© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 1
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) 2 Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà dell’autore prof. Pier Luca Montessoro, Università degli Studi di Udine.
Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell’Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione.
Ogni altro utilizzo o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampe) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori.
L’informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. L’autore non assume alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell’informazione).
In ogni caso non può essere dichiarata conformità all’informazione contenuta in queste slide.
In ogni caso questa nota di copyright e il suo richiamo in calce ad ogni slide non devono mai essere rimossi e devono essere riportati anche in utilizzi parziali.
Nota di Copyright
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 3
Lezione 17
IEEE 802.3: Ethernet
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 4
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
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 5
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
...
...
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 6
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)
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 7
Formato del pacchetto 802.3
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 8
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)
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 9
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)
pre. SFD len pad FCS
6 6 2
7 1
da 0 a 1500
da 0
a 46 4 ottetti (byte)
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 10
Formato del pacchetto 802.3
dati (Protocol Data Unit) di
pertinenza del sottolivello LLC lunghezza del
campo dati
DSAP SSAP dati
(LLC-PDU)
pre. SFD len pad FCS
6 6 2
7 1
da 0 a 1500
da 0
a 46 4 ottetti (byte)
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 11
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)
pre. SFD len pad FCS
6 6 2
7 1
da 0 a 1500
da 0
a 46 4 otteti (byte)
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 12
Protocollo MAC CSMA/CD
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 13
“CS”: Carrier Sense
QUALCUNO STA TRASMETTENDO?
A B C D
E F
G
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 14
“CS”: Carrier Sense
IL MEZZO È LIBERO:
POSSO INIZIARE LA TRASMISSIONE
A B C D
E F
G
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 15
“MA”: Multiple Access (?)
BLA BLA BLA ...
A B C D
E F
G
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 16
“MA”: Multiple Access (?)
BLA BLA BLA ...
A B C D
E F
G
DOVREI TRASMETTERE,
MA DEVO ASPETTARE
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 17
“CS”: Carrier Sense (II)
A B C D
E F
G
IL MEZZO
È LIBERO IL MEZZO
È LIBERO
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 18
“MA”: Multiple Access (!)
BLA BLA BLA ...
A B C D
E F
G
BLA BLA BLA ...
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 19
“CD”: Collision Detection
A B C D
E F
G
C’È STATA UNA
COLLISIONE! C’È STATA UNA
COLLISIONE!
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 20
Annullamento della trasmissione
SEQUENZA DI JAMMING
A B C D
E F
G
SEQUENZA DI
JAMMING
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 21
Backoff
A B C D
E F
G
ATTENDO PRIMA DI RIPROVARE
ATTENDO
PRIMA DI
RIPROVARE
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 22
Parametri di funzionamento
del protocollo
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 23
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
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 24
Caso limite
A B
rete di estensione massima
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 25
Caso limite
A B
IL MEZZO È LIBERO:
POSSO INIZIARE LA
TRASMISSIONE
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 26
Caso limite
A B
BLA BLA BLA ...
il segnale si propaga
ASCOLTO SE IL MEZZO
È LIBERO
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 27
Caso limite
A B
IL MEZZO È LIBERO:
POSSO INIZIARE LA TRASMISSIONE
il segnale si propaga
BLA BLA
BLA ...
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 28
Caso limite
A B
BLA BLA
BLA ... BLA BLA
BLA ...
collisione!
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 29
Caso limite
A B
BLA BLA BLA ...
inizio del
pacchetto di B sequenza di jamming
C’È STATA UNA
COLLISIONE!
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 30
Caso limite
A B
C’È STATA UNA
COLLISIONE!
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 31
Caso limite
A B
sequenza di jamming
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 32
Collision window
• È la finestra temporale durante la quale una stazione, durante la trasmissione, rileva le possibili collisioni
DSAP SSAP dati
(LLC-PDU)
pre. SFD len pad FCS
6 6 2
7 1
da 0 a 1500
da 0
a 46 4 otteti (byte)
collision window
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 33
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 µ s
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 34
Durata minima della trasmissione
• Durata minima della trasmissione
• 100 ns • 576 bit = 57.6 µ s
• Tempo utile per rilevare le collisioni
• 57 µ s (0.6 µ s di margine di sicurezza)
DSAP SSAP dati
(LLC-PDU)
pre. SFD len pad FCS
6 6 2
7 1
da 0 a 1500
da 0
a 46 4 ottetti (byte)
dimensione minima: 64 + 512 = 576 bit
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 35
Round trip delay
• È il tempo di propagazione del segnale sul cavo nel caso peggiore
A B
andata
ritorno
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 36
Path Delay Value (PDV)
• È il massimo round trip delay
• Deve essere inferiore alla durata minima
della trasmissione: 57 µ s
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 37
Estensione massima teorica
• Velocità di propagazione:
• v
p≅ 2 • 10
8m/s
• Estensione massima teorica:
• L
max= v
p• PDV / 2 =
2 • 10
8m/s • 57 µ s / 2 ≅ 5.7 km
A B
Lmax
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 38
Estensione massima in pratica
• Il segnale si attenua troppo e deve essere amplificato dai “repeater”
A B
repeater
∆t ≅ 5.3 µs
Lmax ≅ 2 km
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 39
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
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 40
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
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 41
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 µ s per salvaguardare
l’IPG
Inter Packet Gap: minimo 9.6 µs
pacchetto 1 pacchetto 2 pacchetto n
t
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 42
Sottostandard di livello fisico
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 43
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
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 44
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
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 45
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)
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 46
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
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 47
10BASE-T
repeater
Rx
Tx
Tx
Rx
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 48
10BASE-T: ripetizione delle trame
repeater
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 49
10BASE-T: collisione
repeater
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 50
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
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 51
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
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 52