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Università degli Studi di Bergamo Facoltà di Ingegneria
Prof. Filippini
3 Reti locali .1 Architetture
Le reti locali (Local Area Networks-LAN) sono reti di telecomunicazione pensate e ottimizzate per connettere numerosi e differenti tipi di apparecchiature in un’area geografica limitata (un edificio, una fabbrica, un campus). La rete locale di solito appartiene, viene usata e gestita da una singola organizzazione. Le reti locali standardizzate dal comitato IEEE 802 sono reti di comunicazione peer-to-peer che utilizzano un mezzo condiviso. Occorre quindi progettare un sottolivello di accesso (Medium Access Control) per regolare l’accesso al mezzo condiviso.
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! Diminuzione dei costi e aumento della capacità computazionale dei computer
! Numero crescente di computer situati nello stesso edificio
! Necessità di ! interconnettere le varie apparecchiature ! scambiare dati (per es. applicazioni
groupware) ! condividere risorse “costose” (per es.
stampanti, database etc.)
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! Rete di laboratorio / Rete di ufficio
! Automazione di fabbrica 3.1 LAN - Architetture
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Le reti locali (Local Area Networks-LAN) sono reti di telecomunicazione pensate e ottimizzate per connettere numerosi e differenti tipi di apparecchiature in un’area geografica limitata (un edificio, una fabbrica, un campus). La rete locale di solito appartiene, viene usata e gestita da una singola organizzazione. Le reti locali standardizzate dal comitato IEEE 802 sono reti di comunicazione peer-to-peer che utilizzato un mezzo condiviso. Occorre quindi progettare un sottolivello di accesso (Medium Access Control) per regolare l’accesso al mezzo condiviso.
! Una rete locale interconnette varie apparecchiature senza richiedere nodi di switch intermedi. E’ un unico dominio di broadcast ed un unico dominio di collisione.
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! Un dominio di broadcast è quella porzione di rete in cui se una stazione trasmette una trama all’indirizzo MAC di broadcast tutte le altre stazioni ricevono la trama.
! Un dominio di collisione è quella porzione di rete in cui se due stazioni trasmettono contemporaneamente una trama si verifica una collisione.
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Le reti locali (Local Area Networks-LAN) sono reti di telecomunicazione pensate e ottimizzate per connettere numerosi e differenti tipi di apparecchiature in un’area geografica limitata (un edificio, una fabbrica, un campus). La rete locale di solito appartiene, viene usata e gestita da una singola organizzazione. Le reti locali standardizzate dal comitato IEEE 802 sono reti di comunicazione peer-to-peer che utilizzato un mezzo condiviso. Occorre quindi progettare un sottolivello di accesso (Medium Access Control) per regolare l’accesso al mezzo condiviso.
! La gestione della rete pesa unicamente sull’organizzazione (utente)
! I costi di acquisto delle apparecchiature e di gestione non possono essere condivisi tra più organizzazioni
! Caratteristiche ! bassi costi ! semplicità
! affidabilità e facilità di manutenzione ! facile spostamento ed aggiunta di stazioni
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Le reti locali (Local Area Networks-LAN) sono reti di telecomunicazione pensate e ottimizzate per connettere numerosi e differenti tipi di apparecchiature in un’area geografica limitata (un edificio, una fabbrica, un campus). La rete locale di solito appartiene, viene usata e gestita da una singola organizzazione. Le reti locali standardizzate dal comitato IEEE 802 sono reti di comunicazione peer-to-peer che utilizzato un mezzo condiviso. Occorre quindi progettare un sottolivello di accesso (Medium Access Control) per regolare l’accesso al mezzo condiviso.
! Una buona percentuale del traffico si limita alle singole LAN o all’ interconnessione di LAN appartenenti alla stessa organizzazione
! Molte apparecchiature condividono lo stesso mezzo ! Trasmissioni veloci e a burst (terminali grafici, applicazioni in
tempo reale)
! => ALTI DATA RATE
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Le reti locali (Local Area Networks-LAN) sono reti di telecomunicazione pensate e ottimizzate per connettere numerosi e differenti tipi di apparecchiature in un’area geografica limitata (un edificio, una fabbrica, un campus). La rete locale di solito appartiene, viene usata e gestita da una singola organizzazione. Le reti locali standardizzate dal comitato IEEE 802 sono reti di comunicazione peer-to-peer che utilizzato un mezzo condiviso . Occorre quindi progettare un sottolivello di accesso (Medium Access Control) per regolare l’accesso al mezzo condiviso.
! Una grande varietà di apparecchiature devono poter essere collegate
! Indipendenza dal costruttore ! Possibilità di interconnessione con reti geografiche
! => COMPATIBILITA’ => STANDARDIZZAZIONE
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! Comitato di standardizzazione IEEE 802
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802.3 802.5 802.11
802.2
802.1
Data Link Layer
Physical layer
Medium Access Control
Interconnessione di LAN
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! Tecnologia e mezzo di trasmissione ! Topologia ! Protocolli di accesso utilizzati
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SISTEMA DI COMUNICAZIONE
TOPOLOGIA PROTOCOLLI DI ACCESSO
3.1 LAN - Architetture
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LAN
Stella Doppino Cavo coassiale
Fibra ottica
Baseband Broadband Carrierband
CSMA/CD
Controllo di token
Anello
Bus
Mez
zi
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! Topologia: indica il modo in cui le stazioni in rete sono interconnesse ! A bus
! Ad anello (ring)
! A stella
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! Controllo d’accesso ! Trasmissioni contemporanee sul canale collidono. ! Protocolli per controllare l’accesso al mezzo
condiviso in moda da evitare o limitare le collisioni. ! Se le collisioni possono comunque avvenire
– Collision detection e ritrasmissione delle trame coinvolte nella collisione.
! PROTOCOLLI DI ACCESSO MULTIPLO ! Indirizzamento
! Le trame vengono ricevute da tutte le stazioni. – Meccanismo che consenta ad ogni nodo di riconoscere
se sia o meno destinazione della trama ricevuta.
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! Le trasmissioni vengono divise in trame. Ciascuna stazione ha associato un indirizzo univoco (MAC address) associato dal costruttore della scheda di rete.
! Il MAC address della stazione destinazione viene indicato nel campo destinazione dell’header di trama.
! Quando una stazione riceve una trama, verifica se il valore del campo destinazione della trama corrisponde ad un suo indirizzo. Solo in questo caso copia la trama ricevuta e la passa per ulteriori elaborazioni ai livelli superiori.
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! Unico mezzo trasmissivo condiviso dalle varie stazioni.
! La trasmissione di una stazione si propaga per tutta la lunghezza del mezzo e viene ricevuta da tutte le stazioni.
! Alla fine del bus il segnale è assorbito da un terminatore.
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tap terminatore
3.1 LAN - Architetture
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! Degradazione segnale ! Accesso
! Protocollo di accesso con prenotazione
! Protocollo di accesso a contesa – Sensing, verifico se altre stazioni stanno trasmettendo – Se libero, trasmetto – Gestione collisioni
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1 0 0 1 0 1 4 0 1 0 0 1 2 5
Prenot. Prenot.
1 2 3 4 5 1 2 4 53
Ciclo n Ciclo n+1
t
! Sono realizzate con una cascata di canali punto-punto interconnessi da ripetitori (Trasmissioni punto-punto su mezzo broadcast)
! I ripetitori svolgono un duplice ruolo: 1. ripetono sul link di uscita i bit ricevuti (dopo
averli copiati nel caso la stazione sia destinazione della trama)
2. rappresentano l’accesso alla rete per le stazioni
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Repeater
3.1 LAN - Architetture
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! Controllo d’ammissione (o d’accesso) ! Token ! Gestione del token ! Recupero del token
! Riassorbimento delle trame ! I pacchetti possono circolare indefinitamente in rete. ! Soluzione: la stazione che ha generato una trama
provvede al riassorbimento.
! Scarsa robustezza ai guasti ! Stazioni attive: se una si guasta l’anello si interrompe
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Stazione
Repeater Ritardo di attraversamento stazione (~ 1bit)
Stazione
Repeater
Stazione
ASCOLTO
TRASMISSIONE BYPASS (Stazione non attiva)
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! Node centrale ha due funzioni a seconda del tipo di rete
! Hub, interconnessione di più doppini ! Quando riceve una trama da una stazione ripete il
segnale sulle linee in uscita verso tutte le altre stazioni
! Punto di cablatura per reti ad anello ! Aiuta nella gestione dei guasti
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! 802.1: Architettura ed interconnessione ! 802.2: LLC, Stato data link ! Stato fisico: rame, radio, fibra ! MAC, Medium access control
! Dipende dallo strato fisico ! 802.3, 802.4, 802.5, 802.11, 802.15, 802.16
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802.2 Logical Link Control
802.3 CSMA/CD
UTP, STP, fibra, radio, etc
802.5 Token Ring
802.11 WLAN
Altre LAN
! Interfaccia unificata ai livelli superiori, nasconde il mezzo trasmissivo
! Tre tipi di servizi: ! connectionless senza riscontro ! connection-oriented ! connectionless con riscontro
! Destination Address ! Source Address ! Control
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LLC DA LLC SA CTRL PAYLOAD
1 1 1/2 Variabile Byte
! Indirizzi MAC, identificazione porta fisica ! 6 byte – ROM scheda
– Primi 3 byte: codice costruttore (OUI – Organization Unique Identifier)
– Secondi 3 byte: numerazione progressiva
! Indirizzi unicast, broadcast
! Sequenza di bit, scrittura esadecimale
00:13:AB:D7:B3:F8 unicast
FF:FF:FF:FF:FF:FF broadcast
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! Destination Address ! Source Address ! Frame Check Sequence
! CRC-32: Polinomio generatore per verificare integrità
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MAC DA MAC SA PAYLOAD
6 6 4 Variabile Byte
FCS
PAYLOAD LLC Header Livello 2
Livello MAC (!1.5)
! Cavo coassiale RG-213 ! Un conduttore centrale in rame di tipo solido ! Isolante in materiale espanso o compatto
(teflon) ! Due schermi in foglio di alluminio ! Due schermi in calza ! Ethernet 10Base5 (Thick Ethernet)
! Cavo coassiale RG-58 ! Un conduttore centrale in rame di tipo trefolato ! Isolante in materiale espanso o compatto ! Uno schermo in foglio di alluminio e uno
schermo in calza ! Attenuazione 2.7 volte superiore al cavo Thick ! Ethernet 10Base2 (Thin Ethernet)
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! Doppino non schermato UTP (Unshielded Twisted Pair) ! A 1 coppia o due coppie per fonia
! A 4 coppie nel cablaggio strutturato ! Multicoppie (10, 20, 25, 50, 100, 300 coppie) sulle
dorsali fonia ! A volte su dorsali dati a basse o medie capacità
! Doppino schermato FTP (Foiled Twisted Pair)
! Doppino con schermo globale costituito da 1 foglio di alluminio e da 1 calza in rame
! Ad es., 4 coppie singolarmente schermate in foglio + 1 schermo globale in calza
! Utilizzato nel cablaggio strutturato
! Ridottissima diafonia tra le coppie, costo elevato ! Doppino schermato STP (Shielded Twisted Pair)
! Doppino con singole coppie schermate più schermo globale
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! Fibre ottiche multimodo ! La luce si propaga con diversi
percorsi ! LED poco costosi
! Fibre ottiche monomodo ! La luce si propaga in 1 modo ! La fibra si comporta come guida
d’onda – un solo modo di propagazione
! Non si ha dispersione modale ! Si trasmette con Laser, più costosi dei
LED ! Coprono distanze maggiori a capacità
maggiori ! Difficoltà interconnessione
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! Nasce negli anni ’80
! Stazioni passive ! Coassiale Thick RG213 ! Velocità prop. min: 0.77c ! Max distanza tra stazioni: 2.8km ! Max num. stazioni: 1024 ! MAC: CSMA/CD
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! Preamble: sincronizzazione ! Start Frame Delimiter ! Destinazione and Source Address ! Length: lunghezza payload ! Pad: garantisce lunghezza minima della trama di
64byte ! FCS ! Lunghezza trama: [64,1518] byte
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DA SA LLC PDU
6 6 4 0-1500 Byte
FCS Len
2
Pad
0-46
SFD 1
Preamble
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! Il MAC 802.3 non esegue multiplazione ! La multiplazione è effettuata dal LLC
! Ethernet è una realizzazione pre-standard ancora usata da IP ! aziende Digital, Intel, Xerox ! LLC non esiste ! Il MAC esegue direttamente la multiplazione ! Trama Ethernet con Ether-type invece che
lunghezza (> 1536 byte)
– 0800: IP – 0805: X.25 – 0806: ARP – 8035: RARP
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IP, X.25, ARP, RARP
802.3 CSMA/CD
UTP, STP, fibra, radio, etc
802.5 Token Ring
802.11 WLAN
Altre LAN
! Mixing Segment, in grado di connettere più di 2 transceiver (connessione a bus) ! 10Base5/2: coassiale thick/thin ! 10Base-FP: utilizzo di stelle ottiche
passive ! Link Segment, in grado di connettere solo
2 transceiver (connessione punto-punto) ! 10Base-T: doppino ! 10Base-FL: fibra ottica ! 10Base-FB: standard con
caratteristiche di fault tolerance ! In disuso
! 10Broad36: cavo CATV ! 1Base5: UTP
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! Mezzo trasmissivo: cavo coassiale Thin ! 50 Ohm ! Velocità prop. min: 0.65c ! Max lunghezza segmento: 185m
! Parametri di configurazione ! Distanza min tra due BNC: 0.5m ! Max numero BNC per segmento: 30
! Mezzo trasmissivo: Unshielded Twisted Pair - UTP (minimo 2 coppie) ! 100 Ohm ! Velocità minima di prop.: 0.59c ! Lunghezza max segmento: 100m
! Due doppini di cat 3, un doppino per TX e un doppino per RX ! Hub: consente di connettere a stella più di 2 stazioni LAN come in
un bus ! Stazioni connesse a stella all’hub, ognuna con due doppini ! Opera come ripetitore multiporta
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! Estensione a 100Mb/s e mantenimento cablatura ! Solo a stella, max raggio: 100m ! Full-duplex grazie a centro stella ! 4 sotto-standard per tre tipi di mezzi fisici:
! 100BASE-TX – 2 doppini UTP Cat. 5 o 2 doppini STP, con connettori RJ45
! 100BASE-FX – 2 fibre ottiche multimodo
! 100BASE-T4 – 4 doppini UTP Cat. 3, con connettori RJ45 – Usa 3 dei 4 doppini disponibili alla volta
! 100BASE-T2 – 2 doppini UTP Cat. 3, con connettori RJ45 – Entrambi doppini bidirezionali
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! 1Gb/s ! ! Problema dimensioni minime trama
! Min lunghezza trama 512bit => 512byte (Carrier extension)
! Burst di trame fino a 8192 byte (Frame bursting)
! Scopriremo dopo le motivazioni
! Utilizzi principali del Gigabit Ethernet ! Realizzazione di un backbone veloce che collega
apparati
! Standard ! Fibra ottica: 1000Base-LX, 1000Base-SX ! Rame: 1000Base-CX, 1000Base-T ! 10Gb/s (’02): non più rete locale
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! Nasce negli anni ’80 come alternativa a Ethernet
! Topologia ad anello ! Frequenza di cifra: 4/16 Mb/s ! MAC: Trasferimento di permesso (token) ! Cablatura con concentratore ! Stati stazione: ascolto, trasmissione
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! Trasmissione punto-punto è più semplice del bus
! Ma ! problema ripetizione dei segnali con
stazioni spente ! problema segnali in circolo per tempo
indeterminato ! problema perdita del token
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! Starting Delimiter ! Access Control: Token, priorità, monitoraggio ! Frame Control: Tipo di trama ! Destination e Source Address ! Frame Check Sequence ! Ending Delimiter: Delimitatore e segnalazione errore di trama ! Frame Status: Stazione destinatario ha ricevuto con successo
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DA SA PAYLOAD
6 6 4 Variable Byte
FCS FC
1
AC
1
SD
1
ED
1
FS
1
Byte
AC
1
SD
1
ED
1
TOKEN
! In assenza di token: ! ascolto e ripetizione
! Quando si riceve il token: ! cattura token ! immissione trame ! drenaggio anello (anche
del proprio pacchetto) ! immissione nuovo token
– Molteplici strategie (fine rx propria trama, inizio rx propria trama, fine tx propria trama, etc.)
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T
T
1 bit di ritardo
- Affidabilita’: Mezzo trasmissivo attivo (soluzioni: bypass stazioni, cablaggio a stella) - MAC centralizzato - Ritardo di accesso minimo anche in assenza di traffico
+ Accesso al canale ordinato + Efficienza di banda elevata anche per traffico elevato + Massimo ritardo di accesso garantito + Possibile differenziazione nell’accesso al canale
tramite il meccanismo a priorita’. Adatto per applicazioni con vincoli sul ritardo di trasmissione.
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