Reti Locali Reti di Calcolatori 20002001 1 Dove
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Reti Locali Reti di Calcolatori 2000/2001 1
Dove Siamo? 2000/2001 2
L’interfaccia Data Link 2000/2001 3
LANs Alto Throughput Basso costo Brevi distanze (centinaia metri) Tipicamente con mezzo condiviso In alcune nuove installazioni c’è switching 2000/2001 4
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! 2000/2001 5
Mezzo Condiviso Un mezzo condiviso tra tutte le stazioni Solo una stazione alla volta può trasmettere Le stazioni operano a turni 2000/2001 6
Protocolli Due grosse categorie: Collision-Detection (Aloha-like) esempio IEEE 802. 3 per Ethernet Inerentemente collision-free esempio IEEE 802. 5 per Token Ring 2000/2001 7
Topologie 2000/2001 8
Data Link Bit Encoding 2000/2001 9
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) 2000/2001 10
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 2000/2001 11
CSMA/CD Carrier Sense (CS) 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 2000/2001 12
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. . . 2000/2001 13
Come si rileva la portante? Si usano codifiche tipo Manchester … dunque … Lo stato di “idle” è semplicemente e velocemente rilevabile! (vedi Esercizio no. 1) 2000/2001 14
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) 2000/2001 15
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) 2000/2001 16
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) 2000/2001 17
Exponential Back-off Definisci “slot delay”: 512 bit (51. 2 sec a 10 MHz) Dopo la 1 st collisione, scegli in modo random in {0, 1} lo slot delay Dopo la 2 nd 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 < 2 k-1 Dove r è il numero random, k = MIN(n, 10) e n corrisponde all’ n-th tentativo di ri-trasmissione. 2000/2001 18
Collisioni Studio statistico Monitorizzazione La distanza e la velocità L’uso di switches. . . 2000/2001 19
Ethernet La LAN più comune Standardizzata con IEEE 802. 3 Diverse Generazioni “Stesso” formato frames Diversa velocità Diversi supporti fisici 2000/2001 20
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 2000/2001 21
Ethernet – I mezzi trasmissivi 2000/2001 Nome Cavo Max Segmento Nodi 10 Base 5 Coax Thick 500 m 100 10 Base 2 Coax Thin 200 m 30 10 Base-T Doppino 100 m 1024 10 Base-F Fibra 2000 m 1024 22
Ethernet - 10 BASE 5 Thick Ethernet (Thicknet) Cavo coassiale grosso 2000/2001 23
Transceivers Ethernet prevede 2 livelli di circuiteria: Analogica Transceiver - rilievo portante e collisioni Numerica Trasformazione in messaggi verso l’interfaccia sull’host 2000/2001 24
Ethernet Wiring - 10 BASE 2 Thin Ethernet (Thinnet) cavo coassiale piccolo 2000/2001 25
Ethernet Wiring - 10 BASE-T Usa un hub Doppini 2000/2001 26
Ethernet - Cablaggio 2000/2001 27
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 2000/2001 28
Preamble Cos’è? Sono 56 bit – 1010101… Questa sequenza in codifica Manchester genera un onda quadra. 10 Mbps 1 bit dura 0. 1 sec 1 0 1 0 1 2000/2001 56 bit durano 5. 6 sec 29
Preamble e Start. Of. Frame • A cosa serve? 1. Sincronizza clock sorgente e ricevitore 2. Prepara l’hardware al ricevimento del byte di Start. Of. Frame (10101011) 2000/2001 30
Indirizzamento Ethernet Standardizzato dall’ IEEE 48 -bit per ogni stazione: MSB: Bit 46: 2000/2001 0 1 indirizzi normali di gruppo (multicast) locali globali 31
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 2000/2001 32
Possibili Destinazioni 1. Singola (unicast) 2. Tutte le stazioni sulla LAN (broadcast) indirizzo 1111…. 1 3. Un sottoinsieme delle stazioni su Ethernet (multicast) 2000/2001 33
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 … 2000/2001 34
Indirizzo di Destinazione 2000/2001 35
Modo promiscuo Progettato per testing/debugging Permette di accettare tutti i frames Disponibile sulla maggior parte dell’hardware Ethernet 2000/2001 36
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 2000/2001 37
Il Tipo di Frame Ci sono centinaia DI tipi DI frames standardizzati (Digital-Intel-Xerox Ethernet). Esempi: Valore Significato 805 C Stanford University Kernel V 8014 Silicon Graphics Co net. games 2000/2001 38
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 2000/2001 39
High-speed Ethernet Fast Ethernet Opera a 100 Mb/s Standardizzato in IEEE 802. 3 come 100 BASE-T e 100 BASE-F Gigabit Ethernet Opera a 1 Gb/s Principalmente su fibre ottiche e switches 2000/2001 40
Apparati HUB Gli apparati HUB sono semplicemente dei ripetitori ed amplificatori di segnali. Network Layer Data Layer Livello Fisico 2000/2001 41
Ethernet - Note Finali La tipica odierna struttura è star-shaped bus Per complementi news: //comp. dcom. lans. ethernet 2000/2001 42
Topologia ad Anello: Token Ring Ideata e standardizzata dall’IBM con il codice 802. 5 Opera a 4 Mb/s, 16 Mb/s Sembra ormai abbandonata … … ma è opportuno conoscerla. . . 2000/2001 43
Trasmissione Token Ring Le stazioni aspettano il loro turno prima di trasmettere. Quest’ultimo viene segnalato da un pacchetto particolare chiamato Token. 2000/2001 44
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 2000/2001 45
Trasmissione Token Ring Ascolto 1 bit di ritardo 2000/2001 Idle 1 bit di ritardo Trasmissione 1 bit di ritardo 46
The Token Frame Quando nessuna stazione trasmette, il token frame viaggia di continuo sull’anello. 2000/2001 47
Il problema “Anello” 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: 2000/2001 R 48
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. 2000/2001 49
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. 2000/2001 50
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 2000/2001 51
Token Ring: Ind. Destin. 2000/2001 52
Token Ring: Formato Frame La sorgente riempie: Ind. sorgente Ind. destinazione CRC nel campo FCS Altre Stazioni possono cambiare: Frame Status 2000/2001 53
Attività di anello Il Frame Status A C r r A: Indirizzo riconosciuto C: Frame copiato 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 2000/2001 54
Priorità dei frame 3 D A D C A C 3 A B B B D D D 3 C B 2000/2001 A 3 B C A C 0 B 55
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. 2000/2001 56
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. 2000/2001 57
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 2000/2001 58
Ethernet e Token Ring: Affidabilità Discussa per Ethernet Token Ring: Se apro l’anello per un guasto si blocca tutto! 2000/2001 59
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 2000/2001 60
Token Ring Approfondimento: news: //comp. dcom. lans. token-ring 2000/2001 61
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 2000/2001 62
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. 2000/2001 63
Codifica 4 B/5 B La Codifica 4 B/5 B raggruppa 4 bit di sorgente ed emette 5 bit sul mezzo fisico. Sorgente 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 2000/2001 Mezzo fisico 11110 01001 10100 101010 01011 01110 01111 10010 10011 10110 10111 11010 11011 11100 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. 64
FDDI: Il Recupero Guasti 2000/2001 65
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