1 Sottolivello MAC - Medium Access Protocol

Sottolivello MAC - Medium Access Protocol
Sottolivello del data link
Regola l’accesso al mezzo per reti broadcast
LAN e WAN satellitari
• allocazione statica - a priori
• allocazione dinamica - in base allo stato
Allocazione statica: preallocazione di banda
bene solo per numero di utenti costante e data rate costante
possibile spreco di banda e incapacità di gestire traffico bursty
Allocazione dinamica: adattiva
- modello a stazioni che generano frame - tasso di arrivo
- singolo canale
- collisioni - rilevabile da tutti, ritrasmissione
- tempo continuo o discreto(slotted)
- ascolto del canale: carrier sense (prima di trasmettere) no c.s. (dopo)
Protocollo ALOHA
Anni ‘70, collegamento radio al suolo di computer
Pure Alhoa
trasmissione - ascolto - confronto - eventuale ritrasmissione dopo un tempo
casuale
Sotto ipotesi di esponenzialità dei tempi, se in media sono generati G frame
si ricava
throughput del mezzo
Ge-2G
max 0.184 (<20%) per G=0.5 frame per frame time
Slotted Alhoa
divisione del tempo in intervalli discreti
segnale speciale all’inizio dell’intervallo
throughput
Ge-G
max 0.368 per G=1 frame per frame time
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
protocolli con ascolto del canale
1-persistent - se libero trasmette con prob. 1
Non persistentv - se si libera aspetta un tempo random prima di trasmettere
P-persistent - se occupato aspetta lo slot, se libero trasmette con prob. p,
con prob. 1-p aspetta lo slot
RT3.2
1
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access - Collision Detection)
Le stazioni interrompono la trasmissione se rilevano una collisione
Riprovano dopo un tempo casuale >2T, se T è il tempo di propagazione fra
gli estremi della rete
A
B
Collisione
T
T
alternanza di periodi di contesa, di trasmissione e di inattività
il periodo di contesa: Slotted Aloha con slot di durata 2T
(es. per un cavo di 1 km T circa 5 microsecondi)
Contesa
Frame
*
*
Contesa
Contesa
ok
Frame
Collisione
*
*
*
ok
Frame
Inattività
ok
Frame
Collisione
Non c'è collisione
Non c'è collisione
Non c'è collisione RT3.3
Reti ad anello
Insieme di interfacce di rete collegate a coppie da linee punto a punto
Stazione
Interfaccia
Stazione
Interfaccia
Stazione
Interfaccia
Linea
punto a punto
unidirezionale
Interfaccia
Stazione
Mezzo broadcast
equo
bit copiati e rigenerati
RT3.4
2
Reti ad anello
Interfaccia:listen mode
Dalla
rete
transmit mode
Alla
rete
1-bit delay
Alla
stazione
Dalla
rete
Dalla
stazione
Alla
rete
1-bit delay
Alla
stazione
Dalla
stazione
Quando una stazione vuole trasmettere deve
- aspettare che arrivi il token (in listen mode)
- rimuoverlo dal ring (in listen mode)
- trasmettere i dati (in transmit mode)
- rigenerare il token (in transmit mode)
- rimettersi in listen mode
RT3.5
LAN - Standard IEEE 802
includono standard per
• Specifiche generali di progetto (802.1) • token ring (802.5)
• DQDB (802.6, per MAN)
• Logical link control, LLC (802.2)
• CSMA/CD (802.3)
• token bus (802.4, destinato a LAN per automazione industriale)
Differenze a livello fisico e nel sottolivello MAC
Compatibili a livello data link --->> standard LLC, parte superiore del data link
802.2
Logical Link Control
Livello
data link
Livello
fisico
Sottolivello
MAC
802.3
CSMA/CD
(Ethernet)
802.4
Token
bus
802.5
Token
ring
802.6
DQDB
802.3
CSMA/CD
(Ethernet)
802.4
Token
bus
802.5
Token
ring
802.6
DQDB
RT3.6
3
IEEE 802.3 - Ethernet
standard CSMA/CD di tipo 1-persistente, a 10Mbps
Evoluzione di Ethernet (Xerox, DEC, INTEL su base Alhoa)
- thick Ethernet cavo coassiale, 10Base5 (10Mbps, baseband, 500m max)
fino a 100 macchine con interfaccia di rete (scheda Ethernet)
Cavo Thick
(non
interrotto)
Transceiver
drop cable
Interfaccia
di rete
Transceiver,
fissato con
un vampiro
Interfaccia
+
transceiver
Cavi Thin
Giunzione
passiva
aT
Stazione
Stazione
- thin Ethernet cavo coassiale più sottile, 10Base2 (10Mbps, baseband, 200m
max), fino a 30 macchine, allaccio con giunzione a T
RT3.7
IEEE 802.3
- doppino telefonico
standard 10BaseT, 100m max, 2 macchine,
per più di due stazioni un ripetitore (HUB)
• max lunghezza rete 2,5 km
• fra qualunque coppia di stazioni max 4 ripetitori
• max1024 stazioni sulla rete
Stazione Stazione Stazione Stazione Stazione Stazione Stazione Stazione
Doppino
HUB
RT3.8
4
IEEE 802.3 - Frame
Byte:
7
1
2 opp. 6
2 opp. 6
2
Preamble
Start of
frame
Indirizzo
destinaz.
Indirizzo Lunghezza
sorgente
dei dati
0 - 1500
0 - 46
4
Dati
Pad
Checksum
Preamble
7 byte tutti uguali a 10101010, per sincronizzazione
Start of frame un byte delimitatore, uguale a 10101011
Indirizzi
6 byte, univoci a livello mondiale (cablati nell'interfaccia)
specifica di un destinatario o un gruppo di destinatari (multicast)
oppure broadcast a tuttI le stazioni (indirizzo 111111).
Lunghezza dei dati
quanti byte nel campo dati (da 0 a 1500)
Dati
il payload del livello superiore
Pad
Se il frame (esclusi preambolo e delimiter) è < 64 byte, questo campo
lo porta alla lunghezza di 64 byte
Checksum
codice CRC
RT3.9
IEEE 802.3 - Protocollo
CSMA/CD di tipo 1-persistent:
• prima di trasmettere, la stazione aspetta che il canale sia libero
• appena è libero inizia a trasmettere
• se c'è una collisione, la circuiteria contenuta nel transceiver invia una
sequenza di jamming di 32 bit, per avvisare le altre stazioni
• se la trasmissione non riesce, la stazione attende una quantità di tempo
casuale e poi riprova
quanto tempo? binary backoff exponential algorithm:
• dopo una collisione, il tempo si considera discretizzato (slotted) con uno
slot time pari a 51,2 microsecondi (corrispondenti al tempo di trasmissione
di 512 bit, ossia 64 byte, pari alla lunghezza minima di un frame senza
contare il preambolo ed il delimiter)
• il tempo di attesa prima della prossima ritrasmissione è un multiplo intero
dello slot time, scelto a caso in un intervallo i cui estremi dipendono da
quante collisioni sono avvenute
• dopo n collisioni, il numero r di slot time da lasciar passare è scelto a caso
nell'intervallo 0 <= r <= 2k-1, con k = min (n, 10)
• dopo 16 collisioni si rinuncia (invia un messaggio di errore al livello
superiore)
RT3.10
5
IEEE 802.3 - Prestazioni
Buone
- può sopportare un carico medio del 30% (3 Mbps) con picchi del 60% (6 Mbps)
- sotto carico medio: 2-3% dei pacchetti ha una collisione
- qualche pacchetto su 10.000 ha più di una collisione
Fast Ethernet
standard (803.u) del 1995 - velocità 100 Mbps
- doppino di classe 3 (100BaseT4)
- doppino di classe 5 (100BaseT)
- fibra ottica (100BaseFX)
RT3.11
IEEE 802.5 - Token Ring
Token Ring IBM 1972 - Velocità 4, 16 Mbps
IEEE 802.5 - Velocità 1, 4, 16 Mbps
doppino
Stazione
wire center per isolare parti guaste
max 260 stazioni
Lobo
Relais
Wire center
RT3.12
6
IEEE 802.5 - Frame
Byte:
1
1
1
SD
AC
ED
Frame
Byte:
1
SD
1
AC
Token
1
2 opp. 6
2 opp. 6
FC
Indirizzo
destinaz.
Indirizzo
sorgente
Da 0
Da 0
a 30 a 17.747
RI
Dati
4
1
Checksum ED
1
FS
SD, ED Starting e ending delimiter
AC
Access control, serve per il controllo dell'accesso8 bit:
PPPTMRRR
• i tre bit P indicano la priorità attuale
• il bit M serve per il controllo di frame orfani
• il bit T, detto token bit, identifica un token (0) o un frame (1)
• i tre bit R indicano la priorità richiesta
FC
Frame control
Indirizzi - Dati - Checksum come 802.3.
RI
Routing information
FS
Frame status
RT3.13
IEEE 802.5 - Protocollo
Quando il token circola e una stazione vuole trasmettere (listen mode)
•aspetta che arrivi il token e quando arriva
• lascia passare SD
• lascia passare i bit PPP di AC
• quando ha nel buffer il token bit T
> lo cambia in 1, trasformando il token in un frame
> invia il bit T modificato sull’anello
> si mette immediatamente in transmit mode
> invia il resto del frame
•quando il frame è trasmesso
• se ha ancora THT (Token holding time) può trasmettere un altro frame
• altrimenti rigenera un nuovo token e lo trasmette
• appena trasmesso l'ultimo bit del token si rimette in listen mode
Ogni ring ha una stazione speciale (monitor ) designato all'avvio:
•rigenera il token se esso si perde
•ripulisce il ring dai resti di frame danneggiati
•ripulisce il ring dai frame orfani
RT3.14
7
IEEE 802.5 - 802.3
IEEE 802.3
vantaggi: diffusione - buon funzionamento e prestazioni
svantaggi: componenti analogiche (rilevamento collisioni) - prestazioni
degradate con carico elevato
IEEE 802.5
vantaggi:
totalmente digitale - buon funzionamento e prestazioni sotto carico
elevato
svantaggi: ritardo anche con carico leggero - monitor
RT3.15
IEEE 802.2 - LLC
Logical Link Control
funzioni
- fornire a livello rete una interfaccia unica sopra i sottolivelli MAC
- fornire a livello rete eventualmente un servizio migliore di MAC
Modello simile a HDLC - modello mittente-destinatario, # sequenze, #ack,...
offre un supporto multiprotocollo al livello superiore
Liv. LLC
Liv. MAC
Liv. fisico
Pacchetto
di liv. network
Packet
Liv. network
MAC
header
LLC
header
Packet
LLC
header
Packet
Frame LLC
MAC
trailer
Frame MAC
(es. Token ring)
RT3.16
8