NETWORKINGcoordinamento di Andrea de Prisco

FDDIdi Leopoldo Ceccarelli

Dopo aver introdotto nelle ultime puntate argomenti legati alle retiinterconnesse, torniamo oggi ad occuparci di networking in senso strettocon una breve introduzione su un tipo di rete locale che sta destandosempre più interesse e che sembra destinata ad occupare una fettaimportante del mercato dei prossimi anni

te. Il token ring che permette una ve-locità di trasmissione di «appena» 4Mbps è stato inizialmente sviluppatodall'IBM ed adottato poi dal progettoIEEE 802, progetto di cui rivediamo bre-vemente i punti fondamentali.

FDDI

MAC

SPHY M

T

PDM

PROGETTO IEEE 802

TOKENRING

802.5802.4

TOKENBUS

802.3

CSMAlCD

Logical Link Control (802.2)

/I progetto IEEE 802Innanzitutto ricordiamo che lo IEEE

(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers) rappresenta il maggiore or-ganismo internazionale impegnato nelladefinizione di standard per reti locali.Partendo dall'idea di dover soddisfaretutte le esigenze dei singoli utenti, il co-mitato 802 dello IEEE non ha sviluppatouna singola architettura LAN, ma realiz-zato una architettura «aperta» che de-finisce le funzionalità dei soli primi duelivelli dello stack OSI permettendo di-versi tipi di accesso al medio trasmis-sivo, diversi dal punto di vista topologi-co, funzionale e per i sistemi fisici di tra-smissione adoperati. Le funzioni imple-mentate dai livelli più elevati sono de-mandate alle realizzazioni proprietarie oaddirittura agli utenti stessi.

Il livello fisico si occupa dell'insiemedi procedure ed interfacce necessarieper l'invio dei segnali attraverso il mez-zo di trasmissione, ed ha capacità di co-difica e sincronizzazione. Definisce inol-tre i tipi di cavi ed i connettori.

ogni 125 microsecondi. t possibile averfino a 16 canali dotati di una larghezzadi banda di 6.144 Mb/s. Domanda: sa-preste calcolare quante comunicazionitelefoniche possano essere trasportatein una fibra ottica, ricordando che un ca-nale telefonico richiede una larghezza dibanda di 8 kHzì

FDDI, sviluppato in seno al comitatoX3T9.5 dell'ANSI, si basa come logica difunzionamento sull'accesso token ring.Una rete facente uso del metodo di ac-cesso token ring risulta chiusa ad anel-lo; ogni nodo è abilitato alla trasmissio-ne solo quando entra in possesso diuna particolare sequenza dati denomi-nata appunto «token». Dopo aver com-pletato la trasmissione, la stazione ritra-smette il token alla successiva che seha dati da trasmettere può farlo, altri-menti passa il token alla sua successivae così di seguito. Ogni stazione è sicuradi poter entrare in possesso del tokenentro un tempo stabilito anche in con-dizioni di traffico estremamente pesan-

Figura l - /I progettoIEEE 802 permette lacompatibilità tra idiver-si tipi di LAN per mez-zo di un sottolivello co-mune a tutte le imple-mentazioni ILLC), la di-versificazione avvieneinvece a livello MAC.

La FDDI (Fiber Distribuited Data Inter-face) è una LAN con accesso tipo tokenring che, grazie all'uso di una fibra otticacome portante fisico e quindi della lucecome elemento trasmissivo, consenteuna velocità dei dati di ben 100 Mbps.Inizialmente è stata introdotta come re-te locale a commutazione di pacchettocon due sfere di utenza ben individuate.Una prima area di azione è rappresen-tata dalla realizzazione di interconnes-sioni ad alte prestazioni tra mainframe eworkstation: pensate ad esempio adapplicazioni client server, oppure allagestione in rete di un database graficoin cui abbiamo a che fare con applica-zioni che necessitano di una rete moltoefficiente (a meno che non si voglianoottenere tempi di risposta lunghi e peg-gio ancora randomici). Un secondo uti-lizzo è nella realizzazione di una dorsalead alta velocità, per interconnettere al-tre LAN dotate di prestazioni realtiva-mente più modeste, in termini di velo-cità, e capaci di coprire aree geografi-che più ristrette quali ad esempio l'E-thernet. Questa seconda sfera di azioneè il primo esempio, nella nostra rubrica,di una MAN (Metropolitan Area Ne-twork) di cui ci occuperemo in futuro.

Successivamente a queste due ri-chieste funzionali primarie si è ancheaggiunta la capacità di commutazione dicircuito che consente all'FDDI di realiz-zare anche la trasmissione audio video.In questo caso si parla FDDI-II; oggi pe-rò, per non complicare troppo il discor-so, parleremo quasi esclusivamente de-gli aspetti generali dello standard, trala-sciando la trattazione sia di questa ca-ratteristica come pure della recente im-plementazione di FDDI su doppino di ra-me schermato, Shielded Twisted Pair(la persecuzione dei doppini telefonicinon avrà mai fine!).

Per quanto riguarda la commutazionedi circuito diciamo solo che deve esserepresente una stazione cui è demandatoil compito di attivare dei cicli sincroni

MCmicrocomputer n. 114 - gennaio 1992 323

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FORMATO DELLA TRAMA

PA ~~ __ I_N_F_O I~

Trame e token

Figura 2 - Formato del-la trama e del token.

L'informazione può essere trasmessanell'anello FDDI in due formati distinti, iltoken e la trama, figura 2. Il preambolo(PA), che consiste di un IDLE Line State

Livello MAC

• Preambolo (PA) 16 simboli di Idle111I11 11I111I11I

. Frame Control (FC)CLFFLZZZ

• Ending Delimiter (ED)TI Terminatore del tokenT Terminatore di trama

Tabella 2,

Es:C =O Trama asincronaC= 1 Trama sincronaL =O Indirizzo a 16 bitL = 1 Indirizzo a 48 bit

• Starting Delimiter (SD)JK

·Stato della Trama (FS)E= errore

A = indirizzo rilevatoC = trama copiataT =terminatore

definito come una sequenza di sedicisimboli IDLE, precede ogni trasmissio-ne ed è necessario per la sincronizza-zione. Lo Starting Delimited (SO) è for-mato dai due simboli JK. Il Frame Con-trol (FC) definisce il tipo di trama, po-tendo avere trame sincrone o asincro-ne, con lunghezza variabile nel campoindirizzo. Il formato di FC distingue il to-ken da una trama comune, esistonodue formati di token, a 16 o a 48 bit diindirizzo destinazione che si chiamano«ristretto» e «non ristretto». Il token ècompletato da due simboli TI posti do-po l'ED (End Delimiter). L'FCS (FrameCheck Sequence) è un campo a 32 bitche, per mezzo di un controllo di ridon-danza ciclica, permette di verificare l'e-sattezza di una singola trama. Per le tra-me il campo ED è il delimitatore T, se-guito dal FS (Frame Status) che servecome spiegato in altra parte del testoper instaurare un controllo trasmettitorericevitore.

Passiamo ora ad esaminare il modellofunzionai e di figura 3, Notiamo subito lapresenza di un modulo denominatoSMT (Station ManagemenT) che nontrova analogie con le LAN a suo tempoesaminate. Si tratta di un gestore di re-te che risiede entro la singola stazioneposto ad assicurare la perfetta funzio-nalità della stazione come membro del-l'anello. Oltre a detto SMT troviamo unaserie di protocolli funzionalmente similiad altre implementazioni IEEE 802, il

Significato'Quiet''Idle''Halt'Delimitatore di tramaDelimitatore di tramaDelimitatore di tramaDelimitatore di tramaDelimitatore di trama'PHY_INVALID'HexOHex lHex2Hex 3Hex4Hex5Hex6Hex 7Hex 8Hex9HexAHexBHexCHexDHexEHexF

Livello FISICOPrincipali simboli

SimboloQIHJKTRSPIol23456789ABCDEF

Tabella 7,

camente utilizzato come back-up. I dati,che viaggiano alla rispettabile velocità di100 M bps, sono codificati per mezzodell'N RZI 4B/5B (4 bit dati sono codifi-cati in 5 bit), l'efficienza è dunque moltoelevata e la velocità di trasmissione persingolo bit risulta essere di 125 Mbps,Ogni dato genera quindi un gruppo a 5bit che è definito simbolo, con 5 bit sipossono rappresentare 32 numeri diver-si e dunque abbiamo 32 simboli diversidei quali 16 sono dati veri e propri (rap-presentano i codici esadecimali da HexO a Hex F), tre simboli servono per i se-gnali di stato, mentre alcuni dei rima-nenti simboli non sono utilizzati poichéviolano il codice, vedi tabelle,

FORMATO DEL TOKEN

PA ~

...FDDIAbbiamo detto che FDDI usa una fi-

bra ottica come mezzo di trasporto fisi-co, non abbiamo ancora detto inveceche la trasmissione avviene per mezzodi LED trasmittenti alla lunghezza d'on-da di 1300 nm mentre vengono utilizzatidiodi PIN (Photo positive Intrinsic Nega-tive) per la ricezione. La connessJonestazione-stazione è realizzata con un ca-vo a doppia fibra e doppi connettori po-larizzati, questo significa che viene rea-lizzato un doppio anello di cui uno è pri-mario e l'altro, il secondario, viene tipi-

Il secondo livello OSI, Data Link, sioccupa della trasmissione dei dati da unnodo all'altro della rete. Nel progetto802 tale livello è suddiviso in due sot-torivelli. Il Logical Link Control è respon-sabile delle funzioni non legate al mezzodi trasmissione, permette ai livelli supe-riori di accedere ai servizi della LAN inmaniera trasparente, ovvero senza al-cun riguardo al modo con cui è imple-mentata la rete; in sostanza è una sortadi schermo per gli strati superiori. L'LLCsi occupa dello scambio e controllo flus-so dati, interpreta i comandi, genera larisposta, controlla gli errori e gestisce lefunzioni di recover.

Il Media Access Control, invece, sipreoccupa del metodo di controllo di ac-cesso, in altre parole determina le re-gole o procedure usate dalle stazionidella rete per controllare come vienecondiviso il mezzo di trasmissione fisi-ca. Inoltre si occupa di altri servizi es-senziali come la tramatura, l'indirizza-mento e la rilevazione di errori.

Il punto fondamentale del progetto802 è dunque il livello LLC che è lostesso per ogni tipo di LAN, essendoresponsabile delle funzioni non legate almezzo di trasmissione, In questa ma-niera i livelli superiori guardano alla LANin modo trasparente, senza alcun riguar-do alla specifica implementazione, figu-ra 1. La compatibilità è quindi data dalsottolivello LLC mentre è a livello MACche il progetto IEEE 802 si diversifica in,a seconda del tipo di accesso al mezzotrasmissivo, CSMAlCD, token bus, to-ken ring o ...

324 MCmicrocomputer n, 114 - gennaio 1992

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Moduli dell'FDDI

AI concentratore

Figura 5 - La stazione SAS (Single Attachment Sta-tion) possiede un 5010 livello fisico e può esserecollegata 5010 all'anello primario. Il collegamentodeve passare quindi attraverso un concentratore.

Stazionesuccessiva

Stazioneprecedente

ne CMT crea una configurazione logicanella stazione attivando il percorso op-portuno tra il PHY ed il MAC della sta-zione stessa. La configurazione logicaoffre un elevato grado di flessibilità inmodo da offrire un largo spettro di to-pologie: ad esempio si possono colle-gare più concentratori in una configura-zione ad albero connettendo le porte diespansione di un concentratore di livellopiù basso alle porte stazione dei con-centratori di livello superiore .

Vediamo adesso qualche altro nume-ro. Possono essere realizzate fino a1000 connessioni fisiche per un totaledi 200 km di fibra ottica, ciò consente diavere un numero massimo di stazionipari a 500 distribuite su una lunghezza,di cavo duplex, di 100 km. Non esisteun limite minimo per la lunghezza del-l'anello. La massima distanza stazionestazione può essere pari a 2 km. Que-ste semplici cifre ci danno immediata-mente una radiografia delle enormi po-tenzialità dell'FDDI.

Innanzitutto la velocità di trasmissio-ne risulta essere superiore di un ordinedi grandezza rispetto a quella già eleva-ta dell'Ethernet. Ancora più importantiperò sono le dimensioni fisiche dall'a-nello, 100 km massimi (di cavo du-plex!), che realizzano un salto di qualitànotevole. La chiave di volta naturalmen-te è risultata essere l'adozione di una di-versa tecnologia per la trasmissione fi-sica, la luce in una guida d'onda in luogodi una radiofrequenza entro un cavocoassiale.

I dispositivi collega bili

All'anello possono essere collegatidue tipi di stazioni ed un concentratore.

Figura 6 - Il concentratore possiede una serie diporte per le stazioni SAS. Come una stazione DASha due livelli PHY ma, a differenza di questa, puòanche non avere nessun livello MAC.

Stazionesuccessiva

Figura 3 - Oltre una se-rie di protocolli funzio-nalmente simili ad altreimplementazioni IEEE802 (PHY, PMD eMA C) troviamo l'SMTcui sono demandaticompiti di gestione.

~~IPHY I ~PMD .. T

Stazioneprecedente

Figura 4 - La stazione DAS (Dual Attachment Sta-tion) può essere collegata direttamente sia all'anel-lo principale che a quello secondario. Utilizza duecavi duplex ognuno dei quali collega la stazione conuna delle adiacenti.

CMT stabilisce prima l'esistenza dellaconnessione fisica, il PHY genera dellesequenze di handshake inviando i sim-boli QUIT, HALT e IDLE. QUIT significache non sono disponibili link fisici, HAL Tindica la disponibilità a stabilire una con-nessione mentre IDLE indica l'accetta-zione ad una richiesta di connessione fi-sica. Non appena stabilita la connessio-

LL C Logica/ Unk Contro! (802.2)

MAC Media Access Contro/ SMTControllo del TOKEN Statlon ManagementTramatura

PHY Pl1ysica/Protuco/ MonitoraggioCodificaldecodifica Gestione' dell'anelloTemporizzazione Configurazione

Gestione connessione

PDM Pl1ysica/Madia DependentConnettoriCaviLink Ottici (elettriciz)

.~

.!Ilu.

.Qai:3

PHY (PHYsical protocol), PMD (PhysicalMedium Dependment) ed il MAC (Me-dia Access Controllo

Il PHY fornisce i protocolli ed i com-ponenti hardware a fibre ottiche chesupportano un link da una stazioneFDDI ad un'altra. Il PHY trasmette e ri-ceve allo stesso tempo, il trasmettitoreconverte i dati provenienti dal MAC, licodifica e li invia serialmente al mezzodi trasporto fisico. Dal canto suo il rice-vitore decodifica i dati seriali pervenuti eli invia al MAC. Alcuni simboli aggiunti'Jisono interpretati dal PHY ed usati persupportare le funzioni del modulo SMT.Un problema serio, e comune a tutte letopologie ring, è costituito dal jitter difase. Si tratta di fenomeno derivante daldisallineamento dei clock (frequenza efase) delle diverse stazioni in comunica-zione. Ciò porta alla perdita o al guada-gno di bit sull'anello. Il PHY risolve que-sto problema in modo molto elegantefornendo un buffer «elastico». Questobuffer è inserito tra il ricevitore, che im-piega una frequenza di clock variabileper allinearsi alla frequenza di clock del-la stazione precedente, ed il trasmetti-tore, il quale invece possiede un c10ckfisso. Il buffer viene reinizializzato inogni stazione durante il preambolo cheprecede ogni trama.

Torniamo all'SMT che supervisiona econtrolla le attività della stazione comel'iniziallzzazione, la gestione degli errorie l'analisi delle prestazioni. Inoltre l'SMTcomunica anche con gli altri SMT dellarete onde poter controllare le operazionidella rete stessa, come ad esempio lasua configurazione o la gestione degliindirizzi. La funzionalità CMT (Conne-ction ManagemenT) sovrassiede al con-trollo delle connesssioni logiche dei pro-tocolli PHY e MAC e stabilisce le con-nessioni logiche con le stazioni adiacen-ti.

Se SMT indica una richiesta di con-nessione con una stazione adiacente, il

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Una stazione di tipo DAS (Dual Atta-chment Station) può essere collegatadirettamente all'anello oppure indiretta-mente per mezzo di una connessionead un concentratore. All'interno di unaDAS esistono due PHY separati e dueentità MAC. Tutte le stazioni DAS sonoconnesse a due anelli separati, il prima-rio e quello di back-up, e sono perciò ri-chiesti due cavi duplex ognuno dei qualicollega la stazione con una delle adia-centi (fig. 4).

Un tipo di stazione più semplice èdetto SAS (Single Attachment Station),possiede un solo livello PHY e neces-sita perciò per il collegamento di un sin-golo cavo duplex che consente sia uncosto di installazione ridotto che una im-plementazione semplificata, figura 5.Una stazione SAS però non può esserecollegata direttamente all'anello FDDI,in quanto collegabile solo all'anello pri-mario, il collegamento deve perciò pas-sare attraverso un concentratore che asua volta è collegato alla rete per mezzodi una connessione Dual Attachment.

Il concentratore ha due livelli PHY co-me una stazione DAS ma, a differenzadi questa, può anche non avere nessunlivello MAC (fig. 6). I concentratori pos-sono essere usati per collegare all'anel-lo sia le stazioni viste che altri concen-tratori; giostrando in modo opportunocon i concentratori è possibile ottenereuna topologia della rete configurata adalbero oppure a stella. In figura 7 vedia-mo un esempio di strutturàzione utiliz-zando concentratori in cascata.

I dispositivi collegabili all'anello FDDIpossiedono normalmente un dispositivoche consente di bypassare la stazione oil concentratore in caso di guasto di qual-siasi genere, dalla rottura, alla caduta dialimentazione, allo spegnimento volon-tario, ecc. In ogni caso se la stazione haproblemi, o illink stesso ha dei problemi,i due anelli si ripiegano in uno che è lungoall'incirca il doppio e la connettività vienemantenuta. Per capire meglio il concettoconfrontiamo le figure 7 e 8. Tra le duevignette ci sono sette piccole differenze,riuscite a vederle 7 No scusate, questasentenza sta scritta su un'altra rivista. Lacondizione di operatività «normale» èquella di figura 7, mentre lafigura 8 mostracosa succede all'anello nel caso di unarottura dell'anello FDDI tra due stazionie di non funzionamento di una stazioneSAS. Il concentratore cui è collegata lastazione SAS la esclude, mentre le duestazioni prossime alla rottura dell'anellolo riconfigurano utilizzando anche quellodi back-up.

Un sapiente uso dei sistemi collega-bili alla rete permette di ottenere unarete capace di sopportare un gran nu-mero di guasti senza conseguenze ca-

326

Figura 7 - Collegando opportunamente i concentra-tori è possibile ottenere varie topologie.

tastrofiche per l'operatività. Qualora simanifestassero problemi di vario tipo larete si riconfigura in modo automaticomantenendo in funzione l'anello, con laperdita eventuale di alcune trame.

Funzionamento dell'anelloLa modalità base di funzionamento di

ogni stazione è quella di ripetere ognitrama ricevuta, qualora poi la trama ri-cevuta avesse nel campo DA (Destina-tion Address) un indirizzo uguale a quel-lo del MAC (ovvero quando una tramaarriva alla stazione cui è destinata) allorala stazione provvede alla sua copiaturanel buffer locale ed il MAC ne notifical'arrivo all'LLC. Successivamente vieneaggiornato il campo di stato della tramasegnalando: il suo avvenuto riconosci-mento, la sua copiatura e anche condi-zioni di «trama errata» se queste si fos-sero verificate. La nuova trama vienecosì reinviata all'anello fino a quando,tornata alla stazione trasmittente, vieneda questa analizzata con il sempliceesame dei simboli rilevati nel campoFS. A questo punto il MAC della stazio-ne trasmittente la rimuove dall'anello evi pone un simbolo di IDLE. Il livelloMAC per trasmettere i dati provenientidall'LLC o dal SMT deve attendere ilpossesso del token.

Il livello MAC dell'FDDI funziona in unmodo un tantino diverso da quello deltoken ring 802.5. Una volta immessa

Interruzione_

Concentratore

Figura 8 - Riconfigurazione dell'anello FOOI della fi-gura 7 in caso di rottura fisica del cavo tra una sta-zione OAS ed un concentratore del malfunziona-mento di una stazione SAS.

nell'anello la sequenza dati, la stazionerilascia subito il token, a questo puntoun'altra stazione è nella possibilità di ap-pendere tra il messaggio precedente edil token un proprio messaggio destinatoa qualsivoglia stazione. Anche qui unavolta immesso il messaggio viene ap-peso in coda il token e così di seguito.Il procedimento può essere paragonatoad un trenino che, di stazione in stazio-ne, può variare in lunghezza ottenendoun locomotore (token) con una serie dicarrozze diverse (le varie trame delle di-verse stazioni), permettendo così a tut-te le stazioni di poter usufruire del «trai-no» del locomotore ad ogni giro. Nella802.5 succedeva che il locomotore ve-nisse attribuito a turno ad una singolastazione per un giro completo; termina-to il giro il locomotore veniva attribuitoalla stazione successiva e così di segui-to. Spero ci perdonerete il paragone,ma essendo in clima post-natalizio ègiusto tempo di pensare ai trenini.

Perdonati? Grazie, allora rincariamola dose poiché l'esempio si presta beneanche per spiegare in modo qualitativol'FDDI-II, la differenza sta nel fatto cheil trenino debba avere un numero di car-rozze fisse, essere costantemente inorario, e ogni stazione deve utilizzare unnumero di carrozze fisso. Piuttostosemplice, no7 [:;fS

Leopoldo Ceccarelli è raggiungibile tramite MC-linkalla casella MC3544.

MCmicrocomputer n. 114 - gennaio 1992

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$384$449$599$718$673$231$318$462

$43

$381

$47$262

$89$67$64$56$10

$18 $20$2

$23

$42$236

$80$60$58$50$9

$16$2

$21

DESCRIZIONE

BANCO RAM IMB'9MONITOR 14' VGA COLOREMONITOR TTLDRIVE 1.2MB YE·DATADRIVE 1.2MB PANASONICDRIVE 1.44MBCONTROLLER IDEMAGIC I/O W/IDECAVO CENTRONICSTASTIERA 102 TASTI

VARIE

Ta1wan Gennan)' lui)'

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$74 $89 $89$271 $294 $319$132 $141 $155$174 $180 $205$341 $403$371 $437$371 $437$353 $414 $416$641 $757$681 $740 $804$704 $830$738 $801 $870

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SERIE· 7·

SCHEDE MADRI

SCHEDA ET-4000 TSENGVGA256KVGA 512KVGA I MB RAM ON BOARDVGA 256K W/MAGIC I/O

CASSE COMPLETE di ALIMENTATORI

DESCRIZIONE

NOTEBOOKCOMPUTER

SCHEDE VGA

NOTEBOOK386SX·20 2MB RAM-IIDD 40MB·VGANOTEBOOK 386SX·20 2MB RAM-IIDD 60MB·VGA

SCHEDA MADRE 286·20SCHEDA MADRE 386-25 NOCACHESCHEDA MADRE 386SX·16SCHEDA MADRE 386SX-25SCHEDA MADRE 386-33SCHEDA MADRE 386-40SCHEDA MADRE 386-33 64K CACHE FOREXSCHEDA MADRE 386-33 64K CACHE P/C CIDPSCHEDA MADRE 486-33SCHEDA MADRE 486-33 64K CACHESCHEDA MADRE 486-33 128K CACHESCHEDA MADRE 486-33 256K CACHE

8088-1 ,256K(640K)RAM,MCGA, I (2) '720KFDD, I S / I P / IP $2208088-1,640K RAM,MCGA,2'720K FDD,IS/IP/IG POR T $3038088·1 ,640K RAM,MCGA, l'I.44M FDD, I S/l p/l G PORT $239

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SERIE QP8000

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WE·811D BABY DESKTOP CASE (FCC B CLASS)WE-812D BABY DESKTOP CASE (FCC B CLASS)WE-827D MINITOWER CASEWE-837D BABY AT CASEWE-847D BIG TOWER CASEWE·887D MIDDLE TOWER CASEALIMENTATORE 230W (PS Il)ALIMENTATORE 250W (BIG L)

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