E.Mumolo. DEEI mumolo@units.it

1. Reti di calcolatore e Applicazioni Telematiche – Il progetto IEEE 802Lezioni di supporto al corso teledidattico E.Mumolo. DEEI mumolo@units.it

2. Standardizzazione delle reti locali: comitato IEEE 802 RETE 802.1 Network architecture management 802.2 Logical link control LLC DATA LINK MAC 802.3 802.4 802.5 802.6 802.7 Token bus Token ring Banda larga MAN CSMA/CD FISICO

3. Le Primitive LLC • Il sottolivello LLC prevede due modi di funzionamento: • connectionless • Solo trasferimento dati • connection oriented • Apertura e chiusura di una connessione • Controllo di errore • Controllo di flusso • Controllo della sequenza

4. Le Primitive MAC • Risolve il problema della condivisione del mezzo trasmissivo • A livello MAC si trasferiscono solo singole unità dati. • Viene attivata una primitiva di conferma per indicare l’avvenuta trasmissione di dati. • Se una entità del livello MAC non riesce a trasmettere una PDU avvisa l’entità del livello LLC corrispondente che agirà sulla base della classe di servizio richiesta dal livello ancora superiore.

5. Sommario delle funzioni • Gestione connessione • Controllo flusso • Rilevazione errori • Recupero da errori • Chiusura connessione Livelli superiori LLC DATI Controllo accesso Algoritmo d’accesso MAC • Gestione caratteristiche • Elettriche • Meccaniche • Codifica bit • Ascolto canale • Rilevazioni collisioni Fisico

6. Lo standard 802.3 • Topologia: two-way bus • Bit rate: 10 Mbit/s • Protocollo MAC di tipo CSMA/CD • Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection • Protocollo ad accesso casuale

7. CSMA/CD • Carrier sensing: • ogni stazione che debba trasmettere ascolta il bus e trasmette solo se è libero • Multiple access: • una volta iniziata la trasmissione i dati inviati da una stazione possono collidere con quelli di un’altra • questo avviene a causa del ritardo di propagazione non nullo • Collision detection: • Una stazione è in grado di rilevare l’avvenuta collisione rimanendo ‘in ascolto’ sul mezzo • In caso di collisione: • si ferma subito la trasmissione • si invia una particolare sequenza di bits (jamming) per informare tutte le altre stazioni dell’avvenuta collisione

8. Frame 802.3 • Preambolo: inizio messaggio (sincronizza il clock)‏ • SFD: Starting Frame Delimiter con violazione del codice • Dadd, Sadd: indirizzi sorgente, destinazione di 48 bit • Lenght: lunghezza dati • Data: dati • PAD: riempimento • FCS: Frame Check Sequence, controllo errori

9. Indirizzi MAC • Indirizzi di 6 byte (ottetti)‏ • Primi 2 bit: • 00 singolo sistema, ind. locale • 01 singolo sistema, ind. universale • 10 gruppo di sistemi, ind. locale • 11 gruppo di sistemi, ind. universale Assegnati al costruttore numerazione interna 3 byte 3 byte

10. Tipi di indirizzi MAC • Tre tipi: • Single (singolo sistema)‏ • Multicast (gruppo di sistemi)‏ • Broadcast (tutti I sistemi)‏ • Indirizzi broadcast: tipo particolare di multicast • FF-FF-FF-FF-FF-FF broadcast • 03-00-00-20-00-00 individual local • 01-00-E5-7F-00-02 multicast universal • 08-00-2B-3C-56-FE individual universal

11. Alla ricezione di un pacchetto... • Prima di essere inviato al livello LLC • Verifica dimensioni • Analisi indirizzo MAC: • Indirizzo broadcast pacchetto passato a LLC • Indirizzo single pacchetto passato solo se l'indirizzo corrisponde a quello MAC della scheda • Multicast si verifica se la scheda appartiene al gruppo indirizzato

12. Ethernet • Standard precedente a 802.3 • Simile a 802.3 e può coesistere • Frame: • Diversità nei campi length e type entrambi di 2 byte • Valori ammissibili disgiunti: length ∈ [0 - 1500]; type > 1500

13. Differenza tra ethernet e 802.3

14. ETHERNET: parametri principali • Slot time (Tempo base di attesa prima di una ritrasmissione): 512 bit (51.2s)‏ • Inter frame spacing (distanza minima fra due pacchetti): 9.6 • Attempt limit (max numero di tentativi di ritrasmissione): 16 • Back-off limit (numero di tentativi dopo il quale non aumenta più la casualità del back-off): 10 • Jam size (lunghezza della sequenza di jam): 32 to 48 bit • Max frame size: 1518 bytes • Min frame size: 64 bytes • Address size: 48 bit

15. Back off • La collisione non è un errore di trasmissione ma è il modo per gestire l’accesso multiplo ed è quindi inevitabile • In caso di collisione la stazione ritenterà la trasmissione • avvenuta una collisione si può ritentare dopo un tempo T detto intervallo di back off • n è il numero di tenativi di trasmissione effettuato e n ≤ 16 • Il tempo T viene determinato come segue: • T = r τ • Al n-esimo tentativo il numero di tempi base da attendere r è scelto casulamente nell’intervallo 0 ≤ r < 2k dove k = min(n,10)‏ • τ è il tempo necessario per la trasmissione di uno slot time (512 bit)‏

16. Metodo d’accesso Crea la frame ricezione Occupato? Occupato? si no no Trasmetti e ascolta Frame corta? si si JAM Collisione? Mio indir.? no Conta collisioni no Fine frame? no Parità? Limite? backoff si Trasm. ok si Corretto Errore Esci Esci

17. Richiami: velocità di propagazione e bit rate • Definizioni: • L = lunghezza frame in bit [b] • d = massima distanza tra due stazioni della LAN [m] • R = velocità di trasmissione [b/s] • v = velocità di propagazione [m/s] • R = bit per secondo = bitrate [b/s] • Durata di 1 bit in secondi = 1/R • es. Se bitrate = 10Mbps -> 1/10·106=0.1 s • Larghezza di 1 bit in metri = v · durata di 1 bit = v/R • es. R=10Mbps e vel.prop. = 200·106 m/s -> 20metri

18. Richiami: velocità di propagazione e bit rate • Tempo di trasmissione per L bit=L/R • Numero di bit su una tratta di d metri=d/lunghezza bit=dR/v es. R=10Mbps, v=200·106 m/s e d=1000m: n.bit=1000·10·106/200·106=50 • Tempo di trasmissione di n bit=n/bitrate es. Se bitrate=10Mbps e n=1000 bit : tempo=1000/10Mbps=10-4=0,1 ms • Tempo di propagazione di 1 bit per d metri = d/v • Numero di frame presenti sulla LAN=(dR/v)L=dR/vL

19. Round trip delay (RTT)‏ Pacchetto parte all’istante 0 Collisione torna al tempo 2 Collisione al tempo  • Durata minima pacchetto = 512bit (51,2 s)‏ • RTT = 51,2 s (altrimenti non 'sente' la collisione)‏ • =25,6 s • distanza massima = 200 106 25,610-6 = 5120 metri

20. Round trip delay • E’ il tempo necessario ai dati per andare e tornare fra due stazioni • Ethernet pone un limite al massimo Round Trip Delay che deve essere minore di 43.68 μs • Sulla base del massimo Round trip delay si deve dimensionare la rete • Esistono vincoli sulla lunghezza massima dei cavi

21. IEEE 802.4 • Le stazioni sono ordinate secondo il MAC address • Viene passato un gettone dalla più alta alla più bassa • Quando una stazione cattura un tokern libero, può impegnarlo per un tempo 'Token Hold Time' (tempo di trasmissione)‏ • Se una stazione non deve trasmettere passa il token al vicino • Supporta 6 livelli di priorità

22. IEEE 802.4 (TOKEN BUS ) cavo Token

23. IEEE 802.5 (TOKEN RING ) • Sviluppato dai laboratori IBM nel 1976 • Topologia: logicamente un anello ma fisicamente una stella con cavi STP 1 • Bit rate: 16 Mbit/s • In 1982 IEEE costituisce il comitato 802.5 che standardizza il Token Ring per i livelli fisico e MAC • Nel 1993 IEEE produce un documento per l’impiego dei cavi UTP (Unshielded Twisted Pairdoppino non schermato)‏

24. IEEE 802.5 (TOKEN RING ) • Protocollo controllato in cui non si possono verificare collisioni • Token (diritto alla trasmissione): realizzato mediante una trama che gira continuamente sulla linea • Accesso al mezzo: • accede al mezzo condiviso chi e' in possesso del token • la stazione che vuole trasmettere attende che passi un token libero, lo occupa e vi appende le informazioni in coda. • Tempo di accesso: tempo che la stazione deve attendere per vedere il token libero • Tempo di latenza: tempo che impiega un bit a fare un giro completo dell'anello • La stazione può trasmettere 1 o + pacchetti in base alla loro lunghezza e al parametro THT (Time Hoding Token)‏

25. IEEE 802.5 (TOKEN RING ) • Starting Delimiter (SD): identifica l’inizio del pacchetto e del token • Access Control (AC): contiene informazioni d’accesso • Frame Control (FC): definisce il contenuto del pacchetto (trama MAC o pacchetto contenente LLC-PDU)‏ • Frame Checking Sequence (FCS): contiene il CRC per il controllo d’errore • Ending Delimiter (ED): indica la fine del pacchetto • Frame Status (FS): contiene i bit address-recognized (A) e framecopied (C)‏

26. Principio di Funzionamento di 802.5 D D Token C C A A frame B B A vuole inviare una frame a C : aspetta un token libero, lo cattura e lo trasforma in frame A trasmette la frame lungo l'anello: C copia la frame e la ritrasmette D D frame C C A A Token B B A aspetta “Start of Frame” ma non ripete la frame, rimuovendola A trasmette l'ultimo bit della frame. A questo punto genera il token

27. Efficienza della rete • In un sistema ideale: • Una stazione trasmette il destinatario riceve dopo tempo di trasmissione + tempo di propagazione = L/R+d/v • Efficienza della rete=frequenza di trasmissione effettiva della informazione U= L/(L/R+d/v) = 1/(1+a)‏ • dove a=Rd/vL (a=numero di frame presenti sulla LAN)‏

28. Standard 802.3 • Connessione a bus • 10base5: coax thick • 10base2: coax thin • 10baseFT: stelle ottiche passive • Connessione punto punto • 10baseT: doppino UTP • FOIRL: fibra ottica • 10baseFL: evoluzione di FOIRL • In disuso • 10Broad36: cavo CATV • 10base5:UTP

29. Mezzi trasmissivi 802 Thick ethernet Thin ethernet Unshielded twisted pair - UTP Doppino schermato - S-UTP Doppino schermato - STP

30. 10baseT

31. Confronto fra standard • Caratteristica di 802.3 802.4 802.5 • Semplicità si no si • Parte analogica si si no • Determinismo no si si • Priorità no si si • Prestazioni sotto carico scarse buone buone • Affidabilità buona buona buona • Diffusione ovunque buona buona