Reti di Calcolatori Protocolli data link layer per reti LAN

CSMA [Carrier Sense Multiple Access] Protocolli con rilevamento della portante ( Carrier Sense - CS ) Migliorano l’utilizzo del canale perché evitano le collisioni quando il canale è già impegnato Trasmetti pacchetto Collisione? Attendi un tempo casuale si no Portante? no si CS Trasmetti pacchetto Collisione? Attendi un tempo casuale si no Portante? no si CS attesa casuale 1-persistente non persistente

Relazioni tra L3, LLC e MAC

Formato del frame IEEE 802.3 Preambolo (7 byte) Vengono trasmessi 7 byte 10101010 Produce un’onda quadra a 10MHz per 5.6  s (56 bit x 0.1  s/bit) Permette la sincronizzazione del clock del mittente e del ricevente Codifica Manchester Start of frame (1 byte) Vale 10101011 Indica l’inizio del pacchetto 1 0 1 0 1 0 1

Indirizzi Ethernet Il bit 46 distingue gli indirizzi locali da quelli globali Gli indirizzi globali sono assegnati dalla IEEE per assicurare l’unicità degli indirizzi. Sono disponibili 2 46  7 x 10 13 indirizzi globali Tutte le stazioni vedono il frame e lo accettano se l’indirizzo destinazione è compatibile con quello a loro assegnato Se la trasmissione è unicast solo la stazione con l’indirizzo specificato nel campo destinazione del frame accetta il pacchetto. Le altre stazioni lo scartano Il riconoscimento dell’indirizzo è a livello hardware Se l’interfaccia è configurata in modo promiscuo , accetta tutti i pacchetti (snoop di rete)

Prestazioni [continua] Il numero medio di slot di contesa è 1/A Ogni slot ha durata 2  , quindi l’intervallo medio di contesa è 2  /A Se un frame medio impiega P per la trasmissione, l’efficienza del canale è E = P/(P+ 2  /A) Diminuisce con la lunghezza della linea (  ) Aumenta con la dimensione F del frame (P=F/B) Decresce con il numero di stazioni pronte a trasmettere (carico) Più stazioni si aggiungono e più il traffico aumenta fino a saturare la LAN

Ethernet a 10, 100, 1000, … Mb/s Collegamento, in cavo metallico o fibra ottica, tra “scatole”. Se le “scatole” sono switch, aumenta la banda, migliora la gestibilità, ma abbiamo una rete a commutazione di pacchetto non controllata. Protocollo Spanning Tree per eliminazione cicli e recupero guasti. 50% 25% 25%

Evoluzione di Ethernet 0.1 1 10 100 1000 Distanza [km] Capacità [Mb/s] 1 10 100 1,000 10,000 Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet 10 Gigabit Ethernet

AUI Transceiver

Connettore RJ-45 [Doppino] A B NC 8 NC 7 Transmit Data (-) TxD (-) 6 NC 5 NC 4 Trasmit Data (+) TxD (+) 3 Receive Data (-) RxD (-) 2 Receive Data (+) RxD (+) 1 Description Signal Pin

Livelli Gigabit Ethernet 1000BASE-LX LWL Fiber Optic 1000BASE-SX SWL Fiber Optic 1000BASE-T UTP Category 5 MAC Layer Physical Layer 1000BASE-T Encoder/decoder Media Access Control (MAC) Gigabit Media Independent Interface (GMII) (optional) 1000BASE-CX Shielded Balanced Copper FibreChannel Encoder/Decoder (8B10B) SMF - 5km 50µ MMF - 550m 62.5µ MMF - 500m 50µ MMF - 550m 62.5µ MMF - 220-275m 25 m 100 m 802.3z physical layer 802.3ab physical layer Lo standard Gigabit Ethernet specifica anche altri livelli fisici per trasmissioni a corta distanza, come doppini e cavi coassiali

Tipici 1 Gigabit Optical XCVRs 1x9 GBIC SFF SFP Pluggable Pin in Hole

Layer Model Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Collegamento Fisico PMD PMA 64B/66B PCS PMD PMA 8B/10B PCS Reconciliation Sublayer (RS) MAC MAC Control LLC Higher Layers Modello di riferimento OSI MEDIUM MEDIUM Livelli P802.3ae XGMII XGMII MDI MDI MDI = Medium Dependent Interface XGMII = 10 Gigabit Media Independent Interface PCS = Physical Coding Sublayer PMA = Physical Medium Attachment PMD = Physical Medium Dependent WIS = WAN Interface Sublayer 10GBASE-R: collegamenti su fibra punto punto 10GBASE-W: compatibile con standard SONET 10GBASE-X: usa WDM, 4  a 2.5G in parallelo 10GBASE-R 10GBASE-X PMD PMA WIS 64B/66B PCS MEDIUM XGMII MDI 10GBASE-W

10G su fibra – lunghezze d’onda Device 10GBASE-SR 850nm Seriale 1310nm WWDM 1310nm Seriale 10GBASE-SW 10GBASE-LX4 10GBASE-LR 10GBASE-LW 10GBASE-ER 10GBASE-EW    1550nm Seriale     10GBASE-SR

10G su fibra – distanze supportate SR 850 nm LR 1310 nm ER 1550 nm LX4 1310 nm SM 50 MM 62.5 MM Fibre Nota : sono necessarie bretelle Mode conditioning per LX4 con fibre MM OM1 e OM2 - 82/110m 66m 33m 26m 10 Km - - - - - 40 Km - - - - - 10 Km 300m 240m 300m @500 MHz  Km - 500/Plus 400 200 MHz  Km 160

Primi 10 Gigabit Optical XCVRS XGXS FTRX XENPACK

Ethernet [Cablaggio] 2000m Ecco una tassonomia dei principali standards con le loro limitazioni nella distanza Nome Cavo Max segmento Nodi/ segmento 10Base5 coassiale grosso 500m 100 10Base2 coassiale sottile 200m 30 10Base-T doppino 100m 1024 10Base-FL fibra ottica 2000m 1024 Nome Cavo Max segmento 100Base-T4 4 doppini cat 3 100m 100Base-TX doppino cat 5 100m 100Base-FX fibra ottica 10 Mbps 100 Mbps (fast Ethernet) 500m Nome Cavo Max segmento 1000Base-T 4 doppini cat 5e 100m 1000Base-SX fibra ottica multimode 220m 1000Base-LX fibra ottica multimode 1000 Mbps (Giga Ethernet) 10Km 1000Base-LX fibra ottica singlemode

Tecnologia convergente Optical Transmission Choice (Ethernet, SONET,…new ones) Ring Operations (Forwarding, Topology, Fairness, Protection) Service Intelligence (Adaptation, QoS, protocols) Vendor Specific 802.17 Specific PHY Specific Mantenere gli standard di RPR semplici e lasciare ai costruttori la possibilità di differenziare i prodotti Mantenere le operazioni indipendenti dal livello fisico Data TDM Video Bound Scope

RPR Alliance

Token Ring Non utilizza un mezzo broadcast ma un insieme di collegamenti punto-punto associati in successione per realizzare una topologia ad anello stazioni interfaccia dell’anello Anello unidirezionale

Interfaccia Token Ring Ogni bit che raggiunge l’interfaccia è copiato in un buffer di 1 bit Il bit viene ritrasmesso sull’anello dopo un’eventuale controllo ( ascolto ) o modifica ( trasmissione ) Si ha un ritardo di 1 bit per ogni interfaccia Ascolto Idle Trasmissione Ritardo di 1 bit

Il Token Il token è una sequenza particolare di bit che circola sull’anello quando tutte le stazioni sono inattive Quando una stazione vuole trasmettere, si impossessa del token e lo rimuove dall’anello Una sola stazione può trasmettere (quella che possiede il token) SD AC ED 1 1 1 byte Token Starting delimiter Access control Ending delimiter Il token è acquisito semplicemente cambiando un bit nel byte Access Control

La lunghezza dell’Anello J K 0 0 K J 0 0 P P P T M R R R K J 1 J K I E 1 SD AC ED Token bit L’anello deve avere un ritardo sufficiente per contenere un token completo circolante quando tutte le stazioni sono inattive La velocità di propagazione tipica è di 200m/  s Se la velocità di trasmissione è di RMbps, ogni bit occupa 200/R m I byte di start e end hanno dei bit che corrispondono a violazioni della codifica Manchester differenziale (J,K)

Gestione dell ’ accesso Traffico scarso Il token gira sull’anello La stazione che ha un pacchetto da trasmettere preleva il token e trasmette il pacchetto Alla fine del pacchetto la stazione rimette il token nell’anello Traffico intenso Non appena una stazione termina la trasmissione e reimmette il token nell’anello, la stazione successiva pronta a trasmettere prende possesso del token Il permesso di trasmissione circola lungo l’anello implementando una politica round-robin

Il frame SD AC FC destination source checksum FS ED data 1 1 1 6 6 no limit 4 1 1 La quantità di dati contenuta in un frame è limitata dal tempo di possesso del token (10ms) indirizzi Frame control Frame status Il byte Frame Status permette di gestire l’ack della ricezione (per questo è al termine del frame) Il ricevente indica se ha ricevuto e/o memorizzato i dati modificando opportunamente due bit ( A =ack e C =copy) Quando il frame ha terminato il giro dell’anello e torna al mittente, viene verificato l’ack della trasmissione

Manutenzione dell’anello L’anello ha una stazione monitor controlla che il token non vada perso (utilizza un timer) gestisce le situazioni in cui l’anello si spezza ripulisce l’anello da frame corrotti o orfani (frame prodotti da stazioni che sono disattivate prima di ritirarlo) introduce ritardi se l’anello non riesce a contenere i 24 bit del token Ogni stazione può funzionare da monitor Se una stazione si accorge che non c’è monitor, trasmette un frame di controllo Claim Token . Se il frame ritorna, essa diviene il monitor Il monitor annuncia periodicamente la sua presenza con un frame di controllo Active Monitor Present .

FDDI La massima distanza tra due stazioni è 2 km per i LED e 40 km per i laser topologia a doppio anello R x PLL T x Medium Access Control Local 100 MHz clock Elastic store Queue T x /R x T x /R x T x /R x T x /R x

Scenario di uso

Modello di riferimento Fibre Channel IPI SCSI HIPPI FC-1 Encode/Decode FC-4 FC-2 Framing Protocol/Flow Control FC-3 Common Services FC-0 Networks Channels 802.2 IP ATM Physical Data Link Transport ISO/OSI 133 Mb/s 266 Mb/s 531 Mb/s 1062 Mb/s

FC-2: Formato di trama 4 bytes Start of Frame 24 bytes Frame header 4 bytes End of Frame 4 bytes CRC Error Check 2112 bytes Data Field 64 bytes Optional header 2048 bytes Payload CTL Source Address Destination Address Type Seq_Cnt Seq_ID Exchange_ID

Classi di Servizio Class 1 Dedicated circuit-switched connection Full bandwidth available, no multiplexing End-to-end flow control Video, voice Class 2 Connectionless with notification Allow multiplexing; No guarantee (out of order) Both B-to-B and E-to-E flow control Like LAN Class 3 Datagram service (no notification) Allow multiplexing; No guarantee B-to-B flow control Used for SCSI service Class 4 Fractional bandwidth allocation Virtual Circuit like class of service Usable only if a fabric is present Class 5 Isochroous service Not yet defined Class 6 Multicast support Allow replication (RAID configuration) Usable only if a fabric is present