Reti di Comunicazione – M. De Marco
3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Politecnico di Milano – Sede di Cremona A.A. 2012/13
Corso di
RETI DI COMUNICAZIONE E INTERNET
Modulo 1
Martino De Marco
email: [email protected]
skype: martino.demarco
Parte 3
RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Reti di Comunicazione – M. De Marco
3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Programma del corso
1 - RETI E SERVIZI DI
TELECOMUNICAZIONI
1.1 Servizi di telecomunicazioni
1.2 Caratterizzazione delle reti di
telecomunicazioni
1.3 Protocolli di comunicazione
2 - RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA
(WAN)
2.1 Il livello data-link
2.2 Il livello di rete
2.3 Valutazione delle prestazioni
2.4 Cenni sull‟evoluzione delle reti
dati in area geografica
3 - RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
3.1 Architetture e protocolli per LAN
3.2 LAN IEEE 802.3
3.3 Wireless LAN
3.4 Interconnessione LAN (bridging e routing)
4 - FONDAMENTI DI TELEFONIA FISSA E MOBILE
4.1 Reti fisse analogiche e digitali
4.2 Reti radiomobili
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Indice
• Generalità sulle reti locali
• Ethernet / IEEE 802.3
• Bridging e switching
• Virtual LAN
• LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Generalità
• 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
– 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
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Il progetto IEEE 802
Struttura generale del progetto
Interfaccia unificata con il livello network LIVELLO
NETWORK
LLC 802.2 . Logical Link - Control
ISO 8802.2
MAC 802.3
ISO 8802.3
802.6
ISO 8802.6
802.5
ISO 8802.5
802.4
ISO 8802.4
FDDI
ISO
9314
LIVELLO
DATA LINK
LIVELLO
FISICO
CSMA/CD TOKEN
BUS
TOKEN
RING
DQDB FDDI
Tecnologie trasmissive differenziate
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Il progetto IEEE 802
• 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
– 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
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Il progetto IEEE 802
• 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
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
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LLC
• 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
• Relazione tra PDU
L3-DSAP L3-SSAP L4-PDU….L3
PDU
LLC-DSAP LLC-SSAP CONTROL L3-PDU
MAC-DSAP MAC-SSAP LLC PDU FCS
LLC
PDU
MAC
PDU
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LLC
• LLC-PDU
• Tipi di PDU
– 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
DESTINATION
ADDRESS
SOURCE
ADDRESS CONTROL INFORMATION
Byte 1 1 1/2 m
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MAC
• 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
– 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
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MAC
• 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
• 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)
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MAC
• 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):
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)
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MAC
• MAC-PDU
– FCS: codice CRC a 32 bit
• Tipi indirizzo (48 bit)
– Single
– Multicast
– 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
Indirizzo di
destinazione
Indirizzo di
mittente LLC PDU FCS
MAC-DSAP MAC-SSAP INFO
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Indirizzi 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
– 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
0 8 0 0 2 b 3 c 0 7 9 a
OUIOUI assegnato dall’IEEE assegnato dall’IEEE Assegnato dal costruttoreAssegnato dal costruttore
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 Order
802.3 e 802.4
Native Order
802.5 e FDDI
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Livello 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
• 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
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Livello 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 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
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Livello fisico - Doppini • 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
– 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
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Livello fisico - Doppini
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Livello 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:
– 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
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Livello fisico: fibra ottica
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Indice
• Generalità sulle reti locali
• Ethernet / IEEE 802.3
• Bridging e switching
• Virtual LAN
• LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps
by Bob Metcalfe
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Ethernet / IEEE 802.3 - Generalità
• Ethernet sviluppata da
Digital, Intel, Xerox negli
anni 70
• Successivamente
standardizzata come IEEE
802.3 (1985) e come ISO
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
LIVELLO
NETWORK
802.2 Logical LinkControl
ISO 8802.2 LLC
MAC
LIVELLO
DATA LINK
802.3
ISO
8802.3
Ethernet
versione
2.0 LIVELLO
FISICO
802.5
ISO
8802.5
FDDI
ISO
9314
Ethernet V 2.0 di
Digital . Intel . Xerox Standard ANSI/IEEE ed ISO/IEC
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Livello fisico
• Velocità trasmissione:
10 Mbit/s
• Massima distanza tra le due
stazioni più distanti: 2.8 km
• Numero massimo stazioni:
1024
• Mezzo trasmissivo: cavo
coassiale thick (RG213)
– Impedenza: 50
– 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
cavo transceiver
(cavo drop)
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Livello fisico
• Transceiver
– Elemento che consente di
trasmettere/ricevere trame sul
mezzo trasmissivo
– Si collega all'interfaccia
Ethernet (controller) tramite
cavo transceiver
• 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
Receiver
Collision
Transmitter
+ 12 V, oppure + 15 V Pin 13
Pin 6
Pin 5
Pin 12
Pin 2
Pin 9
Pin 3
Pin 10 +
-
+
-
+
-
+ c
TX
Coll .
RX
Power Pin 13
Pin 6
Pin 5
Pin 12
Pin 2
Pin 9
Pin 3
Pin 10
Isolated Power Supply
Coll . Circ .
Ethernet Controller Transceiver Cable
Transceiver
Coax
Cable
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Controller Ethernet
• Codifica/decodifica Manchester: garantisce almeno una
transizione del segnale per bit (facilita l'estrazione del clock)
Clock
High
Low
0 1 0 1 0 0 1 1 1
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Sottolivello 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
– Pad (0-46 byte): garantisce lunghezza minima trama (64 byte)
– FCS - Frame Check Sequence (4 byte)
P r e a m b l e L L C - P D U F C S D A S A
1
L e n .
6 4 - 1 5 1 8
S F D
6 7 6 2 0 - 1 5 0 0 4
P a d
0 - 4 6 B y t e
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Sottolivello 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
– 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
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Sottolivello MAC
• 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
– 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 s)
• Multiplo al tentativo n è numero casuale in [0,2k] , k=min(n,10)
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Sottolivello MAC
• Principali parametri Ethernet
– Slot time 512 bit time (51.2 s)
tempo di attesa prima di una ritrasmissione
– Inter Packet Gap 9.6 s distanza minima tra due trame
– 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
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Configurazioni 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
• 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
A
B
C
D
E
F
G
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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10Base5
• Come in Ethernet v2.0
• Cavo coassiale thick (RG213)
– Impedenza: 50
– 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:
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
Stazione Stazione Stazione
Cavo AUI o drop
2.5 m min Giunto o barrel
di tipo “N”
MAU ( transceiver )
Thick coax 500 m max
100 MAU max connessi in un segmento
Terminatore da 50
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10Base2
• Mezzo trasmissivo: cavo
coassiale Thin (RG58)
– Impedenza: 50
– 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
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
Stazione
Connettore a “T”
di tipo “BNC”
Stazione con transceiver integrato
Stazione Stazione
Cavo AUI o Drop
MAU ( transceiver )
0.5 m min
Segmento Thin coax (RG58) 185 m max
30 MAU max connesi in un segmento
Terminatore da 50
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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10BaseT
• 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
– 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)
– Rilevamento collisioni: rilevando dati su RD e su DO invia segnale di coll CI (Collision In)
– ecc.
DO
CI
DI
CABLE MAU
Coll .
detect
1 TD+
2 TD-
1 TD+
2 TD-
3 RD+
6 RD-
3 RD+
6 RD-
Coll .
detect
DO
CI
DI
MAU
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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10BaseT
• Connettore RJ 45
– 1 TD+
– 2 TD-
– 3 RD+
– 4 Non Utilizzato
– 5 Non Utilizzato
– 6 RD-
– 7 Non Utilizzato
– 8 Non utilizzato
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 34
Ethernet 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 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)
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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Parametri 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)
• 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
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Parametri di configurazione
• Round trip collision delay: ritardo massimo per percepire una collisione
– Pone un limite teorico alla distanza massima tra due stazioni:
v
d
C
L
max
min 2
L 2 L 1
A C B
Arrivo in B
Arrivo in A
B trasmette
Inizio collisione A trasmette
A rileva collisione
B rileva collisione
t 0
t 2
t 1
t 3
t 4
t
Sequenza di jamming
Sequenza di jamming
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Slide 39
Repeater
• 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
Fisico Fisico Fisico
Repeater
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Slide 40
Esempio di configurazione
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Slide 41
IEEE 802.3 - Regole 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)
• 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)
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Slide 42
IEEE 802.3 - Esempi di configurazione
DTE
AUI
10 BaseT
link seg .
100m.
10 BaseT
link seg .
100m. Coax seg .
500m 10 base5 o
185 m 10 Base2
Ripetitore 1 Ripetitore 2 Ripetitore 3 Ripetitore 4
MAU
AUI
DTE
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Slide 43
IEEE 802.3 - Esempi di configurazione
Ripetitore
10 BaseT
segmento link
100 m 10 Base5
segmento coax
500 m
FOIRL
segmento link
500 m FOIRL
segmento link
500 m
Ripetitore
Ripetitore
Ripetitore
MAU
AUI
DTE
MAU
AUI
DTE
MAU
AUI
DTE
10 BaseT segmento
link 100 m 10 BaseT segmento
link 100 m
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Slide 44
IEEE 802.3 - Esempi di configurazione massima
• Estensione Max Shared Ethernet 10 Mb/s = ~3000 m
3 mixing segment x 500m =1500m
2 link segment x 500m =1000m
10 drop-cable x 50m = 500m
TOTALE =3000m
2
R3
FOIRL
2 MAU4A MAU4B
R4
COAX 3
AUI
R4A
AUI
R4B
AUI
M3
MAU 3
DTE 3
Ripetitore 3 Ripetitore 4
COAX
DTE 2
MAU 1
AUI
M1
COAX 1
DTE 1
MAU1A MAU1B
R1
AUI
R1A
AUI
R1B
FOIRL
1
R2
Ripetitore 1 Ripetitore 2
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Slide 45
IEEE 802.3 - Esempio di configurazione non
valida
• Tra A e B vi sono 4 segmenti coax Ripetitore Ripetitore
Ripetitore Ripetitore
Segmenti Coax
500 m 10 Base5
o
185 m 10 Base2
DTE
DTE
MAU
DTE DTE
MAU
Segmenti Coax
500 m 10 Base5
o
185 m 10 Base2 B
A
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Slide 46
Evoluzione 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
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Slide 47
Indice
• Generalità sulle reti locali
• Ethernet / IEEE 802.3
• Bridging e switching
• Virtual LAN
• LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps
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Slide 48
Repeater Multiporta: Hub
• Concentratore Ethernet
• Segmento di rete in un box
• Passivo
• Lavora a livello 1 ISO/OSI
Ethernet 10
One device sending at a time
Hub
All nodes share 10 Mbps
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Slide 49
Hub: Organizzazione topologica
• Risorse condivise
• Connessioni ai desktop
legate ad armadi
centralizzati
• Scarsa sicurezza all‟interno
dei segmenti condivisi
• Scalabilità tramite router
• Cambiamenti semplici ma
collisioni
• Gruppi di utenti definiti in
base a collocazione fisica
10BaseT
Hub
10BaseT
Hub
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Slide 50
Bridge
• 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
Physical
Data Link
Network
Session
Presentation
Transport
Application
Physical
Data Link
Network
Session
Presentation
Transport
Physical
Data Link L1+L2
Collision
Domain
MAC
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Slide 51
Switch Layer 2
• Realizza un accesso dedicato per ogni nodo
• Elimina le collisioni e dunque aumenta la capacità
• Supporta conversazioni multiple contemporanee
Application
Physical
Data Link
Network
Session
Presentation
Transport
Application
Physical
Data Link
Network
Session
Presentation
Transport
Physical
Data Link
Collision
Domain
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Slide 52
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
– Invia su tutte le porte quando
l‟indirizzo è broadcast,
multicast o sconosciuto
– Trasferisce quando la
destianzione è su una
interfaccia diversa
A C
B
2
4
1
10 Mbps
10 Mbps
Interface S
tati
on
s 1 2 3 4
3 Data from A to B
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 53
Switch: Modalità funzionamento (2)
A C
B
2
4
1
10 Mbps
10 Mbps
Interface S
tati
on
s 1 2 3 4
A X
3
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Slide 54
Switch: Modalità funzionamento (3)
A C
B
2
4
1
10 Mbps
10 Mbps
Interface S
tati
on
s 1 2 3 4
A X
3 Data from A to B
Data
from
A to
B
Da
ta f
rom
A t
o B
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Slide 55
Switch: Modalità funzionamento (4)
A C
B
2
4
1
10 Mbps
10 Mbps
Interface
Sta
tio
ns 1 2 3 4
A X
3
B X
Da
ta f
rom
B t
o A
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 56
Switch: Modalità funzionamento (5)
A C
B
2
4
1
10 Mbps
10 Mbps
Interface
Sta
tio
ns 1 2 3 4
A X
B X
3
Data from B to A
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 57
Switch: Modalità full duplex
• Raddoppia la banda tra nodo e switch
• Trasmissione priva di collisioni
Full Duplex Switch
10 or 100 Mbps
10 or 100 Mbps
10 or 100 Mbps
10 or 100 Mbps
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Spanning 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 B
Segment A
Segment B
Switch 1 Switch 2
1/1
1/2
2/1
2/2
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 60
Indice
• Generalità sulle reti locali
• Ethernet / IEEE 802.3
• Bridging e switching
• Virtual LAN
• LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps
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Slide 61
VLAN (1)
• Bridge e switch diminuiscono
collisioni ma non eliminano
– Broadcast
– Multicast
• Possibili soluzioni al problema
– Router (IP)
– VLAN Dominio
Broadcast
Collision
Domain
Collision
Domain
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Slide 62
VLAN (2)
• Bridge e switch diminuiscono
collisioni ma non eliminano
– Broadcast
– Multicast
• Possibili soluzioni al problema
– Router
– VLAN Dominio Broadcast
Collision Domain
VLAN1
VLAN2
VLAN3
VLAN4
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Slide 63
VLAN: 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
• Riduzione dei costi
– Meno router
• Sicurezza
– Controllo accessi a segmenti di rete
– Protezione traffico
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Slide 64
VLAN: Funzionamento
• Explicit Tagging
– Dato identificato da TAG
• Implicit Tagging
– Dato identificato da altri parametri (es: porta)
• Switch deve saper gestire database tagging
– Filtering Database
• Decisione su tagging o meno
– VLAN-aware
– VLAN-unaware
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Slide 65
VLAN: Tipologie
• Tipologie di VLAN
– Per porta
– MAC Address
– Protocol Type
– IP Subnet
– Higer Level
• Tipologie di connessione
– Trunk Link (VLAN-aware to VLAN-aware)
– Access Link (VLAN-unaware device to VLAN-aware bridge)
– Hybrid Link
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Slide 66
Indice
• Generalità sulle reti locali
• Ethernet / IEEE 802.3
• Bridging e switching
• Virtual LAN
• LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps
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Slide 67
IEEE 802.3u - Fast 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
– Collisioni non più possibili
LAN Switch
A B C D E
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Slide 68
IEEE 802.3u - Fast 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)
– 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)
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 69
IEEE 802.3u - Fast 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
Fast Ethernet
100Base -X 100Bas e- T2
100Base -TX 100Bas e- FX
100Bas e- T4
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 70
IEEE 802.3u - Fast Ethernet
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 71
IEEE 802.3z - Gigabit 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
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 72
IEEE 802.3z - Standard
Lunghezza minima della trama: 64 byte (512 bit)
Preamble SFD Destin .
Add .
Source
Add . 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)
– 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
• Compatibile con Ethernet e Fast Ethernet
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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IEEE 802.3z - Classificazione
• 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
• 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
Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet
Bit rate 10 Mbit/s 100 Mbit/s 1000 Mbit/sBit time 100 ns 10 ns 1 ns
Slot time 51.2 s 5.12 s 4.096 s
Interpacket gap 9.6 s 0.96 s 96 ns
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3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
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IEEE 802.3z – Collegamento switch
Reti di Comunicazione – M. De Marco
3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 75
IEEE 802.3z – Collegamento server