RETI DI CALCOLATORI Terza Esercitazione IEEE 802 3

RETI DI CALCOLATORI Terza Esercitazione

IEEE 802. 3 (CSMA/CD) LIVELLO NETWORK LLC MAC 802. 2 Logical Link Control ISO 8802. 2 802. 3 802. 4 802. 5 802. 6 ISO 8802. 3 ISO 8802. 5 ISO 8802. 6 ISO LIVELLO 9314 FISICO CSMA/CD TOKEN BUS RING DQDB FDDI ISO 8802. 4 FDDI 2

IEEE 802. 3 (CSMA/CD) Caratteristiche principali: • topologia a bus; • cablaggio a bus o a stella; • arbitraggio del canale trasmissivo tramite contesa; • tipologia di protocollo non deterministico; • velocità trasmissiva di 10 Mb/s; • throughput massimo di 4 Mb/s; • evoluzione della rete Ethernet proposta da Digital, Intel, Xerox. 3

CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection) è identico al MAC di Ethernet: • listening before talking; • listening while talking; • back-off. 4

Formato del Pacchetto MAC in IEEE 802. 3 PDU LLC PREAMBLE SFD DSAP SSAP LENGHT DATA 7 OTTETTI 1 6 6 PAD FCS 4 2 da 0 a 1500 da 0 a 46 5

Formato del Pacchetto MAC in IEEE 802. 3 Il campo lenght indica la lunghezza, in ottetti, del campo data il quale contiene la LLC-PDU; il campo PAD viene inserito in coda al campo data qualora quest'ultimo sia più corto di 46 ottetti o comunque per portare il pacchetto ad una lunghezza minima di 64 ottetti. 6

Interoperabilità tra IEEE 802. 3 e Ethernet V 2. 0 È facile trovare reti miste con hardware conforme a IEEE 802 ma con formato dei pacchetti Ethernet V 2. 0 essendo i due standard interoperabili fra di loro. Sarà allora compito della rete locale discriminare in fase di ricezione i pacchetti Ethernet da quelli IEEE 802. 3; ciò avviene analizzando i campi type e lenght. 7

Interoperabilità tra IEEE 802. 3 e Ethernet V 2. 0 Se type/lenght è <= a 1500: • il campo è lenght; • la trama è 802. 3; • il protocol type è nella busta LLC, contenuta del campo dati MAC. Se type/lenght è > a 1500: • il campo è protocol type; • la trama è Ethernet; • il protocol type è direttamente disponibile. 8

Inter-Packet Gap La distanza minima tra due pacchetti è stata fissata in Ethernet e in 802. 3 a 9. 6 s. Pacchetto 1 . . . Inter-Packet Gap min 9. 6 ms Pacchetto N 9

Round Trip Collision Delay Questo parametro definisce il tempo massimo che può intercorrere da quando una stazione trasmette il suo primo bit a quando percepisce una collisione sulla rete. Lo standard fissa questo tempo in 49. 9 microsecondi e la durata di minima di un pacchetto in 51. 2 microsecondi. La presenza del Round Trip Collision Delay pone inoltre alcuni limiti sulla lunghezza minima dei pacchetti IEEE 802. 3 e sul tempo massimo di propagazione. 10

Round Trip Collision Delay Il caso limite è infatti la trasmissione di un sistema inserito a capo di una rete; affinché si evidenzino errori, la stazione trasmittente dovrà "ascoltare" il canale per un tempo almeno il doppio impiegato dal pacchetto per raggiungere l'altra estremità del canale. Questo tempo dovrà pertanto rispettare i 49. 9 microsecondi citati in precedenza. 11

Livelli Fisici di IEEE 802. 3 • • • 10 base 5 - Coassiale, 500 m 10 base 2 - Coassiale, 185 m 10 base. T - Doppino, 100 m FOIRL - Fibra Ottica, 1000 m 10 base. F - Fibra Ottica, sino a 2000 m 12

10 base 5 • • • Lunghezza massima cavo: 500 m Distanza minima tra i transceiver: 2. 5 m Numero massimo di transceiver: 100 Lunghezza massima transceiver cable: 50 m Transceiver connessi "a vampiro" Minima velocità di propagazione: 77 % STAZIONE CAVO TRANSCEIVER CAVO DROP CAVO AUI Cavo Coassiale 50 ohm STAZIONE 13

10 base 2 • • • Lunghezza massima del cavo: 185 m Numero massimo di stazioni: 30 Distanza minima tra le stazioni: 0. 5 m Lunghezza massima transceiver cable: 50 m Transceiver connessi tagliando il cavo, "crimpando" i connettori e connettendo i due spezzoni con un T-connector Minima velocità di propagazione: 65 % 14

10 base 2 Stazione con transceiver incorporato STAZIONE CAVO TRANSCEIVER o CAVO DROP o CAVO AUI STAZIONE Cavo Coassiale 50 ohm CONNETTORE A T 15

10 base. T • • Standard per 802. 3 su UTP (Unshielded Twisted Pair) concepito per applicazioni d'ufficio Caratteristiche: § utilizzo di UTP a basso costo; § facilità di connettorizzazione (RJ 45); § prestazioni uguali a quelle del cavo thick (10 Mb/s). 16

10 base. T • Standard di tipo punto a punto: § richiede l'adozione di centro stella attivi (repeater, HUB) per collegare le stazioni. HUB HUB 17

FOIRL • FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link): § nasce per l’interconnessione di due ripetitori remoti tramite una coppia di fibre ottiche; § è oggi generalizzato all’interconnessione punto di due stazioni qualsiasi. • Caratteristiche fibre ottiche per FOIRL: § § multimodale da 50/125 a 100/140; lavorare in prima finestra (850 nm); banda passante minima richiesta 160 MHz; lunghezza massima del link 1000 m. 18

10 base. FL Il 10 base. FL è una miglioria del FOIRL ed è compatibile con esso. La lunghezza massima del link risulta essere di 2000 metri. 19

10 base. FB È uno standard per fibra ottica in cui trasmettitore e ricevitore sono permanentemente sincronizzati. È caratterizzato da una migliore realizzazione di reti fault tolerant e permette maggior flessibilità nell’interconnessione tra ripetitori. La distanza massima dei link è di 2000 m. 20

Dominio di Collisione Una collisione ha luogo se due o più stazioni sono nello stesso dominio di collisione (collision domain) e trasmettono contemporaneamente. Le stazioni separate da ripetitori sono nello stesso dominio di collisione Le stazioni separate da bridge non sono nello stesso collision domain. 21

Ripetitori Stazione A Stazione B Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico Ripetitore Fisico Data Link Fisico 22

Analizzatore di protocollo L'analizzatore di protocollo (o analizzatore di rete) è uno strumento concepito per la manutenzione delle reti. Attraverso un analizzatore di protocollo si può monitorare sia l'imbustamento sulle reti sia verificare come le entità di protocollo ai vari livelli sono in grado di separare i dati dalle intestazioni e interpretare le informazioni di controllo. 23

IEEE 802. 4 (Token Bus) LIVELLO NETWORK LLC MAC 802. 2 Logical Link Control ISO 8802. 2 802. 3 802. 4 802. 5 802. 6 ISO 8802. 3 ISO 8802. 5 ISO 8802. 6 ISO LIVELLO 9314 FISICO CSMA/CD TOKEN BUS RING DQDB FDDI ISO 8802. 4 FDDI 24

IEEE 802. 4 (Token Bus) Caratteristiche principali: • topologia a bus; • cablaggio a bus; • arbitraggio del canale trasmissivo mediante token; • tipologia del protocollo deterministico; • velocità trasmissiva di 10 Mb/s; • throughput massimo di 8 Mb/s; • standard di rete utilizzato in ambito di fabbrica. 25

IEEE 802. 5 (Token Ring) LIVELLO NETWORK LLC MAC 802. 2 Logical Link Control ISO 8802. 2 802. 3 802. 4 802. 5 802. 6 ISO 8802. 3 ISO 8802. 5 ISO 8802. 6 ISO LIVELLO 9314 FISICO CSMA/CD TOKEN BUS RING DQDB FDDI ISO 8802. 4 FDDI 26

IEEE 802. 5 (Token Ring) Caratteristiche principali: • topologia ad anello; • cablaggio a stella o a doppio anello; • arbitraggio del canale mediante token; • tipologia del protocollo deterministico; • velocità trasmissiva a 4 o 16 Mb/s; • throughput massimo a 3 o 12 Mb/s; • evoluzione della rete Token Ring proposta da IBM in alternativa a Ethernet. 27

Multiprotocollo in IEEE 802. 5 DECNET OSI TCP/IP LIVELLO 3 LLC IEE 802. 2 LIVELLO 2 - LLC MAC IEEE 802. 5 10 BASET LIVELLO 2 - MAC FOIRL LIVELLO 1 28

Formato del token Il token è costituito da tre campi: • lo Starting Delimiter (SD); • l’Access Control (AC); • l’End Delimiter (ED). Ottetti SD AC ED 1 1 1 29

Formato del pacchetto IEEE 802. 5 è così strutturato: SFS da 21 a 17796 ottetti SD AC FC DA SA 1 1 1 6 6 RI INFO da 0 da 4 a 30 a 17749 EFS FCS ED FS 4 1 1 30

Formato del pacchetto I primi due ottetti indicano l'inizio del pacchetto mentre gli ultimi due ne indicano la fine. I campi destination address e source address indicano l'indirizzo di destinazione del pacchetto e l'indirizzo della stazione generante il pacchetto. Il routing information contiene le informazioni di instradamento del pacchetto qualora si trattasse di una rete locale estesa. Il Frame Control definisce se il pacchetto è una trama MAC o se contiene una LLC-PDU. Il Frame Check Sequence contiene il codice di ridondanza ciclica. 31

Arbitraggio tramite Token • • La stazione mittente (A) aspetta il token (T) A trasforma il token nell’header del pacchetto (D) e trasmette i dati T D A D C B 32

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 D C DR B D A T DR: Dati Ricevuti C B 33

Ricezione del Token A EDACSD D Token B C 34

Trasmissione del Pacchetto A RI SADA FC ACSD A C D B C 35

Ricezione del Pacchetto A Pacchetto B D SD AC FC DA SA RI C INFO C 36

Rigenerazione del Token Pacchetto A SADA FC ACSD D EDAC SD FS ED FCS Token B INFO C 37

Modalità di rilascio del Token Normalmente la stazione mittente rigenera il token solo dopo aver tolto il pacchetto dall’anello ed eventualmente trasmette dei bit di riempimento. In questo modo sull’anello è presente o un pacchetto o il token. L'early token release è una modalità alternativa di rilascio del gettone e consiste in una rigenerazione del token immediatamente dopo la trasmissione del pacchetto sull'anello. È utilizzato per avere la presenza di più pacchetti sulla rete e dunque per sfruttare maggiormente la banda del canale trasmissivo. 38

Early Token Release T D A D C B 1 - A deve trasmettere e quindi cattura il token A C B F 1 2 - A inizia a trasmettere 39

Early Token Release D D A T C B F 1 3 - Dopo i dati A ritrasmette il token A F 1 C B F 2 4 - B cattura il token e inizia a trasmettere 40

Early Token Release F 1 D A B F 2 C A T 5 - B emette il token D T C B 6 - A toglie F 1 41

Early Token Release T D A F 2 D C A C B T 7 8 - B toglie F 2 B 42

Rete ad Anello cablata a Stella La presenza di circuiti di by-pass rendono le reti ad anello più affidabili in caso di guasti sulla rete ed evitano possibili interruzioni del flusso di dati. Circuito di Bypass 43

Rete ad Anello cablata a Stella Per cablare a stella una rete token ring si utilizza un Multistation Access Unit (MAU), ossia un concentratore con funzioni di centro-stella. I collegamenti tra il MAU e la stella prendono il nome di "lobi" (solitamente due coppie). Quando una stazione è spenta o subisce un guasto, il concentratore la esclude temporaneamente dalla rete mediante by-pass. 44

Rete ad Anello cablata a Stella Lobo 45

Connessioni tra concentratori Ring-IN Ring-OUT Anello Primario Anello di Backup 46

Tipi di concentratori I concentratori possono essere: • passivi: hanno meccanismi di by-pass automatico solo sulle porte verso le stazioni, non su quelle di Ring-IN e Ring-OUT; • parzialmente attivi: hanno circuiti di ripetizione associati alle porte di Ring-IN, Ring-OUT che realizzano il by-pass automatico anche su queste porte; • attivi: hanno circuiti di ripetizione associati a tutte le porte. 47

Elezione dell’active monitor L'active monitor è la stazione, e con essa la funzione che svolge, che si occupa di stabilire il clock di riferimento per tutte le altre stazioni, che genera il gettone all'attivazione della rete o quando questo viene "perso" e che avvia lo scambio periodico di informazioni di servizio quali la notifica di vicinanza della stazione (neighbor notification). 48

Elezione dell’active monitor L'active monitor viene scelto durante la fase di token claim, dove tutte le stazioni propongono il proprio valore di claim (ottenibile dall'indirizzo di stazione) attraverso dei pacchetti inviati nell'anello; verrà scelta la stazione con una proposta di claim superiore e tutte le altre stazioni si pongono in stato di standby. A questo punto l'active monitor ripulisce l'anello attraverso il ring purge e comincia ad inviare periodicamente dei pacchetti di Active Monitor Presence (AMP); se ciò non avviene, qualsiasi stazione in standby può dar vita ad una nuova fase di token claim. 49

Neighbor Notification Il neighbor notification è un processo attivato periodicamente nelle reti ad anello per identificare il Nearest Active Upstream Neighbor (NAUN), ossia il vicino a monte attivo. 50

Beaconing Il beaconing è un processo di isolamento dei guasti e viene attivato dalle stazioni che non ricevono più token, pacchetti o bit di riempimento. Se ad esempio una stazione non riceve più alcuna trasmissione, trasmette in broadcast un pacchetto di beacon indicando il suo NAUN; tale pacchetto viene appunto ricevuto dal NAUN della stazione che ha dato il via al beaconing e la pone in stato di test assieme alla prima stazione. Se entrambe constatano il loro regolare funzionamento significa che il problema risiede nella connessione. 51

IEEE 802. 6 (DQDB) LIVELLO NETWORK LLC MAC 802. 2 Logical Link Control ISO 8802. 2 802. 3 802. 4 802. 5 802. 6 ISO 8802. 3 ISO 8802. 5 ISO 8802. 6 ISO LIVELLO 9314 FISICO CSMA/CD TOKEN BUS RING DQDB FDDI ISO 8802. 4 FDDI 52

IEEE 802. 6 (DQDB) Caratteristiche principali di DQDB (Distributed Queue Dual Bus): • topologia a doppio bus; • cablaggio a doppio bus o a doppio anello; • arbitraggio del canale mediante prenotazione; • tipologia del protocollo deterministico; • velocità trasmissiva sino a 155 Mb/s; • standard per reti metropolitane approvato anche in sede CCITT. 53

ISO 9314 (FDDI) LIVELLO NETWORK LLC MAC 802. 2 Logical Link Control ISO 8802. 2 802. 3 802. 4 802. 5 802. 6 ISO 8802. 3 ISO 8802. 5 ISO 8802. 6 ISO LIVELLO 9314 FISICO CSMA/CD TOKEN BUS RING DQDB FDDI ISO 8802. 4 FDDI 54

ISO 9314 (FDDI) Caratteristiche principali di FDDI (Fiber Distributed Data Interface): • topologia ad anello; • cablaggio a doppio anello o a stella; • arbitraggio del canale mediante token; • tipologia del protocollo deterministico; • velocità trasmissiva a 100 Mb/s; • throughput massimo a 80 Mb/s; • primo standard per reti locali concepito per operare su fibra ottica. 55

Riepilogo architetture MAC arbitraggio topologia cablaggio attesa CSMA/CD contesa bus stella non deterministica Token Bus token bus deterministica Token Ring token anello stella doppio-anello deterministica doppio-bus doppio-anello deterministica stella doppio-anello deterministica DQDB FDDI prenotazione doppio-bus token anello 56

Domande di riepilogo • • • Qual è il formato del pacchetto MAC IEEE 802. 3? A cosa serve il preambolo? Quali sono le differenze tra IEEE 802. 3 ed Ethernet V 2. 0? Che cosa è il truncated binary exponential back-off? Che cos'è l'inter-packet gap? Qual è la lunghezza massima di un pacchetto IEEE 802. 3? Qual è il livello di compatibilità tra Ethernet e IEEE 802. 3? In ricezione come si distingue una trama Ethernet da una trama IEEE 802. 3? Qual è la topologia logica di una rete token ring? 57 Come avviene il supporto multiprotocollo?

Domande di riepilogo • • • Come funziona il MAC a token? Quali sono il formati del token e del pacchetto? Che cos'è l'Early Token Release? Quali sono le velocità trasmissive e le prestazioni di una rete token ring? Come si procede per cablare a stella una rete ad anello? Quali sono le funzionalità di un concentratore? Quali sono i tre tipi di concentratori token ring? Chi inserisce e disinserisce le stazioni nell'anello? Che cos'è l'active monitor? Che cos'è il neighbor notification? 58 Che cos'è il beaconing?