Unità Didattica_isoosi

Unità Didattica:
IL LIVELLO UNO DEL MODELLO ISO/OSI
I.F. ZAMMATARO SEBASTIANO
PREREQUISITI
o Concetti di base sulle reti
o Modello ISO/OSI
OBIETTIVI
COMPETENZE
DESCRITTORI
CONOSCENZE





Conoscere gli aspetti
tecnici ed evolutivi dei
mezzi fisici di
collegamento tra computer
Saper spiegare gli
algoritmi per il
rilevamento e la
correzione degli errori di
trasmissione
Conoscere l’architettura e
la topologia delle moderne
reti LAN
Distinguere le principali
modalità di accesso al
mezzo trasmissivo delle
LAN









Caratteristiche
generali dei mezzi
trasmissivi
Doppino, cavo
coassiale, fibre
ottiche
Tecnologie wireless
Codifica dei dati
Rilevamento e
correzione degli
errori
Topologie delle reti
Metodi di accesso al
mezzo di
trasmissione
Tecniche a contesa
Reti Ethernet, Token
Ring, Wireless
Protocolli HDLC e
PPP
ABILITA’
 Distinguere le
caratteristiche e i campi di
applicazione dei diversi
tipi di mezzi trasmissivi
 Spiegare i principi fisici
delle fibre ottiche
 Calcolare il checksum
 Calcolare i CRC
 Descrivere graficamente la
topologia di una rete
 Descrivere le
caratteristiche e i
parametri fondamentali di
una rete locale
 Realizzare e testare un
cavo di rete UTP
STRUTTUTRA DEL PERCORSO DIDATTICO
Attività - Argomento
Metodologie
Strumenti
Tempi
Presentazione dell’UD.
I mezzi trasmissivi
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Caratteristiche fisiche dei mezzi
elettrici
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Il doppino in rame, il cavo coassiale
Lezione frontale +
Laboratorio
Lavagna + Slides
+ dispense +
componentistica
2h didattiche
Trasmissioni wireless
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Le fibre ottiche: struttura
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Le fibre ottiche: principi fisici
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Codifica dei dati nelle trasmissioni
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Rilevamento e correzione degli errori:
checksum, ridondanze
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Topologie di rete
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Richiami sul modello ISO/OSI
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Metodi di accesso al mezzo di
trasmissione: il livello MAC
Lab: MAC address
Lezione frontale +
Laboratorio
Lavagna + Slides
+ dispense +
computer
2h didattiche
Caratteristiche della rete Ethernet
(IEEE 802.3): tecnica di accesso
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
La rete Token Ring (IEEE 802.5)
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
2h didattiche
La rete DQDB
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Reti wireless standardizzate
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Il protocollo a finestre scorrevoli
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
2h didattiche
Il protocollo PPP
Lezione frontale
Lavagna + Slides
+ dispense
1h didattiche
Realizzazione di un cavo di rete UTP
categoria 5
Laboratorio
Lavagna + Slides
+ dispense +
strumentazione
2h didattiche
-
2h didattiche
Caratteristiche della rete Ethernet
(IEEE 802.3): Formato della trama
Ethernet
Caratteristiche della rete Ethernet
(IEEE 802.3): domini di collisione e
switch
Prova di verifica sommativa
Verifica scritta
Correzione e valutazione
Lezione frontale
Lavagna + Slides
1h didattiche
Tot 26h
Metodologia didattica:
Lezione frontale in aula alla lavagna….……18 ore
Esercitazione in laboratorio …. ……………..6 ore
Prova di verifica scritta ……………………..2 ore
Introduzione all’argomento: illustrazione alla classe delle finalità dell’u.d., breve
carrellata degli argomenti da trattare, verifica dei prerequisiti presenti, definizioni
generali.
 MEZZI TRASMISSIVI
L’informazione può essere trasmessa a distanza variando una caratteristica fisica
del mezzo scelto per trasportare il contenuto informativo. Tale variazione si
propaga, con una certa velocità, lungo il mezzo di trasmissione e può essere
rilevata all’altra estremità.
I mezzi trasmissivi sono sostanzialmente di tre tipi:
 Elettrici (cavi elettrici) in cui la variazione del fenomeno fisico è connessa
all’energia elettrica, per esempio, misurando una variazione di potenziale
tra i due conduttori.
 Wireless (onde radio) in cui il fenomeno fisico è la propagazione nello
spazio delle onde elettromagnetiche, che inducono un segnale sull’antenna e
la conseguente rivelazione del segnale da parte del ricevitore.
 Ottici (LED, laser e fibre ottiche) in cui il fenomeno utilizzato è la luce e la
sua propagazione.
In termini generali, la trasmissione dei segnali può avvenire in due modi
differenti: analogica o digitale.
Nella trasmissione analogica il segnale può variare con continuità nel tempo,
assumendo valori continui; nel caso, invece, della trasmissione digitale il segnale è di
tipo numerico (codificato) e quindi può saltare da un valore all’altro, all’interno di un
ristretto range di valori.
La caratteristica principale del segnale digitale, che ha portato alla sua straordinaria
affermazione e utilizzazione in tutti i settori dell’IT, è di avere pochi livelli codificati.
Di conseguenza, anche una considerevole distorsione del segnale porta comunque
(nella maggior parte dei casi) ad una corretta interpretazione logica dei livelli,
rendendo il segnale digitale praticamente immune al rumore!
 CARATTERISTICHE FISICHE DEI MEZZI ELETTRICI
L’impedenza è il parametro elettrico più importante per un cavo utilizzato a
frequenze elevate. Un cavo risulta migliore quanto più l’impedenza è stabile al
variare della frequenza. Quando avviene una trasmissione a frequenze elevate,
l’impedenza di uscita del trasmettitore, quella di ingresso del ricevitore e quella del
mezzo trasmissivo, devono essere uguali ed in questo caso si dicono adattati in
impedenza.
Si definisce velocità di propagazione la percentuale della velocità della luce (3000000
km/s) a cui si propaga il segnale elettrico nel cavo. Nei cavi in rame questa velocità
varia dal 55% al 70%, per cui si considera circa 200000 km/s come velocità tipica.
Un altro parametro importante è l’attenuazione, che è il rapporto tra il valore del
segnale in ingresso e il valore misurato all’uscita, cioè all’altra estremità del cavo.
Generalmente si misura in dB e risulta proporzionale alla lunghezza del cavo.
Cross-talk (diafonia) è la misura del disturbo di un cavo indotto dal cavo vicino e si
misura in dB. L’annullamento della diafonia può essere ottenuto utilizzando un
doppino ritorto. Se si devono utilizzare più doppini si deve avere l’accortezza che
ogni coppia abbia una binatura differente, cioè la lunghezza di ogni intreccio deve
essere diversa. In questo caso l’interferenza tra una coppia e l’altra è minima.
 IL DOPPINO DI RAME
Il doppino di rame è formato da una coppia di conduttori in rame ricoperti da una
guaina di materiale plastico ed intrecciati tra loro. Il doppino è il mezzo trasmissivo
che da decenni viene utilizzato per la connessione delle linee telefoniche.
Mentre nei decenni passati il doppino telefonico costituiva il mezzo trasmissivo
dell’intero percorso tra i due interlocutori di una comunicazione telefonica, anche a
lunga distanza, ora il mezzo trasmissivo utilizzato tra le centrali telefoniche è la fibra
ottica ed il doppino è utilizzato solo per il collegamento tra l’utente e la centrale
(ultimo miglio).
Il doppino è nato per il trasporto della voce umana che ha una banda di frequenze
molto ridotta, compresa tra 300 Hz e 3300 Hz.
Con la diffusione delle reti di computer, il requisito principale richiesto al mezzo
trasmissivo è stato quello di una banda passante sempre maggiore, per permettere il
passaggio di segnali di frequenza più elevata.
Per questo motivo il doppino sembrava destinato ad essere abbandonato in breve
tempo, ma successive migliorie costruttive hanno permesso uno straordinario
aumento della banda disponibile.
Oggi i doppini sono classificati in base alle seguenti categorie:
Categoria 1
Comprende i cavi adatti per comunicazioni telefoniche
Categoria 2
Cavi per trasmissioni analogiche e digitali a bassa velocità
Categoria 3
Cavi adatti per reti locali fino a 10 Mbps
Categoria 4
Cavi adatti per reti locali token ring fino a 16 Mbps
Categoria 5
Cavi adatti per reti locali fino a 100 Mbps
Categoria 5e (enanched) cavi adatti a reti fino a 200 Mbps
Categoria 6
Cavi adatti per reti fino a 1 Gbps
STP e UTP sono gli acronimi di Shelded Twisted Pair e Unshelded Twinsted
Pair, rispettivamente doppino schermato e doppino non schermato, e rappresentano i
due tipi di doppini più utilizzati per il cablaggio delle reti locali LAN.
 IL CAVO COASSIALE
Utilizzato comunemente come mezzo trasmissivo per il collegamento tra l’antenna
e l’apparecchio televisivo, è costituito da un conduttore di rame di sezione di 1 mm
circa, avvolto da un isolante in PVC o teflon che lo separa da una maglia metallica.
Questa realizza con buona approssimazione una gabbia di Faraday, cioè una struttura
molto efficiente come schermatura verso disturbi elettromagnetici provenienti
dall’esterno.
I cavi coassiali, un tempo molto diffusi nelle reti locali, trovano oggi scarsa
applicazione, perchè la loro banda passante (centinaia di MHz) è ottenuta anche dal
doppino di rame.
I moderni cavi coassiali hanno una sezione ridotta Thin Ethernet rispetto ai più vecchi
Thick Ethernet (più pesanti e rigidi).
 TRASMISSIONE WIRELESS
Il termine wireless si riferisce alle comunicazioni che non usano un mezzo fisico
dedicato e nelle quali i segnali si propagano nell’etere sotto forma di onde
elettromagnetiche. In un sistema wireless la trasmissione avviene principalmente
tramite radiofrequenza o tramite infrarosso. Per consentire questo tipo di
trasmissione, ciascun dispositivo deve possedere all’interno un chip integrato in
grado di trasmettere e ricevere informazioni nell’etere.
La tecnologia ad infrarosso permette collegamenti a distanze molto limitate ( circa un
metro max) e quindi si presta per collegamenti tra personal computer e periferiche
poste sulla stessa scrivania.
La tecnologia a radiofrequenza ha avuto enormi sviluppi con la telefonia cellulare che
in pochi anni ha visto sviluppare le tecnologie ETACS, GSM, GPRS ed oggi UMTS.
Lo standard GPRS funziona utilizzando la commutazione di pacchetto. Ciò consente
di aumentare la velocità di trasmissione dei dati e di impiegare la linea di
comunicazione solo per il tempo necessario al trasferimento dell’informazione. La
velocità massima teorica è di 171,2 kbps, usando tutta la banda disponibile
contemporaneamente. Tale velocità è circa 18 volte maggiore delle attuali
connessioni mobili a commutazione di circuito impiegate nella telefonia mobile GSM
(9,6 kbps).
Il GPRS facilita le connessioni istantanee, perchè l’informazione può essere mandata
e ricevuta immediatamente appena serve: i terminali GPRS vengono identificati
anche come sempre on line.
Le risorse radio vengono utilizzate solo quando vi è la necessità di inviare e ricevere i
dati, ed è possibile avere più connessioni su un unico canale trasmissivo
(multiplexing).
Con la commutazione di pacchetto le risorse disponibili possono essere divise tra
diversi utenti; potenzialmente un grande numero di utenti GPRS possono dividersi la
stessa banda ed essere serviti da una singola cella.
Con il termine WLAN (wireless local area network) si fa riferimento ad una rete
locale dove non esiste l’istallazione di un cablaggio fisso e i dispositivi sono dotati di
sistemi ricetrasmittenti. Questo standard offre la possibilità di un’istallazione
semplice e veloce e viene spesso utilizzato nei casi in cui un cablaggio fisso avrebbe
costi elevati, o in tutte le applicazioni ove si richieda una grande flessibilità (uso di
terminali portatili in un’area circoscritta).
Lo standard di riferimento ISO-OSI per le WLAN è la specifica IEEE 802.11.
 FIBRE OTTICHE
Le fibre ottiche sono sottilissimi fili di vetro, talora di plastica, ma comunque
molto trasparenti alla luce, a sezione cilindrica, flessibili, che trovano vasto impiego
per le dorsali nelle telecomunicazioni.
Nel campo delle telecomunicazioni sono usate come canali di comunicazione
privilegiati ad alta velocità, in quanto consentono velocità di trasmissione dei dati
dell’ordine dei Gbps, molto maggiori rispetto alle velocità dei cavi coassiali. Oltre a
indiscutibili, quali l’insensibilità alle interferenze e alla diafonia, anno un volume
ridottissimo ed una bassa attenuazione, per cui si possono avere tratte con più di 100
km senza necessità di amplificazione del segnale.
Le fibre ottiche usate nelle telecomunicazioni sono attraversate, da un’estremità
all’altra, da impulsi luminosi, nel campo di frequenza corrispondenti all’infrarosso e
quindi invisibili all’occhio umano.
Sono sicuramente ottimi canali di comunicazione: basti pensare che in una sola fibra
ottica possono passare contemporaneamente 12000 telefonate!
La fibra ottica è costituita da una parte interna, chiamata core, rivestita da una guaina,
chiamata cladding. Quando ci si riferisce ad una fibra con due numeri, per esempio
50/125, si fa riferimento ai diametri del core e del cladding espressi in micron.
All’esterno sono poi presenti guaine di rivestimento e di protezione. La più esterna è
una robusta guaina in mylar, con grande resistenza alla trazione per la posa in opera.
Un sistema di trasmissione ottica ha tre componenti:
 la sorgente luminosa che può essere un LED o un laser e che converte i
segnali elettrici in impulsi luminosi;
 il mezzo di trasmissione che è la fibra ottica;
 il fotodiodo ricevitore che converte gli impulsi ottici in impulsi elettrici.
È il dispositivo più lento, con un tempo di risposta di 1 ns: questo
impone un limite al sistema pari a 1 Gbps.
Principi fisici delle fibre ottiche
Si definisce indice di rifrazione n il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto
(300000 km/s) e la velocità della luce nel mezzo considerato. Per esempio, la velocità
di propagazione della luce nell’acqua è di 225000 km/s; nel vetro, che è il mezzo che
costituisce la fibra ottica, è di 200000 km/s. Quindi l’indice di rifrazione dell’acqua è
circa 1,33 e quello del vetro è circa 1,5.
Un raggio luminoso che si propaga in un mezzo trasparente, per esempio il vetro, con
indice di rifrazione n1, quando incontra un altro mezzo, pure trasparente, con indice
di rifrazione n2 diverso, per esempio minore come l’aria, viene in parte riflesso e in
parte rifratto come indicato in figura.
La prima legge di Snell afferma che l’angolo incidente è uguale all’angolo riflesso.
La seconda legge di Snell pone un legame matematico tra l’angolo incidente, l’angolo
rifratto e i coefficienti di rifrazione dei due mezzi trasmissivi che si esplicita nel
seguente modo: il rapporto tra i seni degni angoli è inversamente proporzionale agli
indici di rifrazione dei due mezzi.
sin / sin = n2 / n1
Si deduce di conseguenza che al crescere dell’angolo di incidenza, anche l’angolo di
rifrazione cresce, ma più rapidamente, fino a che, quando il primo raggiunge il valore
detto angolo limite, il secondo raggiunge il valore 90°, eliminando la rifrazione.
La conseguenza della legge di snell nelle fibre ottiche è l’esistenza di un angolo
solido, chiamato cono di accettazione, tale per cui tutti i raggi luminosi entranti nel
cuore della fibra ottica con un angolo incidente minore dell’angolo limite, e quindi
facenti parte del cono di accettazione, sono completamente riflessi.
Due fenomeni di dispersione limitano la banda passante teorica delle fibre ottiche: la
dispersione modale e la dispersione cromatica.
La dispersione modale è il fenomeno per cui impulsi luminosi differenti, con diverso
angolo incidente, percorrono cammini di lunghezza differente e quindi, pur partendo
contemporaneamente, arrivano all’altra estremità della fibra ottica in istanti differiti:
il segnale in uscita non riproduce fedelmente quello di ingresso.
L’altro fenomeno detto dispersione cromatica fu studiato da Newton mediante il
prisma. Il prisma raggiunto da un raggio di luce bianca rifrange le componenti
cromatiche con angoli crescenti con la lunghezza d’onda. Questo fenomeno nel caso
delle fibre ottiche, indica cammini di differente lunghezza per raggi luminosi di
frequenze differenti.
Alla dispersione cromatica è stato posto rimedio utilizzando una sorgente di
luce proveniente da un laser, che ha uno spettro di frequenze molto piccolo: le fibre
ottiche che utilizzano questa sorgente sono dette monomodali.
Le fibre multimodali invece trasportano i raggi luminosi di un diodo led, aventi
uno spettro di frequenza allargato e quindi soggette al fenomeno della dispersione
cromatica.
 CODIFICA DEI DATI NELLA TRASMISSIONE
I dati binari richiedono una particolare codifica per essere inviati sul mezzo
trasmissivo. Oltre all’informazione principale, costituita dai dati da trasmettere, la
codifica deve anche contenere l’informazione per mantenere il sincronismo tra l’host
che trasmette e quello che riceve i dati. Il segnale di sincronismo è il segnale di clock,
che sincronizza gli orologi delle schede di rete e degli host connessi alla rete. È
necessario che la codifica dei dati abbia come effetto quello di miscelare
l’informazione col segnale di sincronismo, permettendo al ricevitore di svolgere
l’operazione opposta di decodifica.
Di seguito sono riportati due esempi di codifica utilizzati nelle reti locali.
Codice Manchester
La codifica di Manchester prevede una transizione del valore del segnale nel
mezzo di ogni bit sia 1 che 0, con il vantaggio di permettere al ricevitore di ricavare il
segnale di sincronismo ad ogni bit. Infatti dalla figura si può notare come ogni bit sia
costituito da una parte positiva ed una parte negativa. Il fronte d’onda che determina
il passaggio per lo zero viene rilevato in ricezione e da esso viene estratto il segnale
di sincronismo.
Un’altra caratteristica della codifica Manchester è quella che, analizzando una
qualunque sequenza di bit, si nota che la parte positiva è esattamente uguale a quella
negativa; ciò significa che il segnale è bilanciato con uguale energia per il bit 0 e per
il bit 1, cioè il segnale non ha componenti continue.
Codifica 4/5
La codifica 4/5 crea transizioni utili come segnale di sincronismo,
aggiungendo, ad ogni quartina di bit, un bit che generi la transizione. Per esempio, se
si ha una quartina di bit 1111, la codifica aggiunge un bit 0 per interrompere la
sequenza di 1, ottenendo 11101.
 RILEVAMENTO E CORREZIONE DEGLI ERRORI
Un’importante funzione del livello data-link nelle reti è rappresentata dal
rilevamento degli errori di trasmissione.
Nella trasmissione dati è fondamentale che il nodo ricevente il messaggio sia in grado
di controllarne l’integrità. Per fare questo il nodo che trasmette i messaggi aggiunge
ai dati alcuni bit di controllo FCS (Frame Check Sequence). Questi bit sono il
risultato dell’applicazione di un operator matematico alla stringa di bit che si vuole
controllare. Lo stesso operatore matematico verrà applicato dal destinatario che
confronterà il risultato con quello ricevuto e saprà se il frame di dati è arrivato
integro. In caso di errore chiederà al mittente il reinvio del frame corrotto.
Checksum
Un semplice operatore matematico che viene spesso utilizzato è la somma: per
evitare di appesantire la sequenza di bit con una somma troppo lunga, si calcola la
somma in modulo che tiene conto solamente delle cifre meno significative. Il
destinatario effettua nuovamente le operazioni di somma e la confronta con quella
che gli è stata spedita.
Gli algoritmi matematici utilizzati possono essere anche complessi e possono
prevedere operazioni sia aritmetiche che logiche, anche molto sofisticate, come
quelle alla base delle firme digitali, che permettono l’autenticazione delle transizioni
nel commercio elettronico.
Si consideri per esempio la seguente stringa con una codifica a 7 bit:
0010110 che corrisponde al numero decimale 22
Per attivare un controllo dell’errore basta aggiungere un bit all’inizio della codifica,
che vale:
1 se il numero di 1 presente nella codifica è dispari;
0 se il numero di 1 presente nella codifica è pari.
Per tale motivo il bit aggiunto viene detto di parità.
Si osservi che il bit di parità è di fatto un checksum (a un solo bit).
Ovviamente se due bit sono cambiati in contemporanea, il sistema non è in grado di
rilevare l’errore; per questo motivo si possono utilizzare altre codifiche per rilevare
errori doppi che comunque appesantiscono il codice trasmesso.
Correzione degli errori
È possibile definire algoritmi utili non solo a rilevare gli errori, ma anche per
correggere gli errori senza ritrasmissione. Tali tecniche aumentano di molto la
complessità della codifica e sono usate solo in applicazioni critiche, dove la
ritrasmissione dei dati richiede un dispendio di tempo troppo elevato (procedure di
monitoraggio degli impianti).
Vediamone un esempio:
Si consideri un numero binario di 4 bit a cui ne aggiungiamo altri 3 di controllo; la
codifica risulta quindi costruita con la struttura seguente:
B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3
Si calcolano i bit di controllo secondo le seguenti regole:
 C1 rende pari il numero di bit presenti nelle posizioni B1 B2 B4;
 C2 rende pari il numero di bit presenti nelle posizioni B1 B3 B4;
 C3 rende pari il numero di bit presenti nelle posizioni B2 B3 B4.
Nell’ipotesi di errore singolo la codifica per la correzione dell’errore avviene secondo
quanto riassunto nella seguente tabella:
C1 C2 C3 BIT ERRATO
Ok Ok Ok
Nessuno
Err Ok Ok
C1
Ok Err Ok
C2
Err Err Ok
B1
Ok Ok Err
C3
Err Ok Err
B2
Ok Err Err
B3
Err Err Err
B4
 TOPOLOGIE DI RETE
Con il termine topologia si fa riferimento alla disposizione degli oggetti fisici
nello spazio.
Definire la topologia di una rete significa progettare nei particolari la configurazione
e l’ubicazione dei componenti della rete stessa.
Due nodi della rete possono essere messi in comunicazione in due modi differenti:
-
con una connessione fisica quando tra i due nodi è presente un canale fisico che
li collega in modo diretto;
-
con una connessione logica, che sfrutta più di una connessione fisica, quando la
rete assume le dimensioni di una WAN e quindi è impossibile pensare ad un
collegamento fisico per ogni coppia di nodi.
La combinazione fra collegamenti fisici e logici, implementati in una rete di
comunicazione, definisce la topologia della rete.
I parametri più importanti da tenere a mente nello studio della topologia di una rete
sono:
 il numero dei nodi;
 il numero dei canali trasmissivi,
 la ridondanza, cioè la possibilità di scegliere tra più strade alternative per
raggiungere la destinazione.
Di seguito vengono descritte alcune configurazioni standard:
Reti a stella
In questo tipo di rete le postazioni sono connesse ad un’apparecchiatura fisica
che assolve alle funzioni di collettore. Il centro stella può essere un Hub oppure uno
Switch. Anche il centro stella può essere considerato un nodo della rete, pertanto
nella rete a stella il numero dei canali è uguale al numero dei nodi meno uno
(c = n – 1). In caso di guasto la rete a stella consente l’intervento di correzione del
problema sullo specifico nodo, senza compromettere il funzionamento del resto della
rete. Un guasto al centro stella, al contrario, provoca il blocco della funzionalità
dell’intera rete.
Reti ad anello
Il numero dei canali è pari al numero dei nodi (c = n). La fault tollerance è
inesistente: nel caso in cui un canale si guasti la rete non funziona più.
Questa topologia è basata su una linea chiusa alla quale possono connettersi tutti i
nodi della rete: ogni nodo, per comunicare con un altro, deve far scorrere lungo la
struttura ad anello le proprie informazioni. Visto che il canale è condiviso, per
riconoscere un destinatario da un altro è importante definire per ogni nodo un
indirizzo. Un nodo che riceva un messaggio destinato ad un altro nodo, lo
ritrasmetterà di norma al suo vicino, finché il messaggio non giunga al destinatario
vero.
Reti a bus
Sono state le più utilizzate per reti LAN di tipo Ethernet. Non hanno tolleranza
ai guasti e qualunque interruzione di canale comporta l’esclusione di una parte della
rete. Da un punto di vista logico sono reti di tipo broadcast, in quanto il messaggio
trasmesso da un nodo viene ricevuto da tutti gli altri nodi. Qualora un sistema riceva
delle informazioni che non lo riguardano non deve ritrasmettere al nodo vicino, in
quanto le stesse informazioni verranno già ricevute da tutti i nodi della rete.
Reti a stella estesa
La topologia più usata per le reti Lan di dimensioni medie e grandi è la stella
estesa, cioè una topologia ad albero in cui le foglie sono costituite da stelle.
Switch
Reti magliate non completamente connesse
Sono reti tipicamente geografiche in cui la tolleranza ai guasti dipende dal
numero dei canali implementati. Dato che le reti geografiche sono meno affidabili
delle reti locali, è necessario trovare un compromesso tra il costo della rete, che
dipende dal numero dei canali, e la tolleranza ai guasti.
Reti magliate completamente connesse
Sono le reti che hanno maggiore tolleranza ai guasti, e costi rilevanti, perché il
numero dei canali aumenta con legge quadratica rispetto ai nodi, per cui l’aggiunta di
un nodo comporta l’aggiunta di n canali ( essendo n il numero dei nodi). Si utilizzano
solo in reti di piccole dimensioni dove l’affidabilità è un fattore determinante. Nelle
reti locali sono usate topologie ad anello, a bus, a stella e stella estesa mentre le
topologie magliate sono utilizzate nelle reti WAN.
Reti ad albero
E’ la topologia magliata con il minor numero di canali e quindi potrebbe essere
la topologia preferita per il cablaggio delle WAN, in quanto risulterebbe avere il
costo di cablaggio minore. Va comunque considerato che nella rete ad albero la
tolleranza ai guasti è inesistente e quindi si preferisce una rete magliata con un
maggior numero di connessioni.
 METODI DI ACCESSO AL MEZZO DI TRASMISSIONE
Il livello 2, Data Link, del modello OSI è suddiviso in due sottolivelli MAC e LLC.
 Il sottolivello MAC (Media Access Control) comprende parecchie tipologie di
accesso al mezzo condiviso standardizzate dal progetto IEEE 802: 802.3
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision detection) per reti
Ethernet, 802.5 per reti Token Ring e 802.6 (DQBD), tecnologia a prenotazione
per reti a fibre ottiche.
Queste tecnologie sono spiegate in dettaglio nei paragrafi successivi.
Livello Rete
LLC
Livello
Data
Link
MAC
CSMA/CD
Token Ring
DQDB
Wireless
Livello Fisico
Il livello MAC si riferisce a tutto quanto riguarda l’accesso al mezzo trasmissivo
condiviso e quindi si occupa delle schede di rete NIC (Network Interface Card) e
delle connessioni ad esse.
Ogni scheda di rete ha un indirizzo univoco, a livello mondiale, per poter essere
destinataria dei frame indirizzati alla scheda stessa. Questo indirizzo si chiama MAC
address ed è composto da 6 ottetti generalmente esplicitati come cifre esadecimali.
I 3 ottetti a sinistra sono indicati come OUI (Organization Unique Identifier) e sono
numeri identificativi dell’azienda produttrice della scheda e i 3 ottetti a destra
rappresentano un numero progressivo relativo alle schede prodotte dall’azienda.
Per esempio l’indirizzo
08-00-2B-3A-08-9C
Fa riferimento a una scheda di rete prodotta dalla Digital Equipment Corporation,
perché 08-00-2B è l’identificativo di questa azienda, mentre il codice 3A-08-9C è un
identificativo della singola scheda di rete, fissato dall’azienda.
Gli indirizzi MAC generalmente non sono utilizzati direttamente dall’utente: l’utente
di un personal computer connesso ad una LAN può ignorare un MAC della scheda di
rete, perché è compito del Sistema Operativo di rete associare al nome del personal
computer al suo indirizzo MAC, rilevato dalla scheda di rete NIC.
 Il livello LLC (Logical Link Control) serve come interfaccia unificante nei
confronti del livello di rete nel modello OSI. Questo significa che, qualunque sia
la tecnologia di accesso al mezzo trasmissivo, il sottolivello LLC fornisce al
livello di rete, in modalità standard, il trasporto affidabile dell’informazione tra
due punti, con modalità simili a quelle utilizzate nelle reti geografiche.
Le reti geografiche utilizzano il protocollo standard HDLC, di cui si parlerà in
seguito: LLC è stato progettato come una variante di HDLC per le reti locali.
 CARATTERISTICHE DELLA RETE ETHERNET (IEEE 802.3)
La Rete Ethernet nasce nel 1973 da un consorzio di ricerca a cui aderiscono Sun
Microsystem, Intel, Xerox; si diffonde molto rapidamente per il basso costo di
realizzazione, la buona affidabilità, l’alta velocità trasmissiva di 10 Mbps. Essa
inoltre consente di disporre di un throughput elevato ( la quantità di informazione che
viene trasmessa nell’unità di tempo) in caso di necessità come nelle trasmissioni a
burst ( a raffica), cioè nei momenti in cui occorre utilizzare tutta la banda trasmissiva.
Nello stesso periodo le aziende telefoniche proponevano sul mercato PABX (Private
Automatic Branch Exchange), un centralino di commutazione digitale, funzionante
alla velocità di 64 Kbps. Secondo le aziende telefoniche il diffondersi dell’utilizzo di
PABX avrebbe fornito all’interno delle aziende non solo il servizio di telefonia, ma
anche lo scambio di dati che, in quegli anni, era diventata un’esigenza importante. Vi
fu quindi un confronto serrato tra I PABX proposti dalle aziende telefoniche e le reti
LAN, proposte dalle aziende informatiche: prevalsero queste ultime per la maggiore
velocità trasmissiva fornita. Un esempio può chiarire perché la scelta fatta dal
mercato fu a favore delle LAN. Supponiamo che un impiegato di un ufficio utilizzi
un programma applicativo per office automation, che non risiede sul disco del
personal computer, ma che deve essere caricato sul server di rete ogni giorno, a inizio
lavoro. Supponiamo inoltre che la dimensione dell’applicativo sia di 4 MByte. Nel
caso della LAN Ehernet il tempo impiegato per il caricamento del programma è
dell’ordine della decina di secondi, mentre utilizzando un PABX il tempo necessario
è di circa 10 minuti. La risposta alle esigenze dell’impiegato è infatti molto più
efficiente nel caso della LAN perché essa permette trasmissioni a burst. Quindi, in
alcuni momenti critici, come durante il caricamento del programma di office
automation la banda è in buona parte dedicata alle esigenze dell’utente. Le
caratteristiche della rete Ethernet v.2 sono:
 Condivisione del mezzo trasmissivo mediante tecnica e contesa CSMA/CD
 Velocità di trasmissione a 10 Mbps
 Distanza massima teorica tra due stazioni adiacenti di 2,8 km.
La tecnica a contesa CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection) deriva dal protocollo della rete ALOHAnet, sviluppata nel 1970 presso
l’università delle Hawaii, che rappresenta una pietra miliare nella storia delle reti e di
Internet, perché è stato il primo esempio di rete senza fili a commutazione di
pacchetto (packed radio network).
La tecnica a contesa prevede che la stazione che vuole trasmettere, ascolti la linea per
verificare che non ci siano altre trasmissioni in corso, e successivamente trasmetta il
proprio messaggio pur rimanendo in ascolto di eventuali collisioni. Ci possono essere
poche probabilità che I dati collidano con quelli trasmessi contemporaneamente da
un’altra stazione. In questo caso la stazione che ha trasmesso se ne accorge e
provvede a ritrasmettere i dati, dopo l’attesa di un tempo pseudo-casuale. La stazione
trasmittente si accorge dell’avvenuta collisione grazie ad un controllo accurato del
tempo che intercorre tra la trasmissione del segnale e l’eventuale ricezione del
frammento di collisione.
collisione
A
B
tempo
La tecnica a contesa è la modalità di accesso al canale utilizzato dalle reti Ethernet.
A seguito dell’avvenuta collisione si intraprendono le seguenti azioni:
 La stazione trasmittente sospende la trasmissione e trasmette a una sequenza di
jamming (interferenza trasmissiva) composta da 32 bit nelle specifiche 802.3 ed
un numero di bit compreso tra 32 e 48 per Ethernet v.2. Questa sequenza permette
a tutte le stazioni di rilevare l’avvenuta collisione;
 Le stazioni di ascolto, riconoscendo il frammento di collisione costituita dalla
parte di pacchetto trasmessa più la sequenza di jamming, scartano I bit ricevuti;
La stazione che ha trasmesso la trama deve rimanere in attesa per un tempo
pseudocasuale prima di ritentare la trasmissione. Il tempo di attesa è dato dal numero
intero r moltiplicato per il tempo di attesa minimo chiamato slot time = 51,2
microsecondi.
L’algoritmo di backoff stabilisce che il tempo di attesa è calcolato secondo la
seguente regola:
0 < = r < = 2k – 1 con k = min (n, 10)
Dove n è il numero delle collisioni successive. Ogni volta che avviene una collisione
k aumenta e con esso il limite massimo r che può assumere.
Dopo 16 collisioni consecutive viene inviato un messaggio di errore a livello
superiore e la trasmissione viene sospesa. La distanza massima teorica tra due
stazioni è vincolata al fatto che ogni stazione deve essere in grado di distinguere tra I
segnali che riceve: se si tratta di una trasmissione proveniente dalla rete oppure di un
frammento di collisione causato dalla propria trasmissione.
Dal calcolo teorico si ricava che il frame Ethernet più piccolo viene trasmesso in 51,2
microsecondi:
64 byte * 8/10 Mbps.
Alla velocità del segnale sul cavo in rame stimata 200000 km/s nel tempo di 51,2
microsecondi, il segnale percorre circa 10 km, che corrispondono a una distanza tra le
stazioni di circa 5 km, perché il percorso deve essere compiuto nei due sensi di
percorrenza. Il risultato del calcolo effettuato (5 km) risulta circa il doppio rispetto
alla distanza di 2,8 km delle specifiche di Ethernet v.2 perché questa distanza non
può essere percorsa direttamente senza rigenerare il segnale attraverso uno o più
repeater che introducono un tempo di latenza, limitando di fatto la distanza tra le
stazioni.
Formato della trama di Ethernet
Il formato della trama si riferisce alla versione 2.0 di Ethernet che corrisponde a
IEEE 802.3 tranne per la lunghezza totale perché Ethernet v.2.0 non include i primi
8 byte che hanno la funzione sincronizzatrice.
Byte 7
Preambolo
1
6
6
2
Inizio
Indirizzo
Indirizzo
Lunghezza
trama
MAC
MAC
campo dati
destinazione
sorgente
0-1500
Dati
0-46
Riempitivo
4
Codice
di
Controllo
Descrizione dei singoli campi della trama
 Preambolo (Preamble) è costituito da 7 byte uguali a 10101010 per produrre una
sequenza di impulsi quadri a 10 MHz della durata di 5,6 microsecondi allo scopo
di permettere al ricevitore di sincronizzarsi.
 Inizio trama (Start of frame) è un byte uguale a 10101011 che con gli ultimi due
1 segnala la fine del segnale di sincronismo e l’inizio della trama vera e propria.
 Indirizzo MAC destinazione e MAC sorgente sono I due indirizzi fisici di 6
byte ciascuno che identificano rispettivamente il computer che trasmette e quello
che riceve la trama.
 Lunghezza dei dati (length) indica la lunghezza in byte del campo dati
 Riempitivo (Pad) garantisce la lunghezza minima della trama sia di 64 byte
anche nel caso in cui il campo dati fosse vuoto. La trama deve avere una
lunghezza minima per permettere al ricevitore di distinguere tra la ricezione di
una trama e la ricezione di frammenti prodotti da una collisione. Questa
distinzione alla base del principio di funzionamento della rete Ethernet, verrà
spiegata in seguito.
 Codice di controllo è un codice CRC come quelli visti in precedenza.
Un effetto della metodologia di accesso al mezzo CSMA/CD è che la quantità di
traffico presente nella rete non può oltrepassare il limite del 35%, cioè il throughput
della rete deve essere inferiore a 3,5 Mbps, perché, in caso di superamento, il numero
delle collisioni aumenterebbe.
Infatti il throughput della rete varia con la metodologia di accesso al mezzo e, nelle
reti dei tipo Ethernet, anche con il numero di host che condividono il dominio di
collisione.
Esiste quindi il problema di separare, all’interno della stessa Ethernet, più domini di
collisione. La soluzione risiede nell’utilizzo di dispositivi attivi (switch) come centro
stella, anziché di hub che eseguono solamente compiti passivi.
Switch
C1
A1
B1
A2
B2
A3
B3
A4
B4
C2
C3
C4
Traffico all’interno della LAN
Gli Switch, dispositivi nati per interconnettere tra loro reti LAN, sono ora utilizzati
anche all’interno di una stessa LAN per suddividere sottoreti. Questa suddivisione ha
la prerogativa di mantenere separati I domini di collisione delle sottoreti connesse
alle porte e quindi di diminuire drasticamente il numero di collisioni sulla rete.
Nella tabella seguente sono riportate le varie tecnologie di Ethernet secondo le
specifiche IO, con l’utilizzo di cavo coassiale, fibra ottica e doppino.
Specifiche 802.3 per reti Ethernet
802.3
Ethernet su cavo coassiale
10BASE-5 (Thick Ethernet)
10BASE-2 (Thin Ethernet)
10 BROAD-36
802.3i
Ethernet su Doppino
10BASE-T
802.3d
Ethernet su Fibra Ottica
FOIRL
802.3j
10BASE-F
802.3y
Fast Ethernet su Doppino
100BASE-T2
802.3u
100BASE-T4
100BASE-TX
802.3z
Gigabit Ethernet su Fibra Ottica
100BASE-SX
100BASE-LX
802.3ab
100BASE-T
802.3ae
10 Gigabit Ethernet
10GBASE-LX
 LA RETE TOKEN RING (IEEE 802.5)
La rete Token Ring, che segue le specifiche IEEE 802.5, è stata sviluppata da
IBM come risposta alla rete Ethernet. La velocità trasmissiva della rete era
inizialmente di 4 MHz, ma fu ben presto sostituita con una rete da 16 MHz che
rimase sul mercato per molti anni. E’ una rete utilizzata anche nelle reti moderne ma,
avendo un costo di implementazione superiore alla rete Ethernet, ha scarse
prospettive di sviluppo futuro.
Verso di percorrenza
Interfaccia
La rete Token Ring è una rete punto-punto con topologia ad anello. L’accesso al
mezzo trasmissivo avviene attraverso il token (gettone), che è una semplice
configurazione di bit. Il token viene rilanciato sull’anello da una stazione all’altra
e deve essere catturato dalla stazione che deve trasmettere.
La rete Token Ring ha quindi regole di funzionamento deterministiche: questo
significa che si può calcolare il tempo massimo che un messaggio impiega per
essere recapitato a destinazione. Per questo motivo la rete Token Ring si presta per
applicazioni real time. Per applicazioni real time si intende un’applicazione che,
avendo a che fare con il mondo fisico, necessita che il sistema, in questo caso la
rete, fornisca una risposta in un tempo sufficientemente breve in relazione al
processo fisico a cui è connesso.
Formato della trama 802.5
1
2
3
SD
AC
ED
Formato del Token
End Delimiter
Access Control
Starting Delimiter
1
1
1
6
6
SD
AC
FC
DA
SA
0-30
0-17747
RI
INFO
4
FCS
1
1
ED
FS
da 21 a 17796
Descrizione dei singoli campi della trama:
Come si può notare dalla figura i tre campi del token sono presenti anche all’interno
della trama.
o SD, ED (Starting Delimiter e Ending Delimiter) contengono al loro interno due
coppie di bit con livelli alti e bassi rispettivamente, che violano il codice di
Manchester per indicare l’inizio e la fine della trama e che per la loro simmetria
mantengono la linea bilanciata.
o AC (Access Control): il significato più importante di questo byte è costituito dal
bit 4 che vale 0 se il token è in circolo e vale 1 se il token è in uso.
Il bit 3 viene settato a 1 al primo passaggio della trama e serve per rimuovere la trama
qualora si ripresenti. Gli altri bit rappresentano la priorità della trama
o FC (Frame Control) assume valori diversi se la trama è di tipo informativo,
cioè contiene dati, o se è una trama di controllo.
o DA e SA sono gli indirizzi MAC del computer destinatario e del computer
mittente.
o RI (Routine Information) contiene le informazioni di routing. In questo campo
vengono inseriti gli indirizzi dei nodi intermedi (bridge)che la trame deve
attraversare per giungere a destinazione qualora la topologia della rete sia
formata da reti Tonken Ring connesse attraverso bridge.
o INFO: I dati della trama possono avere una dimensione massima di 17796 byte.
o FCS (Frame Status) serve per sapere lo stato della trama e contiene due bit
denominati A e C con il seguente significato:
o A viene posto a 1 dal destinatario quando legge la trama;
C viene posto a 1 dal destinatario quando ha fatto una copia locale della trama.
Active Monitor e generazione del token
In una rete Token Ring è necessario che ci sia una stazione in grado di gestire
alcune funzioni vitali della rete: l’Active Monitor.
Tra le funzioni di competenza dell’Active Monitor è quella di generare il token per la
prima volta e di rigenerarlo tutte le volte in cui tale operazione si renda necessaria,
perché è stato cancellato, oppure perché il token viene ricevuto con un errore di
sincronismo rispetto al segnale emesso.
L’Active Monitor è designato per elezione dai computer connessi alla rete. Nella fase
di start-up della rete, tutti gli host connessi trasmettono in broadcast un frame
contenente il proprio indirizzo MAC e contemporaneamente ricevono gli indirizzi
MAC delle altre stazioni. Quando una stazione riceve un indirizzo maggiore del
proprio (ne fa un confronto numerico) interrompe la trasmissione del proprio MAC.
Alla fine del processo solo una stazione trasmetterà il MAC e questa risulta essere
l’Active Monitor.
Rilascio normale del token
La rete Token Ring è una rete di tipo punto-punto, in cui ogni stazione trasmette i
dati alla stazione successiva e li riceve dalla stazione a monte. Come tutte le reti
locali, deve comunque avere caratteristiche di tipo broadcast.
Nel caso specifico la rete viene resa broadcast attraverso la modalità di
funzionamento: quando una stazione riceve un messaggio, ne confronta l’indirizzo
del destinatario con il proprio e se trova coincidenza, prima di rinviare il messaggio
alla stazione successiva, ne crea una copia locale; in caso contrario lo rinvia senza
copia. Quando il frame ritorna alla stazione che lo ha generato, quest’ultima lo toglie
dalla rete e rimette in circolazione il token. In questo modo il frame fa un giro
completo dell’anello, producendo in pratica un effetto broadcast.
Rilascio forzato del token
Il rilascio forzato del token permette una maggiore efficienza della rete, perché
obbliga la stazione che sta trasmettendo, in un dato istante, ad accodare il token al
proprio frame, in modo tale che la prossima stazione che vuole trasmettere non deve
aspettare che il frame precedente concluda il giro dell’anello.
T
D
D
A
D
A
A
C
C
B
C
B
1. A deve trasmettere quindi cattura il token
B
T
P1
P1
2. Inizia a trasmettere P1
3. Alla fine dei dati A trasmette il token
P1
D
P2
D
P1
A
D
P2
A
A
C
C
B
C
B
B
T
P2
4. B cattura il token
5. Alla fine dei dati B trasmette il token
6. A toglie P1
T
D
D
A
A
C
C
B
B
T
P2
7. B riceve P2
T
8. B toglie P2
Procedure diagnostiche della rete token ring
Nel Caso di errore è importante che ciascuna stazione conosca l’indirizzo della
stazione da cui provengono I frame, perché ciò permette, a livello diagnostico di
individuare quale tra I collegamenti punto-punto, che costituiscono l’anello non
funziona più.
L’operatore di neighbour notification (notifica del vicino) viene iniziata dall’Active
Monitor, che emette un frame particolare chiamato AMP (Active Monitor Presence).
La prima stazione che riceve il frame modifica il bit del frame stesso per specificarne
l’utilizzo e inoltre fa la copia locale del campo in cui c’è l’indirizzo della stazione
mittente: in coda al frame ricevuto a sua volta trasmette un nuovo frame AMP con I
propri dati. L’operazione si ripete finché il frame AMP viene ricevuto dall’Active
Monitor perché, a questo punto, tutte le stazioni conoscono l’indirizzo della stazione
a monte, ad esse più vicina.
A
B
A
guasto
D
C
Doppio anello controrotante
D
D
D
B
C
Riconfigurazione automatica
dell’anello in caso di guasto
Dalla figura si può capire come avviene il ripristino delle funzionalità di rete,
utilizzando il secondo anello in direzione opposta al primo per chiudere l’anello.
Perchè l’azione venga attivata, è necessaria l’operazione di neighbour notification
appena descritta.
 LA RETE DQBD
DQBD (Dual Queue Dual Bus) è uno standard di accesso al mezzo trasmissivo
usato nell’ambito delle reti metropolitane MAN. Questo standard che prende il nome
anche di IEEE 802.6, è molto diffuso negli USA e meno in Europa. Generalmente
viene utilizzato per interconnettere LAN mediante collegamenti in fibra ottica o per
costruire una rete metropolitana.
Bus A
Direzione del flusso del bus A
1
2
3
Bus B
Direzione del flusso del bus B
Due bus paralleli e unidirezionali percorrono tutta la città, le stazioni sono connesse
ad entrambi i bus. Ogni bus ha una stazione di testa che genera un flusso continuo di
trame di dati chiamate celle o slot di 53 byte. Questi slot quando vengono generati
sono vuoti e possono essere riempiti dalle stazioni che vogliono trasmettere. Ogni
cella viaggia dalla stazione che l’ha generata al capo opposto in cui esce dal bus.
Ogni cella contiene 48 byte di dati e 5 byte che costituiscono l’header. Senza entrare
nel dettaglio dell’header si possono citare due importanti bit di controllo: Busy che
indica se la cella è occupata e Request che indica se una stazione ne ha fatto richiesta.
Quando una stazione vuole trasmettere una cella, deve sapere se il destinatario si
trova alla sua destra e in questo caso sceglie il bus A o alla sua sinistra e allora
sceglie il bus B.
Il bus che verrà utilizzato prende il nome di forward bus e l’altro di riverse bus.
Il metodo di accesso DQDB
Il metodo di accesso DQDB si basa su un algoritmo distribuito di accomodamento
delle richieste di trasmissione, detto anche coda distribuita di tipo FIFO.
In pratica la richiesta della stazione che vuole trasmettere viene accodata alle
richieste già inoltrate e quando saranno terminate le trasmissioni che hanno fatto
richiesta precedentemente, la stazione potrà trasmettere.
Per tenere conto delle richieste è necessario l’uso di due contatori:
1. Request Counter (RC)
2. Count Down (CD)
Il primo contatore controlla le richieste, il secondo gli slot liberi.
Fasi di funzionamento
 In funzione della localizzazione del nodo destinatario, si determina il busy da
utilizzare (forward bus)
 Si mette il segmento da trasmettere nella coda del forward bus
 Si trasmette la richiesta di accesso sul reverse bus
 Si copia il valore corrente di RC in CD
 Si azzera il contatore RC e si ricomincia a contare le richieste d’accesso
successive
 Si inizia a contare gli slot liberi che transitano sul forward bus decrementando
CD
 Quando CD =0, il segmento in coda può essere trasmesso
 Al passaggio del primo slot libero, si imposta il bit di busy e si trasmette in
coda.
 RETI WIRELESS STANDARDIZZATE
Le specifiche IEEE 802.11 sono il principale standard per reti wireless che
utilizzano una frequenza di lavoro di 2,4 GHz. Questo standard è giunto ad una
versione fiale nel 1997 ed utilizza la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical)
che non necessita di autorizzazione per poter essere utilizzata.
I dispositivi nelle reti LAN IEEE 802.11 sono di due tipi: Access Point (AP), bridge
che collegano la sottorete wireless con quella cablata, e Wireless Terminal (WT),
dispositivi come notebook, palmari o cellulari con interfaccia standard IEEE 802.11.
Access Point
LAN 802.3
Switch
Wireless Terminal
Il protocollo per accedere alla trasmissione è il CSMA/CA (Carrier Sense Multiple
Access/Collision Avoidance) che evita le collisioni mediante un algoritmo specifico.
L’AP assegna una priorità ad ogni client per aumentare l’efficienza della trasmissione
e diminuire le collisioni.
Lo standard IEE 802.11 prevede che i dati trasmessi siano criptati per evitare le
intercettazioni. La velocità delle trasmissioni wireless è attualmente di 11 Mbps ed è
prevista l’interoperabilità delle apparecchiature anche di case costruttrici diverse.
 IL PROTOCOLLO A FINESTRE SCORREVOLI
Nella trasmissione dei dati è necessario informare il cliente che i dati spediti
sono giunti a destinazione in modo corretto e per fare questo si usa
l’acknowledgement (ACK), con cui il destinatario informa il mittente che il frame è
stato spedito è arrivato senza errori.
Le figure che seguono mostrano una comunicazione fra due interlocutori.
Nella prima il mittente spedisce il frame numerato dal numero x e il destinatario
risponde con il messaggio ACK (Acknoledge) come conferma dell’avvenuta
ricezione. La seconda figura mostra che il frame numerato x + 1 va perso e quindi
non viene spedito alcun segnale di conferma. Il mittente dopo un certo tempo senza
conferma (timeout) rinvia il messaggio. I frame sono numerati per individuare il
frame o l’ACK perduto.
Mittente
x
Mittente
ACK( )
0
1
1
1
x+1
0
ACK( )
x+2
1
x
ACK( )
Timeout
1
Destinatario
0
1
1
x+1
ACK( )
x+2
0
1
Un’evoluzione della conferma mediante segnale di acknowledge si ha nei protocolli a
finestre scorrevoli. Nei protocolli a finestre scorrevoli (sliding windows) i frame
vengono numerati, invece che con una numerazione assoluta, con una numerazione
relativa che tiene conto solo dei frame spediti e non ancora confermati. Ogni frame
inviato ha un numero di sequenza da 0 a 2n-1 dove n è il numero dei bit della finestra.
Una finestra scorrevole di 3 bit è sufficiente per poter avere un massimo di 7 frame in
attesa di conferma.
Il protocollo HDCL
In precedenza è stato detto che il sottolivello LLC del livello Data Link del
modello OSI è molto simile al protocollo HDLC (High Level Data Link Control) che
è il protocollo asincrono per reti pubbliche, utilizzato per molti anni sulla rete
pubblica nazionale ITAPAC.
In particolare la differenza tra LLC e HDLC è che LLC è lo stato superiore rispetto al
MAC, per cui alcune funzionalità come il sincronismo e la delimitazione delle trame
sono affidate al sottolivello MAC.
Trama LLC
Byte
1
1
INDIRIZZO
CONTROLLO
>=0
2
DATI
FCS
Il protocollo HDLC rappresenta un esempio di protocollo di livello 2 e lo
standard OSI prevede l’utilizzo di HDLC come protocollo di linea per canali
geografici
Trama HDLC
Byte
1
1
INDIRIZZO
CONTROLLO
1
FLAG
>=0
2
DATI
FCS
1
FLAG
Campi di flag
I due campi di delimitazione della trama sono detti flag 01111110 e la loro
peculiarità è quella di rappresentare le uniche due sequenze con sei bit 1 consecutivi.
Questo avviene con la tecnica bit stuffing, per cui il trasmettitore quando incontra
una sequenza composta da cinque bit 1, la interrompe introducendo un bit 0.
L’operazione contraria viene svolta dal ricevitore, che provvede a cancellare gli 0
aggiunti.
Campo di indirizzo
Dato che il protocollo HDLC può essere utilizzato sia per collegamenti puntopunto che per collegamenti multipunto, questo campo assume importanza nei
collegamenti multipunto, potendo indirizzare uno tra i 256 indirizzi possibili.
Campo di controllo
Il campo di 8 bit consecutivi ha due sottocampi di 3 bit, indicati
rispettivamente con NS (number sending) e NR (number receiving), che
rappresentano le due finestre scorrevoli con numerazione da 0 a 7 dei frame trasmessi
e dei frame ricevuti. Gli altri due bit del campo specificano il tipo di trama.
Campo informativo
Contiene i dati che devono essere trasferiti: se il tipo di frame è di controllo,
questo campo non contiene informazioni.
Campo di verifica
Contiene un FCS (Frame Check Sequenze), di solito si tratta di CRC.
Nel seguito sono mostrate alcune sequenze temporali che si riferiscono a trasmissioni
punto-punto che utilizzano il protocollo HDLC. La linea verticale di sinistra indica la
stazione che trasmette e la linea verticale di destra indica la stazione che riceve. Le
linee oblique indicano le trasmissioni nel tempo.
A
B
A
NS = 1 NR = 0
NS = 2 NR = 0
x+2
NR = 3
1. Trasmissione di trame HDCL in half
duplex a una via in assenza di errore
B
NS = 0 NR = 0
Tempo
Tempo
NS = 0 NR = 0
NS = 1 NR = 0
NS = 2 NR = 0
x+2
NR = 1
NS = 1 NR = 0
NS = 2 NR = 0
NR = 3
1. Trasmissione di trame HDCL in half
duplex a una via in presenza di errori
A
B
A
B
NS = 0 NR = 0
NS = 1 NR = 0
Tempo
Tempo
NS = 0 NR = 0
NS = 0 NR = 2
NS = 1 NR = 2
NS = 0 NR = 1
NS = 2 NR = 2
x+2
NS = 1 NR = 0
NS = 2 NR = 0
NS = 3 NR = 1
NS = 4 NR = 2
NS = 1 NR = 2
NS = 5 NR = 3
NS = 2 NR = 3
NS = 2 NR = 3
3. Trasmissione di trame HDCL in half
duplex a due vie
NS = 2 NR = 3
A
B
Tempo
0,0
4. Trasmissione di trame full duplex a
due vie senza errori
1,0
0,1
REJ 1
2,0
2,2
1,1
1,1
2,2
3,3
NS = 2 NR = 3
4,3
5,3
NS = 2 NR = 3
5. Trasmissione di trame full duplex a due vie
con errore segnalato dal comando REJ che
richiede la ritrasmissione di tutti i pacchetti
successivi
Nella figura 1 le trame sono numerate con due contatori NS e NR che si riferiscono
rispettivamente alle trame inviate e alle trame ricevute. Dopo aver inviato tre trame
numerate rispettivamente NS = 0, NS = 1 e NS = 2 la stazione ricevente risponde con
NR = 3 confermando la ricezione delle tre trame.
Nella figura 2 viene illustrata una trasmissione di half duplex perché il canale è
utilizzato alternativamente da una sola stazione. Ad una via significa che il flusso di
informazione va da A a B.
Nella spedizione della seconda trama si verifica un errore di trasmissione per cui la
stazione B può spedire l’acknowledge in cui segnala che ha ricevuto correttamente
solo una trama NR = 1.
Quando la stazione A riceve la trama, ricomincia la trasmissione della seconda trama.
La figura 3 mostra una trasmissione che avviene sempre in half duplex ma su un
canale a due vie in cui le due stazioni A e B spediscono entrambe trame informative
anche se in tempi diversi, perchè la linea può essere occupata da una sola stazione. La
numerazione delle trame avviene all’interno delle trame informative.
La figura 4 illustra una trasmissione full duplex a due vie in cui le due stazioni A e B
si scambiano contemporaneamente trame informative, inglobando all’interno della
trama anche il valore aggiornato dei contatori.
Nella figura 5 è rappresentato il diagramma temporale della trasmissione di trame full
duplex a due vie con un errore sull’invio della seconda trama spedita dalla stazione
A. La risposta della stazione B è REJ 1 che indica il rifiuto delle trame da quella
numerata con NR = 1 in poi. La stazione A deve ritrasmettere tutte le trame spedite
dopo la NR = 1. In questo caso viene fatto uso del comando REJ (Reject), ma esiste
anche il comando SREJ (Selective Reject) per indicare il rifiuto di una singola trama
specificata dal numero della trama.
 IL PROTOCOLLO PPP
Il protocollo PPP (Point to Point Protocol) è il protocollo utilizzato nella
comunicazione tra utente e provider durante la connessione a internet.
Il protocollo PPP è derivato dal protocollo HDLC di cui conserva la trama.
Trama PPP
Byte
1
FLAG
1
1
1
INDIRIZZO
CONTROLLO
PROTOCOLLO
>=0
2
DATI
FCS
1
FLAG
I campi che compongono la trama PPP differiscono dalla trama HDLC in alcuni
particolari di seguito descritti:
 Il campo indirizzo è 11111111 e indica l’assenza di indirizzo, perché la
comunicazione avviene punto-punto con un collegamento diretto attraverso la
linea telefonica tra l’utente e il provider.
 Il campo dati serve per trasportare informazioni di vari protocolli necessari per
poter operare in Internet e quindi nel campo dati sono incapsulati i protocolli che
verranno gestiti a livello superiore.
 Il campo controllo specifica che si tratta di una trama non numerata perché nel
protocollo PPP non vengono utilizzati i contatori di trame inviate e ricevute.
 REALIZZAZIONE DI UN CAVO DI RETE UTP CATEGORIA 5
Nelle reti LAN sono utilizzati principalmente due tipi di connessione del cavo
UTP al connettore RJ45 con la standardizzazione USA T568A e T568B.
Pair 2
Pair 3
Pair 1 Pair 4
Pair 3
Pair 2
Pair 1 Pair 4
12345678
12345678
T568A
T568A
I cavi che si possono realizzare sono due:
 Cavo piatto in cui le due connessioni sono entrambe del tipo T568A utile per il
collegamento tra l’host e il centro stella.
 Cavo incrociato in cui una connessione è del tipo T568A e l’altra del tipo
T568B, utilizzato per il collegamento diretto da scheda tra due personal
computer
I materiali necessari per la costruzione del cavo sono:
 Cavo UTP cat. 5 della lunghezza desiderata.
 Connettore maschio RJ45: è il connettore telefonico standard negli USA e ora
largamente utilizzato anche in Europa. E’ utilizzato nella versione a 8 pin per
le connessioni tra le schede di rete e gli hub o gli switch.
 Taglierino per togliere la guaina esterna UTP.
 Spellabili per togliere l’isolante plastico ai singoli conduttori.
 Crimpatrice per il fissaggio del conettore RJ45 al cavo UTP.
 Tester di rete strumento elettronico le cui funzionalità di base sono quelle di
testare sia i cavi piatti sia i cavi cross-connect emettendo una sequenza
automatica; verifica che la disposizione dei cavi all’interno dei connettori
RJ45 sia corretta e che la connessione sia esente da errore.
La prova di verifica
La prova di verifica è stata scelta di tipologia semistrutturata per meglio adattarla al
particolare contesto-classe cui veniva proposta. Bisogna tener conto che gli studenti dei corsi serali,
lavo qualche eccezione, difficilmente hanno la possibilità a casa di rivedere in maniera integrale gli
argomenti trattati in classe. Partendo da questo presupposto, la prova di verifica deve essere mirata
alla valutazione del livello di attenzione e di comprensione che ciascun studente, e soprattutto il
docente, è riuscito ad ottenere in classe. La prova di verifica in tal senso diventa una valutazione sia
per l’operato dei discenti sia, nella globalità dei risultati, dell’operato del docente.
VERIFICA SCRITTA DI SISTEMI
CLASSE 4 SA
COGNOME …………………………….
NOME ………………………….
1) Quali sono le tecniche più utilizzate per l’accesso al canale?
2) Quali delle seguenti affermazioni sono vere (V) e false (F)
a) La tecnica di accesso al canale CSMA/CD è deterministica
V
F
b) Uno switch divide in più domini di collisione la rete Ethernet ad esso connessa
c) Il livello LLC si preoccupa dell’invio dei dati sul mezzo fisico
V
F
d) L’indirizzo MAC è suddiviso in 6 ottetti ed è unico a livello mondiale
e) La velocità della luce in una fibra ottica è maggiore che nel vuoto
V
V
V
f) Le emissioni di luce di colore diverso hanno la stessa lunghezza d’onda V
F
F
F
F
3 ) Quali sono le attività che vengono intraprese dalle stazioni a seguito di una collisione in una rete
LAN ?
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4) Associa alle sigle della colonna di sinistra il corrispondente significato nella colonna di
destra
HDLC
Specifiche per reti wireless
802.11
Tecnica di accesso al canale
CSMA/CD
Protocollo punto punto di livello 2
ISO
Centralino telefonico digitale
PABX
Organizzazione internazionale standardizzazioni
5) Quali delle seguenti affermazioni sono vere (V) e false (F)
a) Due stazioni adiacenti di una rete ethernet hanno una distanza massima di 10 Km V
b) L’algoritmo di backoff prevede un tempo massimo di attesa
V
F
c) La rete Token-Ring è considerata una rete deterministica
V
F
F
d) Se si aumenta il troughput di una rete 802.3 oltre un certo limite le prestazioni decadono
V
e) Il rilascio forzato del token peggiora l’efficienza della rete di tipo 802.5
V
F
F
6) Associa alle sigle della colonna di sinistra il corrispondente significato nella colonna di destra
MAN
Delimitatore di inizio frame
UTP
Numeratore delle trame spedite
CRC
Rete di dimensioni metropolitane
NS
Cavo a più coppie non schermato
MAC
Sottolivello del livello 2 (accesso al mezzo)
SD
Codici a ridondanza ciclica
7) Descrivere la trama del protocollo HDLC
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8) Descrivere il metodo di accesso in una rete DQDB
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Risultati e commenti alla verifica scritta
I partecipanti alla verifica scritta sono stati 18 su 22.
La griglia di valutazione consisteva nell’assegnare 1 punto per ogni risposta chiusa corretta, e da 2 a
2 punti e mezzo per ogni risposta aperta corretta.
I risultati sono stati i seguenti:
- 1 candidato ha ottenuto 8/10
- 10 candidati hanno ottenuto 7/10
- 4 candidati hanno ottenuto 6/10
- 2 candidati hanno ottenuto 5/10
- 1 candidato ha ottenuto 4/10
Discutendo dei risultati con L’I. A. e confrontandoli con i dati di frequenza siamo pervenuti alla
comune conclusione che gli studenti frequentanti con costanza a tutte le lezioni relative all’unità
didattica (compresa l’ultima di riepilogo) hanno ottenuto la valutazione più favorevole. Le
insufficiente (poche) erano assimilabili ad una frequenza incostante delle lezioni.