RETI DI CALCOLATORI
E APPLICAZIONI TELEMATICHE
Prof. PIER LUCA MONTESSORO
Facoltà di Ingegneria
Università degli Studi di Udine
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2)
1
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2
Lezione 19
Reti locali wireless,
Fast Ethernet e Gigabit Ethernet
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Lezione 19: indice degli argomenti
• Le reti wireless
• classificazione
• wireless LAN e standard IEEE 802.11
• Evoluzione della rete Ethernet
• Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
• Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)
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Reti wireless
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uso più flessibile delle risorse
Collegamenti wireless
NATURALE
EVOLUZIONE
LAN + Workstation DEI SISTEMI
DI CALCOLO
Mobile computing
Networking
Timesharing
Batch
S.O. per singoli utenti
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Applicazioni
• NON soluzione alternativa alle LAN
cablate
• costo elevato
• minori prestazioni
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Applicazioni
• Estensione di LAN cablate
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8
Applicazioni
• Collegamento tra LAN cablate in edifici
diversi
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Esigenze e possibili applicazioni
• Connettività per l’utenza in movimento
(es. riunioni, attività in magazzini, visite a
pazienti negli ospedali, ecc.)
• Connettività in ambienti non adatti al
cablaggio (es. monumenti storici e/o
artistici)
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Esigenze e possibili applicazioni
• Ambiente “tethered”
• la collocazione del computer cambia
raramente
• Ambiente “non-tethered”
• continuità della connessione mentre
l’utente si sposta
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Problemi e vincoli tecnologici
• Quali tecnologie trasmissive?
• Radio → sovraffollamento delle
frequenze
• Ottiche → limiti ambientali e sulle
distanze
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Problemi e vincoli tecnologici
• Quale protocollo MAC?
• Non valgono i presupposti delle LAN
cablate perché il mezzo trasmissivo NON
È AFFIDABILE
• Serve un protocollo adatto
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Problemi e vincoli tecnologici
• Altri requisiti?
• Sicurezza → crittografia
• Bassi consumi (stazioni portatili
alimentate a batteria)
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Wireless LAN
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Wireless LAN: IEEE 802.11
fisico
data link
interfaccia unificata verso il livello network
802.2 Logical Link Control
ISO 8802.2
LLC
MAC 802.3
802.4
802.5
ISO
ISO
ISO
8802.3 8802.4 8802.5
CSMA/ TOKEN TOKEN
BUS
RING
CD
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...
802.11
...
WIRELESS
LAN
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Wireless LAN: IEEE 802.11
• Standard per il livello fisico:
• raggi infrarossi
• radio a spettro disperso:
• FHSS (Frequency Hopping Spread
Spectrum)
• DSSS (Direct Sequence Spread
Spectrum)
• Standard per il livello MAC
• protocollo di tipo CSMA/CA
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17
Componenti di una wireless LAN
DISTRIBUTION SYSTEM
Access Point
Access Point
B
A
Station
Station
Station
AH1
Station
BSS-B
A1
B2
A2
BSS-AH2
Station
BSS-A
Station
B1
AH2
Infrastructure Network
Ad-Hoc Network
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Componenti di una wireless LAN
• BSS (Basic Service Set)
• gruppo di stazioni associate le une con le
altre per comunicare
• ESS (Extended Service Set)
• insieme di BSS interconnessi mediante
Access Points e un Distribution System
(cablato in modo convenzionale)
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Terminologia in una wireless LAN
• Ad-hoc network
• piccola rete di stazioni paritetiche, senza
infrastruttura
• Infrastructure network
• rete su vasta area, con più Access Point
e un Distribution System
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Protocollo MAC per wireless LAN
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Distributed Coordination Function
(DCF)
• Problema:
• una stazione, temporaneamente coperta,
può non rilevare trasmissioni in atto e
quindi interferire con esse
• Soluzione:
• CSMA/CA (Carrier Sense Multiple
Access with Collision Avoidance)
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Distributed Coordination Function
(DCF)
G1 = SIFS (Short Inter Frame Space)
G3 = DIFS (DCF Inter Frame Space)
SIFS < DIFS
≥ G3
src
RTS
G1
dst
data
CTS
G1
G1
tempo
ack
contesa
sul canale
conferma della
conferma
prenotazione
trasmissione dell’avvenuta
prenotazione
dei dati
ricezione
del canale
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Distributed Coordination Function
(DCF)
• Consente di regolamentare l’accesso al
canale mediante tempi di attesa, con
canale libero, di differente durata
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Distributed Coordination Function
(DCF)
• RTS/CTS realizza la Collision Avoidance:
l’eventuale sovrapposizione di un’altra
trasmissione avviene sul RTS/CTS e non
sul dato
• ACK permette di rilevare errori dovuti a
cattiva ricezione o a interferenze
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Distributed Coordination Function
(DCF)
• Versioni semplificate:
• senza RTS/CTS, con ACK, se il
pacchetto è corto (RTS/CTS
produrrebbero un overhead eccessivo)
• senza RTS/CTS e senza ACK, con il
rischio di perdere il pacchetto, se non
esiste un destinatario che possa inviare
l’ACK (traffico multicast e broadcast)
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Point Coordination Function (PCF)
• Permette l’accesso senza contesa per
traffico “time bounded”
• Si basa sul tempo di attesa PIFS:
SIFS < PIFS < DIFS
• Prevede traffico unicast con gestione
master-slave, in cui il master è in genere
l’Access Point
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Point Coordination Function (PCF)
Dx = AP → station
Ux = station → AP
G1 = SIFS
G2 = PIFS
SuperFrame
contention
period
contention free burst
G2
G2
D1
G1
G2
D1
U1
G1
G2
D1
U1
G2
D1
(no up)
(DCF)
D1
U1
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G1
tempo
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Evoluzione della rete Ethernet
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Evoluzione della rete Ethernet
• 100 Mb/s (Fast Ethernet):
• IEEE 802.3u
• 1 Gb/s (Gigabit Ethernet):
• IEEE 802.3z, IEEE 802.3ab, IEEE 802.3x
• Vengono mantenuti:
• protocollo MAC CSMA/CD
• formato del pacchetto
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Evoluzione della rete Ethernet
• Vengono modificati alcuni parametri del
protocollo:
• Fast Ethernet: si riduce il diametro
massimo della rete
• Gigabit Ethernet: si aumenta la durata
minima della trasmissione
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Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
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Parametri del protocollo
•
•
•
•
•
Bit rate: 100 Mb/s
Bit time: 10 ns
Interpacket gap 0.96 µs
Durata minima del pacchetto: 5.12 µs
Estensione massima della rete: circa 200
metri
• 200 m sono sufficienti per un cablaggio
stellare con un concentratore al centro e
100 m di raggio
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Fast Ethernet e cablaggio strutturato
concentratore Fast Ethernet
max 100 m
BRIDGE O SWITCH
COLLEGANO I
CONCENTRATORI
DI DIVERSI PIANI
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Livello fisico
• Topologia stellare, conforme agli standard
di cablaggio strutturato
• Tre sotto-standard:
• 100BASE-T4
(doppino di categoria 3, 4 coppie utilizzate)
• 100BASE-TX
(doppino di categoria 5, 2 coppie utilizzate)
• 100BASE-FX
(fibra ottica multimodale)
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35
100BASE-T4
• Trasmissione in half-duplex: due coppie
sono utilizzate alternativamente in un
senso o nel senso opposto
• Trasforma un ottetto (8B) in 6 simboli
ternari (6T)
• I gruppi di 6 simboli ternari sono inviati a
tre canali seriali indipendenti
• La quarta coppia è utilizzata in direzione
opposta per rilevare le collisioni
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100BASE-X
• Trasmissione in full-duplex su 2 canali
• Utilizza i sottostandard PMD (Physical
Medium Dependent) di FDDI
• 100BASE-TX
• due coppie UTP o FTP di categoria 5
(TP-PMD di FDDI)
• 100BASE-FX
• coppia di fibre ottiche
(ANSI X3.166 - ISO/IEC 9314-3 di FDDI)
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Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)
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Parametri del protocollo
• Mantenendo il protocollo MAC CSMA/CD
e la dimensione minima del pacchetto, la
durata minima della trasmissione si
ridurrebbe di un ulteriore fattore 10
→ estensione massima della rete: 20 m (!!!)
• In Gigabit Ethernet si estende la durata
minima della trasmissione allungando il
pacchetto quando necessario
→ estensione massima: circa 200 m
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Parametri del protocollo
Ethernet
Fast
Gigabit
Ethernet Ethernet
bit rate
10 Mb/s
100 Mb/s
1 Gb/s
bit time
100 ns
10 ns
1 ns
Inter-packet gap
9.6 µs
0.96 µs
96 ns
slot time
51.2 µs
5.12 µs
4.096 µs
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Estensione del pacchetto corto
ottetti (byte)
7 1
6
6
2
da 0
a 1500
da 0
a 46
4
da 0
a 448
dati
pre. SFD DSAP SSAP len
pad FCS extension
(LLC-PDU)
min. 64 byte (512 bit times)
copertura FCS
min. 4096 bit times (512 + 3584)
tempo utile in cui si può rilevare la collisione
(4159 bit times)
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Livello fisico
• schema di codifica 8B/10B
• garantisce la trasmissione di un numero
di transizioni sufficiente a consentire la
sincronizzazione del ricevitore
11111111
byte proveniente
dal sottolivello MAC
encoder
8B/10B
1010110001
sequenza di 10 bit
per la trasmissione
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Tipi di PMD: fibra ottica
• 1000BASE-SX
• fibra ottica multimodale a 850 nm (utilizza
SWL= Short Wavelength Laser)
• 500 m per 50/125, 220 m per 62.5/125
• 1000BASE-LX
• fibra ottica multimodale e monomodale a
1300 nm (utilizza LWL= Long
Wavelength Laser)
• 5 km per fibra monomodale
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Tipi di PMD: rame
• 1000BASE-CX
• cavo a due coppie 150 Ω (STP secondo
le specifiche ISO/IEC 11801)
• 25 metri
• 1000BASE-T (IEEE 802.3ab)
• cavo di categoria 5E (revisione della
categoria 5)
• 100 metri
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Altre funzionalità
• Frame bursting
• una stazione può trasmettere più
pacchetti in successione senza rilasciare
il mezzo trasmissivo fino al burst-limit che
è di 65536 bit (8192 ottetti)
• il primo pacchetto va comunque esteso
se troppo corto
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Altre funzionalità
• Standard IEEE 802.3x
• modifiche necessarie al MAC IEEE 802.3
per supportare la modalità operativa FullDuplex
• meccanismo di controllo di flusso per link
Full-Duplex (pacchetti “pause”)
• valido per tutte le diverse tipologie di reti
di Ethernet (10/100/1000 Mb/s)
• obbligatorio su Gigabit Ethernet,
opzionale su Ethernet e Fast Ethernet
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Lezione 19: riepilogo
• Le reti wireless
• classificazione
• wireless LAN e standard IEEE 802.11
• Evoluzione della rete Ethernet
• Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
• Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)
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Bibliografia
• “Reti di Computer”
• Parte del capitolo 4
• Libro “Reti locali: dal cablaggio
all’internetworking”
contenuto nel CD-ROM omonimo
• Capitolo 11
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Come contattare il prof. Montessoro
E-mail:
Telefono:
Fax:
URL:
[email protected]
0432 558286
0432 558251
www.uniud.it/~montessoro
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