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RETI DI CALCOLATORI
Seconda Esercitazione
Canali trasmissivi
Una rete di calcolatori è formata da un
insieme di nodi (switch) interconnessi
per mezzo di linee di comunicazione
(link) in grado di gestire il flusso dei dati
provenienti dagli utenti finali della rete
stessa.
I nodi e i rami di una rete possono essere
interconnessi in molteplici modi, tali da
formare diverse configurazione di rete.
2
Canali trasmissivi
In particolare si possono distinguere le:
• reti broadcast: sono reti dotate di un unico canale di
comunicazione dove i dati trasmessi sono visibili da
tutti gli utenti ad esse connessi. Solo una stazione può
trasmettere nella rete per volta (trasmissione radio,
satellitare, reti locali);
• reti punto-punto: una coppia di utenti è connessa agli
estremi del canale di comunicazione, che viene
utilizzato in modo paritetico;
• reti multi-punto: vi sono più nodi collegati ad un unico
canale. In particolare un nodo è il master e tutti gli
altri sono slave.
3
Topologie
Le principali topologie di rete risultano
essere:
• a stella;
• ad anello;
• a maglia;
• a bus.
4
Stella
5
Anello
6
Maglia
7
Bus
8
Rete ad Anello cablata a
Stella
La presenza di circuiti di by-pass rendono le
reti ad anello più affidabili in caso di guasti
sulla rete ed evitano possibili interruzioni del
flusso di dati.
Circuito di
Bypass 9
Doppio Anello
Controrotante
Questa soluzione è vantaggiosa in ambito di
dorsali; il secondo anello ha funzionalità di
backup ed il guasto di più sistemi porta al
partizionamento dell'anello
Stazione in
Bypass
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Architettura di una Rete
L’architettura di una rete prevede
l’esistenza di End System (ES) e di
Intermediate System (IS). I primi,
detti anche host o end node,
eseguono le applicazioni e realizzano
tutti i livelli OSI, I secondi, detti anche
router, instradano i messaggi sulla rete
realizzando solo i primi tre livelli OSI.
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ES e IS
End System
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Data Link
Fisico
Intermediate System
ROUTER
Rete
Data Link Data Link
Fisico
Fisico
End System
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Data Link
Fisico
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Modalità di trasferimento
delle informazioni
Nella modalità di trasferimento delle
informazioni in una rete, il principio di
commutazione è definito in base a
come sono realizzate le due funzioni di
instradamento (come individuare un
percorso della rete) e attraversamento
(come permettere l'inoltro del
messaggio).
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Commutazione di Circuito
Nella commutazione di circuito l'instradamento
avviene una volta per tutte prima della
comunicazione, e l'attraversamento impegna
in modo permanente le risorse fisiche dei nodi
della rete. Il circuito temporaneo punto-punto
così creato è caratterizzato da una banda
costante, da un basso ritardo e da un
peggioramento della qualità del canale
all'aumentare della distanza. Questo tipo di
commutazione è stato concepito per la
telefonia ed è applicato sia per la trasmissione
numerica che per quella analogica.
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Commutazione di Circuito
A
C
B
D
I commutatori creano dei circuiti punto-punto
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Commutazione di
pacchetto
Nella commutazione di pacchetto l'instradamento
avviene una volta per tutte prima della trasmissione,
che prevede una prima fase di richiesta di
connessione, durante la quale si determina appunto
l'instradamento tra i nodi della rete. I pacchetti di uno
stesso messaggio vengono instradati dagli IS fino a
raggiungere gli ES che eseguiranno così le
applicazioni.
La commutazione di pacchetto è stata concepita
esclusivamente per la trasmissione dati; tra le sue
caratteristiche principali si possono menzionare il
miglior sfruttamento della capacità trasmissiva del
canale e l'indipendenza della qualità della stessa
trasmissione rispetto alla distanza percorsa.
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Commutazione di
pacchetto
C
D
A
C
C
C
N1
C
C
C
N2
B
C
B
A
D
N3
N4
D D D
D
L'informazione è raggruppata in pacchetti
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Il pacchetto
Indirizzo
Indirizzo
Mittente Destinatario
Header
Dati
FCS
Info
Tail
Coda
Testa
Packet
Pacchetto
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Tipi di Trasmissione
Esistono due tipi di trasmissione
dell’informazione: la trasmissione seriale e la
trasmissione parallela. Nella prima,
l’informazione viene inviata in parallelo su
un bus di comunicazione contenente segnali
di dato e segnali di clock. Nella seconda,
l’informazione da trasmettere subisce una
serializzazione e quindi viene trasmessa un
bit alla volta. In quest’ultimo caso non si ha
la necessità di utilizzare segnali aggiuntivi di
temporizzazione in quanto esistono
meccanismi di sincronizzazione.
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Tipi di Trasmissione
Seriale
1 0 1 0 0 1 1 1
0 0 1 1 1 0 0 1
Parallela
Bit 1
Bit 8
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
0
0
1
20
Trasmissione Seriale
La trasmissione seriale è asincrona
quando ogni byte di informazione
viene trasmesso separatamente dagli
altri. È invece sincrona quando le
informazioni da trasmettere sono
strutturate in trame e vi è una
sincronizzazione del clock tra
trasmettitore e ricevitore tale da
durare per l’intera trama.
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I PABX
Il Private Automatic Branch Exchange (PABX) è il
centralino telefonico che consente lo scambio di
telefonate tra utenti di uno stesso stabile attraverso
linee interne ma che permette anche la gestione di
telefonate verso linee esterne. L'architettura
proposta risulta essere la seguente:
FONIA
Building
Automation
TD
PABX
Cablaggio Telefonico
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Le LAN
Una LAN è una rete:
• a commutazione di pacchetto;
• privata;
• ad alte prestazioni;
• a basso costo.
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Le LAN
Alle precedenti caratteristiche si
affiancano le seguenti:
• affidabilità;
• flessibilità;
• modularità;
• gestibilità.
Sistemi distribuiti di questo tipo sono
concorrenziali con i mainframe.
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Le LAN e i PABX
Il modello oggi universalmente accettato quale
rapporto tra LAN, PABX e cablaggio
strutturato risulta essere il seguente:
FONIA
PABX
TD
Building
Automation
LAN
Cablaggio Strutturato
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Definizione IEEE 802 di
LAN
Una LAN è un sistema di comunicazione
che permette ad apparecchiature
indipendenti di comunicare tra di loro
entro un'area delimitata utilizzando un
canale fisico a velocità elevata e con
basso tasso di errore.
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Le LAN e OSI
7
6
5
4
3
2
1
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Data Link
WAN
LAN
Fisico
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Arbitraggio del Canale
nelle LAN
Per sua definizione, una LAN ha sempre
un solo canale trasmissivo ad alta
velocità condiviso nel tempo da tutti i
sistemi collegati; un sistema che
trasmette diventa proprietario di tutta
la capacità trasmissiva della rete. La
trasmissione è inoltre di tipo
broadcast.
28
Arbitraggio del Canale
nelle LAN
Questo tipo di organizzazione introduce pertanto alcune
complicazioni quali lo stabilire chi sono il destinatario
ed il mittente di un messaggio e l'arbitraggio per
accedere al mezzo comune di trasmissione. Problemi
di questo tipo vengono risolti:
• in trasmissione, determinando chi ha la facoltà di
utilizzare il canale in un determinato momento; è
pertanto di rilevante importanza la presenza del MAC
(Media Access Control) ossia del sottolivello inferiore
del Data Link che ha il compito di eseguire le
procedure che gestiscono la condivisione del mezzo
trasmissivo;
• in ricezione, discriminando quali messaggi sono
destinati alla stazione tramite l'utilizzo di indirizzi.
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Ethernet
Ethernet è una rete locale proposta da
Digital, Intel e Xerox concepita per
topologie a bus. La sua velocità
trasmissiva è di 10 Mb/s con un
throughput massimo di 4 Mb/s.
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Trama di Ethernet V 2.0
PREAMBLE SFD DSAP SSAP
7
OTTETTI
1
6
6
TYPE
DATA
FCS
4
2
da 46 a 1500
Il campo type contiene il codice associato al
protocollo di livello superiore che ha
generato la PDU contenuta nel campo data.
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Ethernet
Nella rete Ethernet l’arbitraggio del canale
trasmissivo avviene tramite contesa ed è
caratterizzato da tre diverse fasi
operative:
• listening before talking;
• listening while talking;
• back-off.
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Listening Before Talking
La stazione che ha intenzione di
trasmettere ascolta il bus ed effettua
la trasmissione solamente se questo è
libero.
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Listening While Talking
Ogni stazione trasmittente "ascolta" i
segnali sul mezzo trasmissivo, notando
eventuali sovrapposizioni di
trasmissioni.
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Back-off
Se si verifica una collisione, la stazione che sta
trasmettendo il pacchetto sospende tale
operazione ed inizia a trasmettere una
sequenza di jamming per "avvertire" le
stazioni in ascolto in modo che queste
possano scartare i bit finora ricevuti. La
stazione che ha subito una collisione sul
proprio messaggio tenterà di ripetere la
trasmissione, dopo un tempo ricavabile
mediante algoritmo pseudo-causuale, per un
numero di volte non superiore a 16.
35
Il progetto IEEE 802
Il progetto IEEE 802 è stato posto in essere per
avere, a partire da tecnologie trasmissive
differenziate a livello fisico, un'unica
interfaccia con il livello network.
Tale progetto ha ripartito il livello data link nei
sottolivelli:
• LLC (Logical Link Control): è l'interfaccia
comune a tutte le tecnologie di rete verso il
livello network;
• MAC (Media Access Control): è specifica per
ogni tecnologia di rete e risolve il problema
della condivisione del mezzo trasmissivo.
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Il progetto IEEE 802
LIVELLO
NETWORK
LLC
MAC
802.2 Logical Link Control
ISO 8802.2
LIVELLO
DATA LINK
802.3 802.4
802.5
802.6
ISO
8802.3
ISO
8802.5
ISO
8802.6
ISO LIVELLO
9314 FISICO
CSMA/CD TOKEN TOKEN
BUS
RING
DQDB
FDDI
ISO
8802.4
FDDI
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Il pacchetto MAC
OTTETTI 6
6
variabile
4
Indirizzo
Destinatario
Indirizzo
Mittente
DATI
FCS
DSAP
SSAP
LLC-PDU
CRC
38
Il pacchetto MAC
I quattro campi hanno il seguente significato:
• il MAC-DSAP indica l'indirizzo del destinatario;
• il MAC-SSAP indica l'indirizzo del mittente;
• la LLC-PDU indica l'informazione relativa al
pacchetto di livello LLC;
• la Frame Check Sequence contiene il Codice di
Ridondanza Ciclica per l'identificazione degli
errori di trasmissione.
39
Indirizzi MAC
Gli indirizzi MAC si strutturano in due parti di 3 byte:
• i tre byte più significativi indicano il vendor code
(costruttore della scheda);
• i tre meno significativi indicano la numerazione
progressiva decisa dal costruttore.
Possono essere di tre tipi:
• single: indicano l’indirizzo di una singola stazione;
• multicast: indicano l’indirizzo di un gruppo di stazioni;
• broadcast: indicano tutte le stazioni della rete.
40
Indirizzi di Gruppo
Gli indirizzi di gruppo consentono ad una
stazione di scoprire chi offre un dato
servizio (solicitation) o di proporne uno
ad un gruppo di stazioni
(advertisement).
41
Il pacchetto LLC
OTTETTI
1
1
DESTINATION SOURCE
ADDRESS
ADDRESS
1o2
CONTROL
variabile
INFORMATION
Il totale degli ottetti deve essere
minore o, al massimo, uguale al
valore limite imposto dal MAC
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Il pacchetto LLC
I primi due campi contengono gli
indirizzi di destinazione e di partenza,
il terzo campo invece "marca" il
pacchetto che, a seconda del suo
valore, può essere unnumbered,
supervisor o information.
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MAC-PDU e LLC-PDU
Network
PDU
LLC
LLC-DSAP LLC-SSAP CONTROL NPDU
PDU
MAC
PDU
MAC-DSAP MAC-SSAP
LLC PDU
FCS
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SAP di LLC
I SAP di LLC servono ad indicare quale protocollo
di livello superiore ha originato il pacchetto; in
proposito, la condivisione LLC si basa sulla
scelta dell'LLC-DSAP. I SAP di questo livello
sono grandi un solo byte contenete due bit
riservati all'I/G (Individual, Group) e all'U (Non
Universal, Universal). Le SNAP (Subnetwork
Access Protocol) PDU vengono invece
utilizzate quando i pacchetti contengono dati
generati da protocolli di livello 3 non standard.
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Condivisione LLC
Livello 3
OSI
Livello 3
TCP/IP
Altro
livello 3
Scelta basata
su LLC-DSAP
Sottolivello LLC
Sottolivello MAC
46
Servizi LLC
I servizi offerti dal sottolivello LLC al
livello 3 risultano essere:
• di tipo 1 (unacknowledged
connectionless service);
• di tipo 2 (connection oriented service);
• di tipo 3 (semireliable service).
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LLC tipo 1
È un servizio in cui non viene attivata
alcuna connessione logica tra gli utenti
LLC e che semplicemente permette di
trasmettere e ricevere le unità dati di
protocollo LLC senza alcuna forma di
riscontro che ne assicuri la consegna e
senza meccanismi di controllo di flusso e
dell'errore. Questo servizio supporta
indirizzamenti di tipo punto-punto,
multicast o broadcast.
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LLC tipo 2
Questo servizio permette a due utenti LLC di
comunicare tra loro stabilendo una
connessione logica prima di attivare un
trasferimento dati. Fornisce procedure
attraverso le quali un utente LLC può richiedere
o ricevere notifica dell'apertura o della chiusura
di una connessione logica. Fornisce anche
meccanismi di controllo di flusso, di corretta
sequenza, e di recupero da situazioni di errore.
Con questo servizio sono supportati solo
indirizzamenti di tipo punto-punto.
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LLC tipo 3
Il servizio senza connessione con riscontro
fornisce un meccanismo attraverso cui
un utente LLC può trasmettere unità dati
e ricevere un riscontro che ne indichi la
corretta consegna, senza la necessità di
attivare una connessione logica tra due
utenti LLC. Questo tipo di servizio è
pensato in particolare modo per le
architetture usate in ambito di fabbrica.
50
Domande di riepilogo
•
•
•
•
•
•
•
•
Qual è la differenza tra canali punto-punto e
canali multi-punto?
In un canale broadcast chi riceve il pacchetto?
Perché si cablano gli anelli a stella?
In quali situazioni è vantaggioso usare il
doppio anello controrotante?
Perché non si realizzano grandi reti a maglia
completa?
Qual è la differenza tra un ES ed un IS?
Che cosa è la commutazione di circuito?
Che cosa è la commutazione di pacchetto?
51
Domande di riepilogo
•
•
•
•
•
•
•
•
Come è strutturato un pacchetto?
Che cosa è un PABX?
Quali sono le caratteristiche di una LAN?
Qual è il rapporto tra LAN, PABX e cablaggio
strutturato?
Qual è la definizione IEEE 802 di LAN?
Cos'è la rete Ethernet?
Cos'è un transceiver?
Qual è il MAC di Ethernet?
52
Domande di riepilogo
•
•
•
•
•
•
•
•
Cos'è il listening before talking?
Cos'è il listening while talking?
Cos'è il back-off?
Cos'è il progetto IEEE 802?
Quali sono le funzionalità del sottolivello MAC?
Quali sono le funzionalità del sottolivello LLC?
Quali sono i campi principali di un pacchetto
MAC?
Quanto è lungo un indirizzo MAC?
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Domande di riepilogo
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Che cos'è il vendor code?
Che cos'è un indirizzo multicast?
Che cos'è una richiesta di multicast di tipo
solicitation?
Qual è il formato del pacchetto LLC?
Cosa contengono gli indirizzi LLC?
Che cos'è una SNAP PDU?
Che cos'è lo LLC di tipo 1?
Che cos'è lo LLC di tipo 2?
Che cos'è lo LLC di tipo 3?
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