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Marzo 2004
LAN-8023 - 1 © P. Nicoletti: see page 2
RETI LOCALI BASATE SUETHERNET 802.3
Pietro NicolettiStudio Reti
www.studioreti.it
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LE RETIWAN
MAN
LAN
Wide Area NetworkReti geografiche
MetropolitanArea Network
Reti metropolitane
Local Area NetworkReti locali
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LAN, MAN, WAN La LAN è una rete che si sviluppa a livello locale (ufficio,
edificio, comprensorio) senza l’attraversamento di suolo pubblico
La MAN è una rete che si sviluppa a livello cittadino con particolari standard di comunicazione di livello 2
La WAN si sviluppa a livello geografico con l’attraversamento di suolo pubblico può mettere in comunicazione sia LAN, sia MAN
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Topologia delle reti Punto-Punto Stella Bus Anello Maglia parziale Maglia completa
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Topologia Punto-Punto Mette in comunicazione due singole entità
due computer, due LAN, due entità geografiche
New YorkSan Francisco
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Topologia a Stella Due o più connessioni tra entità che convergono in un
unico apparato di concentrazione
New York
San Francisco
Seattle
DallasMiami
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Topologia a Bus Mette in comunicazione due o più entità tramite un
mezzo trasmissivo che fa la funzione di autostrada di comunicazione (bus)
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Topologia ad Anello Mette in comunicazione due o più entità tramite un
sistema di comunicazione richiuso su se stesso, quindi ad anello
Ring-IN
Ring-OUTRing-IN
Ring-OUT
Ring-IN
Ring-IN
Ring-OUT
Ring-OUT
Ring-IN
Ring-OUT
ANELLO
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Le topologie a maglia La maglia permette di mettere in comunicazione tre o
più entità tramite un sistema di comunicazione che presenta diversi percorsi per raggiungere l’entità finalemaglia parziale maglia completa
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Maglia parziale Nella topologia a maglia parziale le entità sono connesse
con altre e formano un insieme che presenta più di un percorso per raggiungere un’entità di destinazione
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Maglia completa Nella topologia a maglia completa ogni entità è
connessa con tutte le altre
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Tecniche di comunicazione Tipo connesso denominato Connection-Oriented
vantaggi: affidabilità, garanzia della consegna del messaggio
svantaggi: richiede diversi meccanismi di controllo
Tipo non connesso denominato Connection-Less vantaggi: comunicazione snella che richiede sistemi
trasmissivi molto affidabili svantaggi: non garantisce la consegna del messaggio
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Connection Oriented Simile alla chiamata telefonica:
apertura della connessione: i computer si scambiano gli identificativi e stabiliscono la comunicazione che è una sorta di filo virtuale
assegnazione dell’identificativo di connessione (Connection ID)
invio dei dati attraverso il filo virtuale: numerazione dei pacchetti e controllo della sequenza
corretta
Chiusura della connessione
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Connection Less
AuguriCarlo
AuguriGiulia
Buon lavoroStefania
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Connection Less Trasmissione dei pacchetti:
ogni pacchetto contiene l’identificativo del mittente e del destinatario del messaggio
Il trasmittente non effettua controlli sulla consegna del messaggio
Ricezione dei pacchetti: la stazione ricevente verifica se il pacchetto ricevuto è ad
essa destinato: in caso affermativo lo accetta, ma non invia la conferma alla
stazione trasmittente in caso negativo lo scarta
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LAN (Local Area Network) È un sistema di comunicazione che permette ad
apparecchiature indipendenti di comunicare tra di loro entro un'area delimitata utilizzando un canale fisico a velocità elevata e con basso tasso di errore.
IEEE: Institute of Electric and Electronic Engineerin comitato 802
emana standard riguardanti le tecnologie delle LAN e delle MAN
http://www.IEEE.org
DEFINIZIONE IEEE 802
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Perchè le LAN? Perchè la maggior parte delle informazioni è trasmessa
localmente
Le trasmissioni locali
sono tipicamente
a burst
La velocità richiesta
è elevata
Mezzo trasmissivo
condiviso da
tutti gli utenti
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Il progetto IEEE 802(Local and Metropolitan Area Network)
Tecnologie trasmissive differenziate
IEEE 802.2Logical Link Control
IEEE802.3
Ethernet
IEEE802.5TokenRing
IEEE802.11
WirelessLAN
FISICO
NETWORK
LIVELLI SUPERIORI
DA
TA
LIN
K
LLC
MAC
LIV. 1
LIV. 2
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ISO/OSI e IEEE 802
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Data Link
Fisico
6
5
4
3
2
1
7
IEEE802
LAN/MAN WAN
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NRZ
I
MLT-
30 1 10 0 1 0 0 1 1 1 0
0 V
-
V
0
V
+ V
-
V
+ V
Clock
+ 2.2 V+ 2.8 V
- 2.2 V
- 2.8 V
Il livello fisico
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Il livello 2: Data Link Si occupa di garantire una trasmissione di pacchetti
sufficientemente affidabile e verifica la presenza di errori; stabilisce la metodologia per contendere e condividere un mezzo di comunicazione comune quale la rete
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Il livello 3: Rete Definisce gli indirizzi con cui identificare un nodo in rete,
si occupa di instradare i messaggi con metodologie diverse a seconda dei protocolli; determina se e quali sistemi intermedi devono essere attraversati per giungere a destinazione e provvede ad instradamentialternativi in caso di guasti
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Il livello 4: Trasporto Il livello 4 accetta dati dal livello 5, li frammenta in
pacchetti più piccoli adatti ad essere trasmessi dal livello 3 ed assicura che i pacchetti arrivino tutti nel corretto ordine
Trasporto
Consegnapacco
Firma suricevuta
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I Sottolivelli del livello Data-Link IEEE 802 ha suddiviso il livello Data-Link in due
sottolivelli: LLC: Logical Link ControlMAC: Media Access Control
LLC è comune a tutte le LAN ed è l'interfaccia verso il livello network. I servizi e i protocolli di questo sottolivello sono descritti
nello standard IEEE 802.2
MAC è specifico per ogni LAN e risolve il problema della condivisione del mezzo trasmissivo. Esistono vari tipi di MAC: ad allocazione di canale fissa o
dinamica, deterministici o statistici, ecc.
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Il livello MAC Nelle LAN il livello MAC realizza sempre una rete di tipo
broadcast ogni stazione a livello data link riceve le trame inviate da
tutte le altre stazioni
Il broadcast può essere realizzato: con topologie intrinsecamente broadcast quali il bus con topologie punto a punto quali l'anello
I canali trasmissivi sono sufficientemente affidabili e non è necessario in genere correggere gli errori a livello MAC le LAN sono connectionless a livello MAC
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Il Sottolivello MAC Il sottolivello MAC è di fondamentale importanza nelle
reti di tipo broadcast In tali reti occorre:
in trasmissione: determinare chi deve/può utilizzare il canale
in ricezione: discriminare quali messaggi sono destinati alla stazione tramite l’utilizzo di indirizzi
i nodi o apparati di rete vengono identificati in una LAN tramite degli indirizzi di 6 ottetti o byte denominati “Indirizzi MAC”
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Gli indirizzi
Livello Fisico
Livello MAC
Livello LLC
Livello Network
Livelli Superiori
Indirizzi Network
Indirizzi LLC
Indirizzi MAC
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La trama nelle LAN
Livelli Superiori
Header Network
Header LLC
Header MAC
FCS MAC
Sincronizzazione a livello fisico
Separazione delle trame
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La MAC PDU (Protocol Data Unit) I campi principali di una MAC PDU sono:
Gli indirizzi (detti SAP: Service Access Point) univoci a livello mondiale:
DSAP: Destination SAP SSAP: Source SAP
La LLC-PDU contiene l’header LLC e i dati La FCS (Frame Control Sequence): un CRC su 32 bit per il
controllo dell’integrità della trama
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La MAC PDU (Protocol Data Unit)
SOURCEMAC
Address(6 byte)
DESTINATONMAC
Address(6 byte)
HEADERLLC
Messaggio FCS
HEADER MAC
HEADER NETWORK
Frame Check Sequence(controllo di errore)
4 byte
Sincronizzazione a livello fisico
Separatore di trama
LLC-PDU
DSAP SSAP
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Gli indirizzi MAC Sono standardizzati dalla IEEE
sono lunghi 6 byte, cioè 48 bit si scrivono come 6 coppie di cifre esadecimali
Ad esempio:
0 8 0 0 2 b 3 c 0 7 9 a
000010000000000000101011001111000000011110011010
08-00-2b-3c-07-9a
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Gli indirizzi MAC Si compongono di due parti grandi 3 Byte ciascuna:
I tre byte più significativi indicano il lotto di indirizzi acquistato dal costruttore della scheda, detto anche vendor code o OUI (Organization Unique Identifier).
I tre meno significativi sono una numerazione progressiva decisa dal costruttore
0 8 0 0 2 b 3 c 0 7 9 a
OUI assegnato dall’IEEE Assegnato dal costruttore
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Tipi di indirizzi MAC Single: di una singola stazione
tipo universale contenuto in ROM tipo locale contenuto in RAM
Multicast: di un gruppo di stazioni contenuto normalmente in RAM per il periodo del suo
impiego contenuto in ROM se riservato dall’IEEE
Broadcast: di tutte le stazioni (ff-ff-ff-ff-ff-ff)
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Indirizzi Multicast o di gruppo Il valore del byte più significativo è dispari
01-80-C2-00-00-00
0 1 8 0 C 2 0 0 0 0 0 0
00000001 10000000 11000010 00000000 00000000 00000000
1o Byte 2o Byte 3o Byte 4o Byte 5o Byte 6o Byte
I/G Individual = 0, Global = 1
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Indirizzo MAC locale Assegnato all’interfaccia di rete a livello di
configurazione a dai software di rete Alternativo all’indirizzo MAC universale
AA-04-00-00-23-1C
A A 0 4 0 0 0 0 2 3 1 c
10101010 00000100 00000000 00000000 00100011 00011100
1o Byte 2o Byte 3o Byte 4o Byte 5o Byte 6o Byte
U/L Universal = 0, Local = 1
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Indirizzo Universale o Locale
AA-04-00-00-23-1C08-00-2b-4c-00-8a
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LAN-8023 - 38 © P. Nicoletti: see page 2
Il sottolivello LLC È la versione per le LAN di HDLC LLC è utilizzabile con un qualsiasi MAC LLC può offrire al Livello 3 i seguenti tipi di servizio:
Tipo 1: Unacknowledged connectionless serviceTipo 2: Connection Oriented serviceTipo 3: Semireliable service
LLC ha sue PDU (LLC-PDU) molto simili a quelle di HDLC LLC ha un suo SAP (LLC-SAP) che viene utilizzato per
discriminare tra più protocolli di livello superiore
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La LLC-PDU
Dati LLC
Header MAC
FCS MAC
Sincronizzazione a livello fisico
Separazione delle trame
DSAP SSAP Control
1 1 1 o 2ottetti
Header LLC
LLC-PDU
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LAN-8023 - 40 © P. Nicoletti: see page 2
I servizi LLC verso il livello 3
Livello 3OSI
Livello 3TCP/IP
Livello 3....
Sottolivello MAC
Servizi del sottolivello LLC
Servizi del sottolivello MAC
Sottolivello LLC
Scelta basatasu LLC-DSAP
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LLC SAP (Sevice Access Point) Sono grandi un Byte
due bit I/G e U riservati 64 indirizzi singoli, globali definibili ff broadcast 00 data link layer itself
Gli indirizzi universali sono assegnati dall’ISO solo per i protocolli progettati da un comitato di standardizzazione
1 0 1 1 1 1 0 1
I/G (Individual=0, Group=1)U (Non Universal=0, Universal=1)
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LAN-8023 - 42 © P. Nicoletti: see page 2
Esempi di SAP-LLC Codifiche di DSAP e SSAP
0FEH - protocollo ISO 8473 042H - protocollo IEEE 802.1D Spanning Tree 0AAH - pacchetto LLC di tipo SNAP
Nel campo control la codifica 03H indica un pacchetto UI (Unnumbered Information)
042H 042H 03H
1 1 1 mOTTETTI
DSAP SSAP CONTROL INFORMATION
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LAN-8023 - 43 © P. Nicoletti: see page 2
SNAP PDU Subnetwork Access Protocol (SNAP)
Si riconoscono dalla codifica 0AAH in DSAP e SSAP Si utilizzano quando i pacchetti LLC contengono dati
derivati da protocolli non OSI Esiste un Header aggiuntivo su 5 ottetti detto Protocol
Identifier
0AAH
DSAP SSAP CONTROL INFORMATION
ProtocolIdentifier
0AAH 03H 000000H 0800H
OUI ProtocolType
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LAN-8023 - 44 © P. Nicoletti: see page 2
Il Protocol Identifier È composto da due parti:
L’OUI (su 3 ottetti) che indica chi ha progettato il protocollo
Il protocol type (2 ottetti) che identifica il protocollo
Se l’OUI è uguale a zero il protocol type è quello usato in ethernet v2.0, ad esempio: 6003 Decnet fase IV 6004 LAT 8137/8 IPX 0800 IP 0806 ARP 809B EtherTalk (AppleTalk over Ethernet)
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LAN-8023 - 45 © P. Nicoletti: see page 2
LA RETE ETHERNET/802.3
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LAN-8023 - 46 © P. Nicoletti: see page 2
IEEE 802.3 È l'evoluzione della rete Ethernet creata da Digital, Intel
e Xerox all’inizio degli anni 80 Livello fisico:
topologia e cablaggio: originariamente a bus → cavi coassiali ora tipicamente a stella → doppini e fibre ottiche 7 sotto-standard diversi usati
velocità trasmissiva è sempre di di 10 Mb/s
Sottolivello MAC del livello Data-LinkCSMA/CD
Esiste interoperabilità tra Ethernet v2.0 e IEEE 802.3
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LAN-8023 - 47 © P. Nicoletti: see page 2
Il MAC di Ethernet/802.3 CSMA/CD:
Carrier SenseMultiple Accesswith Collision Detection
Protocollo MAC: concepito per topologie a bus non deterministico con tempo di attesa non limitato
superiormente
A B C D E F
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LAN-8023 - 48 © P. Nicoletti: see page 2
Trasmissione senza collisione Ascolto del canale trasmissivo e verifica se è libero Trasmissione
l’ascolto continua anche in questa fase
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Trasmissione con collisione Tempo di ritardo causa un’indicazione errata sulla
presenza di trasmissioni in corso sul canale trasmissivo, questo fatto introduce la possibilità che si verifichino delle collisioni
Collisione
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LAN-8023 - 50 © P. Nicoletti: see page 2
Ethernet v2.0 e IEEE 802.3
802.3ISO
8802.3
802.2 Logical Link ControlISO 8802.2
LIVELLONETWORK
LIVELLODATA LINK
LIVELLOFISICO
LLC
MAC
CSMA/CD
Ethernetversione
2.0
CSMA/CD
Ethernet v2.0 di :Digital, Intel, Xerox
Standard ANSI/IEEE ed ISO/IEC
802.5ISO
8802.5
FDDIISO9314
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LAN-8023 - 51 © P. Nicoletti: see page 2
Compatibilità Ethernet - IEEE 802.3
Livello Network (o altro livello superiore)
Livello Fisico
Ethernet v2.0
Livello Fisico
IEEE 802.3
MAC
Ethernet v2.0 MAC
IEEE 802.3
LLC
IEEE 802.2
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LAN-8023 - 52 © P. Nicoletti: see page 2
Modello architetturale di 802.3
MDI
Livello
Data-Link
Livello
fisico
ISO/OSI IEEE 802.3 / ISO 8802.3
CSMA/CD
Physical Layer Signaling (PLS)
10BASE-T 10BASE2 10BASE5 10BASE-F
AUI
MAC
PMA: Physical Medium Attachment
AUI: Attachment Unit Interface
MDI: Medium Dependent Interface
IEEE 802.2/ISO 8802.2 Logical Link Control LLC
Livello Rete
PMA
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Tipi di pacchetto Coesistenza nelle reti di pacchetti formato Ethernet Ver.
2.0 e IEEE 802.3 protocolli più datati adottano pacchetti Ethernet 2.0 protocolli più recenti adottano pacchetti IEEE 802.3
IEEE 802.3
Ethernet v2.0
Payload (campo dati) FCSLUNDestinatario MittenteSFDPreambolo PAD
7 ottetti 6 ottetti1 ottetto 6 ottetti 2 ottetti 4 ottetti
Payload (campo dati) FCSTipoDestinatario MittenteSFDPreambolo
46 - 1500 ottetti
>1500
0 - 1500
PAD: Padding
SFD: Starting Frame Delimiter
FCS: Frame Check Sequence
LUN: lunghezza
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La separazione delle trame In trasmissione si deve garantire un IPG/IFS minimo di
9.6µs Il ricevente per distinguere 2 pacchetti consecutivi
necessita di un IPG/IFS minimo di 4.7µs
Pacchetto o Trama
(TX) 9.6 µµµµs min.
(RX) 4.7 µµµµs min.
Pacchetto o Trama
IPG (Inter Packet Gap - termine Ethernet v 2.0)
IFS (Inter Frame Spacing - termine 802.3)
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Ethernet: standard di livello fisico IEEE 802.3 stabilisce stabilisce 7 standard a livello fisico:
10BASE5: usa il coassiale di tipo thick 10BASE2: usa il coassiale di tipo thin 10BASE-T: usa il doppino FOIRL: usa la fibra ottica per connettere i repeater 10BASE-FL: è un’evoluzione del FOIRL per connettere
repeater o stazioni 10BASE-FB: è uno standard in fibra ottica con
caratteristiche di fault tolerance 10BASE-FP: è uno standard che fa uso di stelle ottiche
passive
Oggi si utilizzano solo gli standard 10BASE-T e raramente 10BASE-FL
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10BASE-T Standard per IEEE 802.3 su doppino UTP (Unshielded
Twisted Pair) Caratteristiche:
concepito per applicazioni d'ufficio utilizzo di UTP a basso costo facilità di connettorizzazione (RJ45)
Standard di tipo link (punto a punto): richiede l'adozione di repeater per collegare le stazioni la connessione tra repeater e stazione è fatta usando due
doppini (due coppie): TX stazione - RX repeater RX stazione - TX repeater
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10BASE-T Concepito per adattare IEEE 802.3 a cablaggi
strutturati:TIA/EIA 568A ISO/IEC 11801 EN-50173
Cavo UTP 100 Ω costo del cavo minore di 500 lire/metro
Lunghezza massima consigliata 100 m 90 m di cablaggio strutturato 10 m di cavetti di patch
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Connettori per 10BASE-T
Presa Femmina daparete
Spinotto (plug) maschiovolante
Connettori RJ45 a otto fili
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RJ45: assegnazione delle coppie TD+ (pin 1)
TD- (pin 2)
RD+ (pin 3)
Non Utilizzato
Non Utilizzato
RD- (pin 6)
Non Utilizzato
Non utilizzato
Vista frontale del connettore
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10BASE-T: Funzionalità Funzione di Trasmissione:
trasferisce i dati dal DTE alla coppia TX se non vi è nulla da trasmettere, trasmette sulla coppia TX
un segnale di idle (TP_IDL)
Funzione di Ricezione: trasferisce i dati dalla coppia RX al DTE
Funzione di Loopback: il MAU invia al DTE i dati trasmessi sulla coppia TX
Funzione di Rilevazione delle collisioni: il MAU rileva una collisione quando riceve
simultaneamente dati dalla coppia RX e dal DTE
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10BASE-T: Funzionalità Funzione di SQE Test:
serve a collaudare periodicamente il circuito del MAU che rileva le collisioni
Funzione di Jabber: interrompe trasmissioni di trame che eccedano la
lunghezza massima consentita
Funzione di Link Integrity Test: verifica che il MAU stia trasmettendo o ricevendo trame
oppure ricevendo il segnale di idle in caso contrario entra in uno stato di “Link Test Fail”
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Link Integrity Test:10BASET e 10BASE-FL
PACCHETTO
Start of TP_IDL450 ns
LINK TEST PULSE200 ns
SILENZIO8 ÷ 24 ms
STATO DI IDLE
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Standard su fibra ottica Le fibre ottiche richieste da IEEE 802.3 per FOIRL,
10BASE-FL, 10BASE-FB, 10BASE-FP devono avere le seguenti caratteristiche:multimodali 50/125 e 62.5/125 terminate su connettori STmultimodale 100/140 terminata su connettori F-SMA
(utilizzata solo per FOIRL) trasmissione in prima finestra (850 nm) la banda passante minima richiesta è di 160 MHz.Km
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10BASE-FL Lo standard 10BASE-FL è una miglioria del FOIRL ed è
compatibile con esso: implementa le funzionalità aggiuntive di
Link Integrity Test Jabber
lunghezza massima del link 2000 m calcolo del power budget
1.5 dB perdita 2 connettori ST8 dB attenuazione 2 Km di fibra ottica1 dB margine
10.5 dB power budget
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Rilevamento della collisione su coax
Rl50 ΩΩΩΩ
± 1%
RX
Rl50 ΩΩΩΩ
± 1%
TX
Cavo Coassiale
Transceiver
V > 1.492 V = Collisione
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Collisione su 10BASE-T e coax La collisione non si verifica sul doppino in quanto è
intrinsecamente full-duplex Nel caso 10BASE-T la collisione avviene solo dentro il
repeater che è il vero elemento di condivisione della banda trasmissiva quando su due o più segmenti c’è trasmissione di dati
all’interno del repeater si verifica la reale collisione
Nel caso coax si può verificare sia sul cavo, sia nel repeater
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Collisione nel repeater
Repeater
Trasm
ission
e Trasmissione
Collisione
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10baseT: Crossover Function e Collisiondetection sul MAU
La funzione di crossover può essere implementata automaticamente nel MAU
MAU MAUCavo
1 TD+
2 TD-
3 RD+
6 RD-
3 RD+
6 RD-
1 TD+
2 TD-Coll.
detect
DO
DI
CI Coll.detect
DO
DI
CI
MAU: Medium Attachment Unit (Transceiver)
DO = Data Output DI = Data Input CI = Collision Input
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Connessione DTE - MAU Il MAU deve inviare, alla fine della trasmissione di un
pacchetto, un segnale al DTE sui fili della rilevazione delle collisioni: tale segnale serve a collaudare i circuiti di rilevazione delle
collisioni può essere indicato con i nomi:
CPT (Collision Presence Test - termine Ethernet V 2.0) SQE Test (Signal Quality Error Test - termine 802.3).
Tale funzionalità: è importante per il corretto funzionamento della rete può essere disabilitata non deve essere disabilitata in modo sistematico
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Connessioni HardwarePin 13
Pin 6
Pin 5Pin 12
Pin 2
Pin 9
Pin 3
Pin 10
Coll.
circ.
Pin 13
Pin 6
Pin 5Pin 12
Pin 2
Pin 9
Pin 3
Pin 10
+ 12 V, oppure + 15 V
Receiver
Collision
Transmitter
Power
RX
Coll.
TX
DTE TransceiverCable
+c
+
-
+
-
+
-
Isolated
Power Supply
MAU
TXRX
UTP
AUIAttachment
UnitInterface
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SQE-Test SQE-Test deve essere :
abilitato sul transceiver se esso è connesso ad un controller (interfaccia di una CPU, bridge, router, terminal server, gateway)
disabilitato sul transceiver se esso è connesso ad un repeater IEEE 802.3 (alcuni vecchi repeater ethernet lo richiedevano abilitato)
Possibili incompatibilità possono verificarsi per differenze di tempistica del segnale tra: transceivers Ethernet V 2.0 connessi a controller 802.3 transceivers 802.3 connessi a controller Ethernet V2.0 si possono verificare delle false collisioni:
aggiornare l’hardware a IEEE 802.3 qualora non possibile, disabilitare lo SQE-Test
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Tempistiche CPT e SQE
PACCHETTOCPT300 ns Minimo500 ns Nominale
360 ns
min.deve finire entro
2000 ns
Ethernet v2.0
PACCHETTOSQE - Test500 ns Minimo1500 ns Nominale
deve finire entro 3000 ns
IEEE 802.3
600 ns
min.
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Tipi di Segmento Esistono quindi due tipi di segmenti:
Mixing Segment in grado di connettere più di 2 transceiver(connessione di tipo punto-multipunto):
10base5 10base2 10baseFP
Link Segment in grado di connettere unicamente 2 transceiver (connessione di tipo punto-punto):
10baseT FOIRL 10baseFL 10baseFB
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Il ripetitore o hub Serve per ripetere e rigenerare una sequenza di bit
ricevuti da una porta sulle altre porte. Assume il nome di:
repeater quando è costituito da 2 porte;multiport repeater quando è costituito da più di 2 porte.
ApplicazioneApplicazione
PresentazionePresentazione
SessioneSessione
TrasportoTrasporto
ReteRete
Data LinkData Link
FisicoFisicoFisicoFisico FisicoFisico
Ripetitore
ApplicazioneApplicazione
PresentazionePresentazione
SessioneSessione
TrasportoTrasporto
ReteRete
Data LinkData Link
FisicoFisico
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Repeater: funzionalità Signal Amplification Signal Symmetry Signal Retiming Carrier Sense and Data Repeat Preamble Insertion (non presente in Ethernet V 2.0)
non “taglia” il preambolo come in Ethernet V 2.0 tende a ridurre l'interpacket gap (IPG)
Fragment Extension (min 96 bit) Collision Detection and Jam Generation Test functions
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Repeater: limiti Un repeater IEEE 802.3 introduce un ritardo pari a 14
bit-time (1.4 µs) Repeater Set
insieme costituito da: 1 repeater 2 cavi drop da 50 m 2 transceiver
introduce un ritardo pari a 53.28 bit-time (5.33 µs) equivale al ritardo introdotto da circa 530 m di cavo
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Configurazione: regole semplificate generali Si applicano solo in presenza di segmenti:
10BASE-5, 10BASE-2, 10BASE-T, FOIRL, 10BASE-FL
Tra due stazioni ci possono essere: 5 segmenti 4 repeater-set 2 transceiver e 2 cavi AUI per le due stazioni
Al massimo 3 segmenti possono essere coax mentre gli altri devono essere link
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Regole semplificate per 10BASE-T Lunghezza massima del segmento 10BASE-T
100 metri limite imposto dal cablaggio strutturato secondo le
normative TIA/EIA 568, ISO/IEC 11801, EN-50173
Ammessi 5 repeater in cascata 6 segmenti 10BASE-T in cascata
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Collision Window È una finestra di 512 bit-time (51.2 µs)
dimesioni pari a quelle del pacchetto più corto 64 ottetti, cioè 512 bit
viene aperta immediatamente dopo la trasmissione dello SFD
Per garantire la funzionalità del CSMA/CD: la stazione trasmittente deve rilevare la collisione mentre
sta ancora trasmettendo
56 bit preambolo
8 bit Start Frame Delimiter
511 bit (collision window - 1)
575 bit Max. Round Trip Delay
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PDV: Path Delay Value PDV corrisponde al tempo utile in cui è possibile rilevare
una collisione (T1 + T2 della figura)
PDV ≤ 570 bit-time (57 µs a 10 Mb/s) Max. Round trip Delaymeno 5 bit-time di margine di sicurezza
T1
T2
A B
Collisione
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PVV: Path Variability Value E’ l’entità massima ammessa, lungo tutto il percorso,
che tende a ridurre l’Inter Frame Spacing per effetto della variabilità con cui la porta di un repeater si sincronizza sul preambolo tale somma deve essere inferiore a 49 bit-time
limita il numero di ripetitori
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Massima estensione di una rete 802.3 a 10 Mb/s La seguente configurazione è valida solo con le regole
estese: l'estensione massima può raggiungere i 4000 m
PDV 568.75 bit time, PVV 10.5 bit time
R
DTE 2DTE 1
Segmenti Link2000 m - 10BASE-FL
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Fast Ethernet - IEEE 802.3u IEEE 802.3u è detto anche 100BASE-T
Evoluzione di Ethernet 802.3 10BASE-T e 10BASE-F
Quattro sotto-standard per diversi mezzi fisici: 100BASE-T4 (doppino cat 3, su 4 coppie) 100BASE-T2 (doppino cat 3, su 2 coppie) 100BASE-TX (doppino cat 5, su 2 coppie) 100BASE-FX (fibra ottica)
Mantiene l’algoritmo CSMA/CD di 802.3 Mantiene il formato del pacchetto di 802.3 Velocità 100 Mb/s
100BASE-X
Praticamenteinutilizzati
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Modello architetturale 802.3u
LIVELLO
DATA LINK
LIVELLO
FISICO
ISO/OSI IEEE 802.3 - 100BASE-T
CSMA/CD
Reconciliation Sublayer
PCS 100BASE-T4 PCS 100BASE-T2
100BASE-T4 100BASE-T2
MII
MAC
PHY: Physical Layer Device
PMA: Physical Medium Attachment
PMD: Physical Medium Dependent
PCS 100BASE-X
100BASE-TX 100BASE-FX
MDI
PMA
PMD PHY
MDI: Medium Dependent Interface
MII: Medium Independent Interface
PCS: Physical Coding Sublayer
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Limiti sulla dimensione della rete Velocità dieci volte superiore
Data Rate 100Mb/sBit time 10ns Interpacket gap 0.96µs Slot time 512 bit (5.12µs)
Distanze dieci volte inferiori (200 m + 5 m) Sufficienti per il cablaggio a stella (attorno ad un HUB) di
una rete di 100 m di raggio (200m di diametro)
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100 m 100 m5 m
Dorsale
o WAN
Dominio di collisione (massimo 205 m)
LAN
Router
Bridge
Switch
Topologia di rete
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Livello fisicoCollegamenti punto-punto tra: stazioni
bridge switch
stazione e ripetitore
Standard Mezzo fisico UtilizzoLunghezzamassima
Codifica
100BASE-T4Doppino attorciliato non
schermato cat 3 o superiore4 coppie 100 m 8B6T
100BASE-T2 Doppino attorciliato nonschermato cat 3 o superiore
2 coppie 100 m PAM5x5
100BASE-TX Doppino attorciliato nonschermato cat 5 o schermato
2 coppie 100 m FDDI:4B5B
100BASE-FXFibra ottica multimodale
(62.5/125 µm)2 fibre
400 m – HD2000 m - FD
FDDI:4B5B
Ripetitore
Stazione
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100BASE-T4Utilizzo delle 4 coppie 1 per trasmissione 1 per ricezione 2 per trasmissione o ricezione
Ricezione Trasmissione
RipetitoreStazione
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100BASE-XLimiti fisici sulle dimensioni della rete 100BASE-X identifica funzioni e specifiche comuni a
100BASE-TX e 100BASE-FX Derivato del livello fisico di FDDI (ISO/IEC 9314) 100BASE-TX utilizza UTP o STP (Shielded Twisted Pair)
Lughezza massima di tratta: 100 mDiametro massimo della rete 205 m con 2 ripetitori
100BASE-FX utilizza fibra ottica Lunghezza massima di tratta: 400 m
Limite derivante dal CSMA/CD
Diametro massimo della rete 300 m con 1 ripetitore
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LAN-8023 - 90 © P. Nicoletti: see page 2
Autonegoziazione Possibilità di negoziare:
velocità (solo su rame)modalità half/full duplex (su rame e fibra)
Sequenza di negoziazione: 1 Gb/s full-duplex 1 Gb/s half-duplex 100 Mb/s full-duplex 100 Mb/s half-duplex 10 Mb/s full-duplex 10 Mb/s half-duplex
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LAN-8023 - 91 © P. Nicoletti: see page 2
Gigabit EthernetIEEE 802.3z e IEEE 802.3ab Estensione del protocollo di accesso al mezzo (MAC) Serie di protocolli di livello fisico GMII (Gigabit Media Independent Interface) tra essi
LIVELLO
DATA LINK
LIVELLO
FISICO
ISO/OSI IEEE 802.3
CSMA/CD
Reconciliation Sublayer
1000BASE-T
GMII
MAC
1000BASE-X
MDI
PHY
GMII: Gigabit Medium Independent Interface
MDI: Medium Dependent Interface
PHY: Physical Layer Device
1000BASE-SX 1000BASE-LX 1000BASE-CX
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LAN-8023 - 92 © P. Nicoletti: see page 2
Nuovi meccanismi Carrier extension
Aumenta il tempo minimo di trasmissione di un pacchetto Preambolo + dati + extension bit = 4096 bitTempo massimo per rilevare una collisione 4.1 µs
Dimensioni dell’ordine di Fast Ethernet (tempo di rilevamento 5.1 µs)
Burst mode La stazione non rilascia il controllo del mezzo alla fine della
trasmissione di un pacchettoTrasmissione di extension bit durante l’Inter Frame GapMassima tramissione continua: 64 Kbit
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LAN-8023 - 93 © P. Nicoletti: see page 2
Modalità di fuzionamento Si prevede una modalità condivisa basata su ripetitori
Non utilizzataNon si conoscono prodotti commerciali
Normalmente utilizzo in modalità full duplexNo carrier extension
Non ci sono collisioni
No burst mode Non c’è contesa
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LAN-8023 - 94 © P. Nicoletti: see page 2
Gigabit EthernetLivello fisico
1000BASE-SX MMF 50/125 µµµµm (400 MHz * Km a 850nm) 2 fibre 500 m FC: 8B10B
MMF 50/125 µµµµm (500 MHz * Km a 850nm) 550 m
MMF 62.5/125 µµµµm (160 MHz * Km a 850nm) 220 m
MMF 62.5/125 µµµµm (200 MHz * Km a 850nm) 275 m
1000BASE-LX MMF 50/125 µµµµm (400/500 MHz * Km a 1300nm) 2 fibre 550 m FC: 8B10B
MMF 62.5/125 µµµµm (500 MHz * Km a 1300nm) 550 m
SMF 10/125 µµµµm 5000 m
1000BASE-CX Doppino attorcigliato schermato bilanciato 2 coppie 25 m FC: 8B10B
(jumper cable) 150 ΩΩΩΩ
1000BASE-T Doppino attorcigliato non schermato 4 coppie 100 m PAM5
bilanciato 100 Ω Ω Ω Ω Cat. 5
MMF = Multi Mode Fiber (Fibra ottica multimodale) SMF = Single Mode Fiber (Fibra ottica monomodale)
Standard Mezzo fisico Utilizzo Max Codifica
(banda passante per lunghezza) lung.
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LAN-8023 - 95 © P. Nicoletti: see page 2
Ripetitore
Stazione
1000BASE-T Trasmissione full-duplex su 4 coppie
250 Mb/s per coppiaTrasformatori ibridi (hybrid)
Come forchetta telefonica
Codifica di linea PAM5 (5-level Pulse Amplitude Modulation) 6 simboli binari codificati come quadrupla di simboli
quinariOgni simbolo tramesso su una coppia
125 Mbaud per coppia
Ridondanza utilizzata per codici di controllo UTP di cat 5 deve superare collaudi ulteriori oltre a quelli
previsti dalle specifche di cablaggio strutturato antecedentialla versione dello standard TIA/EIA TSB95
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LAN-8023 - 96 © P. Nicoletti: see page 2
1000BASE-X Comprende
1000BASE-CX (copper short range) 1000BASE-SX (short wavelength) 1000BASE-LX (long wavelength)
Basato sul livello fisico di Fiber Channel (FC)Codifica a blocchi 8B10BRidondanza: simboli di controllo e transizioni
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LAN-8023 - 97 © P. Nicoletti: see page 2
Ricettacolo
Connettore
Ricevi
tore
Trasm
ettito
re
Alloggiamenti per le chiavi di inserzione
Chiavi di inserzione
Luce u
scente
Luce e
ntrant
e
Connettore e ricettacolo1000BASE-SX e 1000BASE-LX
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LAN-8023 - 98 © P. Nicoletti: see page 2
I finestra850nm
II finestra1310nm
III finestra1550nm
Lucevisibile
10
5
2
1
0.5
AttenuazionedB/km
Lunghezza d'onda
nm
160015001000455 750
Finestre di attenuazione utilizzate
Utilizzata da 1000BASE-SX
Utilizzata da 1000BASE-LX
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LAN-8023 - 99 © P. Nicoletti: see page 2
Connettore SC di Colore BLU
Connettore SC di Colore BEIGE
Connettori SC di Colore BEIGE
Apparato con porta 1000BASE-LX
Cassetto ottico del cablaggio
Giunzione a fusione tra spezzoni di fibra SMF e MMF
MMF = Multi Mode Fiber (Fibra ottica multimodale)
SMF = Single Mode Fiber (Fibra ottica monomodale)
1000BASE-LX e fibra ottica multimodale:Mode Conditioning Patch Cord
Necessario perchè il laser del transceiver è progettatoper la trasmissione su fibra monomodale
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LAN-8023 - 100 © P. Nicoletti: see page 2
Prodotti commerciali non standard Seconda finestra (1310 nm), fibra monomodale: 10 Km Terza finestra (1550 nm), fibra monomodale: 100 Km Non garantita interoperatività tra apparati di costruttori
diversi
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LAN-8023 - 101 © P. Nicoletti: see page 2
10 Gigabit Ethernet - IEEE 802.3ae Standard in via di approvazione Stesso formato di trama di IEEE 802.3 Solo modalità full-duplex
No ripetitoriNo CSMA/CDNo carrier extension
Mantenere la buona fama di Ethernet 10x in incremento delle prestazioni 3x in incremento dei costi
Penetrazione mercato delle reti metropolitane (MAN) e geografiche (WAN)Rapporto prezzo/banda più elevato rispetto a soluzioni
tradizionali (SONET/SDH, Frame Relay, ATM)
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LAN-8023 - 102 © P. Nicoletti: see page 2
PMA: Physical Medium AttachmentPMD: Physical Medium DependentXGII: 10 Gigabit Medium Independent Interface
MDI: Medium Dependent InterfacePCS: Physical Coding SublayerPHY: Physical Layer Device
LIVELLO
DATA LINK
LIVELLO
FISICO
ISO/OSI IEEE 802.3ae
MAC (opzionale)MAC (opzionale)
Reconciliation SublayerReconciliation Sublayer
10GBASE-X
(8B10B)
10GBASE-X
(8B10B)
XGMII
10GBASE-R (64B/66B)10GBASE-R (64B/66B)
WAN Interface Sublayer (WIS)WAN Interface Sublayer (WIS)
10GBASE-R10GBASE-R
10GBASE-LX410GBASE-LX4
10GBASE-SR10GBASE-SR
10GBASE-LR10GBASE-LR
10GBASE-ER10GBASE-ER
10GBASE-SW10GBASE-SW
10GBASE-LW10GBASE-LW
10GBASE-EW10GBASE-EW
PH
Y
PCS
PMD
PMA
10GBASE-R 10GBASE-W
LAN PHY WAN PHY
MDI
Modello architetturale
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LAN-8023 - 103 © P. Nicoletti: see page 2
WAN PHY Permette trasporto su infrastrutture MAN e WAN
esistentiDWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)
Permette riutilizzo di componenti MAN e WAN esistentiTransceiver e circuiteria SONET/SDH
Velocità di trasmissione diversa (9.6 Gb/s) dal LAN PHY Comunanze tra WAN PHY e LAN PHY → attesi sul
mercato componenti con entrambe le funzionalità Specialmente 10GBASE-R e 10GBASE-W
WIS (WAN Interface Sublayer) adatta il segnale del PCSBit scrambling Intestazioni SONET/SDH
Marzo 2004
LAN-8023 - 104 © P. Nicoletti: see page 2
16640 ottetti63
576 ottetti
(STS-192c) Payload (campo dati)
Transport
Transport
Overhead
Overhead
17280 ottetti
9 r
igh
e
STS-192c = Synchronous Transport Signal – di livello 192, c = concatenated (concatenato)
SPE = Synchronous Payload Envelope
Line
Overhead
Section
Overhead
(STS-192c) SPE
Colonna di
Path Overhead
Payload (campo dati)
1
9 r
igh
e
16704 ottetti
Trama IDLE
Fixed
Stuff
(non
usato)
IDLE
IDLE
Flusso di dati dal PCS
TramaIDLE
Trasporto di trame 10GE su SONET/SDH
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LAN-8023 - 105 © P. Nicoletti: see page 2
10GE e SONET/SDH Versione semplificata di SONET/SDH
Evitare la complessità imposta dai requisiti di SONET/SDH Limitare il costo dei componenti
Solo alcuni campi dell’intestazione sono utilizzati Eliminazione dell’elevata precisione di sincronizzazione
No Stratum-1 clock (precisione 10-12)
Dispositivi 10GE generano e inoltrano trame in modoasincrono usando framing SONET/SDH limitate funzionalità di management SONET/SDH
Marzo 2004
LAN-8023 - 106 © P. Nicoletti: see page 2
Livello fisico
Standard Tipo fibraMassimalunghezza
Finestra Utilizzo Codifica
Multimodale 62.5 µm 26 – 33 m10GBASE-SR
Multimodale 50 µm 66 – 300 m850 nm
Edificio(Cablaggioorizzontale)
64B/66B
10GBASE-LR Monomodale (10 µm) 10 Km 1310 nm Comprensorio 64B/66B
10GBASE-ER Monomodale (10 µm) 40 Km 1550 nm Metropolitana 64B/66B
Multimodale 62.5 µm 300 m
Multimodale 50 µm 240 – 300 m
Edificio
(Cablaggioorizzontale)
10GBASE-LX4
Monomodale (10 µm) 10 Km
1310 nm
Comprensorio
FC 10G: 8B10B
Multimodale 62.5 µm 26 – 33 m10GBASE-SW
Multimodale 50 µm 66 – 300 m850 nm
Edificio
(Cablaggio
orizzontale)
64B/66B
SONET/SDH
framing
10GBASE-LW Monomodale (10 µm) 10 Km 1310 nm Comprensorio64B/66B
SONET/SDHframing
10GBASE-EW Monomodale (10 µm) 40 Km 1550 nm Metropolitana64B/66B
SONET/SDHframing
Marzo 2004
LAN-8023 - 107 © P. Nicoletti: see page 2
10GBASE-X Codifica derivata da 10G FC (Fiber Channel a 10 Gb/s) Blocchi di 32 bit sono codificati con 4 blocchi di 10 bit Inviati su 4 corsie (lane)
Ogni corsia opera a 3.125 Gbaud
Ridondanza utilizzata per codici di controllo Per esempio segnale idle per realizzare l’inter frame gap
Marzo 2004
LAN-8023 - 108 © P. Nicoletti: see page 2
10GBASE-LX4