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
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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
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• 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
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– 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
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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
Il progetto IEEE 802Il 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
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• 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
Il progetto IEEE 802Il 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
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• 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
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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
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– 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
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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
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– 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):
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• 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
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– 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
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– 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
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– 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
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– 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
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• 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
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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:
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• 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
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IndiceIndice
• Generalità sulle reti locali• Ethernet / IEEE 802.3
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• Bridging e switching• Virtual LAN• LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps
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
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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)
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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.
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• 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
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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
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– 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
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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
Sottolivello MACSottolivello 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
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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)
Sottolivello MACSottolivello MAC
• 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
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– 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
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• 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
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– 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 )
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• 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)
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– 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+
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 3333
– 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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 3434
– 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)
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 3737
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 3838
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 3939
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasposrto
Rete
Data Link
Fisico
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasposrto
Rete
Data Link
FisicoFisico Fisico
Repeater
Esempio di configurazioneEsempio di configurazione
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 4040
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)
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• 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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 4242
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 4343
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 4444
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
Ripetitore Ripetitore
Segmenti Coax
DTEDTE
A
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 4545
Ripetitore Ripetitore
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 4646
– 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
• Generalità sulle reti locali• Ethernet / IEEE 802.3
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• Bridging e switching• Virtual LAN• LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps
Repeater Multiporta: HubRepeater Multiporta: Hub• Concentratore Ethernet• Segmento di rete in un box• Passivo• Lavora a livello 1 ISO/OSI
Ethernet 10
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 4848
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 4949
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 5050
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 5151
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 5252
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 5353
B4
10 Mbps
InterfaceS
tatio
ns
1 2 3 4
A X
Switch: Modalità funzionamento (3)Switch: Modalità funzionamento (3)
A C
21
10 Mbps
10 Mbps3
Data from A to B
Dat
a fr
om A
to B
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 5454
B4
10 Mbps
InterfaceS
tatio
ns1 2 3 4
A X
Data from A to B
Data from
A to B
Switch: Modalità funzionamento (4)Switch: Modalità funzionamento (4)
A C
21
10 Mbps
10 Mbps3
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 5555
B4
Interface
Sta
tions
1 2 3 4
A X
B X
Dat
a fr
om B
to A
Switch: Modalità funzionamento (5)Switch: Modalità funzionamento (5)
A C
21
10 Mbps
10 Mbps3
Data from B to A
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 5656
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 5757
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 5959
Station A
Station B
Segment A
Segment B
Switch 1 Switch 21/1
1/2
2/1
2/2
IndiceIndice
• Generalità sulle reti locali• Ethernet / IEEE 802.3
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 6060
• Bridging e switching• Virtual LAN• LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps
VLAN (1)VLAN (1)• Bridge e switch diminuiscono
collisioni ma non eliminano– Broadcast– Multicast
• Possibili soluzioni al problema– Router (IP)– VLAN Dominio
Broadcast
CollisionDomain
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 6161
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 6262
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 6363
– 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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 6464
– 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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 6565
• Tipologie di connessione– Trunk Link (VLAN-aware to VLAN-aware)– Access Link (VLAN-unaware device to VLAN-aware bridge)– Hybrid Link
IndiceIndice
• Generalità sulle reti locali• Ethernet / IEEE 802.3
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 6666
• Bridging e switching• Virtual LAN• LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 6767
– 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)
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 6868
• 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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 6969
• 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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 7070
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 7171
– 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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 7272
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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 7373
• 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
RetiReti didi ComunicazioneComunicazione –– MM. De Marco. De Marco33. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN). RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN) Slide Slide 7474