Reti di Calcolatori

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RETI DI CALCOLATORI

Seconda Esercitazione

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Canali trasmissivi

Una rete di calcolatori è formata da un insieme di nodi (switch) interconnessi per mezzo di linee di comunicazione (link) in grado di gestire il flusso dei dati provenienti dagli utenti finali della rete stessa.

I nodi e i rami di una rete possono essere interconnessi in molteplici modi, tali da formare diverse configurazione di rete.

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Canali trasmissivi

In particolare si possono distinguere le:• reti broadcast: sono reti dotate di un unico canale di

comunicazione dove i dati trasmessi sono visibili da tutti gli utenti ad esse connessi. Solo una stazione può trasmettere nella rete per volta (trasmissione radio, satellitare, reti locali);

• reti punto-punto: una coppia di utenti è connessa agli estremi del canale di comunicazione, che viene utilizzato in modo paritetico;

• reti multi-punto: vi sono più nodi collegati ad un unico canale. In particolare un nodo è il master e tutti gli altri sono slave.

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Topologie

Le principali topologie di rete risultano essere:

• a stella;• ad anello;• a maglia;• a bus.

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Stella

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Anello

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Maglia

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Bus

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Rete ad Anello cablata a Stella

La presenza di circuiti di by-pass rendono le reti ad anello più affidabili in caso di guasti sulla rete ed evitano possibili interruzioni del flusso di dati.

Circuito diBypass

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Doppio Anello Controrotante

Questa soluzione è vantaggiosa in ambito di dorsali; il secondo anello ha funzionalità di backup ed il guasto di più sistemi porta al partizionamento dell'anello

Stazione inBypass

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Architettura di una Rete

L’architettura di una rete prevede l’esistenza di End System (ES) e di Intermediate System (IS). I primi, detti anche host o end node, eseguono le applicazioni e realizzano tutti i livelli OSI, I secondi, detti anche router, instradano i messaggi sulla rete realizzando solo i primi tre livelli OSI.

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ES e IS

ReteData Link

Fisico

ApplicazionePresentazione

SessioneTrasporto

ReteData Link

FisicoData Link

Fisico

ApplicazionePresentazione

SessioneTrasporto

ReteData Link

Fisico

ROUTER

End SystemIntermediate System End System

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Modalità di trasferimento delle informazioni

Nella modalità di trasferimento delle informazioni in una rete, il principio di commutazione è definito in base a come sono realizzate le due funzioni di instradamento (come individuare un percorso della rete) e attraversamento (come permettere l'inoltro del messaggio).

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Commutazione di Circuito

Nella commutazione di circuito l'instradamento avviene una volta per tutte prima della comunicazione, e l'attraversamento impegna in modo permanente le risorse fisiche dei nodi della rete. Il circuito temporaneo punto-punto così creato è caratterizzato da una banda costante, da un basso ritardo e da un peggioramento della qualità del canale all'aumentare della distanza. Questo tipo di commutazione è stato concepito per la telefonia ed è applicato sia per la trasmissione numerica che per quella analogica.

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Commutazione di Circuito

A

DB

C

I commutatori creano dei circuiti punto-punto

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Commutazione di pacchetto

Nella commutazione di pacchetto l'instradamento avviene una volta per tutte prima della trasmissione, che prevede una prima fase di richiesta di connessione, durante la quale si determina appunto l'instradamento tra i nodi della rete. I pacchetti di uno stesso messaggio vengono instradati dagli IS fino a raggiungere gli ES che eseguiranno così le applicazioni.

La commutazione di pacchetto è stata concepita esclusivamente per la trasmissione dati; tra le sue caratteristiche principali si possono menzionare il miglior sfruttamento della capacità trasmissiva del canale e l'indipendenza della qualità della stessa trasmissione rispetto alla distanza percorsa.

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Commutazione di pacchetto

L'informazione è raggruppata in pacchetti

A

DB

C

N3 N4

N2N1C CD C C

D D DC A

C C

D

B

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Il pacchetto

IndirizzoMittente

IndirizzoDestinatario Dati FCS

Header

Testa

Info TailCoda

Packet

Pacchetto

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Tipi di Trasmissione

Esistono due tipi di trasmissione dell’informazione: la trasmissione seriale e la trasmissione parallela. Nella prima, l’informazione viene inviata in parallelo su un bus di comunicazione contenente segnali di dato e segnali di clock. Nella seconda, l’informazione da trasmettere subisce una serializzazione e quindi viene trasmessa un bit alla volta. In quest’ultimo caso non si ha la necessità di utilizzare segnali aggiuntivi di temporizzazione in quanto esistono meccanismi di sincronizzazione.

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Tipi di Trasmissione

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00

1

111

0

00

1

10

1

1

1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1

Bit 1

Bit 8

Parallela

Seriale

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Trasmissione Seriale

La trasmissione seriale è asincronaquando ogni byte di informazione viene trasmesso separatamente dagli altri. È invece sincrona quando le informazioni da trasmettere sono strutturate in trame e vi è una sincronizzazione del clock tra trasmettitore e ricevitore tale da durare per l’intera trama.

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I PABX

Il Private Automatic Branch Exchange (PABX) è il centralino telefonico che consente lo scambio di telefonate tra utenti di uno stesso stabile attraverso linee interne ma che permette anche la gestione di telefonate verso linee esterne. L'architettura proposta risulta essere la seguente:

Cablaggio Telefonico

PABX

FONIA BuildingAutomation TD

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Le LAN

Una LAN è una rete:• a commutazione di pacchetto;• privata;• ad alte prestazioni;• a basso costo.

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Le LAN

Alle precedenti caratteristiche si affiancano le seguenti:

• affidabilità;• flessibilità;• modularità;• gestibilità.Sistemi distribuiti di questo tipo sono

concorrenziali con i mainframe.

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Le LAN e i PABX

Il modello oggi universalmente accettato quale rapporto tra LAN, PABX e cablaggio strutturato risulta essere il seguente:

Cablaggio Strutturato

PABX

FONIA

BuildingAutomation

TD

LAN

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Definizione IEEE 802 di LAN

Una LAN è un sistema di comunicazione che permette ad apparecchiature indipendenti di comunicare tra di loro entro un'area delimitata utilizzando un canale fisico a velocità elevata e con basso tasso di errore.

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Le LAN e OSI

Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Data Link

Fisico

654321

7

LAN WAN

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Arbitraggio del Canale nelle LAN

Per sua definizione, una LAN ha sempre un solo canale trasmissivo ad alta velocità condiviso nel tempo da tutti i sistemi collegati; un sistema che trasmette diventa proprietario di tutta la capacità trasmissiva della rete. La trasmissione è inoltre di tipo broadcast.

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Arbitraggio del Canale nelle LAN

Questo tipo di organizzazione introduce pertanto alcune complicazioni quali lo stabilire chi sono il destinatario ed il mittente di un messaggio e l'arbitraggio per accedere al mezzo comune di trasmissione. Problemi di questo tipo vengono risolti:

• in trasmissione, determinando chi ha la facoltà di utilizzare il canale in un determinato momento; è pertanto di rilevante importanza la presenza del MAC(Media Access Control) ossia del sottolivello inferiore del Data Link che ha il compito di eseguire le procedure che gestiscono la condivisione del mezzo trasmissivo;

• in ricezione, discriminando quali messaggi sono destinati alla stazione tramite l'utilizzo di indirizzi.

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Ethernet

Ethernet è una rete locale proposta da Digital, Intel e Xerox concepita per topologie a bus. La sua velocità trasmissiva è di 10 Mb/s con un throughput massimo di 4 Mb/s.

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Trama di Ethernet V 2.0

Il campo type contiene il codice associato al protocollo di livello superiore che ha generato la PDU contenuta nel campo data.

6 6 27 1

PREAMBLE SFD DSAP SSAP TYPE DATA FCS

da 46 a 1500

4OTTETTI

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Ethernet

Nella rete Ethernet l’arbitraggio del canale trasmissivo avviene tramite contesa ed è caratterizzato da tre diverse fasi operative:

• listening before talking;• listening while talking;• back-off.

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Listening Before Talking

La stazione che ha intenzione di trasmettere ascolta il bus ed effettua la trasmissione solamente se questo è libero.

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Listening While Talking

Ogni stazione trasmittente "ascolta" i segnali sul mezzo trasmissivo, notando eventuali sovrapposizioni di trasmissioni.

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Back-off

Se si verifica una collisione, la stazione che sta trasmettendo il pacchetto sospende tale operazione ed inizia a trasmettere una sequenza di jamming per "avvertire" le stazioni in ascolto in modo che queste possano scartare i bit finora ricevuti. La stazione che ha subito una collisione sul proprio messaggio tenterà di ripetere la trasmissione, dopo un tempo ricavabile mediante algoritmo pseudo-causuale, per un numero di volte non superiore a 16.

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Il progetto IEEE 802

Il progetto IEEE 802 è stato posto in essere per avere, a partire da tecnologie trasmissive differenziate a livello fisico, un'unica interfaccia con il livello network.

Tale progetto ha ripartito il livello data link nei sottolivelli:

• LLC (Logical Link Control): è l'interfaccia comune a tutte le tecnologie di rete verso il livello network;

• MAC (Media Access Control): è specifica per ogni tecnologia di rete e risolve il problema della condivisione del mezzo trasmissivo.

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Il progetto IEEE 802

FDDI802.3 802.4 802.5

FDDI

802.2 Logical Link ControlISO 8802.2

802.6

LIVELLONETWORK

LIVELLODATA LINK

LIVELLOFISICO

LLC

MAC

CSMA/CD TOKENBUS

TOKENRING

DQDB

ISO8802.3

ISO8802.4

ISO8802.5

ISO8802.6

ISO9314

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Il pacchetto MAC

IndirizzoDestinatario

IndirizzoMittente DATI FCS

DSAP SSAP LLC-PDU CRC

OTTETTI 6 6 variabile 4

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Il pacchetto MAC

I quattro campi hanno il seguente significato:• il MAC-DSAP indica l'indirizzo del destinatario;• il MAC-SSAP indica l'indirizzo del mittente;• la LLC-PDU indica l'informazione relativa al

pacchetto di livello LLC;• la Frame Check Sequence contiene il Codice di

Ridondanza Ciclica per l'identificazione degli errori di trasmissione.

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Indirizzi MAC

Gli indirizzi MAC si strutturano in due parti di 3 byte:• i tre byte più significativi indicano il vendor code

(costruttore della scheda);• i tre meno significativi indicano la numerazione

progressiva decisa dal costruttore.Possono essere di tre tipi:• single: indicano l’indirizzo di una singola stazione;• multicast: indicano l’indirizzo di un gruppo di stazioni;• broadcast: indicano tutte le stazioni della rete.

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Indirizzi di Gruppo

Gli indirizzi di gruppo consentono ad una stazione di scoprire chi offre un dato servizio (solicitation) o di proporne uno ad un gruppo di stazioni (advertisement).

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Il pacchetto LLC

DESTINATIONADDRESS

SOURCEADDRESS CONTROL INFORMATION

1 1 1 o 2 variabileOTTETTI

Il totale degli ottetti deve essere minore o, al massimo, uguale al valore limite imposto dal MAC

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Il pacchetto LLC

I primi due campi contengono gli indirizzi di destinazione e di partenza, il terzo campo invece "marca" il pacchetto che, a seconda del suo valore, può essere unnumbered, supervisor o information.

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MAC-PDU e LLC-PDU

LLC-DSAP LLC-SSAP CONTROL NPDU

MAC-DSAP MAC-SSAP LLC PDU FCS

MACPDU

LLCPDU

NetworkPDU

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SAP di LLC

I SAP di LLC servono ad indicare quale protocollo di livello superiore ha originato il pacchetto; in proposito, la condivisione LLC si basa sulla scelta dell'LLC-DSAP. I SAP di questo livello sono grandi un solo byte contenete due bit riservati all'I/G (Individual, Group) e all'U (Non Universal, Universal). Le SNAP (Subnetwork Access Protocol) PDU vengono invece utilizzate quando i pacchetti contengono dati generati da protocolli di livello 3 non standard.

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Condivisione LLC

Livello 3OSI

Livello 3TCP/IP

Altrolivello 3

Sottolivello MAC

Sottolivello LLC

Scelta basatasu LLC-DSAP

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Servizi LLC

I servizi offerti dal sottolivello LLC al livello 3 risultano essere:

• di tipo 1 (unacknowledged connectionless service);

• di tipo 2 (connection oriented service);• di tipo 3 (semireliable service).

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LLC tipo 1

È un servizio in cui non viene attivata alcuna connessione logica tra gli utenti LLC e che semplicemente permette di trasmettere e ricevere le unità dati di protocollo LLC senza alcuna forma di riscontro che ne assicuri la consegna e senza meccanismi di controllo di flusso e dell'errore. Questo servizio supporta indirizzamenti di tipo punto-punto, multicast o broadcast.

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LLC tipo 2

Questo servizio permette a due utenti LLC di comunicare tra loro stabilendo una connessione logica prima di attivare un trasferimento dati. Fornisce procedure attraverso le quali un utente LLC può richiedere o ricevere notifica dell'apertura o della chiusura di una connessione logica. Fornisce anche meccanismi di controllo di flusso, di corretta sequenza, e di recupero da situazioni di errore. Con questo servizio sono supportati solo indirizzamenti di tipo punto-punto.

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LLC tipo 3

Il servizio senza connessione con riscontro fornisce un meccanismo attraverso cui un utente LLC può trasmettere unità dati e ricevere un riscontro che ne indichi la corretta consegna, senza la necessità di attivare una connessione logica tra due utenti LLC. Questo tipo di servizio è pensato in particolare modo per le architetture usate in ambito di fabbrica.

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Domande di riepilogo

• Qual è la differenza tra canali punto-punto e canali multi-punto?

• In un canale broadcast chi riceve il pacchetto?• Perché si cablano gli anelli a stella?• In quali situazioni è vantaggioso usare il

doppio anello controrotante?• Perché non si realizzano grandi reti a maglia

completa?• Qual è la differenza tra un ES ed un IS?• Che cosa è la commutazione di circuito?• Che cosa è la commutazione di pacchetto?

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Domande di riepilogo

• Come è strutturato un pacchetto?• Che cosa è un PABX?• Quali sono le caratteristiche di una LAN?• Qual è il rapporto tra LAN, PABX e cablaggio

strutturato?• Qual è la definizione IEEE 802 di LAN?• Cos'è la rete Ethernet?• Cos'è un transceiver?• Qual è il MAC di Ethernet?

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Domande di riepilogo

• Cos'è il listening before talking?• Cos'è il listening while talking?• Cos'è il back-off?• Cos'è il progetto IEEE 802?• Quali sono le funzionalità del sottolivello MAC?• Quali sono le funzionalità del sottolivello LLC?• Quali sono i campi principali di un pacchetto

MAC?• Quanto è lungo un indirizzo MAC?

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Domande di riepilogo

• Che cos'è il vendor code?• Che cos'è un indirizzo multicast?• Che cos'è una richiesta di multicast di tipo

solicitation?• Qual è il formato del pacchetto LLC?• Cosa contengono gli indirizzi LLC?• Che cos'è una SNAP PDU?• Che cos'è lo LLC di tipo 1?• Che cos'è lo LLC di tipo 2?• Che cos'è lo LLC di tipo 3?