reti dati in area locale (lan) - Politecnico di Milano Sede di Cremona

Transcript

Politecnico di Milano – Sede di Cremona
A.A. 2010/11
Corso di
RETI DI COMUNICAZIONE E INTERNET
Modulo 1
Martino De Marco
([email protected], [email protected])
Parte 3
RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Reti di Comunicazione – M. De Marco
3. RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)
Slide 0
Programma del corso
1 - RETI E SERVIZI DI
TELECOMUNICAZIONI
1.1 Servizi di telecomunicazioni
1.2 Caratterizzazione delle reti di
telecomunicazioni
1.3 Protocolli di comunicazione
2 - RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA
(WAN)
2.1 Il livello data-link
2.2 Il livello di rete
2.3 Valutazione delle prestazioni
2.4 Cenni sull’evoluzione delle reti
dati in area geografica
3 - RETI DATI IN AREA LOCALE
(LAN)
3.1 Architetture e protocolli per
LAN
3.2 LAN IEEE 802.3
3.3 Wireless LAN
3.4 Interconnessione LAN
(bridging e routing)
4 - FONDAMENTI DI TELEFONIA
FISSA E MOBILE
4.1 Reti fisse analogiche e
digitali
4.2 Reti radiomobili
Slide 1
Indice
•
•
•
•
•
Generalità sulle reti locali
Ethernet / IEEE 802.3
Bridging e switching
Virtual LAN
LAN Ethernet a 100 Mbps e 1000 Mbps
Slide 2
Generalità
• 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
– 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
Slide 3
Il progetto IEEE 802
Struttura generale del progetto
LIVELLO
NETWORK
Interfaccia unificata con il livello network
802.2 Logical
.
Link -Control
ISO 8802.2
LLC
MAC
LIVELLO
DATA LINK
802.3
802.4
802.5
802.6
FDDI
ISO
8802.3
ISO
8802.4
ISO
8802.5
ISO
8802.6
ISO
9314
CSMA/CD
DQDB
TOKEN
TOKEN
RING
BUS
Tecnologie trasmissivedifferenziate
LIVELLO
FISICO
FDDI
Slide 4
•
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
–
–
–
–
–
–
–
–
–
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
Slide 5
• 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
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
Slide 6
LLC
• 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 connectionoriented
• Relazione tra PDU
LLC
PDU
MAC
PDU
L3
PDU
LLC-DSAP
MAC-DSAP
L3-DSAP
LLC-SSAP
MAC-SSAP
L3-SSAP
CONTROL
LLC PDU
….
L4-PDU
L3-PDU
FCS
Slide 7
LLC
• LLC-PDU
DESTINATION
ADDRESS
Byte
1
SOURCE
ADDRESS
1
CONTROL
1/2
INFORMATION
m
• Tipi di PDU
– 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
Slide 8
MAC
• 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
– 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
Slide 9
MAC
•
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
• Arbitraggio canale con token
• Garantisce limite superiore su tempo di attesa
– Topologia logica e fisica a bus
•
IEEE 802.5: evoluzione di Token Ring proposta da IBM
– MAC di tipo Token Ring
– 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)
Slide 10
MAC
• IEEE 802.6: standard per MAN
– MAC di tipo DQDB
• Arbitraggio canale con prenotazioni
– 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):
inserita nel gruppo IEEE 802, ma standard ISO (ISO 9314)
– MAC
– Topologia logica ad anello con cablaggio a stella o a doppio anello
– Primo standard per LAN in fibra (anche realizzazioni in rame)
Slide 11
MAC
• MAC-PDU
– FCS: codice CRC a 32 bit
• Tipi indirizzo (48 bit)
– Single
– Multicast
– Broadcast (ff-ff-ff-ff-ff-ff)
MAC-DSAP
MAC-SSAP
INFO
Indirizzo di
destinazione
Indirizzo di
mittente
LLC PDU
FCS
• 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
Slide 12
Indirizzi MAC
•
6 byte nella ROM della scheda
– Primi 3 byte: codice costruttore
(OUI - Organization
Unique Identifier)
– Secondi 3 byte: numerazione
progressiva
•
0
8
0
0
2
OUI assegnato dall’IEEE
b
3
c
0
7
9
a
Assegnato dal costruttore
Ordine trasmissione bit dipendente dal protocollo
– 802.3 e 802.4: primo bit è il meno significativo del primo byte
– 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
Canonical Order
Significato
Native Order
802.3 e 802.4
Native Order
802.5 e FDDI
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
Slide 13
Livello 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
• 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
Slide 14
Livello 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
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
Slide 15
Livello fisico - Doppini
• 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
– 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
Slide 16
Livello fisico - Doppini
Slide 17
Livello 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:
–
–
–
–
–
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
Slide 18
Livello fisico: fibra ottica
Slide 19
Indice
•
•
•
•
•
Virtual LAN
by Bob Metcalfe
Slide 20
Ethernet / IEEE 802.3 - Generalità
• Ethernet sviluppata da
Digital, Intel, Xerox negli
anni 70
• Successivamente
standardizzata come IEEE
802.3 (1985) e come ISO
8802.3 (1989)
• Caratteristiche
LIVELLO
NETWORK
LLC
LIVELLO
DATA LINK
– Topologia a bus
LIVELLO
– Velocità 10 Mbit/s
FISICO
– Metodo di accesso CSMACD
– Coinvolge il livello 1 e il
sottolivello MAC del livello 2
802.2 Logical LinkControl
ISO 8802.2
MAC
Ethernet
versione
2.0
Ethernet V 2.0 di
Digital . Intel. Xerox
802.3
ISO
8802.3
802.5
ISO
8802.5
FDDI
ISO
9314
Standard ANSI/IEEE ed ISO/IEC
Slide 21
Livello fisico
• Velocità trasmissione:
10 Mbit/s
• Massima distanza tra le due
stazioni più distanti: 2.8 km
• Numero massimo stazioni:
1024
• Mezzo trasmissivo: cavo
coassiale thick (RG213)
– Impedenza: 50 Ω
Transceiver
– Velocità minima di
propagazione: 0.77c
– Attenuazione max segmento
(500 m): 8.5 dB a 10 MHz o
6 dB a 5 MHz
cavo transceiver
(cavo drop)
Bus
• Topologia a bus
Slide 22
Livello fisico
•
Transceiver
– Elemento che consente di
trasmettere/ricevere trame sul
mezzo trasmissivo
– Si collega all'interfaccia
Ethernet (controller) tramite
cavo transceiver
•
Un Transceiver include
+ 12 V, oppure + 15 V +
c
+
Receiver
+
Collision
Transmitter
+
-
Pin 13
Pin 6
Pin 5
Pin 12
Pin 2
Pin 9
Pin 3
Pin 10
Coll.
Pin 13
Pin 6
Pin 5
Pin 12
Pin 2
Pin 9
TX
Pin 3
Pin 10
Power
RX
Isolated
Power Supply
Coll.
Circ.
– Due driver per trasmissione al
controller di
• Segnali dati
• Segnale di collisione
Coax
Cable
Ethernet Controller
Transceiver Cable
Transceiver
– Un receiver per trasmissione
sul mezzo trasmissivo dei dati
dell'intefaccia
– Un circuito di alimentazione
alimentato dal controller
Slide 23
Controller Ethernet
• Codifica/decodifica Manchester: garantisce almeno una
transizione del segnale per bit (facilita l'estrazione del clock)
Clock
High
Low
0
1
0
1
0
0
1
1
1
Slide 24
Sottolivello 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
– Pad (0-46 byte): garantisce lunghezza minima trama (64 byte)
– FCS - Frame Check Sequence (4 byte)
64 - 1518
Byte
Preamble
S
F
D
DA
7
1
6
SA
6
Len.
LLC-PDU
2
0 - 1500
Pad FCS
0 - 46
4
Slide 25
Sottolivello 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
– 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
Slide 26
Sottolivello 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
– 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)
Slide 27
Sottolivello MAC
• Principali parametri Ethernet
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
– 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
– Slot time
Slide 28
Configurazioni di rete
•
Topologie
– Logica: Bus
– Fisica: Bus o Stella
•
B
F
D
Configurazioni
– Mixing Segment, in grado di
connettere più di 2 transceiver (BUS)
•
•
•
A
C
G
E
10base5: coassiale thick
10base2: coassiale thin
10baseFP: utilizzo di stelle ottiche
passive
Hub
– 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
A
B
C
D
E
Slide 29
10Base5
•
•
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
Stazione
Stazione
Stazione
Cavo AUI o drop
Parametri
–
–
–
–
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
Giunto o barrel
di tipo “N”
2.5 m min
Terminatore da 50 Ω
MAU ( transceiver )
Thick coax 500 m max
100 MAU max connessi in un segmento
Slide 30
10Base2
•
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
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
Stazione
Stazione
Cavo AUI o Drop
Stazione
MAU ( transceiver )
0.5 m min
Connettore a “T”
di tipo “BNC”
Terminatore da 50 Ω
Stazione con transceiver integrato
Segmento Thin coax (RG58) 185 m max
30 MAU max connesi in un segmento
Slide 31
10BaseT
•
Solo due stazioni possono essere connesse in 10BaseT
–
•
Mezzo trasmissivo: Unshielded Twisted Pair - UTP (minimo due coppie)
–
–
–
•
Ripetitori multiporta necessari per avere più di due stazioni  Topologia stellare
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)
Rilevamento collisioni: rilevando dati su RD e su DO invia segnale di coll CI (Collision In)
ecc.
1 TD+
1 TD+
DO
DO
2 TD-
CI
2 TD-
Coll.
detect
Coll.
detect
3 RD+
DI
3 RD+
6 RDMAU
CABLE
6 RD-
CI
DI
MAU
Slide 32
10BaseT
• Connettore RJ 45
–
–
–
–
–
–
–
–
1 TD+
2 TD3 RD+
4 Non Utilizzato
5 Non Utilizzato
6 RD7 Non Utilizzato
8 Non utilizzato
Slide 33
Ethernet 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
– 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)
Slide 34
Parametri 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)
• 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
Slide 37
Parametri di configurazione
• Round trip collision delay: ritardo massimo per percepire una collisione
– Pone un limite teorico alla distanza massima tra due stazioni:
Lmin
= 2τ
C
d
τ = max
v
A
C
L1
Arrivo in B
Arrivo in A
Sequenza di jamming
B
L2
t0
B trasmette
t1
t2
t3
A trasmette
Inizio collisione
A rileva collisione
t4
B rileva collisione
Sequenza di jamming
t
Slide 38
Repeater
• 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
Applicazione
Applicazione
Presentazione
Presentazione
Sessione
Sessione
Trasposrto
Trasposrto
Rete
Rete
Data Link
Fisico
Repeater
Fisico
Fisico
Data Link
Fisico
Slide 39
Esempio di configurazione
Slide 40
IEEE 802.3 - Regole 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)
• 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 (10BaseFB 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)
Slide 41
IEEE 802.3 - Esempi di configurazione
Ripetitore 1
Ripetitore 2
Ripetitore 3
Ripetitore 4
AUI
AUI
DTE
DTE
MAU
10 BaseT
link seg.
100m.
Coax seg .
500m 10 base5
o
185 m 10 Base2
10 BaseT
link seg.
100m.
Slide 42
IEEE 802.3 - Esempi di configurazione
Ripetitore
10 Base5
segmento coax
500 m
10 BaseT
segmento link
100 m
FOIRL
segmento link
500 m
FOIRL
segmento link
500 m
Ripetitore
Ripetitore
Ripetitore
10 BaseT segmento
link 100 m
MAU
AUI
DTE
10 BaseT segmento
link 100 m
MAU
AUI
DTE
MAU
AUI
DTE
Slide 43
IEEE 802.3 - Esempi di configurazione massima
• Estensione Max Shared Ethernet 10 Mb/s = ~3000 m
3 mixing segment
2 link segment
10 drop-cable
TOTALE
x 500m =1500m
x 500m =1000m
x 50m = 500m
=3000m
DTE 2
MAU1A MAU1B FOIRL
1
MAU 1
AUI
M1
FOIRL
MAU4A MAU4B COAX 3
2
COAX
2
COAX 1
R1
DTE 1
AUI
R1A
R2
AUI
R4A
AUI
R1B
Ripetitore 1
Ripetitore 2
Ripetitore 3
AUI
M3
R4
R3
MAU 3
AUI
R4B
DTE 3
Ripetitore 4
Slide 44
IEEE 802.3 - Esempio di configurazione non
valida
•
Tra A e B vi sono 4 segmenti coax
Ripetitore
DTE
Ripetitore
DTE
A
Ripetitore
Segmenti Coax
500 m 10 Base5
o
185 m 10 Base2
Ripetitore
DTE
MAU
MAU
Segmenti Coax
500 m 10 Base5
o
185 m 10 Base2
DTE
B
Slide 45
Evoluzione 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
– 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
Slide 46
Indice
•
•
•
•
•
Virtual LAN
Slide 47
Repeater Multiporta: Hub
•
•
•
•
Concentratore Ethernet
Segmento di rete in un box
Passivo
Lavora a livello 1 ISO/OSI
Ethernet
10
Hub
One device sending at a time
All nodes share 10 Mbps
Slide 48
Hub: Organizzazione topologica
• Risorse condivise
• Connessioni ai desktop
legate ad armadi
centralizzati
• Scarsa sicurezza all’interno
dei segmenti condivisi
• Scalabilità tramite router
• Cambiamenti semplici ma
collisioni
• Gruppi di utenti definiti in
base a collocazione fisica
10BaseT
Hub
10BaseT
Hub
Slide 49
Bridge
•
•
•
•
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
Collision
Domain
Application
Application
Presentation
Presentation
Session
MAC
Session
Transport
Transport
Network
Network
Data Link
Physical
Data Link
Data Link
Physical
Physical
L1+L2
Slide 50
Switch Layer 2
• Realizza un accesso dedicato per ogni nodo
• Elimina le collisioni e dunque aumenta la capacità
• Supporta conversazioni multiple contemporanee
Application
Application
Presentation
Presentation
Session
Session
Transport
Transport
Network
Network
Data Link
Data Link
Data Link
Physical
Physical
Physical
Collision
Domain
Slide 51
Switch: Modalità funzionamento (1)
10 Mbps
• Invia i pacchetti basandosi su
una forwarding table
– Destinazione basata su
indirizzo MAC
A
• Opera a livello 2 ISO/OSI
• Impara la disposizione delle
macchine esaminado
l’indirizzo sorgente
3
2
1
Data from A to B
10 Mbps
4
B
Interface
1
2
3
4
Stations
– Invia su tutte le porte quando
l’indirizzo è broadcast,
multicast o sconosciuto
– Trasferisce quando la
destianzione è su una
interfaccia diversa
C
Slide 52
10 Mbps
A
C
3
2
1
10 Mbps
4
B
Interface
Stations
1
A
2
3
4
X
Slide 53
A
C
3
Data from A to B
10 Mbps
2
1
Data from
to B
10AMbps
Stations
1
A
2
3
4
Data from A to B
Interface
4
B
X
Slide 54
10 Mbps
A
C
2
3
1
Interface
Stations
1
A
B
2
3
4
X
Data from B to A
10 Mbps
4
B
X
Slide 55
10 Mbps
A
C
3
2
1
10 Mbps
Data from B to A
4
B
Interface
Stations
1
A
B
2
3
4
X
X
Slide 56
Switch: Modalità full duplex
• Raddoppia la banda tra nodo e switch
• Trasmissione priva di collisioni
10 or 100 Mbps
10 or 100 Mbps
Full Duplex
10 or 100 Mbps
Switch
10 or 100 Mbps
Slide 57
Spanning 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
Segment A
1/1
2/1
Switch 1
Switch 2
1/2
2/2
Segment B
Station B
Slide 59
Indice
•
•
•
•
•
Virtual LAN
Slide 60
VLAN (1)
• Bridge e switch diminuiscono
collisioni ma non eliminano
– Broadcast
– Multicast
Collision
Domain
• Possibili soluzioni al problema
– Router (IP)
– VLAN
Dominio
Broadcast
Collision
Domain
Slide 61
VLAN (2)
• Bridge e switch diminuiscono
collisioni ma non eliminano
VLAN1
VLAN2
– Broadcast
– Multicast
• Possibili soluzioni al problema
– Router
– VLAN
Dominio Broadcast
Collision Domain
VLAN3
VLAN4
Slide 62
VLAN: 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
• Riduzione dei costi
– Meno router
• Sicurezza
– Controllo accessi a segmenti di rete
– Protezione traffico
Slide 63
VLAN: Funzionamento
• Explicit Tagging
– Dato identificato da TAG
• Implicit Tagging
– Dato identificato da altri parametri (es: porta)
• Switch deve saper gestire database tagging
– Filtering Database
• Decisione su tagging o meno
– VLAN-aware
– VLAN-unaware
Slide 64
VLAN: Tipologie
• Tipologie di VLAN
–
–
–
–
–
Per porta
MAC Address
Protocol Type
IP Subnet
Higer Level
• Tipologie di connessione
– Trunk Link (VLAN-aware to VLAN-aware)
– Access Link (VLAN-unaware device to VLAN-aware bridge)
– Hybrid Link
Slide 65
Indice
•
•
•
•
•
Virtual LAN
Slide 66
IEEE 802.3u - Fast 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
LAN Switch
– Collegamenti punto-punto
– Collisioni non più possibili
A
B
C
D
E
Slide 67
• 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)
– 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)
Slide 68
• 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
• 2 Fibre Ottiche multimodali 62.5 con connettori SC o ST
FastEthernet
– 100BASE-TX/FX ereditano PMD di FDDI
• trasmettono con codifica 4b/5b
100Base-X
100Base-TX
100Bas e-T4
100Bas e-T2
100Bas e-FX
Slide 69
Slide 70
IEEE 802.3z - Gigabit 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
– 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
Slide 71
IEEE 802.3z - Standard
– 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
• Compatibile con Ethernet e Fast Ethernet
Lunghezza minima della trama completa: 512 byte (4096 bit)
Lunghezza minima della trama: 64 byte (512 bit)
Preamble
Byte
7
SFD
1
Destin . Source
Length
Add.
Add.
6
6
2
DATA
da 0 a 1500
PAD
da 0 a 46
FCS
4
Extension
da 0 a 448
Slide 72
IEEE 802.3z - Classificazione
• 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
• Fino a 550 m con fibra multimodo
• Rame (half-duplex in hub LAN)
– 1000BaseCX
Bit rate
Bit time
Slot time
Interpacket gap
Ethernet
Fast Ethernet
Gigabit Ethernet
10 Mbit/s
100 ns
51.2 µs
9.6 µs
100 Mbit/s
10 ns
5.12 µs
0.96 µs
1000 Mbit/s
1 ns
4.096 µs
96 ns
• 2 STP (uno per direzione)
• Massima estensione 25 m
– 1000BaseT
• 4 UTP Categoria 5
• Massima estensione 100 m
Slide 73
IEEE 802.3z – Collegamento switch
Slide 74
IEEE 802.3z – Collegamento server
Slide 75

reti dati in area locale (lan) - Politecnico di Milano Sede di Cremona

Transcript

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