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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.

I.Filippini: FRT 2011-12 3.1 LAN - Architetture

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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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I.Filippini: FRT 2011-12

!  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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!  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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!  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


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


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.


tap terminatore


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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


Repeater


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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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!  Manchester encoding


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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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