Reti Locali
Reti di Calcolatori
2000/2001
1
Dove Siamo?
2000/2001
2
L’interfaccia Data Link
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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 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.
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
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21
Ethernet – I mezzi trasmissivi
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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
1024
22
Ethernet - 10BASE5
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
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24
Ethernet Wiring - 10BASE2
Thin Ethernet (Thinnet)
cavo coassiale piccolo
2000/2001
25
Ethernet Wiring - 10BASET
Usa un hub
Doppini
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26
Ethernet - Cablaggio
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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.
10Mbps
1 bit dura 0.1sec
1 0 1 0 1 0 1
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56 bit durano 5.6sec
29
Preamble e StartOfFrame
•
A cosa serve?
1. Sincronizza clock sorgente e ricevitore
2. Prepara l’hardware al ricevimento del byte di
StartOfFrame (10101011)
2000/2001
30
Indirizzamento Ethernet
Standardizzato dall’ IEEE
48-bit per ogni stazione:
MSB:
Bit 46:
2000/2001
0
1
0
1
indirizzi
indirizzi
indirizzi
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
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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
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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
805C
Stanford University Kernel V
8014
Silicon Graphics Co net. games
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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 100BASE-T e
100BASE-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
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41
Ethernet - Note Finali
La tipica odierna struttura è star-shaped bus
Per complementi
news://comp.dcom.lans.ethernet
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42
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 ...
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
1
V
sec.
Poiché la velocità del segnale nel
conduttore è di circa 205 m/sec,
significa che un bit sull’anello è lungo:
lbit 
R
205
V
2R  V
nbit 
205
2000/2001
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
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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
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53
Attività di anello
Il Frame Status
A
C
r
r
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
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
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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
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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
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Ethernet e Token Ring:
Affidabilità
Discussa per Ethernet
Token Ring: Se apro l’anello per un guasto
si blocca tutto!
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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
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60
Token Ring
Approfondimento:
news://comp.dcom.lans.token-ring
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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
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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.
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Codifica 4B/5B
La Codifica 4B/5B 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
10101
01010
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
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