Prof. PIER LUCA MONTESSORO Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine

(1)

RETI DI CALCOLATORI E APPLICAZIONI TELEMATICHE

Prof. PIER LUCA MONTESSORO Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine

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Nota di Copyright

Lezione 17 IEEE 802.3: Ethernet

Lezione 17: indice degli argomenti

• La rete Ethernet / IEEE 802.3

• Formato del pacchetto 802.3

• Protocollo MAC CSMA/CD

• Parametri di funzionamento del protocollo

• Sottostandard di livello fisico

La rete Ethernet / IEEE 802.3

802.2 Logical Link Control ISO 8802.2 LLC

MAC 802.3

CSMA/

CD ISO 8802.3

802.4

TOKEN SU BUS ISO 8802.4

802.5

TOKEN SU ANELLO ISO 8802.5

FDDI ISO 9314 interfaccia unificata verso il livello network

data linkfisico

...

La rete Ethernet / IEEE 802.3

• Nasce all’inizio degli anni ’80:

• topologia a bus su cavo coassiale

• 10 Mb/s, throughput massimo 4 Mb/s

• protocollo MAC CSMA/CD

• Successivamente:

• topologia a stella (cablaggio strutturato)

• doppini in rame e fibre ottiche

• evoluzione a 100 Mb/s (802.3u) e 1 Gb/s (802.3z)

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Formato del pacchetto 802.3

DSAP SSAP dati

(LLC-PDU)

pre. SFD len pad FCS

Preambolo: permette la sincronizzazione del ricevitore

Start Frame Delimiter: delimita l’inizio della trama

6 6 2

7 1

da 0 a 1500

da 0 a 46 4 ottetti (byte)

Formato del pacchetto 802.3

Source Service Access Point:

indirizzo MAC del mittente Destination Service Access Point:

indirizzo MAC del destinatario

DSAP SSAP dati

(LLC-PDU)

6 6 2

7 1

da 0 a 1500

Formato del pacchetto 802.3

dati (Protocol Data Unit) di pertinenza del sottolivello LLC

lunghezza del campo dati

DSAP SSAP dati

(LLC-PDU)

6 6 2

7 1

da 0 a 1500

Formato del pacchetto 802.3

Frame Check Sequence: codici per il controllo degli errori di trasmissione se necessario, allunga il pacchetto affinché sia lungo almeno 64 ottetti

DSAP SSAP dati

(LLC-PDU)

6 6 2

7 1

da 0 a 1500

da 0 a 46 4 otteti (byte)

Protocollo MAC CSMA/CD

(3)

“CS”: Carrier Sense

QUALCUNO STA TRASMETTENDO?

A B C D

E F

G

“CS”: Carrier Sense

IL MEZZO È LIBERO:

POSSO INIZIARE LA TRASMISSIONE

A B C D

E F

G

“MA”: Multiple Access (?)

BLA BLA BLA ...

A B C D

E F

G

“MA”: Multiple Access (?)

BLA BLA BLA ...

A B C D

E F

G

DOVREI TRASMETTERE, MA DEVO ASPETTARE

“CS”: Carrier Sense (II)

A B C D

E F

G IL MEZZO

È LIBERO IL MEZZO

È LIBERO

“MA”: Multiple Access (!)

BLA BLA BLA ...

A B C D

E F

G

BLA BLA BLA ...

(4)

“CD”: Collision Detection

A B C D

E F

G

C’È STATA UNA

COLLISIONE! C’È STATA UNA COLLISIONE!

Annullamento della trasmissione

SEQUENZA DI

JAMMING

A B C D

E F

G

SEQUENZA DI JAMMING

Backoff

A B C D

E F

G

ATTENDO PRIMA DI RIPROVARE

Parametri di funzionamento del protocollo

Collision detection

• Una stazione può rilevare una collisione confrontando il segnale da essa generato con quello effettivamente presente sul mezzo fisico

• La stazione può rilevare la collisione soltanto durante la trasmissione

• Bisogna considerare il tempo di propagazione del segnale

Caso limite

A B

rete di estensione massima

(5)

Caso limite

A B

IL MEZZO È LIBERO:

POSSO INIZIARE LA TRASMISSIONE

Caso limite

A B

BLA BLA BLA ...

il segnale si propaga ASCOLTO SE

IL MEZZO È LIBERO

Caso limite

A B

IL MEZZO È LIBERO:

POSSO INIZIARE LA TRASMISSIONE il segnale si propaga BLA BLA

BLA ...

Caso limite

A B

BLA BLA

BLA ... BLA BLA

BLA ...

collisione!

Caso limite

A B

BLA BLA BLA ...

inizio del

pacchetto di B sequenza di jamming C’È STATA UNA

COLLISIONE!

Caso limite

A B

C’È STATA UNA COLLISIONE!

(6)

Caso limite

A B

sequenza di jamming

Collision window

• È la finestra temporale durante la quale una stazione, durante la trasmissione, rileva le possibili collisioni

DSAP SSAP dati

(LLC-PDU)

6 6 2

7 1

da 0 a 1500

da 0 a 46 4 otteti (byte)

collision window

Collision window

• Velocità trasmissiva:

• 10 Mb/s

• Bit time:

• 100 ns (1 / 10 Mbit/s)

• Dimensione minima di un pacchetto

• 512 bit

• Durata minima della collision window:

• 100 ns • 512 bit = 51.2 µs

Durata minima della trasmissione

• Durata minima della trasmissione

• 100 ns • 576 bit = 57.6 µs

• Tempo utile per rilevare le collisioni

• 57 µs (0.6 µs di margine di sicurezza)

DSAP SSAP dati

(LLC-PDU)

6 6 2

7 1

da 0 a 1500

dimensione minima: 64 + 512 = 576 bit

Round trip delay

• È il tempo di propagazione del segnale sul cavo nel caso peggiore

A B

andata

ritorno

Path Delay Value (PDV)

• È il massimo round trip delay

• Deve essere inferiore alla durata minima

della trasmissione: 57 µs

(7)

Estensione massima teorica

• Velocità di propagazione:

• v_p≅ 2 • 10⁸ m/s

• Estensione massima teorica:

• L_max = v_p • PDV / 2 =

2 • 10⁸ m/s • 57 µs / 2 ≅ 5.7 km

A B

L_max

Estensione massima in pratica

• Il segnale si attenua troppo e deve essere rigenerato dai “repeater”

A B

repeater

∆t ≅ 5.3 µs

L_max≅ 2 km

Repeater

sessione trasporto network data link fisico applicazione presentazione 5

4 3 2 1 7 6

sessione trasporto network data link fisico applicazione presentazione

5 4 3 2 1 7 6

fisico fisico

Repeater

• Amplificazione, ripristino della simmetria e del sincronismo del segnale

• “Carrier Sense” e ripetizione delle trame su tutte le porte (eccetto quella di arrivo)

• Rigenerazione del preambolo

• Estensione a 96 bit dei frammenti di collisione

• Collision Detection e generazione della sequenza di jamming

• Funzioni di test

Inter Packet Gap (IPG)

• Lo standard definisce un massimo “Path Variability Value” (PVV, misura della riduzione di IPG da parte dei componenti della rete) di 4.9 µs per salvaguardare l’IPG

Inter Packet Gap: minimo 9.6 µs

pacchetto 1 pacchetto 2 pacchetto n

t

Sottostandard di livello fisico

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Sottostandard di livello fisico

• Tutti i sottostandard 802.3 lavorano a 10 Mb/s

• Codifica di livello fisico: Manchester

• Frequenza fondamentale del segnale:

10 MHz

10BASE-5, 10BASE-2

• Entrambi basati su coassiale

• 10BASE-5: cavo “thick” (spesso), lunghezza massima 500 m, utilizzato per le dorsali, obsoleto

• 10BASE-2: cavo “thin”, sottile, lunghezza massima 185 m, utilizzato per il

cablaggio fino ai posti di lavoro, in disuso

• Non più conformi con gli standard per cablaggio strutturato

Standard per fibra ottica

• FOIRL: usa la fibra ottica per connettere i repeater

• 10baseFL: è un’evoluzione del FOIRL per connettere repeater o stazioni

• 10baseFB: è uno standard in fibra ottica con caratteristiche di fault tolerance

• distanza massima: 2 km

• 10baseFP: è uno standard che fa uso di stelle ottiche passive (in disuso)

10BASE-T

• Usa il doppino (T: “Twisted pair”) di categoria 3 o superiore

• Lunghezza massima 100 m

• Topologia stellare con repeater (detto in questo caso “hub” o “concentratore”) al centro

• Conforme agli standard di cablaggio strutturato

10BASE-T

repeater Rx

Tx

Tx Rx

10BASE-T: ripetizione delle trame

repeater

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10BASE-T: collisione

repeater

Lezione 17: riepilogo

• La rete Ethernet / IEEE 802.3

• Formato del pacchetto 802.3

• Protocollo MAC CSMA/CD

• Parametri di funzionamento del protocollo

• round trip delay, PDV, PVV

• Sottostandard di livello fisico

• standard per cavo coassiale, fibra ottica e doppino

Bibliografia

• “Reti di Computer”

• Parte del capitolo 4

• Libro “Reti locali: dal cablaggio all’internetworking”

contenuto nel CD-ROM omonimo

• Capitolo 6, 7 e 8