Reti di calcolatore e Applicazioni Telematiche – Il progetto IEEE 802Lezioni di supporto al corso teledidattico

E.Mumolo. DEEImumolo@units.it

Standardizzazione delle reti locali: comitato IEEE 802

FIS

ICO

802.1 Network architecture management

802.2 Logical link control

802.3 802.4 802.5 802.6 802.7

CSMA/CD Tokenbus

Tokenring

MAN Bandalarga

LLC

MAC

DA

TA

LINK

RE

TE

Le Primitive LLC

Il sottolivello LLC prevede due modi di funzionamento: connectionless

Solo trasferimento dati connection oriented

Apertura e chiusura di una connessione Controllo di errore Controllo di flusso Controllo della sequenza

Le Primitive MAC

Risolve il problema della condivisione del mezzo trasmissivo

A livello MAC si trasferiscono solo singole unità dati. Viene attivata una primitiva di conferma per indicare

l’avvenuta trasmissione di dati. Se una entità del livello MAC non riesce a trasmettere

una PDU avvisa l’entità del livello LLC corrispondente che agirà sulla base della classe di servizio richiesta dal livello ancora superiore.

Sommario delle funzioni

Fisico

MAC

LLC

Livelli superiori

DA

TI

Gestione connessioneControllo flussoRilevazione erroriRecupero da errori

Chiusura connessione

Controllo accessoAlgoritmo d’accesso

Gestione caratteristicheElettriche Meccaniche

Codifica bitAscolto canaleRilevazioni collisioni

Lo standard 802.3

Topologia: two-way bus Bit rate: 10 Mbit/s Protocollo MAC di tipo CSMA/CD

Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection

Protocollo ad accesso casuale

CSMA/CD

Carrier sensing: ogni stazione che debba trasmettere ascolta il bus e trasmette solo se è

libero

Multiple access: una volta iniziata la trasmissione i dati inviati da una stazione possono

collidere con quelli di un’altra questo avviene a causa del ritardo di propagazione non nullo

Collision detection: Una stazione è in grado di rilevare l’avvenuta collisione rimanendo ‘in

ascolto’ sul mezzo In caso di collisione:

si ferma subito la trasmissione si invia una particolare sequenza di bits (jamming) per informare tutte le

altre stazioni dell’avvenuta collisione

Frame 802.3

Preambolo: inizio messaggio (sincronizza il clock) SFD: Starting Frame Delimiter con violazione del codice Dadd, Sadd: indirizzi sorgente, destinazione di 48 bit Lenght: lunghezza dati Data: dati PAD: riempimento FCS: Frame Check Sequence, controllo errori

Indirizzi MAC

Indirizzi di 6 byte (ottetti)

Primi 2 bit: • 00 singolo sistema, ind. locale• 01 singolo sistema, ind. universale• 10 gruppo di sistemi, ind. locale• 11 gruppo di sistemi, ind. universale

Assegnati al costruttore numerazione interna

3 byte 3 byte

Tipi di indirizzi MAC

Tre tipi:• Single (singolo sistema)• Multicast (gruppo di sistemi)• Broadcast (tutti I sistemi)

Indirizzi broadcast: tipo particolare di multicast• FF-FF-FF-FF-FF-FF broadcast • 03-00-00-20-00-00 individual local• 01-00-E5-7F-00-02 multicast universal• 08-00-2B-3C-56-FE individual universal

Alla ricezione di un pacchetto... Prima di essere inviato al livello LLC

• Verifica dimensioni• Analisi indirizzo MAC:

• Indirizzo broadcast pacchetto passato a LLC• Indirizzo single pacchetto passato solo se

l'indirizzo corrisponde a quello MAC della scheda

• Multicast si verifica se la scheda appartiene al gruppo indirizzato

Ethernet Standard precedente a 802.3 Simile a 802.3 e può coesistere Frame:

Diversità nei campi length e type entrambi di 2 byte Valori ammissibili disgiunti: length [0 - 1500]; type > ∈

1500

Differenza tra ethernet e 802.3

ETHERNET: parametri principali

Slot time (Tempo base di attesa prima di una ritrasmissione): 512 bit (51.2s)

Inter frame spacing (distanza minima fra due pacchetti): 9.6 Attempt limit (max numero di tentativi di ritrasmissione): 16 Back-off limit (numero di tentativi dopo il quale non aumenta

più la casualità del back-off): 10 Jam size (lunghezza della sequenza di jam): 32 to 48 bit Max frame size: 1518 bytes Min frame size: 64 bytes Address size: 48 bit

Back off

La collisione non è un errore di trasmissione ma è il modo per gestire l’accesso multiplo ed è quindi inevitabile

In caso di collisione la stazione ritenterà la trasmissione avvenuta una collisione si può ritentare dopo un tempo T detto

intervallo di back off n è il numero di tenativi di trasmissione effettuato e n ≤ 16 Il tempo T viene determinato come segue:

T = r τ

Al n-esimo tentativo il numero di tempi base da attendere r è scelto casulamente nell’intervallo 0 ≤ r < 2k dove k = min(n,10)

τ è il tempo necessario per la trasmissione di uno slot time (512 bit)

Limite?

Metodo d’accesso

Crea la frame

Occupato?

Trasmetti e ascolta

Collisione?

Fine frame?

Trasm. ok

JAM

Conta collisioni

Esci

backoff

ricezione

Occupato?

Errore

Frame corta?

Mio indir.?

Parità?

Corretto

Esci

si

no

nono

no

si

si

sisi

no

Richiami: velocità di propagazione e bit rate Definizioni:

L = lunghezza frame in bit [b] d = massima distanza tra due stazioni della LAN [m] R = velocità di trasmissione [b/s] v = velocità di propagazione [m/s]

R = bit per secondo = bitrate [b/s] Durata di 1 bit in secondi = 1/R es. Se bitrate = 10Mbps -> 1/10·106=0.1 s

Larghezza di 1 bit in metri = v · durata di 1 bit = v/Res. R=10Mbps e vel.prop. = 200·106 m/s -> 20metri

Richiami: velocità di propagazione e bit rate

Tempo di trasmissione per L bit=L/R Numero di bit su una tratta di d metri=d/lunghezza bit=dR/v

es. R=10Mbps, v=200·106 m/s e d=1000m: n.bit=1000·10·106/200·106=50

Tempo di trasmissione di n bit=n/bitratees. Se bitrate=10Mbps e n=1000 bit : tempo=1000/10Mbps=10-4=0,1 ms

Tempo di propagazione di 1 bit per d metri = d/v Numero di frame presenti sulla LAN=(dR/v)L=dR/vL

Round trip delay (RTT)Pacchetto parte all’istante 0

Durata minima pacchetto = 512bit (51,2 s) RTT = 51,2 s (altrimenti non 'sente' la collisione) =25,6 s distanza massima = 200 106 25,610-6 = 5120 metri

Collisione al tempo

Collisione tornaal tempo 2

Round trip delay

E’ il tempo necessario ai dati per andare e tornare fra due stazioni

Ethernet pone un limite al massimo Round Trip Delay che deve essere minore di 43.68 μs

Sulla base del massimo Round trip delay si deve dimensionare la rete

Esistono vincoli sulla lunghezza massima dei cavi

IEEE 802.4

Le stazioni sono ordinate secondo il MAC address Viene passato un gettone dalla più alta alla più bassa Quando una stazione cattura un tokern libero, può

impegnarlo per un tempo 'Token Hold Time' (tempo di trasmissione)

Se una stazione non deve trasmettere passa il token al vicino

Supporta 6 livelli di priorità

IEEE 802.4 (TOKEN BUS )

Token

cavo

IEEE 802.5 (TOKEN RING )

Sviluppato dai laboratori IBM nel 1976 Topologia: logicamente un anello ma fisicamente una

stella con cavi STP 1 Bit rate: 16 Mbit/s In 1982 IEEE costituisce il comitato 802.5 che

standardizza il Token Ring per i livelli fisico e MAC Nel 1993 IEEE produce un documento

per l’impiego dei cavi UTP (Unshielded Twisted Pairdoppino non schermato)

IEEE 802.5 (TOKEN RING ) Protocollo controllato in cui non si possono verificare collisioni Token (diritto alla trasmissione): realizzato mediante una trama che

gira continuamente sulla linea Accesso al mezzo:

accede al mezzo condiviso chi e' in possesso del token la stazione che vuole trasmettere attende che passi un token libero, lo

occupa e vi appende le informazioni in coda. Tempo di accesso: tempo che la stazione deve attendere per

vedere il token libero Tempo di latenza: tempo che impiega un bit a fare un giro completo

dell'anello La stazione può trasmettere 1 o + pacchetti in base alla loro

lunghezza e al parametro THT (Time Hoding Token)

IEEE 802.5 (TOKEN RING )

Starting Delimiter (SD): identifica l’inizio del pacchetto e del token Access Control (AC): contiene informazioni d’accesso Frame Control (FC): definisce il contenuto del pacchetto (trama

MAC o pacchetto contenente LLC-PDU) Frame Checking Sequence (FCS): contiene il CRC per il controllo

d’errore Ending Delimiter (ED): indica la fine del pacchetto Frame Status (FS): contiene i bit address-recognized (A) e

framecopied (C)

A

B

C

DToken

A vuole inviare una frame a C : aspetta un token libero, lo cattura e lo trasforma in frame

A

B

C

D

frame

A trasmette la frame lungo l'anello: C copia la frame e la ritrasmette

A

B

C

Dframe

A aspetta “Start of Frame” ma non ripete la frame, rimuovendola

A

B

C

D

Token

A trasmette l'ultimo bit della frame. A questo punto genera il token

Principio di Funzionamento di 802.5

In un sistema ideale:

Una stazione trasmette il destinatario riceve dopo tempo di trasmissione + tempo di propagazione = L/R+d/v

Efficienza della rete=frequenza di trasmissione effettiva della informazione U= L/(L/R+d/v) = 1/(1+a)

dove a=Rd/vL (a=numero di frame presenti sulla LAN)

Efficienza della rete

Connessione a bus

10base5: coax thick

10base2: coax thin

10baseFT: stelle ottiche passive Connessione punto punto

10baseT: doppino UTP

FOIRL: fibra ottica

10baseFL: evoluzione di FOIRL In disuso

10Broad36: cavo CATV

10base5:UTP

Standard 802.3

Mezzi trasmissivi 802

Thick ethernet Thin ethernet

Unshielded twisted pair - UTP Doppino schermato - S-UTP

Doppino schermato - STP

10baseT

Confronto fra standard

Caratteristica di 802.3 802.4 802.5•Semplicità si no si

•Parte analogica si si no

•Determinismo no si si

•Priorità no si si

•Prestazioni sotto carico scarse buone buone

•Affidabilità buona buona buona

•Diffusione ovunque buona buona