Corso di RETI RETI DDII COMUNICAZIONE E INTERNET ... · RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide 1...

Politecnico di Milano Politecnico di Milano –– Sede di CremonaSede di CremonaA.A. A.A. 2010/112010/11

Corso di Corso di RETI RETI DIDI COMUNICAZIONE E INTERNETCOMUNICAZIONE E INTERNET

Modulo 1Modulo 1

Martino De MarcoMartino De Marco

RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 00

Martino De MarcoMartino De Marco([email protected], [email protected])([email protected], [email protected])

Parte 3Parte 3RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)

Programma del corsoProgramma del corso

1 - RETI E SERVIZI DI TELECOMUNICAZIONI1.1 Servizi di telecomunicazioni1.2 Caratterizzazione delle reti di telecomunicazioni1.3 Protocolli di comunicazione

2 - RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA

3 - RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)3.1 Architetture e protocolli per LAN3.2 LAN IEEE 802.33.3 Wireless LAN3.4 Interconnessione LAN


2 - RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)2.1 Il livello data-link2.2 Il livello di rete2.3 Valutazione delle prestazioni2.4 Cenni sull’evoluzione delle reti dati in area geografica

3.4 Interconnessione LAN (bridging e routing)

4 - FONDAMENTI DI TELEFONIA FISSA E MOBILE4.1 Reti fisse analogiche e digitali4.2 Reti radiomobili

IndiceIndice

• Generalità sulle reti locali• Ethernet / IEEE 802.3


• Bridging e switching• Virtual LAN• LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps

GeneralitàGeneralità

• Definizione– Sistema di comunicazione tra apparecchiature indipendenti entro

un'area limitata che utilizza un canale fisico ad alta velocità con basso tasso d'errore

• Attributi di una LAN– Affidabilità: schede di LAN oggi prodotte con garanzia illimitata


– Affidabilità: schede di LAN oggi prodotte con garanzia illimitata– Flessibilità: utilizzate per applicazioni molto diverse (LAN di PC,

integrazione PC-mainframe, ecc.)– Modularità: componenti di diversi costruttori utlizzabili– Espandibilità: crescita graduale della rete nel tempo– Gestibilità: componenti delle LAN tali da essere gestiti in remoto con il

protocollo SNMP (Applicativo basato su UDP/IP)– Economicità: elemento chiave per la diffusione delle LAN

Il progetto IEEE 802Il progetto IEEE 802

Struttura generale del progetto

Interfaccia unificata con il livello networkLIVELLONETWORK

LLC 802.2 .Logical Link -ControlISO 8802.2

LIVELLODATA LINK


MAC 802.3

ISO8802.3

802.6

ISO8802.6

802.5

ISO8802.5

802.4

ISO8802.4

FDDI

ISO9314 LIVELLO

FISICOCSMA/CD TOKEN

BUSTOKENRING

DQDB FDDI

Tecnologie trasmissive differenziate


• Comitati IEEE per standardizzare l'evoluzione delle LAN (e MAN)– 802.1 Overview, Architecture, Bridging and Management– 802.2 Logical Link Control– 802.3 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

• 802.3u 100BaseT; 802.3z 1000BaseT

– 802.4 Token Bus– 802.5 Token Ring– 802.6: DQDB (Distributed Queue Dual Bus) - MAN

• Altri comitati


• Altri comitati– 802.7 Broadband technical advisory group– 802.8 Fiber-optic technical advisory group– 802.9 Integrated data and voice networks– 802.10 Network security– 802.11 Wireless network WiFi– 802.12 100VG AnyLAN– 802.14 Cable-TV based broadband communication network– 802.15 Wireless Personal Area Network (Bluetooth)– 802.16 Broadband Wireless Access WiMax


• IEEE 802.1– Specifiche generali del progetto IEEE 802– 802.1 Part A: Overview and Architecture– 802.1 Part B: Addressing, Internetworking and Network Management– 802.1 Part C: MAC Bridges

• Obiettivo: LAN e MAN devono fornire interfaccia unificata


• Obiettivo: LAN e MAN devono fornire interfaccia unificata verso il livello Network, nonostante le diverse tecnologie trasmissive

• Mezzo: livello Data Link diviso in– LLC (Logical Link Control)

• Comune a tutte le LAN

– MAC (Medium Access Control)• Specifico per la singola LAN

LLCLLC• Sottolivello LLC (Logical Link Control)

– Fornisce interfaccia unificata verso il livello Network– Derivato da HDLC senza le funzioni di frame delimitation e FCS già

svolte a livello MAC– Livello LLC realizzato in software (livello MAC in hardware)– Ogni livello LLC gestisce un solo livello MAC– Opera sia come connectionless (più diffuso) che come connection-

oriented


oriented

• Relazione tra PDU L3-DSAP L3-SSAP L4-PDU….L3PDU

LLC-DSAP LLC-SSAP CONTROL L3-PDU

MAC-DSAP MAC-SSAP LLC PDU FCS

LLCPDU

MACPDU

LLCLLC

• LLC-PDU

• Tipi di PDU– U-PDU (Unnumbered): trasporto dati utente (modo connectionless) per

DESTINATIONADDRESS

SOURCEADDRESS

CONTROL INFORMATION

Byte 1 1 1/2 m


– U-PDU (Unnumbered): trasporto dati utente (modo connectionless) per inizializzazione o diagnostica

• UI (Unnumbered Information): dati di utente• XID (Exchange Identification): tipi di servizio LLC disponibili• TEST (Test): loopback test tra sistemi

– I-PDU (information): trasporto dati di utente (connection-oriented)– S-PDU (Supervisory): trasporto informazioni di controllo (connection-oriented)

• Control field– 1 byte: U-PDU– 2 byte: S-PDU, I-PDU

MACMAC

• Sottolivello MAC (Medium Access Control)– Risolve il problema della condivisione del mezzo trasmissivo– Necessario poichè a livello Data Link le LAN usano una sottorete

trasmissiva broadcast

• Problemi connessi ad una sottorete trasmissiva broadcast– Trasmissione: verifica di canale libero prima di trasmettere il

messaggio


messaggio– Ricezione: determinazione dell'effettivo destinatario del messaggio

• Soluzioni– Trasmissione: uso di algoritmo tipico del MAC– Ricezione: uso di indirizzi a livello MAC (nella MAC-PDU) che

trasformano trasmissioni broadcast in• Comunicazioni punto-punto• Comunicazioni punto-gruppo• Comunicazioni broadcast

MACMAC• IEEE 802.3: evoluzione di Ethernet proposta da Digital, Intel e Xerox

– MAC di tipo CSMA/CD• Arbitraggio canale con contesa non determinstica• Non garantisce limite superiore su tempo di attesa

– Topologia logica a bus con cablaggio a bus o a stella– Velocità 10 Mbit/s (max throughput 4 Mbit/s)

• IEEE 802.4: standard per automazione di fabbrica (MAP- Manufact Automation Protocol)

– MAC di tipo Token Bus


– MAC di tipo Token Bus• Arbitraggio canale con token• Garantisce limite superiore su tempo di attesa

– Topologia logica e fisica a bus– Velocità 10 Mbit/s (max throughput 8 Mbit/s)

• IEEE 802.5: evoluzione di Token Ring proposta da IBM– MAC di tipo Token Ring

• Arbitraggio canale con token• Garantisce limite superiore su tempo di attesa

– Topologia logica ad anello con cablaggio a stella o a doppio anello– Velocità 4 o 16 Mbit/s (max throughput 3 o 12 Mbit/s)

MACMAC

• IEEE 802.6: standard per MAN– MAC di tipo DQDB

• Arbitraggio canale con prenotazioni• Garantisce limite superiore su tempo di attesa

– Topologia logica a doppio bus con cablaggio a doppio bus o a doppio anello– Velocità 34/140 Mbit/s (max throughput 80%)

• FDDI (Fiber Distributed Data Interface):


• FDDI (Fiber Distributed Data Interface): inserita nel gruppo IEEE 802, ma standard ISO (ISO 9314)– MAC

• Arbitraggio canale con token• Garantisce limite superiore su tempo di attesa

– Topologia logica ad anello con cablaggio a stella o a doppio anello– Velocità 100 Mbit/s (max throughput 80 Mbit/s)– Primo standard per LAN in fibra (anche realizzazioni in rame)

MACMAC

• MAC-PDU– FCS: codice CRC a 32 bit

• Tipi indirizzo (48 bit)– Single– Multicast– Broadcast (ff-ff-ff-ff-ff-ff)

Indirizzo didestinazione

Indirizzo dimittente

LLC PDU FCS

MAC-DSAP MAC-SSAP INFO


– Broadcast (ff-ff-ff-ff-ff-ff)

• Scheda che riceve una trama– Verifica integrità– Analizza indirizzo– Trasferisce al livello LLC se

• MAC-DSAP broadcast• MAC-DSAP single con indirizzo uguale a quello della scheda• MAC-DSAP multicast con indirizzo di scheda nel gruppo

Indirizzi MACIndirizzi MAC

• 6 byte nella ROM della scheda– Primi 3 byte: codice costruttore

(OUI - Organization Unique Identifier)

– Secondi 3 byte: numerazione progressiva

• Ordine trasmissione bit dipendente dal protocollo– 802.3 e 802.4: primo bit è il meno significativo del primo byte

0 8 0 0 2 b 3 c 0 7 9 a

OUIOUI assegnato dall’IEEE assegnato dall’IEEE Assegnato dal costruttoreAssegnato dal costruttore


– 802.5 e FDDI: primo bit è il più significativo del primo byte

• Formato canonico scelto da IEEE coincide con quello di 802.3

– Reti con altro formato devono effettuare conversione

08-00-2B-3C-56- fe Individual Universal 08-00-2b-3c-56- fe 10-00-d4-3c-6a-7f

01-00-e5-7f-00-02 Multicast Universal 01-00-e5-7f-00-02 80-00-7a- fe-00-40

aa-00-04-00-65-27 Individual Local aa-00-04-00-65-27 55-00-20-00-a6-e4

03-00-00-20-00-00 Multicast Local 03-00-00-20-00-00 c0-00-00-04-00-00

ff - ff - ff - ff - ff - ff Broadcast ff - ff - ff - ff - ff - ff ff - ff - ff - ff - ff - ff

Canonical Order SignificatoNative Order802.3 e 802.4

Native Order802.5 e FDDI

Livello fisicoLivello fisico

• Cavo coassiale Thick Ethernet– Ethernet 10Base5 (tipo RG213)– 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


– due schermi in calza

• Cavo coassiale Thin Ethernet– Ethernet 10Base2 (tipo RG58)– 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

Livello fisicoLivello fisico• Doppino non schermato (Unshielded Twisted Pair -

UTP)– 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 velocità

• Doppino schermato S-UTP– Doppino con schermo globale costituito da 1 foglio di


– 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,

difficile da intestare sui plug RJ45 schermati• Doppino schermato STP (Shielded Twisted Pair)

– Doppino con singole coppie schermate più schermo globale

Livello fisico Livello fisico -- DoppiniDoppini• Cat. 1: per telefonia analogica• Cat. 2: per telefonia digitale a trasmissione dati a bassa velocità (linee

seriali)• Cat 3: B=16 MHz

– Ethernet 10BaseT e 100BaseT4, Token Ring 4 Mb/s• Cat. 4: B=20 MHz

– Token Ring 16 Mb/s• Cat. 5: B=100 MHz


• Cat. 5: B=100 MHz– FDDI MLT-3, Ethernet 100BaseTX, 100VG AnyLan su 2 coppie

• Cat. 5E: B=100 MHz– reti locali Gigabit Ethernet 1000 Base TX– Introdotto per (Ri)Classificare i Cablaggi UTP Cat. 5 che soddisfano Test di

verifica per il supporto di Gigabit Ethernet• Cat. 6: B=250 MHz su 100 m – Draft

– Obiettivo: Gigabit Ethernet e oltre• Cat. 7: B=600 MHz – 1200 MHz – Draft

– Obiettivo: Gigabit Ethernet e oltre

Livello fisico Livello fisico -- DoppiniDoppini


Livello fisico: fibra otticaLivello fisico: fibra ottica• Fibre ottiche multimodali: la luce si propaga con diversi percorsi:

– Step-index (oggi non più utilizzate)– Graded-index (utilizzate tipicamente nelle reti locali)

• La variazione continua degl’indici di rifrazione rallenta i raggi centrali• La banda passante molto superiore a quelle step-index• Finestra I e II (850 e 1300 nm)

– Si trasmette con LED • poco costosi – VCSEL a 850 nm

• Fibre ottiche monomodali:


• Fibre ottiche monomodali:– La fibra si comporta come guida d’onda: un solo modo di propagazione– Non si ha dispersione modale– La banda passante è elevatissima, centinaia di GHz * Km– Lavorano in finestra II e III (1300 e 1500 nm)– Si trasmette con Laser

• Più costosi dei LED• Coprono distanze maggiori a velocità maggiori

– Difficoltà interconnessione• Aumenta al diminuire delle dimensioni del core

Livello fisico: fibra otticaLivello fisico: fibra ottica


IndiceIndice




by Bob Metcalfe

Ethernet / IEEE 802.3 Ethernet / IEEE 802.3 -- GeneralitàGeneralità

• Ethernet sviluppata da Digital, Intel, Xerox negli anni 70

• Successivamente standardizzata come IEEE 802.3 (1985) e come ISO 8802.3 (1989)

LIVELLONETWORK

802.2 Logical LinkControlISO 8802.2LLC

LIVELLODATA LINK


8802.3 (1989)• Caratteristiche

– Topologia a bus– Velocità 10 Mbit/s– Metodo di accesso CSMA-

CD– Coinvolge il livello 1 e il

sottolivello MAC del livello 2

MAC

DATA LINK

802.3ISO

8802.3

Ethernetversione

2.0LIVELLOFISICO

802.5ISO

8802.5

FDDIISO9314

Ethernet V 2.0 diDigital . Intel. Xerox

Standard ANSI/IEEE ed ISO/IEC

Livello fisicoLivello fisico• Velocità trasmissione:

10 Mbit/s• Massima distanza tra le due

stazioni più distanti: 2.8 km• Numero massimo stazioni:

1024• Mezzo trasmissivo: cavo

cavo transceiver (cavo drop)


coassiale thick (RG213)– Impedenza: 50 Ω– Velocità minima di

propagazione: 0.77c– Attenuazione max segmento

(500 m): 8.5 dB a 10 MHz o 6 dB a 5 MHz

• Topologia a bus

Transceiver Bus

Livello fisicoLivello fisico

• Transceiver– Elemento che consente di

trasmettere/ricevere trame sul mezzo trasmissivo

– Si collega all'interfaccia Ethernet (controller) tramite cavo transceiver

• Un Transceiver include

Receiver

Collision

Transmitter

+ 12 V, oppure + 15 VPin 13Pin 6Pin 5Pin 12Pin 2Pin 9

Pin 3Pin 10

+

+-

+-

+c

TX

Coll.

RX

PowerPin 13Pin 6Pin 5Pin 12Pin 2Pin 9

Pin 3Pin 10

IsolatedPower Supply

Coll.Circ.


• Un Transceiver include– Due driver per trasmissione al

controller di• Segnali dati• Segnale di collisione

– Un receiver per trasmissione sul mezzo trasmissivo dei dati dell'intefaccia

– Un circuito di alimentazione alimentato dal controller

Transmitter Pin 10-TX Pin 10

Ethernet ControllerTransceiver Cable

Transceiver

CoaxCable

Controller EthernetController Ethernet

• Codifica/decodifica Manchester: garantisce almeno una transizione del segnale per bit (facilita l'estrazione del clock)

Clock

High


High

Low

0 1 0 1 0 0 1 1 1

Sottolivello MACSottolivello MAC• MAC-PDU: trama IEEE 802.3

– Preambolo (7 byte): consente la sincronizzazione in ricezione– SFD - Start Frame Delimiter (1 byte): contiene una violazione del codice

Manchester– Destination address, DA (6 byte)– Source address, SA (6 byte)– Length (2 byte): lunghezza del campo LLC PDU– Data (0-1500 byte): lunghezza variabile


– Data (0-1500 byte): lunghezza variabile– Pad (0-46 byte): garantisce lunghezza minima trama (64 byte)– FCS - Frame Check Sequence (4 byte)

Preamble LLC-PDU FCSDA SA

1

Len.

64 - 1518

SFD

67 6 2 0 - 1500 4

Pad

0 - 46Byte

Sottolivello MACSottolivello MAC

• Trasmissione/ricezione trame– Il MAC riceve l’unità informativa dal livello superiore e genera una

stringa seriale da trasmettere sul mezzo fisico– Il MAC garantisce una spaziatura minima tra trame trasmesse

(interpacket spacing)– Il MAC riceve una stringa seriale di bit sul mezzo fisico e fornisce l’unità

informativa al livello superiore


informativa al livello superiore– Il MAC scarta le trame più corte della lunghezza minima (64 byte)

• Gestione campo FCS– Generazione campo FCS per le trame da trasmettere– Controllo correttezza campo FCS nelle trame ricevute

• Gestione preambolo– Generazione preambolo per le trame da trasmettere– Rimozione preambolo nelle trame ricevute


• Metodo di accesso: CSMA/CD– Carrier Sense: listen before talking– Multiple Access: mezzo trasmissivo condiviso con possibili collisioni– Collision Detection: listen while talking

• Gestione collisioni– Il MAC interrompe la trasmissione

se rileva collisione


se rileva collisione– Il MAC genera segnale di jamming

di 32 bit per segnalare l'avvenuta collisione

– Il MAC rischedula la trasm. con algoritmo di back-off (max 16 volte)

• Ritardo è un multiplo intero dello slot time (512 bit o 51.2 µs)

• Multiplo al tentativo n è numero casuale in [0,2k] , k=min(n,10)


• Principali parametri Ethernet– Slot time 512 bit time (51.2 µs)

tempo di attesa prima di una ritrasmissione– Inter Packet Gap 9.6 µs distanza minima tra due trame– Attempt limit 16 max numero tentativi di ritrasmissioni


– Attempt limit 16 max numero tentativi di ritrasmissioni– Backoff limit 10 numero tentativi oltre il quale non

aumenta più la casualità del backoff time– Jam size: 32 bit lunghezza sequenza di jam– Max frame size: 1518 byte– Min frame size: 64 byte

Configurazioni di reteConfigurazioni di rete

• Topologie– Logica: Bus– Fisica: Bus o Stella

• Configurazioni– Mixing Segment, in grado di

connettere più di 2 transceiver (BUS)• 10base5: coassiale thick• 10base2: coassiale thin Hub

A

B

C

D

E

F

G


• 10base2: coassiale thin• 10baseFP: utilizzo di stelle ottiche

passive

– Link Segment, in grado di connettere solo 2 transceiver (punto-punto)

• 10baseT: doppino• FOIRL: fibra ottica per connettere

repeater• 10baseFL: evoluzione di FOIRL• 10baseFB: standard con

caratteristiche di fault tolerance

Hub

A B C ED

10Base510Base5• Come in Ethernet v2.0• Cavo coassiale thick (RG213)

– Impedenza: 50 Ω– Velocità min prop: 0.77c– Attenuazione max segmento

(500 m): 6 dB a 5 MHz, 8.5 dB a 10 MHz

• Parametri– Lunghezza max cavo coax:

Stazione StazioneStazione

Cavo AUI o drop


– Lunghezza max cavo coax: 500 m (1 o più spezzoni)

– Lunghezza max cavo AUI (Attachment Unit Interface) o Drop: 50 m

– Distanza min tra due MAU (Medium Access Unit) o transceiver: 2.5 m

– Numero max MAU per segmento: 100

2.5 m minGiunto o barrel

di tipo “N”

MAU ( transceiver )

Thick coax 500 m max

100 MAU max connessi in un segmento

Terminatore da 50 Ω

10Base210Base2

• Mezzo trasmissivo: cavo coassiale Thin (RG58)

– Impedenza: 50 Ω– Velocità min di propagazione:

0.65c– Attenuazione max segmento

(185 m): 6 dB a 5 MHz, 8.5 dB a 10 MHz

• MAU collegato al cavo coax con Stazione

Stazione Stazione

Cavo AUI o Drop

MAU ( transceiver )


• MAU collegato al cavo coax con connettore a T (BNC)

• Parametri configurazione– Lunghezza max cavo coassiale:

185 m– Lungh max cavo AUI: 50 m– Dist min tra due MAU: 0.5 m– Numero max MAU per

segmento: 30

Connettore a “T”di tipo “BNC”

Stazione con transceiver integrato

0.5 m min

Segmento Thin coax (RG58) 185 m max

30 MAU max connesi in un segmento

Terminatore da 50 Ω

10BaseT10BaseT• Solo due stazioni possono essere connesse in 10BaseT

– Ripetitori multiporta necessari per avere più di due stazioni Topologia stellare

• Mezzo trasmissivo: Unshielded Twisted Pair - UTP (minimo due coppie)– Impedenza: 100 Ω– Velocità minima di propagazione: 0.585c– Attenuazione max segmento (100 m): 11.5 dB tra 5 e 10 MHz

• Funzioni MAU– Trasmissione: trasf dati da DO (Data Out) a TD (Transmit Data) con codice Manchester– Ricezione: trasferimento dati da RD (Receive Data) a DI (Data In)


– Ricezione: trasferimento dati da RD (Receive Data) a DI (Data In)– Rilevamento collisioni: rilevando dati su RD e su DO invia segnale di coll CI (Collision In)– ecc.

DO

CI

DI

CABLEMAU

Coll.detect

1 TD+

2 TD-

1 TD+

2 TD-

3 RD+

6 RD-

3 RD+

6 RD-

Coll.detect

DO

CI

DI

MAU

10BaseT10BaseT

• Connettore RJ 45– 1TD+– 2TD-– 3RD+


– 3RD+– 4Non Utilizzato– 5Non Utilizzato– 6RD-– 7Non Utilizzato– 8Non utilizzato

Ethernet in fibra otticaEthernet in fibra ottica

• FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link) – segmento Ethernet in fibra che lavora in I finestra (850 nm)– Max lunghezza segmento: 1000 m

• 10Base-FP (passive)– Fibra ottica interconnette stazioni con stella ottica passiva e topologia

stellare– Max 33 stazioni


– Max 33 stazioni– Max lunghezza fibra 1000 m

• 10Base-FL (passive)– Fibra ottica interconnette due stazioni con collegamento punto-punto– Max lunghezza segmento 2000 m

• 10Base-FB (backbone)– Fibra ottica interconnette due stazioni con collegamento punto-punto– Max lunghezza segmento 2000 m– Opera ritrasmissione sincrona (ritrasmette con proprio clock interno)

Parametri di configurazioneParametri di configurazione

• IPG - Interpacket gap– Trame MAC sono privi di delimitatore di fine trama; IPG li delimita– Riduzioni dell'IPG possono avvenire se le trame sono ritardate in modo diverso

da un ripetitore

• Round Trip Collision Delay: ritardo massimo per percepire una collisione– Deve essere inferiore alla lunghezza massima del frammento di collisione (max

575 bit)


575 bit)• Sequenza di jamming: 32 bit nelle stazioni, 96 nei repeaters

– Pone un limite teorico alla distanza massima tra due stazioni: T1+T2 < 576 bit time

Parametri di configurazioneParametri di configurazione• Round trip collision delay: ritardo massimo per percepire una collisione

– Pone un limite teorico alla distanza massima tra due stazioni:

vd

CL

max

min 2

=

=

τ

τL2L1

A C B

Arrivo in B B trasmettet0


Arrivo in AInizio collisioneA trasmette

A rileva collisione

B rileva collisione

t2

t1

t3

t4

t

Sequenza di jamming

Sequenza di jamming

RepeaterRepeater

• Repeater: estende la lunghezza del mezzo trasmissivo realizzando topologie ad albero

– Ripete le stringhe di bit ricevute su un segmento sugli altri segmenti con ampiezza appropriata

– Rigenera la sequenza di jam (collisione su tutte le porte)

• Repeater nel modello OSI


Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasposrto

Rete

Data Link

Fisico

Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasposrto

Rete

Data Link

FisicoFisico Fisico

Repeater

Esempio di configurazioneEsempio di configurazione


IEEE 802.3 IEEE 802.3 -- Regole di configurazioneRegole di configurazione

• Regole semplificate – Solo in presenza di segmenti: 10Base5, 10Base2, 10BaseT, FOIRL– Tra due stazioni ci possono essere al massimo:

• 5 segmenti• 4 repeater-set• 2 transceiver e 2 cavi AUI per le due stazioni

– Con 5 segmenti e 4 ripetitori• al massimo 3 segmenti possono essere mixing segment (coax)


• al massimo 3 segmenti possono essere mixing segment (coax)• gli altri devono essere link segment

– In presenza di 5 segmenti:• Ogni segmento ottico di tipo link (10Base-FB e 10 Base -FL) non deve eccedere i

500 m• Ogni segmento ottico di tipo mixing (10Base-FP) non deve eccedere i 300 m

– In presenza di 4 segmenti e 3 ripetitori• Ogni link ottico tra repeater non deve eccedere i 1000 m per link segment (10Base-

FB e 10Base-FL), i 700 m per mixing segment (10Base-FP)• Ogni link ottico tra stazione e repeater non deve eccedere i 400 m (10Base-FL), 300

m (10Base-FP)

IEEE 802.3 IEEE 802.3 -- Esempi di configurazioneEsempi di configurazione

DTE

AUI

Ripetitore 1 Ripetitore 2 Ripetitore 3 Ripetitore 4

MAU

AUI

DTE


10 BaseTlink seg.100m.

10 BaseTlink seg.100m.

Coax seg .500m 10 base5

o185 m 10 Base2

IEEE 802.3 IEEE 802.3 -- Esempi di configurazioneEsempi di configurazione

Ripetitore

10 BaseTsegmento link

100 m10 Base5segmento coax

500 m

FOIRLsegmento link

500 mFOIRLsegmento link

500 m

Ripetitore Ripetitore


Ripetitore

Ripetitore

Ripetitore

MAU

AUI

DTE

MAU

AUI

DTE

MAU

AUI

DTE

10 BaseT segmentolink 100 m

10 BaseT segmentolink 100 m

IEEE 802.3 IEEE 802.3 -- Esempi di configurazione massimaEsempi di configurazione massima

• Estensione Max Shared Ethernet 10 Mb/s = ~3000 m3 mixing segment x 500m =1500m2 link segment x 500m =1000m10 drop-cable x 50m = 500mTOTALE =3000m


2

R3

FOIRL2

MAU4A MAU4B

R4

COAX 3

AUIR4A

AUIR4B

AUIM3

MAU 3

DTE 3

Ripetitore 3 Ripetitore 4

COAX

DTE 2

MAU 1

AUIM1

COAX 1

DTE 1

MAU1A MAU1B

R1

AUIR1A

AUIR1B

FOIRL1

R2

Ripetitore 1 Ripetitore 2

IEEE 802.3 IEEE 802.3 -- Esempio di configurazione non Esempio di configurazione non validavalida• Tra A e B vi sono 4 segmenti coax


Segmenti Coax

DTEDTE

A



Segmenti Coax500 m 10 Base5

o185 m 10 Base2

DTE

DTE

MAU MAU

Segmenti Coax500 m 10 Base5

o185 m 10 Base2

B

Evoluzione delle LAN EthernetEvoluzione delle LAN Ethernet

• Bridging• Switching• Virtual LAN• Standard a 100 Mbps e 1000 Mbps

– Fast Ethernet: IEEE 802.3u (1995)• Basato su CSMA/CD a 100 Mbps


– 100VG AnyLAN: IEEE 802.12 • Stesso formato di trama 802.3 • Nuovo MAC di tipo demand priority (non CSMA/CD) per il supporto di applicazioni

multimediali interattive• Non ha avuto successo sul mercato

– Gigabit Ethernet• Basato su CSMA/CD a 1000 Mbps

IndiceIndice




Repeater Multiporta: HubRepeater Multiporta: Hub• Concentratore Ethernet• Segmento di rete in un box• Passivo• Lavora a livello 1 ISO/OSI

Ethernet 10


Ethernet

One device sending at a time

Hub

All nodes share 10 Mbps

Hub: Organizzazione topologicaHub: Organizzazione topologica

• Risorse condivise• Connessioni ai desktop

legate ad armadi centralizzati

• Scarsa sicurezza all’interno dei segmenti condivisi

10BaseTHub


dei segmenti condivisi• Scalabilità tramite router• Cambiamenti semplici ma

collisioni• Gruppi di utenti definiti in

base a collocazione fisica

10BaseTHub

BridgeBridge• Apparato dotato di intelligenza• Ascolta conversazioni per mantenere tabella di indirizzamento• Raccoglie e instrada pacchetti tra due segmenti di rete• Controlla e gestisce il traffico sui segmenti di rete

Application Application

CollisionDomain


Application

Physical

Data Link

Network

Session

Presentation

Transport

Application

Physical

Data Link

Network

Session

Presentation

Transport

Physical

Data LinkL1+L2

MAC

Switch Layer 2Switch Layer 2

• Realizza un accesso dedicato per ogni nodo• Elimina le collisioni e dunque aumenta la capacità• Supporta conversazioni multiple contemporanee

Application

Presentation

Application

Presentation

CollisionDomain


Physical

Data Link

Network

Session

Presentation

Transport

Physical

Data Link

Network

Session

Presentation

Transport

Physical

Data Link

Switch: Modalità funzionamento (1)Switch: Modalità funzionamento (1)• Invia i pacchetti basandosi su

una forwarding table– Destinazione basata su

indirizzo MAC

• Opera a livello 2 ISO/OSI• Impara la disposizione delle

macchine esaminado l’indirizzo sorgente

A C

21

10 Mbps

10 Mbps3

Data from A to B


l’indirizzo sorgente– Invia su tutte le porte quando

l’indirizzo è broadcast, multicast o sconosciuto

– Trasferisce quando la destianzione è su una interfaccia diversa

B4

10 Mbps

InterfaceS

tatio

ns1 2 3 4

Switch: Modalità funzionamento (2)Switch: Modalità funzionamento (2)

A C

21

10 Mbps

10 Mbps3


B4

10 Mbps

InterfaceS

tatio

ns

1 2 3 4

A X


A C

21

10 Mbps

10 Mbps3

Data from A to B

Dat

a fr

om A

to B


B4

10 Mbps

InterfaceS

tatio

ns1 2 3 4

A X

Data from A to B

Data from

A to B


A C

21

10 Mbps

10 Mbps3


B4

Interface

Sta

tions

1 2 3 4

A X

B X

Dat

a fr

om B

to A


A C

21

10 Mbps

10 Mbps3

Data from B to A


B4

10 Mbps

Interface

Sta

tions

1 2 3 4

A X

B X

Switch: Modalità full duplexSwitch: Modalità full duplex

• Raddoppia la banda tra nodo e switch• Trasmissione priva di collisioni

10 or 100 Mbps 10 or 100 Mbps


Full Duplex Switch

10 or 100 Mbps 10 or 100 Mbps

Spanning TreeSpanning Tree• Protocollo 802.1D (STP)• Consente le realizzazione di reti ridondate tramite link paralleli• Link ridondati in stato “blocking” per eliminare loop• Tempo di convergenza: 30-60 secondi• Sistemi proprietari per velocizzare convergenza

Station A


Station A

Station B

Segment A

Segment B

Switch 1 Switch 21/1

1/2

2/1

2/2

IndiceIndice




VLAN (1)VLAN (1)• Bridge e switch diminuiscono

collisioni ma non eliminano– Broadcast– Multicast

• Possibili soluzioni al problema– Router (IP)– VLAN Dominio

Broadcast

CollisionDomain


Broadcast

CollisionDomain

VLAN (2)VLAN (2)• Bridge e switch diminuiscono

collisioni ma non eliminano– Broadcast– Multicast

• Possibili soluzioni al problema– Router– VLAN Dominio Broadcast

Collision Domain

VLAN1

VLAN2


Collision Domain

VLAN3

VLAN4

VLAN: ObiettiviVLAN: Obiettivi

• Performance– Riduzione e contenimento del traffico

• Creazione di gruppi di lavoro virtuali– Gruppi di lavoro distribuiti

• Amministrazione semplificata– Lo spostamento delle postazioni non richiede routing


– Lo spostamento delle postazioni non richiede routing

• Riduzione dei costi– Meno router

• Sicurezza– Controllo accessi a segmenti di rete– Protezione traffico

VLAN: FunzionamentoVLAN: Funzionamento

• Explicit Tagging– Dato identificato da TAG

• Implicit Tagging– Dato identificato da altri parametri (es: porta)

• Switch deve saper gestire database tagging– Filtering Database


– Filtering Database

• Decisione su tagging o meno– VLAN-aware– VLAN-unaware

VLAN: TipologieVLAN: Tipologie

• Tipologie di VLAN– Per porta– MAC Address– Protocol Type– IP Subnet– Higer Level

• Tipologie di connessione


• Tipologie di connessione– Trunk Link (VLAN-aware to VLAN-aware)– Access Link (VLAN-unaware device to VLAN-aware bridge)– Hybrid Link

IndiceIndice




IEEE 802.3u IEEE 802.3u -- Fast EthernetFast Ethernet

• Ethernet 10 Mbit/s: half-duplex con CSMA-CD• Fast Ethernet: 100 Mbit/s

– Half-duplex: come nella rete a 10 Mbit/s– Full-duplex: ammessa per mezzo di LAN switch

• LAN Switch– Collegamenti punto-punto LAN Switch


– Collisioni non più possibili

A B C D E

IEEE 802.3u IEEE 802.3u -- Fast EthernetFast Ethernet• Fast Ethernet: 10 volte più veloce di Ethernet

– Mantiene il MAC di Ethernet CSMA/CD– Mantiene il formato della trama– Parametri fisici

• Rate = 100 Mbit/s, • BitTime = 10 ns, • IFG = 0.96 µs, • SlotTime = 512 bit time (5.12 µs)


• SlotTime = 512 bit time (5.12 µs)

– Half duplex • Distanze coperte circa dieci volte inferiori (200m + 20m) • piccola su grandi strutture senza Switch che spezzino i Collision Domain• sufficienti a cablare a stella una rete di 100 m di raggio

• Principalmente utilizzata per:– Per collegare gli Switch (Dorsali interne Fast Ethernet)– Per collegare i Server del sistema informatico (in modalità Full Duplex su

collegamenti Punto-Punto, che utilizzano appieno la banda a disposizione)

IEEE 802.3u IEEE 802.3u -- Fast EthernetFast Ethernet• 4 sotto-standard per tre tipi di mezzi fisici:

– 100BASE-T2 e T4 – su 100 m• cavi da 2 e 4 doppini UTP Cat.3, con connettori RJ45

– T2: compx encoding - HD & FD– T4: encoding 8B/6T - solo HD

– 100BASE-TX – su 100 m – HD & FD• 2 doppini UTP Cat.5 o 2 doppini IBM STP type1, con connettori RJ45

– 100BASE-FX – 412 m HD & 2000 m FD


• 2 Fibre Ottiche multimodali 62.5 con connettori SC o ST

– 100BASE-TX/FX ereditano PMD di FDDI • trasmettono con codifica 4b/5b

FastEthernet

100Base-X 100Base-T2

100Base-TX 100Base-FX

100Bas e-T4

IEEE 802.3u IEEE 802.3u -- Fast EthernetFast Ethernet


IEEE 802.3z IEEE 802.3z -- Gigabit EthernetGigabit Ethernet• Gigabit Ethernet: IEEE 802.3z std. (‘98) – 1000Base-...

– Fornisce una banda di 1 Gb/s– Half-Duplex quando si usano Repeater/Hub (su Banda Condivisa)

• Metodo di accesso CSMA/CD con formato di trama esteso

– Full-Duplex per connessioni Switch–Switch & Switch–EndSys (su Banda Dedicata)

• Formato e dimensione del pacchetto uguali a Ethernet/802.3

• Offre i vantaggi tipici di Ethernet


– Semplicità del metodo di accesso CSMA/CD (stesso MAC)– Alta scalabilità con diverse velocità di trasmissione

• 10, 100, 1000 Mb/s

– Permette di velocizzare le LAN Ethernet già esistenti con costi bassi• Tramite sostituzione degli apparati di rete

– NIC, HUB, Switch• Utilizzi principali del Gigabit Ethernet

– Realizzazione di un backbone veloce, che collega gli switch– connessione dei server (di fascia alta) al backbone a 1Gb/s

IEEE 802.3z IEEE 802.3z -- StandardStandard

– Data rate: 1 Gbit/s– Due nuove features (non richieste in configurazione LAN switch)

• Carrier extension: nuova lunghezza minima per avere massima estensione di rete simile a Fast Ethernet

• Frame bursting: ammessa la trasmissione di più trame consecutive (senza IPG) così da evitare, se possibile, la estensione della trama

– Formato di trama


Lunghezza minima della trama: 64 byte (512 bit)

Preamble SFDDestin .Add.

SourceAdd.

Length DATA PAD FCS

Byte 7 1 6 6 2 da 0 a 1500 da 0 a 46 4 da 0 a 448

Extension

Lunghezza minima della trama completa: 512 byte (4096 bit)

• Compatibile con Ethernet e Fast Ethernet

IEEE 802.3z IEEE 802.3z -- ClassificazioneClassificazione

• Fibra ottica (full-duplex in LAN switch)– 1000BaseLX

• Long wavelength: 1270-1355 nm• Fino a 550 m con fibra multimodo• Fino a 3 km con fibra monomodo

– 1000BaseSX• Short wavelength: 770-860 nm Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet


• Fino a 550 m con fibra multimodo

• Rame (half-duplex in hub LAN)– 1000BaseCX

• 2 STP (uno per direzione)• Massima estensione 25 m

– 1000BaseT• 4 UTP Categoria 5• Massima estensione 100 m

Bit rate 10 Mbit/s 100 Mbit/s 1000 Mbit/sBit time 100 ns 10 ns 1 nsSlot time 51.2 µs 5.12 µs 4.096 µsInterpacket gap 9.6 µs 0.96 µs 96 ns

IEEE 802.3z IEEE 802.3z –– Collegamento switchCollegamento switch


IEEE 802.3z IEEE 802.3z –– Collegamento serverCollegamento server


Corso di RETI RETI DDII COMUNICAZIONE E INTERNET ... · RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide 1...

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