Prof. PIER LUCA MONTESSORO Facoltà di Ingegneria

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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

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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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Collegamenti wireless

Networking

LAN + Workstation

Mobile computing NATURALE EVOLUZIONE DEI SISTEMI

DI CALCOLO

(7)

Applicazioni

• NON soluzione alternativa alle LAN cablate

• costo elevato

• minori prestazioni

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Applicazioni

• Estensione di LAN cablate

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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

802.2 Logical Link Control ISO 8802.2

LLC

MAC 802.3 ISO 8802.3

802.4 ISO 8802.4

802.5 ISO 8802.5

...

interfaccia unificata verso il livello network

data link

802.11

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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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BSS-A

BSS-B

DISTRIBUTION SYSTEM

BSS-AH2

Station

A1 Station A2 Access Point

A

Station

Station B2

Componenti di una wireless LAN

Access Point B

Station AH1

(19)

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

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Distributed Coordination Function (DCF)

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

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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

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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)

D_x = AP → station U_x = station → AP

D D D D D

SuperFrame

contention period (DCF) contention free burst

G1 = SIFS G2 = PIFS

G2

G2 G2 G2 G2

(29)

Evoluzione della rete Ethernet

(30)

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:

(31)

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 µ s

• Durata minima del pacchetto: 5.12 µ s

• 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

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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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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

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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 Ethernet bit rate

bit time

Inter-packet gap

10 Mb/s 100 ns

9.6 µ s

100 Mb/s 10 ns 0.96 µ s

1 Gb/s

1 ns

96 ns

Gigabit

Ethernet

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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

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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 encoder 8B/10B

1010110001

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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)

(45)

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 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)

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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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