Reti Locali Reti di Calcolatori

Dove Siamo?

L’interfaccia Data Link

LANs Alto Throughput Basso costo Brevi distanze (centinaia metri) Tipicamente con mezzo condiviso In alcune nuove installazioni c’è switching

Protocolli su Canali in Broadcasting Perché non usare FDM o TDM? Non funziona per via dell’alta dinamicità del carico Posso usare ATDM? (modalità asincrona) … nascono i problemi di accesso concorrente!

Mezzo Condiviso Un mezzo condiviso tra tutte le stazioni Solo una stazione alla volta può trasmettere Le stazioni operano a turni

Protocolli Due grosse categorie: Collision-Detection (Aloha-like) esempio IEEE 802.3 per Ethernet Inerentemente collision-free esempio IEEE 802.5 per Token Ring

Topologie

Data Link Bit Encoding

Linea “Idle” Nei modelli Carrier Sensitive occorre stabilire se c’è la portante. L’assenza di portante si può codificare con segnale nullo - grazie alla codifica di Manchester Sono standardizzati i livelli (e.g. IEEE 802.3: -0.85,+0.85)

Protocolli Aloha 1970 Norman Abranson (Hawai Univ.) applicato per comunicazioni radio Fai trasmettere quando ci sono dati se c’è collisione si risolve dopo C’è una ricca letteratura sui modelli Aloha

CSMA/CD Carrier Sense (CS) Multiple Access (MA) Aspetta finchè la linea è “idle” Inizia a trasmettere un frame Multiple Access (MA) Tutte le stazioni attaccate allo stesso mezzo Ogni stazione usa lo stesso algoritmo E’ possibile la trasmissione simultanea

CSMA/CD [continua] Trasmissione simultanea: Nascono interferenze note come collisioni CSMA con Collision Detect (CD) Ascolta il mezzo Rivela interferenza da altra stazione Aspetta e prova di nuovo ...

Come si rileva la portante? Si usano codifiche tipo Manchester … dunque … Lo stato di “idle” è semplicemente e velocemente rilevabile! (vedi Esercizio no. 1)

Come si rilevano le collisioni? Due o più generatori di “codice Manchester” … producono interferenza! La stazione che trasmette “ascolta” e trova che il segnale è diverso da quello che ha trasmesso (problema di teoria delle linee di trasmissione)

Ritardi di Linea Quanto tempo è necessario per rilevare una collisione? Lower bound Prendo le stazioni più lontane sulla linea e calcolo il tempo di riflessione dell’onda (andata e ritorno). In pratica: circa 10 sec per 1 Km (10 MHz)

Spazio Tempo Discreto Si definisce come unità di tempo il ritardo di andata e ritorno tra le stazioni più lontane. IEEE 802.3: 2.5 Km con quattro ripetitori slot time: 512 bit (51.2 sec)

Exponential Back-off Definisci “slot delay”: 512 bit (51.2 sec a 10MHz) Dopo la 1st collisione, scegli in modo random in {0,1} lo slot delay Dopo la 2nd collisione, scegli in modo random in {0,1,2,3} lo slot delay Fino ad un massimo di 16 trasmissioni prova in modo random in {0 to 1023} lo slot delay 0 <= r < 2k-1 Dove r è il numero random, k = MIN(n,10) e n corrisponde all’ n-th tentativo di ri-trasmissione.

Collisioni Studio statistico Monitorizzazione La distanza e la velocità L’uso di switches ...

Ethernet La LAN più comune Standardizzata con IEEE 802.3 Diverse Generazioni “Stesso” formato frames Diversa velocità Diversi supporti fisici

La trasmissione Ethernet Solo una stazione alla volta trasmette I segnali si propagano su tutta la linea Tutte le stazioni ricevono tutti i frames Controllo di accesso CSMA/CD

Ethernet – I mezzi trasmissivi Nome Cavo Max Segmento Nodi 10Base5 Coax Thick 500 m 100 10Base2 Coax Thin 200 m 30 10Base-T Doppino 100 m 1024 10Base-F Fibra 2000 m

Ethernet - 10BASE5 Thick Ethernet (Thicknet) Cavo coassiale grosso

Transceivers Ethernet prevede 2 livelli di circuiteria: Analogica Transceiver - rilievo portante e collisioni Numerica Trasformazione in messaggi verso l’interfaccia sull’host

Ethernet Wiring - 10BASE2 Thin Ethernet (Thinnet) cavo coassiale piccolo

Ethernet Wiring - 10BASE-T Usa un hub Doppini

Ethernet - Cablaggio

IEEE 802.3 Frame Format La sorgente riempie: Indirizzo di sorgente Indirizzo destinatario Tipo di dati nel frame type field Cyclic Redundancy nel campo FCS

Preamble Cos’è? Sono 56 bit – 1010101… Questa sequenza in codifica Manchester genera un onda quadra. 10Mbps 1 bit dura 0.1sec 56 bit durano 5.6sec 1

Preamble e StartOfFrame A cosa serve? Sincronizza clock sorgente e ricevitore Prepara l’hardware al ricevimento del byte di StartOfFrame (10101011)

Indirizzamento Ethernet Standardizzato dall’ IEEE 48-bit per ogni stazione: MSB: 0 indirizzi normali 1 indirizzi di gruppo (multicast) Bit 46: 0 indirizzi locali 1 indirizzi globali

Indirizzamento Ethernet Gli indirizzi globali sono assegnati dalla IEEE. Ogni fabbricante di schede ethernet possiede una parte di identificativo univoco. Tolti 2 bit di controllo, rimangono 46 bit, cioè 7,0368×1013 possibili indirizzi globali. Gli indirizzi Ethernet NON SONO indirizzi Internet

Possibili Destinazioni 1. Singola (unicast) 2. Tutte le stazioni sulla LAN (broadcast) indirizzo 1111….1 3. Un sottoinsieme delle stazioni su Ethernet (multicast)

Riconoscimento Indirizzo Ogni frame contiene un indirizzo di destinazione Tutte le stazioni ricevono tutti i frames Le stazioni scartano i frames non destinati a loro Importante: l’interfaccia per il riconoscimento dell’indirizzo è hardware, non software …

Indirizzo di Destinazione

Modo promiscuo Progettato per testing/debugging Permette di accettare tutti i frames Disponibile sulla maggior parte dell’hardware Ethernet

Demultiplexing sul Frame Type Field Interfaccia Hardware Riceve una copia di ogni frame trasmesso Esamina l’indirizzo Passa i frames accettati al software Interfaccia software Esamina il tipo di frame Passa il frame al corretto modulo software

Il Tipo di Frame Ci sono centinaia DI tipi DI frames standardizzati (Digital-Intel-Xerox Ethernet). Esempi: Valore Significato 805C Stanford University Kernel V 8014 Silicon Graphics Co net. games

Vantaggi e Prestazioni È facile da installare senza disattivare la rete Il protocollo è semplice Non è adatta a trasmissione in tempo reale perché non deterministico A basso carico non esistono tempi di ritardo A carico elevato le collisioni aumentano riducendo di molto l’efficienza della rete

High-speed Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Opera a 100 Mb/s Standardizzato in IEEE 802.3 come 100BASE-T e 100BASE-F Gigabit Ethernet Opera a 1 Gb/s Principalmente su fibre ottiche e switches

Apparati HUB Gli apparati HUB sono semplicemente dei ripetitori ed amplificatori di segnali. Livello Fisico Data Layer Network Layer

Ethernet - Note Finali La tipica odierna struttura è star-shaped bus Per complementi news://comp.dcom.lans.ethernet

Topologia ad Anello: Token Ring Ideata e standardizzata dall’IBM con il codice 802.5 Opera a 4Mb/s, 16Mb/s Sembra ormai abbandonata … … ma è opportuno conoscerla ...

Trasmissione Token Ring Le stazioni aspettano il loro turno prima di trasmettere. Quest’ultimo viene segnalato da un pacchetto particolare chiamato Token.

Token Passing I frames viaggiano in modo unidirezionale Le stazioni devono aspettare il token per trasmettere Il token circola senza sosta finchè una stazione vuole trasmettere

Trasmissione Token Ring 1 bit di ritardo Ascolto Idle

The Token Frame Quando nessuna stazione trasmette, il token frame viaggia di continuo sull’anello.

Il problema “Anello” R Supponendo che la velocità della rete è di V Mbps, un bit viene iniettato nell’anello ogni sec. Poiché la velocità del segnale nel conduttore è di circa 205 m/sec, significa che un bit sull’anello è lungo:

Il problema “Anello” Il problema è quindi quello di calcolare la lunghezza dell’anello in modo che tutto il token sia presente sul conduttore. Questa situazione peggiora con la disattivazione delle macchine (soprattutto di notte). Quindi è necessario modificare i terminali presenti in modo che non vengano alimentati direttamente dal terminale a cui sono collegati.

L’accentratore di anello Ecco perché si tende a realizzare un anello virtuale, accentrato in un singolo apparato di controllo e comunicazione. Una specie di HUB ma più complesso.

Token Ring: Ric. Indirizzo Ogni frame contiene indirizzo destinazione Tutte le stazioni ricevono e ripetono Importante: è l’hardware sul NIC non il software che controlla l’indirizzo

Token Ring: Ind. Destin.

Token Ring: Formato Frame La sorgente riempie: Ind. sorgente Ind. destinazione CRC nel campo FCS Altre Stazioni possono cambiare: Frame Status

Attività di anello Il Frame Status A: Indirizzo riconosciuto C: Frame copiato A C r Questi due bit segnalano al mittente del messaggio se il destinatario ha ricevuto tutte il pacchetto. Le possibili situazioni sono 3: A = 0, C = 0: Destinatario del messaggio non esistente o non attivo A = 1, C = 0: Destinatario esistente ma frame non copiato A = 1, C = 1: Destinatario esistente e frame copiato

Priorità dei frame D C B A 3 D C B A 3 D C B A D C B A D C B A 3 D C B D C B A 3 D C B A 3

Manutenzione del token Esiste nell’anello sempre una stazione MONITOR. La stazione monitor emette periodicamente un pacchetto il quale indica che una stazione ha assunto il controllo come postazione MONITOR. Per verificare se un pacchetto è rimasto in circolo nell’anello in maniera persistente, il monitor setta il Monitor Bit a 1 e aspetta che il frame passi di nuovo. Se il frame successivo ha questo bit settato, allora il monitor lo elimina dall’anello ed emette di nuovo un token a priorità bassa. Se nessun token è in circolo nell’anello, allora il monitor attende per un tempo pari a tutto il percorso di anello, e quindi emette un nuovo token.

Manutenzione del Monitor Se la stazione monitor viene scollegata, la prima stazione che si accorge della situazione mette un messaggio chiamato CLAIM TOKEN sull’anello. Questo messaggio avverte gli altri terminali che una stazione sta cercando di diventare monitor. Se il frame circola per tutto l’anello e torna al mittente, allora questa stazione diviene monitor.

Ethernet vs Token Ring: Condizioni carico e garanzie Ethernet è adatta per condizioni di carico basso-normale, ma non a pieno carico (non c’è bound sul worst case!) Token Ring garantisce bounds sul pieno carico, ma ha grande overhead in condizioni di basso carico

Ethernet e Token Ring: Affidabilità Discussa per Ethernet Token Ring: Se apro l’anello per un guasto si blocca tutto!

Perchè il Token Ring ha perso? Le LAN non lavorano tipicamente in condizioni di pieno carico! IBM era il solo costruttore Costi più alti Maggior complessità

Token Ring Approfondimento: news://comp.dcom.lans.token-ring

Un Esempio di Ring: FDDI Acronimo di Fiber Distribuited Data Interface Usa fibre ottiche Alta affidabilità (anello doppio) Immune a interferenze Standardizzato da ANSI Trasmissione a 100 Mb/s

Caratteristiche È praticamente identica al Token Ring È più costosa in termini di cavi, perché l’anello è doppio La FDDI usa fibre multimodali perché più economiche Utilizza emettitori LED invece di emettitori LASER. Questo tipo di emettitori è più economico e più sicuro. La FDDI divide i terminali collegati in due classi: A e B a seconda se le stazioni sono collegate a tutti e due gli anelli o meno.

Codifica 4B/5B Non richiede una banda doppia come il Manchester La Codifica 4B/5B raggruppa 4 bit di sorgente ed emette 5 bit sul mezzo fisico. Sorgente Mezzo fisico 0000 11110 0001 01001 0010 10100 0011 10101 0100 01010 0101 01011 0110 01110 0111 01111 1000 10010 1001 10011 1010 10110 1011 10111 1100 11010 1101 11011 1110 11100 1111 11101 Non richiede una banda doppia come il Manchester A causa della mancanza di un segnale facile che permetta la sincronizzazione tra i terminali, la FDDI utilizza un lungo preambolo. Inoltre i clock sono molto precisi, in modo da ricevere frame abbastanza lunghi perderne la sincronizzazione.

FDDI: Il Recupero Guasti