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Reti locali (prima parte)

Le reti locali (Local Area Networks-LAN) sono reti di telecomunicazione pensate e ottimizzate per connettere numerosi
e differenti tipi di apparecchiature in un’area geografica limitata (un edificio, una fabbrica, un campus). La rete locale di solito appartiene, viene usata e gestita da una singola organizzazione. Le reti locali standardizzate dal comitato IEEE 802 sono reti di comunicazione peer to peer che utilizzano un mezzo condiviso. Occorre quindi progettare un sottolivello di accesso (Medium Access Control) per regolare l’accesso al mezzo condiviso.

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Articoli tecnico scientifici o articoli contenenti case history
Slide corso Fondamenti di Reti e Telecomunicazioni, Bergamo 2011

Pubblicato
da Martina Gambini
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1 5 - Reti locali parte A Fondamenti di Reti e Telecomunicazione prof. Fabio Martignon Università degli studi di Bergamo Dipartimento di Ingegneria dell''Informazione
e Metodi Matematici F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 2 Reti locali Le reti locali (Local Area Networks-LAN) sono reti di
telecomunicazione pensate e ottimizzate per connettere
numerosi e differenti tipi di apparecchiature in un''area
geografica limitata (un edificio, una fabbrica, un campus).
La rete locale di solito appartiene, viene usata e gestita da
una singola organizzazione. Le reti locali standardizzate
dal comitato IEEE 802 sono reti di comunicazione peer-to-
peer che utilizzano un mezzo condiviso. Occorre quindi
progettare un sottolivello di accesso (Medium Access
Control) per regolare l''accesso al mezzo condiviso. F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 3 Motivi del successo delle reti locali ' Diminuzione dei costi e aumento della capacità
computazionale dei computer
numero crescente di computer situati nello stesso
edificio
' Necessità di interconnettere le varie apparecchiature ' necessità di scambiare dati (per es. applicazioni groupware) ' necessità di condividere risorse ''costose' (per es.
stampanti, database etc.)
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 4 Rete di laboratorio / Rete di ufficio Esempi di reti locali Automazione di fabbrica F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 5 Caratteristiche delle reti locali Le reti locali (Local Area Networks, LAN) sono reti di
telecomunicazione pensate e ottimizzate per connettere numerosi e
differenti tipi di apparecchiature in un''area geografica limitata (un
edificio, una fabbrica, un campus).
La rete locale di solito appartiene, viene usata e gestita da una
singola organizzazione. Le reti locali standardizzate dal comitato
IEEE 802 sono reti di comunicazione peer-to-peer che utilizzato un
mezzo condiviso. Occorre quindi progettare un sottolivello di
accesso (Medium Access Control) per regolare l''accesso al mezzo
condiviso.
Una rete locale interconnette varie apparecchiature senza
richiedere nodi di switch intermedi. E'' un unico dominio
di broadcast ed un unico dominio di collisione. F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 6 Domini di broadcast e domini di collisione ' Un dominio di broadcast è quella porzione di rete in
cui se una stazione trasmette una trama all''indirizzo
MAC di broadcast tutte le altre stazioni ricevono la
trama.
' Un dominio di collisione è quella porzione di rete in
cui se due stazioni trasmettono contemporaneamente
una trama si verifica una collisione.
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 7 Caratteristiche delle reti locali Le reti locali (Local Area Networks-LAN) sono reti di telecomunicazione
pensate e ottimizzate per connettere numerosi e differenti tipi di
apparecchiature in un''area geografica limitata (un edificio, una
fabbrica, un campus). La rete locale di solito appartiene, viene usata e
gestita da una singola organizzazione. Le reti locali standardizzate dal
comitato IEEE 802 sono reti di comunicazione peer-to-peer che utilizzato
un mezzo condiviso . Occorre quindi progettare un sottolivello di accesso
(Medium Access Control) per regolare l''accesso al mezzo condiviso.
Bassi costi La gestione della rete pesa unicamente sull''organizzazione (utente)
I costi di acquisto delle apparecchiature e di gestione non possono
essere condivisi tra più organizzazioni Semplicità Affidabilità e facilità di manutenzione
Facile spostamento e aggiunta di stazioni F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 8 Una buona percentuale del traffico si limita alle singole LAN o all''
interconnessione di LAN appartenenti alla stessa organizzazione
Molte apparecchiature condividono lo stesso mezzo
Trasmissioni veloci e a burst (terminali grafici, applicazioni in tempo
reale) Le reti locali (Local Area Networks-LAN) sono reti di telecomunicazione pensate e
ottimizzate per connettere numerosi e differenti tipi di apparecchiature in un''area
geografica limitata (un edificio, una fabbrica, un campus). La rete locale di solito
appartiene, viene usata e gestita da una singola organizzazione. Le reti locali
standardizzate dal comitato IEEE 802 sono reti di comunicazione peer-to-peer che
utilizzato un mezzo condiviso . Occorre quindi progettare un sottolivello di accesso
(Medium Access Control) per regolare l''accesso al mezzo condiviso.
Caratteristiche delle reti locali Alti data rate F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 9 Caratteristiche delle reti locali Le reti locali (Local Area Networks-LAN) sono reti di telecomunicazione pensate e
ottimizzate per connettere numerosi e differenti tipi di apparecchiature in un''
area geografica limitata (un edificio, una fabbrica, un campus). La rete locale di
solito appartiene, viene usata e gestita da una singola organizzazione. Le reti locali
standardizzate dal comitato IEEE 802 sono reti di comunicazione peer-to-peer che
utilizzato un mezzo condiviso . Occorre quindi progettare un sottolivello di accesso
(Medium Access Control) per regolare l''accesso al mezzo condiviso.
Una grande varietà di apparecchiature devono poter essere collegate
Indipendenza dal costruttore
Possibilità di interconnessione con reti geografiche Compatibilità standardizzazione F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 10 Standardizzazione delle reti locali ' Comitato di standardizzazione IEEE 802 802.3 802.5 802.11 802.2 802.1 Data Link Layer Physical layer Medium
Access
Control 802.1D
interconnessione
di LAN
IEEE= Institute of Electrical and Electronics Engineers F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 11 Elementi di Progetto ' Tecnologia e mezzo di trasmissione (Sis. di Comunicazione) ' Topologia ' Protocolli di accesso utilizzati SISTEMA DI COMUNICAZIONE TOPOLOGIA PROTOCOLLI DI ACCESSO F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 12 Parametri di scelta LAN Stella Doppino Cavo coassiale Fibra
ottica
Baseband Broadband Carrierband CSMA/CD Controllo di token Anello Bus To po log ie A cc ess o Mezzi F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 13 Topologie ' Topologia: indica il modo in cui le stazioni in rete
sono interconnesse
' Topologie tipiche: Canale broadcast Bus tap terminatore Albero Headend F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 14 Topologie a bus ' Unico mezzo trasmissivo condiviso dalle varie stazioni. La trasmissione di una stazione si propaga per tutta la lunghezza del mezzo e viene ricevuta da tutte le stazioni. Alla fine del bus il segnale è assorbito da un terminatore. Problemi:
' accessi contemporanei al bus causano collisioni
' è necessario indirizzare la stazione destinazione
del messaggio
MAC tap terminatore F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 15 Problematiche ' Controllo d''accesso Trasmissioni contemporanee sul canale collidono. ' Occorre quindi sviluppare protocolli per controllare
l''accesso al mezzo condiviso in moda da evitare o
limitare le collisioni.
' Se le collisioni possono comunque avvenire, devono poter
essere individuate in modo da poter procedere alla
ritrasmissione delle trame coinvolte nella collisione.
' Indirizzamento ' Le trame vengono ricevute da tutte le stazioni. Occorre
un meccanismo che consenta ad ogni nodo di riconoscere
se sia o meno destinazione della trama ricevuta.
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 16 Indirizzamento ' Le trasmissioni vengono divise in trame. Ciascuna
stazione ha associato un indirizzo univoco (MAC
address) associato dal costruttore della scheda di rete.
' Il MAC address della stazione destinazione viene
indicato nel campo destinazione dell''header di trama.
' Quando una stazione riceve una trama, verifica se il
valore del campo destinazione della trama corrisponde
ad un suo indirizzo. Solo in questo caso copia la trama
ricevuta e la passa per ulteriori elaborazioni ai livelli
superiori.
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 17 Indirizzamento (esempio) B B A B C D B F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 18 Topologie Repeater Anello Canali punto-punto Stella concentratore F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 19 Problematiche ' Controllo d''ammissione (o d''accesso) ' Indirizzamento ' Riassorbimento delle trame I pacchetti possono circolare indefinitivamente in rete. Soluzione: la stazione che ha generato una trama provvede al riassorbimento. Repeater F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 20 Es: Rete ad Anello 2) 4) 1) C A B A C A B A C A B A 3) C A B A F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 21 ' Cavo coassiale in banda base (baseband) Trasmissione di segnali digitali Manchester encoding Trasmissione bidirezionale
Attenuazioni/distorsioni del segnale
dim. max di un segmento di rete circa 1 km Notazione X BASE Y Implementazione di Topologie a Bus Bit rate (Mb/s) Dim. Max di un
Segmento
(centinaia di metri) 1 0 F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 22 Esempio: 802.3 10 BASE 5 ' 10 BASE 5 10 Mbps Mezzo utilizzato: cavo coassiale in banda base Max. dim. di un segmento 500 metri USATO NELLO STANDARD 802.3!!!
cavo a 50 ohm
max. numero di segmenti: 4 dim. max rete 2.5 km <= 100 taps per segmento distanza minima tra due tap: 2.5 m F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 23 Cavo coassiale broadband ' Trasmissione di segnali analogici ' Trasmissioni Unidirezionali ' Possibile FDM ' Dim. max di un segmento: vari km ' Notazione X BROAD Y Configurazione duale Configurazione split Trasmette su f1 Riceve su f1 Trasmette su f1 Riceve su f2 Frequency
translator/
remodulator F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 24 Implementazione di topologie ad anello ' Sono realizzate con una cascata di canali punto-punto
interconnessi da ripetitori
' I ripetitori svolgono un duplice ruolo: 1) ripetono sul link di uscita i bit ricevuti (dopo averli copiati nel caso la stazione sia destinazione della trama) 2) rappresentano l''accesso alla rete per le stazioni Repeater F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 25 Stato dei ripetitori Stato di ascolto Stato di trasmissione Stazione Repeater Ritardo
di 1 bit Stazione Repeater Stato di by-pass (stazione non attiva) Stazione F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 26 Uso di topologie fisiche a stella per realizzare topologie logiche a bus o ad anello HUB Bus L'' HUB si comporta come un
repeater: quando riceve una
trama da una stazione ripete
il segnale sulle linee in uscita
verso tutte le altre stazioni
Anello Doppini
telefonici F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 27 Protocolli di accesso ' Problema: Se due o più trasmissioni avvengono contemporaneamente, si verifica una ''collisione' che non permette di ricevere correttamente il segnale ' Occorre quindi sviluppare protocolli per controllare l''accesso al mezzo condiviso in modo da evitare o limitare le collisioni. Se collisioni possono avvenire devono poter essere individuate in modo da poter ritrasmettere le trame coinvolte nella collisione. ' Questa funzione è svolta dal sottolivello MAC (Medium Access Control) del livello Data Link. Logical Link Control Medium Access Control Data Link layer F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 28 Modello concettuale dell''accesso multiplo A B C D Canale Stazione A Stazione B Stazione C Stazione D Servente Il servente non sa se e quanti pacchetti sono presenti in
ogni coda (per essere trasmessi sul mezzo condiviso)
Ciascuna stazione è inconsapevole dello stato delle code
delle altre stazioni
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 29 Esempio: TDMA A B C D Il traffico nelle LAN è tipicamente bursty, molte stazioni TDMA inefficiente: ritardi elevati, throughput basso A B C D A B C D t F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 30 Esempio: Round Robin ' Ciascuna stazione a turno ha l''opportunità di trasmettere ' Quando viene il suo turno la stazione se non ha trame in coda: declina l''opportunità di trasmettere se ha trame in coda: trasmette le trame fino ad un massimo numero di trame Il diritto a trasmettere passa quindi alla stazione successiva F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 31 Esempio: Round Robin 1 2 1 2 3 4 5 6 3 7 4 5 6 3 4 5 3 Max. numero di
trasmissioni per stazione = 3 1) 2) 3) 4) 7 7 6 8 9 F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 32 Protocolli ad accesso Ordinato: il Polling 'Roll-call polling 'Hub polling ' Il controllo (pacchetto che garantisce l''opportunità di
trasmettere) viene sempre fatto ritornare al centro ' Il controllo viene fatto ritornare al centro alla fine del ciclo F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 33 I protocolli ad accesso casuale ' I protocolli ad accesso casuale rinunciano ad un esplicito coordinamento' '' accettando le collisioni ' si differenziano per il modo con cui le risolvono ' e per il feed-back di canale (informazione derivata dall''ascolto del canale) ' Le collisioni vengono risolte introducendo un meccanismo casuale F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 34 Protocolli ad accesso casuale Esempio: Slotted Aloha ' Canale slottizzato (suddiviso in slot) ' Quando arriva un pacchetto la stazione prova a trasmetterlo nel primo slot disponibile ' Se si verifica una collisione, la stazione prova a ritrasmettere la trama dopo un numero di slot scelto uniformemente in un intervallo [0,r] t r = 5 F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 35 ' r = 0 la collisione si ripete all''infinito throughput = 0 ' Se il traffico è elevato occorre un r elevato per evitare
instabilità
Slotted Aloha: risoluzione delle collisioni t r = 0 Vorremmo r piccolo in situazione di rete scarica, r grande
in situazioni di congestione !!!
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 36 Slotted Aloha: risoluzione delle collisioni Backoff Esponenziale ' Riconosciuta la collisione la stazione opera nel seguente modo: ' sceglie un intero X a caso ed in modo uniforme nell''intervallo 0, 2 '' K numero di collisioni già subite dal pacchetto '' max settato per limitare la dimensione massima
dell''intervallo di ritrasmissione
' aspetta X slot prima di tentare la ritrasmissione Min (K, max) F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 37 Slotted Aloha: prestazioni 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 1 2 3 4 5 G S Aloha S-aloha S=Ge-G ' Trasmissione in slot sincroni ' La collisione è totale o non c''è 0.3678 S = traffico totale smaltito
G= traffico offerto sul canale
(entrambi misurati in pacchetti per unità di tempo, pari ad un tempo di trasmissione di trama) F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 38 Carrier Sense Multiple Access ' Il CSMA è stato pensato per sistemi in cui si possa ascoltare il canale (Carrier Sense) ' La trasmissione è possibile solo se il canale è sentito libero ' Le collisioni sono possibili a causa del periodo vulnerabile t1, t2 tempi in cui le stazioni A e D avendo verificato
che il canale è libero iniziano la trasmissione di una trama A B C D A B C D t1 t2-t1< ' t2 F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 39 Periodo vulnerabile ' : tempo di propagazione con l''utente più lontano
T : durata della trasmissione = L / C Inizio trasmissione Periodo cieco = 2 ' collisione t t F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 40 Varianti Carrier Sense ' Se al momento della trasmissione il canale è sentito attivo (ovvero, già utilizzato): ' la trasmissione è rimandata dopo un tempo casuale (come se colliso) (non persistent) ' la trasmissione è sospesa fino a che il CS si abbassa e il canale diventa libero (persistent) ' con probabilità p si usa la modalità persistent e con 1-p la non persistent (P-persistent) F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 41 Prestazioni variante non persistent 0 0.25 0.5 0.75 1 0.01 0.1 1 10 100 G S Aloha S-aloha a=0.1 a=0.01 a=0.001 a=0 a= '/Τ F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 42 CSMA- Collision Detect ' In alcuni canali è possibile alle stazioni scoprire l''occorrenza di una collisione ' Il tempo necessario perché tutte le stazioni coinvolte in una collisione se ne accorgano dipende
dal tempo di propagazione (piccolo rispetto al
tempo di trasmissione nelle LAN) ' Perché continuare a trasmettere trame che hanno colliso' ' Non appena una stazione si accorge della collisione smette di trasmettere la trama CSMA-CD F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 43 Vantaggio del CSMA-CD ' Riduce lo spreco delle risorse di rete durante la
collisione, limitandone estremamente la durata. Throughput più elevato rispetto al CSMA 'Il vantaggio rispetto al CSMA è tanto più elevato
quanto più il tempo necessario perché le varie stazioni
coinvolte nella collisione se ne accorgano è piccolo
rispetto al tempo di trasmissione della trama. F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 44 Tempo necessario per l''individuazione della collisione CSMA/CD conveniente se il tempo di trasmissione
della trama (T) è maggiore di 2 ' ! Cavo coassiale in banda base: WORST CASE A B C D ' D riconosce immediatamente la collisione e smette di trasmettere
ma A se ne accorge dopo un ulteriore tempo di propagazione end-
to-end ', per un totale di 2' prima che tutte le stazioni smettano di trasmettere. A B C D ' F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 45 Prestazioni CSMA-CD 0 0.25 0.5 0.75 1 0.01 0.1 1 10 100 G S CSMA CSMA-CD a=0.5 a=0.1 a=0.01 a= '/Τ F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 46 Logical Link Control (LLC) sublayer ' E'' specificato nello standard IEEE 802.2 ' E'' lo stesso per tutte le tipologie di LAN standardizzate
dall''IEEE 802.
' Molto simile all''HDLC (High-level Data Link Control) 802.3 802.5 802.11 802.2 802.1 Data Link Layer Physical layer F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 47 Protocollo Ethernet - IEEE 802.3 (CSMA/CD) ' Se al momento del comando di trasmissione il canale è sentito libero, si trasmette effettivamente ' Se al momento della trasmissione il canale è sentito occupato, si attende la fine e poi si trasmette (1 persistent) ' Se si scopre la collisione, la trasmissione viene abortita, non prima di aver trasmesso altri 32 bit (jamming sequence) per essere sicuri che tutte le stazioni coinvolte siano in grado di riconoscere la collisione ' A seguito di una collisione la trasmissione viene ritentata dopo X time slots (1 time slot scelto circa pari a 2 ') ' X è scelto fra 0 e 2 con K numero di collisioni consecutive, K<=16 (exponential binary backoff) ' Sono consentiti fino a 16 tentativi dopo i quali la trama viene eliminata min (K, 10) F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 48 Protocollo Ethernet (IEEE 802.3) ' CSMA-CD, in origine per bus a 10 Mb/s ' la minima lunghezza della trama MAC è di 512 bit (slot) pari ad un tempo di trasmissione di 51.2 µs ' la velocità di propagazione media è di 2* 10 m/s (5 µs/km) ' ne segue una distanza massima teorica di 5 km ' con i ritardi negli apparati si fissa il diametro a 2.5 km 8 Destinaz. Sorgente Lun trama 1 6 2 0-1500 Sync 6 SD 7 PAD FCS 4 802.3 payload 10101011 Indica la lunghezza del campo payload
(Data Field) + eventuale Padding F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 49 Architettura di una stazione 802.3 PLS (Physical Signaling) MAC (Medium Access Control) LLC (Logical Link Control) Higher Layers stazione DTE Il protocollo CSMA/CD è
applicato a livello MAC
ma richiede che il livello
fisico fornisca le informazioni
di Carrier Sense e Collision
Detection PMA (Physical medium attachment) Mezzo fisico AUI Attachment Unit Interface MAU Medium Attachment Interface F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 50 Suddivisioni delle funzioni LLC MAC Physical Layer Transmit Data Encoding Receive Data Decoding Transmit Data Encapsulation Receive Data Decapsulation Transmit Media Access Management Receive Media Access Management trasmissione e ricezione da e verso il mezzo fisico Task ulteriori del Physical Layer: Carrier Sense Collision Detection riceve la seq. di
bit dal livello fisico Verifica correttezza della
trama ricevuta e se la
stazione è destinazione
della trama. In tal caso
passa le info. utili all''LLC costruisce la trama MAC opera il CSMA/CD F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 51 Funzionamento CSMA/CD: Trasmissione senza contesa Quando l''LLC richiede la trasmissione di una trama il componente Transmit Data Encapsulation del sottolivello MAC costruisce la trama con i dati fornitigli
dall''LLC. Aggiunge preambolo e delimitatore di inizio trama, inserisce indirizzo
di destinazione e sorgente, calcola la lunghezza del campo informativo, inserisce il
campo informativo, se la dimensione della trama è inferiore alla minima prevista
aggiunge bit nel campo di padding, calcola il CRC. La trama così formata è
passata al TMAM (Transmit Media Access Management).
Il componente Transmit Media Access Management (TMAM) del MAC
implementa il protocollo di accesso:
Monitora il segnale di Carrier Sense (CS) fornitogli dal livello fisico Quando il mezzo fisico diventa libero inizia la trasmissione. Invia quindi la
sequenza dei bit della trama al PLS che provvede a generare i segnali
elettrici da inviare sul mezzo fisico.
Quando la trasmissione è stata completata il sottolivello MAC ne informa l''LLC. Il MAC è quindi pronto e aspetta una successiva richiesta di trasmissione. F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 52 Funzionamento CSMA/CD: Ricezione senza contesa La trama in arrivo è riconosciuta dal PLS della stazione ricevente. Il PLS si sincronizza utilizzando il preambolo e attiva il Carrier Sense. Dopo aver eliminato i bit del preambolo e del delimitatore di inizio trama il
PLS passa i dati al componente Receive Media Access Management
(RMAM) del sottolivello MAC
Il RMAM raccoglie dati finché il segnale di Carrier Sense rimane attivo.
Passa quindi i dati al componente Receive Data Decapsulation (RDD) del
sottolivello MAC.
Il RDD controlla la correttezza dell''indirizzo di destinazione e attraverso il
CRC verifica se la trama è stata danneggiata durante la trasmissione. Se
l''indirizzo corrisponde a quello della stazione e i dati sono corretti la trama
è inviata al sottolivello LLC.
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 53 Funzionamento CSMA/CD: Gestione della collisione In caso di collisione i PLS delle stazioni che stanno trasmettendo attivano il segnale di Collision Detection che viene riconosciuto dal Transmit Media
Access Management (TMAM). Questo inizia le procedure di gestione della
collisione.
Il componente TMAM trasmette una sequenza di bit (JAM) per forzare la
collisione. Questa operazione assicura che la durata della collisione sia tale
da poter essere riconosciuta da tutte le stazioni.
Completata la trasmissione della sequenza di JAM il TMAM smette di
trasmettere e schedula un nuovo tentativo di trasmissione della trama
trascorso un tempo scelto a caso secondo l''algoritmo di Backoff
esponenziale. La trasmissione è ripetuta se si ripetono le collisioni. Poiché
più collisioni indicano che il mezzo è occupato, il TMAM si adatta al carico
riducendo il ritmo delle sue ritrasmissioni. Infine o la trasmissione ha
successo o si interrompono i tentativi nell''ipotesi che o il mezzo fisico si è
''rotto' o è in una situazione di sovraccarico.
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 54 Parametri funzionali: riassunto ' Velocità di trasmissione: 10 Mb/s ' Durato dello ''slot': 512 tempi di bit ' Intervallo minimo tra le PDU: 9.6 µs ' Numero massimo di tentativi: 16 ' Limite di backoff: 10 ' Lunghezza del segnale di jam: 32 bit ' Massima dimensione della PDU: 1518 ottetti (esclusi
Preambolo di sincronizzazione e SD)
' Minima dimensione della PDU: 512 bit (64 byte) F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 55 Mezzi trasmissivi in 802.3 ' Cavo coassiale in banda base ' 10 BASE 5 ' 10 BASE 2 (max. dim segmento 185 m, numero di
tap per segmento <=30, cavo coassiale thin)
' Cavo coassiale broadband ' 10 BROAD 36 ' Doppino ' 10 BASE T (realizzazione con topologia fisica a stella, stazioni attaccate a un HUB con canali punto
punto realizzati tramite doppino)
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 56 Carrier Sense e Collision Detection Dipende dal particolare mezzo trasmissivo usato. Esempio: cavo coassiale in banda base ' Carrier Sense: basato sull''individuazione di transizioni sul canale corrispondenti alla codifica di bit nel codice Manchester ' Collision detection: quando il valore del segnale
ricevuto supera una certa soglia
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 57 Ethernet: prestazioni + Affidabilità (passività del mezzo trasmissivo) + Protocollo MAC totalmente distribuito e semplice + Ritardo di accesso minimo se il traffico in rete è basso (basato su CSMA 1-persistent) - L''efficienza di banda diminuisce all''aumentare del parametro a ( '/T). Per ottenere buone prestazioni bisogna bilanciare i seguenti fattori: Estensione geografica ' Velocità trasmissiva T Lunghezza minima dei pacchetti -Nessuna garanzia sul massimo ritardo di accesso di una stazione -Non è possibile differenziare tra le trame garantendo al traffico real-time una maggiore priorità di accesso F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 58 802.3 o Ethernet ' In realtà non sono la stessa cosa: ' l''802.3 usa un livello LLC (802.2) ' Ethernet colloquia direttamente con i livelli di
rete
' ad esempio nel caso di IP: MAC (802.3) LLC (802.2) IP Ethernet IP F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 59 802.3 o Ethernet ' Nell''Ethernet il campo protocol serve ad indirizzare il SAP
verso i livelli di rete
' In molte LAN le due reti convivono. Come' ' il campo lung. trama può assumere valori 0-1500 ' il campo protocol valori >1500 (per la precisione lo standard
dice ''>1536' in decimale, ovvero 0600 in esadecimale)
Destinaz. Sorgente Lung trama 1 6 2 0-1500 Sync 6 SD 7 PAD FCS 4 802.3 payload Destinaz. Sorgente protocol 1 6 2 0-1500 Sync 6 SD 7 PAD FCS 4 Ethernet payload Nota: in questo secondo caso lo standard dice che è il MAC client protocol (ad es. IP, IPX o comunque il
livello rete che usa Ethernet) che si deve preoccupare di operare correttamente nel caso ci sia Padding
operato dal livello MAC. (si demanda dunque al livello superiore la responsabilità della corretta
operazione) F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 60 Fast Ethernet ' Recentemente il protocollo 802.3 è stato esteso per
ottenere velocità in linea di 100 Mbit/s, con i vincoli
però che la trama MAC e le regole che la determinano
restassero le stesse in modo da facilitare
l'interoperabilità fra spezzoni di rete a velocità diverse.
' Poiché il protocollo d'accesso CSMA-CD impone un
rapporto costante fra il tempo di trasmissione della
minima trama e il massimo ritardo di propagazione
sulla rete, riducendosi il primo per via dell'aumento di
velocità di linea occorre ridurre anche il secondo.
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 61 Fast Ethernet ' Dunque, anche con solo uno spezzone di rete a 100
Mbit/s, la rete totale non può superare un'estensione
massima di circa 250 m, cosa accettabile visto che
comunque anche la 10BaseT prevede tratte d'utente
non più lunghe di 100 m.
' Naturalmente, una tale variazione di velocità cambia
pesantemente lo strato fisico.
' Questo standard ha due varianti, la prima 100Base4T
prevista per funzionare con i vecchi cavi di categoria 3
adatti alla 10BaseT, e la seconda, 100BaseX prevista
per cavi di categoria 5 e fibra (100BaseTX e
100BaseFX).
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 62 Giga Ethernet ' Alla fine del 1998 è giunto a conclusione il lavoro di
definizione del protocollo 802.3z, noto come Gigabit
Ethernet.
' Il nuovo standard prevede sia il funzionamento tipico
CSMA-CD su mezzi di tipo condiviso basato su una
configurazione a stella e su repeater, sia un tipo di
funzionamento punto-punto full duplex che non
presenta problemi di accesso
' Per ora lo standard prevede il funzionamento su un
livello fisico che usa fibre ottiche, multimodo e
monomodo, e cavo schermato. E'' prevista inoltre
l'estensione dello standard a cavo UTP di categoria 5.
F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 63 Giga Ethernet ' Per evitare di ridurre ulteriormente il massimo
diametro consentito per la rete, che mantenendo le
regole della rete a 10 e 100 Mb/s si ridurrebbe a 20 m,
si è deciso di mantenere le dimensioni della rete a 100
Mbit/s e di aumentare di circa 10 volte la dimensione
della trama di lunghezza minima.
' Ciò complica la connessione di spezzoni a velocità
diversa a livello 2, in quanto i bridge dovrebbero
riformattare completamente la trama.
' Ad evitare il problema si è trovata un''ingegnosa
soluzione, ossia la tecnica nota come carrier extension
. F. Martignon: Fond. Reti e Telecomunicazione 64 Giga Ethernet ' La soluzione consiste nell'aumentare la dimensione dello
slot, ossia la minima lunghezza in cui è presente attività
di trasmissione sul canale, da 512 bit a 512 byte, ma
mantenendo la minima lunghezza di trama di 512 bit.
' Se alla fine della trasmissione della trama questa risulta
di lunghezza inferiore a 512 byte, il trasmettitore
continua la trasmissione con una sequenza particolare di
simboli di canale, noti come Carrier Extension (CE) fino
a che la minima lunghezza dello slot viene raggiunta.
' Evidentemente, tale soluzione non può evitare una
perdita di efficienza nel caso in cui gran parte delle
trame da trasmettere siano di piccole dimensioni.


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