame Relay serve a soddisfare tale esigenza. Vengono riservati quattro valori di DLCI (da 1019 a 1022). L'estensione LMI invia notifiche ai nodi riguardo alla creazione, presenza e cancellazione dei gruppi di multicast. Un messaggio inviato ad un DLCI associato ad un gruppo di multicast è replicato e trasmesso a tutti i nodi appartenenti al gruppo.

50 M. Pedicini SMDS SMDS (Switched Multi-megabit Data Service) è stato proposto da Bellcore (Bell Communication Research) nel 1987 per offrire un servizio pubblico, non connesso, ad alte prestazioni con lo standard TR-772 (Technical Requirements 772). SMDS è particolarmente adatto a realizzare internetworking di LAN. SMDS fornisce velocità comprese nell'intervallo tra 2 e 34 Mb/s e le BOC (Bell Operanting Company) offrono servizi SMDS nell'America del Nord già dal In Europa SMDS viene detto anche CBDS (Connectionless Broadband Data Service) ed esiste un gruppo di interesse europeo denominato ESIG (European SMDS Interest Group).

51 M. Pedicini SMDS (Interfaccia) SMDS è uno standard che specifica solo l'interfaccia DTE-DCE e non come è organizzata la rete al suo interno. Il protocollo di interfaccia è detto SIP (SMDS Interface Protocol) e il punto di demarcazione tra la rete SMDS e gli apparati di utente è detto SNI (Subscriber Network Interface). SMDS non si occupa di fornire un supporto standard per la convivenza di più protocolli. Per questa ragione la SMDS SDU può contenere una LLC-PDU che con i classici meccanismi delle reti locali fornisce il supporto multiprotocollo. In particolare lo RFC 1209 indica come usare le SNAP PDU per trasportare i pacchetti IP

52 M. Pedicini B-ISDN Le diverse reti di telecomunicazioni sono specializzate nel fornire un dato servizio: come telefonia, telex, televisione via cavo, dati a commutazione di circuito e a commutazione di pacchetto. Un primo passo verso l'integrazione delle reti è stato compiuto con l'ISDN (Integrated Services Digital Network), il quale è in grado di veicolare fonia, dati e video a bassa velocità utilizzando una rete numerica con una banda da 64 Kb/s a 2 Mb/s, assegnabile al servizio richiedente in multipli interi di 64 Kb/s. Per fornire servizi che richiedono sempre maggiore larghezza di banda ISDN sta evolvendo verso B-ISDN (broadband ISDN), capace di gestire in modo flessibile una grande quantità di servizi.

53 M. Pedicini B-ISDN: servizi I servizi B-ISDN sono classificati: – bassissima velocità: telemetria, telecontrollo, teleallarmi; – bassa velocità: fonia, fax, POS (Point Of Sale), sessioni di lavoro con host remoti, transazioni remote come prenotazioni su linee aeree, ecc.; – media velocità: Hi-Fi audio, video a bassa velocità, fax ad alta risoluzione (HQ fax); – alta velocità: interconnessione di LAN, file transfer; – altissima velocità: broadcast video, video on demand, televisione ad alta definizione (HDTV), video library, videoconferenza. Data la grande varietà dei servizi da fornire, sia in termini di velocità, sia di durata della comunicazione, B-ISDN deve essere il più possibile:ù – flessibile, scalabile e indipendente dall'applicazione: in modo da poter essere aggiornato in futuro con l'introduzione di nuovi servizi, preservando nel tempo gli investimenti; – efficiente: dovendo far condividere le risorse di rete ad una pluralità di servizi senza che le prestazioni di questi vengano a risentirne; – economico: i costi di progettazione, installazione, gestione e manutenzione di B-ISDN devono essere inferiori al costi aggregati delle reti che sostituisce.

54 M. Pedicini ATM Nel 1987 il CCITT ha deciso di basare il B-ISDN, per quanto riguarda gli aspetti trasmissivi su SDH e per quanto riguarda gli aspetti di commutazione su ATM (Asynchronous Transfer Mode). Questa decisione ha fatto di ATM lo standard universalmente accettato per le reti nel mercato delle telecomunicazioni, dei calcolatori elettronici e dell'elettronica di consumo. Il grande mercato potenziale di ATM ha spinto un numero elevato di costruttori ad impegnarsi in modo significativo sia nella realizzazione di apparati e componenti ATM, sia nella veloce definizione degli standard, tramite una associazione di costruttori e utenti, creata nel novembre 1991, denominata ATM Forum.

55 M. Pedicini ATM: aspetti tecnici La tecnica ATM si occupa del trasporto di informazioni in forma numerica, sia di tipo continuo, come fonia e video, sia di tipo discontinuo (a burst), come il traffico dati generato dalle LAN. Questo trasporto viene effettuato su una rete costituita da un insieme di nodi di commutazione e da un insieme di nodi terminali I nodi di commutazione, detti brevemente commutatori, sono collegati tra loro con linee punto-punto secondo una topologia assolutamente arbitraria, che ammette la presenza di magliature. I nodi terminali invece possono essere collegati unicamente ai nodi di commutazione, anch'essi con linee punto-punto, con una topologia stellare. L'interfaccia tra commutatore e terminale utente viene chiamata User-to-Network Interface (UNI) mentre quella tra commutatore e commutatore prende il nome di Network-to-Network Interface (NNI). Le UNI e la NNI sono i principali standard su cui basarsi per realizzare una rete ATM ed esistono standard per queste interfacce in ambito pubblico e privato.


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