RETI DI CALCOLATORI

1. RETI DI CALCOLATORI Seconda Esercitazione

2. 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.

3. 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.

4. Topologie Le principali topologie di rete risultano essere: • a stella; • ad anello; • a maglia; • a bus.

5. Stella

6. Anello

7. Maglia

8. Bus

9. 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

10. 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

11. 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.

12. Applicazione Applicazione Presentazione Presentazione Sessione Sessione ROUTER Trasporto Trasporto Rete Rete Rete Data Link Data Link Data Link Data Link Fisico Fisico Fisico Fisico ES e IS End System End System Intermediate System

13. 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).

14. 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.

15. Commutazione di Circuito A C D B I commutatori creano dei circuiti punto-punto

16. 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.

17. Commutazione di pacchetto C C C C C D C N1 N2 A C B N3 D N4 C A D D D D B L'informazione è raggruppata in pacchetti

18. Il pacchetto Indirizzo Mittente Indirizzo Destinatario Dati FCS Header Testa Info Tail Coda Packet Pacchetto

19. 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.

20. Tipi di Trasmissione Seriale 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 Parallela 1 0 Bit 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 Bit 8 1 1

21. 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.

22. 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

23. Le LAN Una LAN è una rete: • a commutazione di pacchetto; • privata; • ad alte prestazioni; • a basso costo.

24. Le LAN Alle precedenti caratteristiche si affiancano le seguenti: • affidabilità; • flessibilità; • modularità; • gestibilità. Sistemi distribuiti di questo tipo sono concorrenziali con i mainframe.

25. Le LAN e i PABX Il modello oggi universalmente accettato quale rapporto tra LAN, PABX e cablaggio strutturato risulta essere il seguente: FONIA TD Building Automation PABX LAN Cablaggio Strutturato

26. 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.

27. Le LAN e OSI 7 Applicazione 6 Presentazione Sessione 5 4 Trasporto 3 Rete 2 Data Link LAN WAN 1 Fisico

28. 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.

29. 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.

30. 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.

31. Trama di Ethernet V 2.0 PREAMBLE SFD DSAP SSAP TYPE DATA FCS 4 7 6 6 2 1 OTTETTI 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.

32. 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.

33. Listening Before Talking La stazione che ha intenzione di trasmettere ascolta il bus ed effettua la trasmissione solamente se questo è libero.

34. Listening While Talking Ogni stazione trasmittente "ascolta" i segnali sul mezzo trasmissivo, notando eventuali sovrapposizioni di trasmissioni.

35. 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.

36. 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.

37. Il progetto IEEE 802 LIVELLO NETWORK 802.2 Logical Link Control ISO 8802.2 LLC LIVELLO DATA LINK 802.3 802.4 802.5 802.6 FDDI MAC ISO 8802.3 ISO 8802.4 ISO 8802.5 ISO 8802.6 ISO 9314 LIVELLO FISICO CSMA/CD TOKEN BUS TOKEN RING DQDB FDDI

38. Il pacchetto MAC OTTETTI 6 6 variabile 4 Indirizzo Destinatario Indirizzo Mittente DATI FCS DSAP SSAP LLC-PDU CRC

39. 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.

40. 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.

41. 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).

42. Il pacchetto LLC 1 1 1 o 2 variabile OTTETTI DESTINATION ADDRESS SOURCE ADDRESS CONTROL INFORMATION Il totale degli ottetti deve essere minore o, al massimo, uguale al valore limite imposto dal MAC

43. 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.

44. MAC-PDU e LLC-PDU Network PDU LLC PDU LLC-DSAP LLC-SSAP CONTROL NPDU MAC PDU MAC-DSAP MAC-SSAP LLC PDU FCS

45. 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.

46. Condivisione LLC Livello 3 OSI Livello 3 TCP/IP Altro livello 3 Scelta basata su LLC-DSAP Sottolivello LLC Sottolivello MAC

47. 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).

48. 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.

49. 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.

50. 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.