RETI DI CALCOLATORI http://staff. polito. it/bartolomeo

Indice Canali trasmissivi e topologie di rete Architettura di rete concetto di commutazione Tipi di trasmissione: seriale/parallela sincrona/asincrona LAN Ethernet IEEE 802.3 Ripetitori Token ring

Punto punto Due soli nodi collegati agli estremi del canale lo utilizzano in modo paritetico A B

Multi punto Più nodi collegati ad un unico canale: un nodo master gli altri slave Master Slave

Broadcast Unico canale di comunicazione, condiviso da tutti i nodi Un pacchetto inviato da un nodo è ricevuto da tutti gli altri I pacchetti contengono l'indirizzo del nodo destinazione Sono tipicamente usati nelle LAN

Topologie: BUS

Topologie: stella (a) (b)

Topologie: anello

Architettura di rete End System Intermediate System

Architettura di rete ES (End System) IS (Intermediate System) eseguono le applicazioni sono detti anche host o end node realizzano tutti i livelli OSI IS (Intermediate System) instradano i messaggi sulla rete sono detti anche router realizzano solo i primi tre livelli OSI Nodo o Sistema termine generico per ES e IS

Nodi intermedi Applicazione Presentazione Sessione ROUTER Trasporto Rete Data Link Fisico Applicazione Presentazione Sessione Trasporto ROUTER

La commutazione Circuito Pacchetto concepita per la telefonia concepita per i dati

Commutazione di circuito B I commutatori creano dei circuiti punto-punto

Commutazione di circuito Bassa utilizzazione del canale trasmissivo il canale è occupato anche quando non si trasmette Canale di trasmissione dati trasparente La qualità del canale peggiora all'aumentare della distanza Fatturazione a tempo

Commutazione di pacchetto B N3 D N4 C A D D D B D L'informazione è raggruppata in pacchetti.

Commutazione di pacchetto FCS – Frame Check sequence Indirizzo Mittente Indirizzo Destinatario Dati FCS Header Testa Info Tail Coda Packet Pacchetto

Commutazione di pacchetto Solo trasmissione digitale I pacchetti vengono instradati dagli IS I circuiti sono condivisi da tutti i nodi. Miglior sfruttamento della capacità trasmissiva del canale La qualità della trasmissione non dipende dalla distanza Gli IS controllano e possono recuperare errori di trasmissione Tariffazione a volume

Trasmissioni seriali e parallele Seriale 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 Parallela Bit 1 1 1 1 1 1 1 1 Bit 8 1 1

Trasmissione seriale ASINCRONA SINCRONA Ogni byte di informazione viene trasmesso separatamente dagli altri. Il clock di ricezione è solo nominalmente uguale a quello di 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 seriale asincrona S: Start Bit P: Parity Bit Stop Bits 1, 1.5, 2 DA 5 A 8 BIT LINE IDLE LSB MSB P STOP BITS S 1 CARATTERE

Trasmissione seriale sincrona L'overhead di sincronizzazione è ridotto CARATTERE N MSB LSB MSB LSB CARATTERE N-1 CARATTERE N+1 CLOCK

Clock e data encoding Nella trasmissione seriale occorre trasmettere sugli stessi fili dati e clock Esistono due tecniche: Il clock è "miscelato" con i dati in fase di trasmissione ed estratto in ricezione L'informazione da trasmettere è codificata in modo da avere un numero di transizioni sufficienti a mantenere trasmettitore e ricevitore sincronizzati

Bipolar encoding Ad un 1 corrisponde un impulso positivo, ad uno 0 un impulso negativo (RZ: Return to Zero) BIT da Trasmettere Bipolar Encoding Clock estratto BIT ricevuti 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1

Phase encoding Codifiche Manchester: il tempo di bit è diviso in due ed a metà vi è sempre una transizione Si tramettono clock e dati insieme, ma la banda è doppia

Codifiche Manchester BIT 1 0 0 1 1 1 0 MANCHESTER ENCODING

LAN Rete a commutazione di pacchetto Reti Private Alte prestazioni Basso Costo Definizione IEEE 802: 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.

LAN e OSI 7 6 5 4 3 2 1 Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete 2 LAN Data Link WAN 1 Fisico

Data link e LAN Le LAN sono reti di tipo broadcast in cui ogni stazione riceve i frame inviati da tutte le altre stazioni Il broadcast può essere realizzato sia con topologie broadcast quali il bus, sia con topologie punto a punto quali l'anello I canali trasmissivi sono sufficientemente affidabili e non è necessario in genere correggere gli errori a questo livello

Arbitraggio del canale Nelle LAN c’è un unico canale trasmissivo condiviso da tutte le stazioni Occorre avere un algoritmo per: in trasmissione: determinare chi deve/può utilizzare il canale (MAC: Media Access Control) in ricezione: discriminare quali messaggi sono destinati alla stazione tramite l’utilizzo di indirizzi

LAN Ethernet È una LAN concepita per topologie a bus Equidistribuzione della risorsa trasmissiva Protocollo non deterministico con tempo di attesa non limitato superiormente Velocità Trasmissiva: 10 Mb/s Throughput massimo: 4 Mb/s Arbitraggio del canale: tramite contesa

Listening before talking Ogni stazione che debba trasmettere ascolta il bus e trasmette solo se questo è libero Appena iniziata la trasmissione si può verificare una collisione a causa del tempo di propagazione del segnale non nullo

Listening while talking Per evidenziare l'esistenza di una collisione la stazione trasmittente ascolta il bus anche mentre trasmette In caso di collisione si sospende la trasmissione

Back-off In caso di collisione la stazione ripeterà il tentativo dopo un tempo casuale determinato da un algoritmo di back-off La trasmissione può essere ritentata al massimo 16 volte

IEEE 802 (Local and Metropolitan Area Network) LIVELLO NETWORK Interfaccia unificata con il livello network 802.2 Logical Link Control ISO 8802.2 LLC LIVELLO DATA LINK 802.3 802.4 802.5 802.6 FDDI MAC ISO 8802.3 ISO 8802.4 ISO 8802.5 ISO 8802.6 ISO 9314 LIVELLO FISICO CSMA/CD TOKEN BUS TOKEN RING FDDI Tecnologie trasmissive differenziate

IEEE 802 Il progetto IEEE 802 ha suddiviso il livello data link in due sottolivelli: LLC: Logical Link Control. È l’interfaccia comune a tutte le LAN verso il livello network. MAC: Media Access Control. È specifico per ogni LAN e risolve il problema della condivisione del mezzo trasmissivo

IEEE 802.3 Topologia: bus Cablaggio: bus, stella Arbitraggio del canale trasmissivo: tramite contesa Tipologia del protocollo: non deterministico Velocità Trasmissiva: 10 Mb/s Throughput massimo: 4 Mb/s Evoluzione della rete Ethernet proposta da Digital, Intel, Xerox (DIX).

Sottolivello MAC Nelle LAN c’è un unico canale trasmissivo condiviso da tutte le stazioni Occorre avere un algoritmo per: in trasmissione: determinare chi deve/può utilizzare il canale in ricezione: discriminare quali messaggi sono destinati alla stazione tramite l’utilizzo di indirizzi

Pacchetto MAC Network PDU SSAP: Source Service Access Point DSAP: Destination Service Access Point LLC PDU LLC-DSAP LLC-SSAP CONTROL NPDU MAC-DSAP MAC-SSAP LLC PDU FCS MAC PDU LIVELLO FISICO (es, coax + codice di Manchester)

Indirizzi MAC Si compongono di due parti di 3 Byte: I tre byte più significativi indicano il lotto di indirizzi acquistato dal costruttore della scheda, detto anche vendor code. I tre meno significativi sono una numerazione progressiva decisa dal costruttore Esempio: MAC address 08-00-2b-3c-07-9a è una scheda prodotta da Digital in quanto il lotto 08-00-2b è stato acquistato da Digital

Ricezione Ogni scheda di rete, quando riceve un pacchetto, lo passa ai livelli superiori nei seguenti casi: Broadcast: sempre Single: 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 è stato abilitato via software

Primitive di servizio (a) (b) (a) usato da 802.3 LLC LAYER MAC LAYER CORRESPONDENT LLC LAYER (a) MA.DATA.request MA.DATA.confirm MA.DATA.indication (b) MA.DATA.request MA.DATA.indication MA.DATA.confirm TIME (a) usato da 802.3 (b) usato da 802.4, 802.5, FDDI

Il sottolivello LLC Definisce i protocolli usati per realizzare una o più connessioni logiche su di un singolo mezzo fisico LLC deve essere utilizzabile con uno qualunque dei MAC

Il sottolivello LLC Livello 3 OSI Livello 3 TCP/IP Altro livello 3 Scelta basata su LLC-DSAP Sottolivello LLC Sottolivello MAC

Servizi LLC LLC offre al Livello 3 i seguenti tipi di servizio: Tipo 1: Unacknowledged Connectionless Service Tipo 2: Connection Oriented Service Tipo 3: Semireliable Service

Tipo 1 Servizio non connesso Non esiste un acknowledge (ACK) Se il messaggio è perso o rovinato dai disturbi non viene fatto nessun tentativo, a questo livello, di recuperare l'errore Nessuna procedura di controllo di flusso: le trame non sono numerate La trasmissione può essere punto-punto, multipunto o broadcast

Primitive LLC tipo 1 Questo servizio LLC è molto semplice e richiede solo due primitive: L.DATA.request L.DATA.indication USER LLC LAYER CORRESPONDENT USER L.DATA.request L.DATA.indication

Tipo 2 Servizio connesso E’ il servizio più sofisticato che il livello data link possa offrire al livello network Sorgente e destinazione aprono una connessione prima di trasferire i dati e la chiudono al termine

Tipo 2 I frame sono numerati e il livello 2 garantisce che: ogni frame inviato sia ricevuto correttamente ogni frame sia ricevuto esattamente solo una volta tutti i frame siano ricevuti nell'ordine corretto Esistono meccanismi di controllo di flusso (flow control)

Primitive LLC tipo 2 Instaurazione della Connessione: L.CONNECT.request L.CONNECT.indication L.CONNECT.confirm Trasferimento dei dati: L.DATA_CONNECT.request L.DATA_CONNECT.indication L.DATA_CONNECT.confirm

Primitive LLC tipo 2 Chiusura della Connessione: L.DISCONNECT.request L.DISCONNECT.indication L.DISCONNECT.confirm

Standard ANSI/IEEE ed ISO/IEC IEEE 802 vs Ethernet LIVELLO NETWORK 802.2 Logical Link Control ISO 8802.2 LIVELLO DATA LINK LLC Ethernet versione 2.0 802.3 ISO 8802.3 802.5 ISO 8802.5 FDDI ISO 9314 MAC LIVELLO FISICO CSMA/CD CSMA/CD Ethernet V 2.0 di: Digital, Intel, Xerox Standard ANSI/IEEE ed ISO/IEC

Multiprotocollo in Ethernet DECNET TCP/IP IPX LIVELLO 3 Ethernet V 2.0 LIVELLO 2 COAX CABLE + Manchester LIVELLO 1

Multiprotocollo in IEEE 802.3 DECNET TCP/IP OSI LIVELLO 3 LLC IEE 802.2 LIVELLO 2 - LLC MAC IEEE 802.3 LIVELLO 2 - MAC LIVELLO 1 10BASE5 10BASE2 10BASET FOIRL (fibra) 10BASEF

CSMA/CD CSMA/CD: Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection Protocollo semplice e totalmente distribuito Per garantire buone prestazioni (collisioni ridotte) bisogna non superare un carico: medio del 30% (3Mb/s) di picco del 60% (6Mb/s) Non avendo un ritardo massimo non è adatto ad applicazioni real-time (anche se è stato comunque usato in reti di fabbrica) È lo standard per LAN più diffuso quindi disponibilità di componenti a basso costo

Formato del pacchetto MAC PDU LLC SFD: Start Frame Delimiter PREAMBLE SFD DSAP SSAP TYPE DATA PAD FCS 7 4 1 6 6 2 OTTETTI da 0 a 1500 da 0 a 46 La lunghezza del PAD è scelta in modo che la lunghezza della trama MAC sia almeno 64 ottetti.

Round trip collision delay È il tempo massimo che può intercorrere tra quando una stazione trasmette il primo bit e quando percepisce una collisione B A Trasmissione da A a B Collisione da B ad A

Round trip collision delay È fissato dallo standard in 49.9 s La durata minima di un pacchetto è 51.2 s 512 bit - 64 byte Non vi è quindi ambiguità tra: pacchetti frammenti di collisione Il Round Trip Collision Delay pone limiti a: Lunghezza minima dei pacchetti 802.3 Tempo massimo di propagazione sul cavo

Connessioni hardware MAU Medium attachment unit Rete locale MAU Medium attachment unit Il Transceiver contiene: Alimentatore Trasmettitore Ricevitore Circuito di Rilevazione delle Collisioni Transceiver Transceiver Cable DTE Data terminal equipment Scheda di Rete Locale

MAU - DTE Il MAU effettua un test del circuito di rilevazione delle collisioni, alla fine di ogni trasmissione Il test prende i nomi di: CPT (Collision Presence Test) HeartBeat SQE Test (Signal Quality Error Test) Il MAU invia il risultato di tale test al DTE sui fili del circuito di collisione

Differenze nelle trame Ethernet V.2.0 Preamble SFD DSAP SSAP Type Data FCS Ottetti 7 1 6 6 2 da 46 a 1500 4 Lunghezza compresa tra 64 e 1518 Preamble SFD DSAP SSAP Length Data PAD FCS Ottetti 7 1 6 6 2 da 0 a 1500 da 0 a 46 4 IEEE 802.3

Ripetitori Ripetitore Stazione A Stazione B Applicazione Applicazione Presentazione Presentazione Sessione Sessione Trasporto Trasporto Rete Rete Ripetitore Data Link Data Link Fisico Fisico Fisico Fisico

Ripetitori: funzionalità Amplificazione del segnale Simmetrizzazione del segnale Ritemporizzazione del segnale Ripetizione Rigenerazione del preambolo Rilevazione delle collisioni Generazione della sequenza di Jam

Ripetitori Un ripetitore introduce un ritardo pari a circa 500 m di cavo coassiale, oppure 50 bit, oppure 5 s Il ritardo introdotto diminuisce il diametro massimo della rete (fissato in circa 4200 m)

Token ring Caratteristiche principali: Rete ad anello Stazioni collegate punto-punto Trasmissione su doppini MAC a Token Velocità 4 e 16 Mb/s

Anello Token e pacchetti Anello Unidirezionale

Caratteristiche La trasmissione è di tipo punto-punto unidirezionale tra due stazioni adiacenti: Ogni stazione ripete/rigenera il segnale Ogni pacchetto attraversa tutte le stazioni sino a tornare alla stazione mittente L’effetto ottenuto è quello del broadcast

Multiprotocollo in IEEE 802.5 DECNET TCP/IP OSI LIVELLO 3 LLC IEE 802.2 LIVELLO 2 - LLC MAC IEEE 802.5 LIVELLO 2 - MAC 10BASET FOIRL LIVELLO 1

Formato del pacchetto SD: Starting Delimiter AC: Access Control ED: End Delimiter FC: Frame Control RI: Routing Information FS: Frame Status DA: Destination Address SA: Source Address da 21 a 17796 ottetti SD AC FC DA SA RI INFO FCS ED FS 1 1 1 6 6 da 0 a 30 da 4 a 17749 4 1 1

Arbitraggio tramite token La stazione mittente (A) aspetta il token (T) A trasforma il token nell’header del pacchetto (D) e trasmette i dati D A C B D A C B T D

Arbitraggio tramite token La stazione destinataria (C), oltre a ripetere il pacchetto, lo copia localmente La stazione mittente (A) toglie il pacchetto dall’anello e genera un nuovo token D A C B D A C B D DR T DR: Dati Ricevuti

Modalità di rilascio del token Normale La stazione mittente rigenera il token solo dopo aver tolto il pacchetto dall’anello Eventualmente trasmette dei bit di riempimento Sull’anello è presente o un pacchetto o il token Inefficiente per anelli lunghi operanti a 16Mb/s

Modalità di rilascio del token Early Token Release La stazione mittente rigenera il token immediatamente dopo aver trasmesso il pacchetto Sull’anello possono essere presenti il token e più pacchetti

Token Holding Timer - THT Una stazione quando ha catturato il token può trasmettere uno o più pacchetti Non deve superare il valore impostato per il THT Il valore massimo di THT è di 8.9 ms