Reti locali wireless, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet

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RETI DI CALCOLATORI
E APPLICAZIONI TELEMATICHE
Prof. PIER LUCA MONTESSORO
Facoltà di Ingegneria
Università degli Studi di Udine
© 1999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2)
1
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2
Lezione 19
Reti locali wireless,
Fast Ethernet e Gigabit Ethernet
3
Lezione 19: indice degli argomenti
• Le reti wireless
• classificazione
• wireless LAN e standard IEEE 802.11
• Evoluzione della rete Ethernet
• Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
• Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)
4
Reti wireless
5
uso più flessibile delle risorse
Collegamenti wireless
NATURALE
EVOLUZIONE
LAN + Workstation DEI SISTEMI
DI CALCOLO
Mobile computing
Networking
Timesharing
Batch
S.O. per singoli utenti
6
Applicazioni
• NON soluzione alternativa alle LAN
cablate
• costo elevato
• minori prestazioni
7
Applicazioni
• Estensione di LAN cablate
8
Applicazioni
• Collegamento tra LAN cablate in edifici
diversi
9
Esigenze e possibili applicazioni
• Connettività per l’utenza in movimento
(es. riunioni, attività in magazzini, visite a
pazienti negli ospedali, ecc.)
• Connettività in ambienti non adatti al
cablaggio (es. monumenti storici e/o
artistici)
10
Esigenze e possibili applicazioni
• Ambiente “tethered”
• la collocazione del computer cambia
raramente
• Ambiente “non-tethered”
• continuità della connessione mentre
l’utente si sposta
11
Problemi e vincoli tecnologici
• Quali tecnologie trasmissive?
• Radio → sovraffollamento delle
frequenze
• Ottiche → limiti ambientali e sulle
distanze
12
• Quale protocollo MAC?
• Non valgono i presupposti delle LAN
cablate perché il mezzo trasmissivo NON
È AFFIDABILE
• Serve un protocollo adatto
13
• Altri requisiti?
• Sicurezza → crittografia
• Bassi consumi (stazioni portatili
alimentate a batteria)
14
Wireless LAN
15
Wireless LAN: IEEE 802.11
fisico
data link
interfaccia unificata verso il livello network
802.2 Logical Link Control
ISO 8802.2
LLC
MAC 802.3
802.4
802.5
ISO
ISO
ISO
8802.3 8802.4 8802.5
CSMA/ TOKEN TOKEN
BUS
RING
CD
...
802.11
...
WIRELESS
LAN
16
Wireless LAN: IEEE 802.11
• Standard per il livello fisico:
• raggi infrarossi
• radio a spettro disperso:
• FHSS (Frequency Hopping Spread
Spectrum)
• DSSS (Direct Sequence Spread
Spectrum)
• Standard per il livello MAC
• protocollo di tipo CSMA/CA
17
Componenti di una wireless LAN
DISTRIBUTION SYSTEM
Access Point
Access Point
B
A
Station
Station
Station
AH1
Station
BSS-B
A1
B2
A2
BSS-AH2
Station
BSS-A
Station
B1
AH2
Infrastructure Network
Ad-Hoc Network
18
Componenti di una wireless LAN
• BSS (Basic Service Set)
• gruppo di stazioni associate le une con le
altre per comunicare
• ESS (Extended Service Set)
• insieme di BSS interconnessi mediante
Access Points e un Distribution System
(cablato in modo convenzionale)
19
Terminologia in una wireless LAN
• Ad-hoc network
• piccola rete di stazioni paritetiche, senza
infrastruttura
• Infrastructure network
• rete su vasta area, con più Access Point
e un Distribution System
20
Protocollo MAC per wireless LAN
21
Distributed Coordination Function
(DCF)
• Problema:
• una stazione, temporaneamente coperta,
può non rilevare trasmissioni in atto e
quindi interferire con esse
• Soluzione:
• CSMA/CA (Carrier Sense Multiple
Access with Collision Avoidance)
22
(DCF)
G1 = SIFS (Short Inter Frame Space)
G3 = DIFS (DCF Inter Frame Space)
SIFS < DIFS
≥ G3
src
RTS
G1
dst
data
CTS
G1
G1
tempo
ack
contesa
sul canale
conferma della
conferma
prenotazione
trasmissione dell’avvenuta
prenotazione
dei dati
ricezione
del canale
23
(DCF)
• Consente di regolamentare l’accesso al
canale mediante tempi di attesa, con
canale libero, di differente durata
24
(DCF)
• RTS/CTS realizza la Collision Avoidance:
l’eventuale sovrapposizione di un’altra
trasmissione avviene sul RTS/CTS e non
sul dato
• ACK permette di rilevare errori dovuti a
cattiva ricezione o a interferenze
25
(DCF)
• Versioni semplificate:
• senza RTS/CTS, con ACK, se il
pacchetto è corto (RTS/CTS
produrrebbero un overhead eccessivo)
• senza RTS/CTS e senza ACK, con il
rischio di perdere il pacchetto, se non
esiste un destinatario che possa inviare
l’ACK (traffico multicast e broadcast)
26
Point Coordination Function (PCF)
• Permette l’accesso senza contesa per
traffico “time bounded”
• Si basa sul tempo di attesa PIFS:
SIFS < PIFS < DIFS
• Prevede traffico unicast con gestione
master-slave, in cui il master è in genere
l’Access Point
27
Point Coordination Function (PCF)
Dx = AP → station
Ux = station → AP
G1 = SIFS
G2 = PIFS
SuperFrame
contention
period
contention free burst
G2
G2
D1
G1
G2
D1
U1
G1
G2
D1
U1
G2
D1
(no up)
(DCF)
D1
U1
G1
tempo
28
Evoluzione della rete Ethernet
29
• 100 Mb/s (Fast Ethernet):
• IEEE 802.3u
• 1 Gb/s (Gigabit Ethernet):
• IEEE 802.3z, IEEE 802.3ab, IEEE 802.3x
• Vengono mantenuti:
• protocollo MAC CSMA/CD
• formato del pacchetto
30
• Vengono modificati alcuni parametri del
protocollo:
• Fast Ethernet: si riduce il diametro
massimo della rete
• Gigabit Ethernet: si aumenta la durata
minima della trasmissione
31
Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
32
Parametri del protocollo
•
•
•
•
•
Bit rate: 100 Mb/s
Bit time: 10 ns
Interpacket gap 0.96 µs
Durata minima del pacchetto: 5.12 µs
Estensione massima della rete: circa 200
metri
• 200 m sono sufficienti per un cablaggio
stellare con un concentratore al centro e
100 m di raggio
33
Fast Ethernet e cablaggio strutturato
concentratore Fast Ethernet
max 100 m
BRIDGE O SWITCH
COLLEGANO I
CONCENTRATORI
DI DIVERSI PIANI
34
Livello fisico
• Topologia stellare, conforme agli standard
di cablaggio strutturato
• Tre sotto-standard:
• 100BASE-T4
(doppino di categoria 3, 4 coppie utilizzate)
• 100BASE-TX
(doppino di categoria 5, 2 coppie utilizzate)
• 100BASE-FX
(fibra ottica multimodale)
35
100BASE-T4
• Trasmissione in half-duplex: due coppie
sono utilizzate alternativamente in un
senso o nel senso opposto
• Trasforma un ottetto (8B) in 6 simboli
ternari (6T)
• I gruppi di 6 simboli ternari sono inviati a
tre canali seriali indipendenti
• La quarta coppia è utilizzata in direzione
opposta per rilevare le collisioni
36
100BASE-X
• Trasmissione in full-duplex su 2 canali
• Utilizza i sottostandard PMD (Physical
Medium Dependent) di FDDI
• 100BASE-TX
• due coppie UTP o FTP di categoria 5
(TP-PMD di FDDI)
• 100BASE-FX
• coppia di fibre ottiche
(ANSI X3.166 - ISO/IEC 9314-3 di FDDI)
37
Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)
38
• Mantenendo il protocollo MAC CSMA/CD
e la dimensione minima del pacchetto, la
durata minima della trasmissione si
ridurrebbe di un ulteriore fattore 10
→ estensione massima della rete: 20 m (!!!)
• In Gigabit Ethernet si estende la durata
minima della trasmissione allungando il
pacchetto quando necessario
→ estensione massima: circa 200 m
39
Ethernet
Fast
Gigabit
Ethernet Ethernet
bit rate
10 Mb/s
100 Mb/s
1 Gb/s
bit time
100 ns
10 ns
1 ns
Inter-packet gap
9.6 µs
0.96 µs
96 ns
slot time
51.2 µs
5.12 µs
4.096 µs
40
Estensione del pacchetto corto
ottetti (byte)
7 1
6
6
2
da 0
a 1500
da 0
a 46
4
da 0
a 448
dati
pre. SFD DSAP SSAP len
pad FCS extension
(LLC-PDU)
min. 64 byte (512 bit times)
copertura FCS
min. 4096 bit times (512 + 3584)
tempo utile in cui si può rilevare la collisione
(4159 bit times)
41
Livello fisico
• schema di codifica 8B/10B
• garantisce la trasmissione di un numero
di transizioni sufficiente a consentire la
sincronizzazione del ricevitore
11111111
byte proveniente
dal sottolivello MAC
encoder
8B/10B
1010110001
sequenza di 10 bit
per la trasmissione
42
Tipi di PMD: fibra ottica
• 1000BASE-SX
• fibra ottica multimodale a 850 nm (utilizza
SWL= Short Wavelength Laser)
• 500 m per 50/125, 220 m per 62.5/125
• 1000BASE-LX
• fibra ottica multimodale e monomodale a
1300 nm (utilizza LWL= Long
Wavelength Laser)
• 5 km per fibra monomodale
43
Tipi di PMD: rame
• 1000BASE-CX
• cavo a due coppie 150 Ω (STP secondo
le specifiche ISO/IEC 11801)
• 25 metri
• 1000BASE-T (IEEE 802.3ab)
• cavo di categoria 5E (revisione della
categoria 5)
• 100 metri
44
Altre funzionalità
• Frame bursting
• una stazione può trasmettere più
pacchetti in successione senza rilasciare
il mezzo trasmissivo fino al burst-limit che
è di 65536 bit (8192 ottetti)
• il primo pacchetto va comunque esteso
se troppo corto
45
Altre funzionalità
• Standard IEEE 802.3x
• modifiche necessarie al MAC IEEE 802.3
per supportare la modalità operativa FullDuplex
• meccanismo di controllo di flusso per link
Full-Duplex (pacchetti “pause”)
• valido per tutte le diverse tipologie di reti
di Ethernet (10/100/1000 Mb/s)
• obbligatorio su Gigabit Ethernet,
opzionale su Ethernet e Fast Ethernet
46
Lezione 19: riepilogo
• Le reti wireless
• classificazione
• wireless LAN e standard IEEE 802.11
• Evoluzione della rete Ethernet
• Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
• Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)
47
Bibliografia
• “Reti di Computer”
• Parte del capitolo 4
• Libro “Reti locali: dal cablaggio
all’internetworking”
contenuto nel CD-ROM omonimo
• Capitolo 11
48
Come contattare il prof. Montessoro
E-mail:
Telefono:
Fax:
URL:
[email protected]
0432 558286
0432 558251
www.uniud.it/~montessoro
49

Reti locali wireless, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet

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