Pier Luca Montessoro, Università degli Studi di Udine

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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 19

Reti locali wireless, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet

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)

Reti wireless

Collegamenti wireless

uso più flessibile delle risorse S.O. per singoli utenti

Batch Timesharing Networking LAN + Workstation

Mobile computing NATURALE EVOLUZIONE DEI SISTEMI DI CALCOLO

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Applicazioni

• NON soluzione alternativa alle LAN cablate

• costo elevato

• minori prestazioni

Applicazioni

• Estensione di LAN cablate

Applicazioni

• Collegamento tra LAN cablate in edifici diversi

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)

Esigenze e possibili applicazioni

• Ambiente “tethered”

• la collocazione del computer cambia raramente

• Ambiente “non-tethered”

• continuità della connessione mentre l’utente si sposta

Problemi e vincoli tecnologici

• Quali tecnologie trasmissive?

• Radio → sovraffollamento delle frequenze

• Ottiche → limiti ambientali e sulle distanze

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• Quale protocollo MAC?

• Non valgono i presupposti delle LAN cablate perché il mezzo trasmissivo NON È AFFIDABILE

• Serve un protocollo adatto

• Altri requisiti?

• Sicurezza → crittografia

• Bassi consumi (stazioni portatili alimentate a batteria)

Wireless LAN

Wireless LAN: IEEE 802.11

802.2 Logical Link Control ISO 8802.2 LLC

MAC 802.3

CSMA/

CD ISO 8802.3

802.4

TOKEN BUS ISO 8802.4

802.5

TOKEN RING

ISO 8802.5

...

interfaccia unificata verso il livello network

data linkfisico

802.11

WIRELESS LAN

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

BSS-A

BSS-B DISTRIBUTION SYSTEM

Ad-Hoc Network BSS-AH2

Infrastructure Network Station

AH2 Station

A1 Station A2 Access Point

A

Station B1

Station B2

Componenti di una wireless LAN

Access Point B Station

AH1

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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)

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

Protocollo MAC per wireless LAN

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)

RTS

CTS ack

data

≥ G3

G1 src

dst

G1 = SIFS (Short Inter Frame Space) G3 = DIFS (DCF Inter Frame Space) SIFS < DIFS

contesa sul canale

prenotazione del canale

conferma della prenotazione

trasmissione dei dati

conferma dell’avvenuta ricezione

tempo

G1 G1

• Consente di regolamentare l’accesso al canale mediante tempi di attesa, con canale libero, di differente durata

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• 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

• 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)

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

Point Coordination Function (PCF)

tempo Dx = AP → station

U_x = station → AP

D₁ U₁

D₁ D₁ U₁

D₁ SuperFrame

contention period

(DCF) contention free burst

G1 = SIFS G2 = PIFS

G2 G2

G1 G1

G2 G2

(no up) G1 G2

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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• Vengono modificati alcuni parametri del protocollo:

• Fast Ethernet: si riduce il diametro massimo della rete

• Gigabit Ethernet: si aumenta la durata minima della trasmissione

Fast Ethernet (IEEE 802.3u)

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

Fast Ethernet e cablaggio strutturato

concentratore Fast Ethernet

max 100 m

BRIDGE O SWITCH COLLEGANO I CONCENTRATORI DI DIVERSI PIANI

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)

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)

Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)

• 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

Ethernet Fast Ethernet bit rate

bit time Inter-packet gap

slot time

10 Mb/s 100 ns 9.6 µs 51.2 µs

100 Mb/s 10 ns 0.96 µs 5.12 µs

1 Gb/s 1 ns 96 ns 4.096 µs

Gigabit Ethernet

min . 64 byte (512 bit times )

min . 4096 bit times (512 + 3584) copertura FCS

tempo utile in cui si può rilevare la collisione (4159 bit times)

Estensione del pacchetto corto

DSAP SSAP dati

(LLC-PDU)

SFD len pad FCS

6 6 2

pre.

7 1

da 0 a 1500

da 0 a 46 4 ottetti (byte)

extension da 0 a 448

Livello fisico

• schema di codifica 8B/10B

• garantisce la trasmissione di un numero di transizioni sufficiente a consentire la sincronizzazione del ricevitore

byte proveniente dal sottolivello MAC

11111111 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

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

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

Altre funzionalità

• Standard IEEE 802.3x

• modifiche necessarie al MAC IEEE 802.3 per supportare la modalità operativa Full- Duplex

• 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

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)

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: montessoro@uniud.it Telefono: 0432 558286 Fax: 0432 558251

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