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Reti(già “Reti di Calcolatori”)
Livello CollegamentoEthernet – LAN – ADSL - WiFi
RenatoLoCigno
http://disi.unitn.it/locigno/index.php/teaching-duties/computer-networks
Acknowledgement
• Credits– Partof thematerialis based onslides provided by thefollowing authors• JimKurose,KeithRoss,“ComputerNetworking:ATopDownApproach,”4thedition,Addison-Wesley,July2007
• DouglasComer,“ComputerNetworksandInternets,”5thedition,PrenticeHall
• Behrouz A.Forouzan,Sophia Chung Fegan,“TCP/IPProtocol Suite,”McGraw-Hill,January 2005
• Latraduzione,sepresente,èingeneraleopera(eresponsabilità)deldocente
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Cosa c’è sotto IP
• IETFnonspecificaiprotocollisottoIPmasolol’interfacciacheIP“vuolevedere”
• IprotocolliDLePHYsono“technology dependent”– L’evoluzionedelletecnicheditrasmissioneedielaborazionedeisegnaliedell’informazionedeterminanoidettaglideiprotocolli
• Comesonostati“istanziati”iprincipidicondivisionedelcanale(MAC)nelleretieneicollegamenticheusiamo?
• Difattocisonodecinedidiversetecnologieeprotocolli– Retidiaccesso(domesticheenon)– Retidibackbone– Comunicazionielettriche,ottiche,radio
• ...
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LAN e reti di accesso
• NoicioccupiamosolamentediLANediretidiaccessodomestiche• Leretidibackbone sonodominatedacollegamentiotticipunto-
punto– Problemiconcettualmentepocointeressanti(daunpuntodivistadeiprotocolli)
– Moltocomplessiperragioniditipocommercialee“legacy”
• Accesso“campus”à standard802eEthernet• AccessodomesticoàWLAN(802.11)eADSL
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Ethernet e Standard IEEE 802.3
protocollo di livello 3
Ethernet v. 2.0
IEEE 802.2Logical Link Control (LLC)
MAC IEEE
802.3
MAC IEEE
802.5Token ring
MAC IEEE
802.6DBDQ
livello network
livello data link
livello fisico
LLC
MAC
phy
.
.
.
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LAN Protocols
• Standardizationprocessstartedinthe’80sbyIEEE802project:✓ 802.1:LANInternetworking✓ 802.2:LLCSublayer✓ 802.3:CSMA/CD:Ethernet isasmall(1-bitintheheader)variationof
802.3
✓ 802.4:TokenBus✓ 802.5:TokenRing✓ 802.6:DQDB(forMANs)
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LAN Protocols
• Workisstillgoingoninmanytechnicalcommitteesandnewcommitteesarefoundedeveryyear(orcloseto):✓ 802.7:BroadbandTechnicalAdvisoryGroup✓ 802.8:Fiber-OpticTechnicalAdvisoryGroup✓ 802.9:IntegratedDataandVoiceNetworks✓ 802.10:NetworkSecurity✓ 802.11:WirelessNetworks(/a/b/g/h/f/s/n/p/ac/...)✓ 802.12:100baseVG✓ 802.13:100baseX✓ 802.15:PersonalAreaNetworks(.1[Bluetooth]....4(ZigBee))✓ 802.16:WirelessMAN(WiMax &Co.)✓ ...
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Ethernet e Standard IEEE 802.3
• GlistandardEthernete802.3implementanounlivelloMACditipoCSMA/CD1-persistent
• Incasodicollisione,l’istanteincuiritrasmetterevienecalcolatoutilizzandounalgoritmodibinary exponential backoff– dopoicollisioni,l’host attendeprimadiri-iniziarelaproceduraditrasmissioneuntempocasualenell’intervallo[0,1,...,2i-1]
– vincoli• dopo10collisioniiltempodiattesaèlimitatoall’intervallo[0,1,...,1023]
• dopo16collisionivieneriportataunafailure alsistemaoperativo
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CSMA:collisioni
• Siverificano– acausadeiritardidipropagazione
esonoinevitabili– soprattuttoacausadellascelta
1-persistente• Collisione:sprecocompletamente
tempoditrasmissionepacchetti• ladistanza(ritardodipropagazione)
giocaruolofondamentalenellaprobabilitàdicollisioni
• conpacchettidigrandidimensioni,aparitàditrafficotrasmesso,riducoilnumerodicontese,equindidicollisioni
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Round Trip Delay
• Èiltemponecessario,nelcasopeggiore,alsegnaleinviatodaunastazioneperarrivareall'altroestremodelcavoeatornareindietro
RoundTripDelay=2tp
tp
tp
A B
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PrestazioneCSMA
• Dipendentidarapportotradimensionedellareteedimensionedelpacchetto
• Lo‘spreco’dirisorseè legatoalrapporto tra il tempodipropagazione tp eiltempoditrasmissionedelpacchettoTtx
TX
p
Tt
a =
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CSMA/CD(CollisionDetection)
• VantaggidiCSMA/CDsuCSMA:
o semiaccorgo(infretta)dellecollisionisospendolatrasmissionedelpacchetto
o riducolosprecodovutoadunatrasmissioneinutile
• Collisiondetection:
o facilenelleLANcablate:misuropotenzasegnale,confrontosegnalericevutoetrasmesso
o difficileinLANwireless:half duplex(quandotrasmettoricevitoredisattivo)
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CSMA/CDcollisiondetection
È necessariocheilrapportoTtx/tp siataledaconsentirel’identificazionedellacollisioneechevengatrasmessaunasequenzaspeciale(dopoaverrilevatolacollisione)perconsentireatuttidi“capire”chec’è stata una collisione
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CSMA/CD:prestazioni
Sihannoprestazionimigliori
• suretipiccole:riducoperiododivulnerabilità(parialritardodipropagazionesulcanale)
• suretipiccolerispettoalladimensionedelpacchetto(parametro‘a’ piccolo):riducolospreco
• convelocitàditrasmissionebassa:pochibittrasmessiquandorilevocollisione
• CSMA/CD1pè quasiideale seaà 0...mainquesto caso houna reteinutile,perché vuole direavere ouna retedidimensionenulla oTtx à infinito
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Prestazioni approssimative CSMA/CD-1p con backoff binario
(fonte: A. Tanenbaum, Computer Networks)
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Ethernet Formato della trama
• Preambolo(7byte)– sequenzadibyte“10101010”
utilizzatapersincronizzareilricevitore
• Startofframe(1byte)– flag diiniziodellatrama
“10101011”• Addresses (6byte)
– indirizzidestinazioneesorgentedellatrama
• Length (2byte)– lunghezzainbytedellatrama
(0-1500)– se>1500indicaProtocol Type
• Payload– informazionetrasmessa
• Checksum– codiceperrilevazionedierrore
Preamble DestAdd Payload Checksum
7 6 2 > 0 0-461SrcAdd
6Padding
4
Start offrame delimiter
Length of payload
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Ethernet formato della trama
46 - 1500
SFD = 10101011
Indirizzo MAC Destinazione
Indirizzo MAC Sorgente
Tipo protocollo livello superiore > 1500
D A T I
FCS
71662
Preambolo = 101010……..
Inter Packet GAP (silenzio)
4
BYTE
Equivale a 12
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Ethernet: il progetto originale
• Lunghezzamassimasegmentocoassiale500m(max 100stazioni)perproblemi“elettrici”
• Lunghezzamassimatransceiver cable 50m• Max5ripetitoritraduestazioni(circa2500mpiù ritardi dei ripetitori e
transceivercablefanno una dimensione equivalente di2800m)
• Cavocoassiale• Topologiaabus• Sutransceiver cable ho
segnalitx,rx ecollisionerivelata(ealimentazione)
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Ethernet: topologia
• Ilmezzocondivisopuòessereuncavocoassialeoppureun“hub”• Hub:dispositivoattivo(concentratoredicablaggio)cheripeteil
segnaledaunaportasututtelealtre– Inpraticaunrepeater multi-porta
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hub
Bus:cavocoassialeTopologia astella
Ethernet: parametri di progetto
• IlTtx diunatramanonpuòessereinferiorea2tp• Lavelocitàdelmezzotrasmissivoeledimensionidellarete
determinanoquindilalunghezzaminimadellatrama• Lalunghezzaditramadipendeanchedall’IPG(Inter-Packet Gap),
chesegnalalafinetrama
• LadimensionemassimadiunaretesichiamaDiametrodelCollisionDomain
• IlCollisionDomainè laporzione diretefisica incuipossonoavvenire collisioni esono rilevate
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Collision Domain
• IlcollisiondomainèquellaporzionedireteEthernetincui,seduestazionitrasmettonosimultaneamente,leduetramecollidono– spezzonidireteconnessidarepeater (amplificatori)sononellostessocollisiondomain
– spezzonidireteconnessidadispositividitipostore andforward (bridge,switch orouter)sonoincollisiondomaindiversi
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Diametro di un Collision Domain
• Conilterminediametrodiuncollisiondomainsiindicaladistanzamassimatraognipossibilecoppiadistazioni
• Ildiametromassimodiuncollisiondomaina10Mbit/s èdi2800medipende
– dalritardodipropagazione(roundtripdelay)
– dalladimensioneminimadelletrame
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Caratteristiche MAC Ethernet
• Pergarantirebuoneprestazioni(collisioniridotte)nonbisognacaricaretroppolarete
• Protocollosempliceetotalmentedistribuito• Nonavendounritardomassimononèadattoadapplicazioni
real-time• Ritardidiaccessopiccoliabassocarico• StandardperLANpiùdiffusoquindiampiadisponibilitàdi
componentidibassocosto• Nonesistonoconfermediavvenutaricezione• Nongestiscepriorità
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Ethernet: livello fisico
• Velocitàtrasmissione:10Mb/s (bittime=0.1µs)
• CodificaManchester(20Mbit/s diclockperfacilitarerecuperosincronismoinreteasincrona)
• Stazioni:max 1024(210)
• Mezzitrasmissivi:
– 10BASE5:cavocoassialespessoRG213
– 10BASE2:cavocoassialesottileRG58
– 10BASET:doppinoUTPda100Ohm
– 10BASEFL,10BASEFB,10BASEFP:fibraotticamultimodale
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Ethernet: livello fisico
• Topologie:– busoalberodibus:10BASE5,10BASE2– stella:10BASET,10BASEFB,10BASEFP
• Possonoessereutilizzatirepeater– decodificanoericodificanoManchester– rilevanocollisioneelainoltranosututteleporte– rigeneranopreambolo(802.3)– isolanosegmentidiretesesiverificano30collisioniconsecutiveosel’impedenzaè disadattata
– possonoridurrepreamboloenonmodificareinter-packetgapoviceversa
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Codifica Manchester • Tradizionale
– ogniperiododibitèsuddivisoinduesottoperiodi• “0”ð basso,alto• “1”ð altobasso
• Differenziale– ogniperiododibitèdivisoin2sottoperiodi
• “1”assenzaditransizioneall’iniziodelperiododibit• “0”transizioneall’iniziodelperiododibit
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10 BASE 5
• Cavocoassialespesso– stazionicollegatecontransceiver
cableeconnessioneavampirosucavocoassiale
• Sutransceiver cable hosegnalitx,rxecollisionerivelata(ealimentazione)
• Topologiaabus,oppureabusinterconnessia10Mb/s
• Lunghezzamassimasegmentocoassiale500m(max 100stazioni)
• Lunghezzamassimatransceiver cable50m
• Max2ripetitoritraduestazioni
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10 BASE 2
• Cavocoassialesottile– stazioniconnessedirettamentealcavoconconnettoreaT
• Transceiver incorporatonellascheda• Lungh max segmentocoassiale185m
(max 30stazioni)• Stesseconfigurazionidi10BASE5finoa
2800mmax• Max4ripetitoritraduestazioni
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10 BASE T
• DoppinoUTP(Unshielded Twisted Pair)• Collegamentopuntopuntotrastazionierepeater (hub)• Adattoacablaggistrutturati• Lunghezzamassimadelcavo100m• ConnettoriRJ45ad8fili(similealtelefono)
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Ethernet: ritrasmissioni
• Slottime=512bittime(51.2µs)– unitàbasediattesaprimadiunaritrasmissione(pariadunpacchettodidimensioneminima)
• Incasodin-esimacollisionediunpacchetto,siritrasmettedoporitardocasualeestrattotra0e2k-1slottime,conk=min(n,10)
• Backoff limit =10– Numeroditentativioltrealqualenonaumentapiùilvalormediodelback-off
• Attempt limit n=16– Massimonumeroditentatividiritrasmissione
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Ethernet: parametri e temporizzazioni
• InterPacket Gap=9.6µs– Distanzatraduepacchetti
• Jamsize =da32a48bit– Lunghezzadellasequenzadijamming
• Maxframesize =1518ottetti– Lunghezzamassimadelpacchetto(escludepreamboloeinterpacket gap)
• Min framesize =64ottetti(512bit)– Lunghezzaminimadelpacchetto
• Address size =48bit– LunghezzaindirizziMAC
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Ethernet: parametri e temporizzazioni
• Pacchettominimo64byte=512bit,ovvero51.2µs
• Roundtripdelaymassimoammessodallostandard:45µs
• Sirispettalacondizionecheilritardodipropagazionenoneccedelaminimaduratadelpacchettopergarantireilrilevamentodellecollisioni
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Evoluzione di Ethernet (802.3)
• FastEthernet– Ethernetavelocitàdi100Mbps– Siaconcommutazione(switch)checonprotocolloCSMA/CD
• GigabitEthernet– formatoedimensionedeipacchettiugualeaEthernet/802.3– velocitàdi1Gbps– ormaidisponibileanchea10Gbps– Solocommutata– PermettedivelocizzarelemoltissimeLANEtherneteFastEthernet giàpresenticoncosticontenutitramitesostituzioneapparatidirete(Hub,Switch,interfacce)
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Fast Ethernet
• Mantieneinalteratol’algoritmoCSMA-CDrealizzatocon10Base-Teladimensionedeipacchetti
• Trestandardpermezzifisici(doppinosu4coppie,doppinosu2coppie,fibra)
• Trasmissionecodifica4B5B(difattositrasmettono5bitsulcanaleogni4bitdiinformazione:lavelocità effettiva sul canaleè 125Mbit/s)
• Riduceledimensionidellarete• Lamassimadistanzatraduestazioni(collision domain)scende
a210m• InteroperabilitàconEthernet10Base-T
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Gigabit Ethernet
• Usoformatoditrama802.3• Operazionihalf duplexefullduplex,mausatoinpraticasoloinfull
duplex– siperdonovincolilegatiacollision domain– CSMA/CDnonutilizzato
• Controllodiflusso(definizionedimaster/slave– nonusatoinpratica)• Backward compatibility conmezzifisicigiàinstallati(10baseT)• Aumentadiunfattore10dimensioneminimadipacchettocon
paddingdicaratterispecialiperconsentirel’usodiCSMA/CDsenecessario
• DefinizionediJumboFrames peraumentarethroughputmassimo– Serveancheaconsentirel’annidamentodiprotocollieiltunneling
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Modifiche al protocollo
• Slotportatoda64a512bytes (sehopacchettipiccolileprestazionisonobasse)
• Collisiondomaindi200m• Solotopologieastella• Consentelatecnica“framebursting”(oJumboFrames)per
mantenereilcontrollodelcanalefinoadunmassimodi8192bytes (l’estensionedellalunghezzaminimadelpacchettoènecessariasoloperilprimopacchetto)
• Difattousatosoloconswitch,percuinonnecessitanotuttequestemodifichevistochenonsiusaCSMA/CD
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10 Gigabit Ethernet
• Ilcomitato IEEE802.3hastandardizzato10,40e100Gbit/sEthernet• Sololamodalità fullduplex,senza CSMA-CD• Soluzioni proposte:
– Seriale,conframingEthernet,su distanzedaLANfino a40Km• 65msu fibramultimodo (MMF)• 300msu MMFinstallata• 2kmsu fibramonomodo (SMF)• 10kmsu SMF• 40kmsu SMF
– Altre soluzioni perdistanzeanchemaggiori di40km• Permaggiori informazioni:
– www.10gea.org– www.ieee802.org
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PPP: caratteristiche
• Point-to-PointProtocol:E’unprotocollodilivello2utilizzatosianell’accessoechenelbackbone
• Caratteristicheprincipali:– character oriented– character stuffingperilframing– identificazionedeglierrori– supportavariprotocollidilivellosuperiore(rete)– negoziazionedinamicadegliindirizziIP
collegamentopunto-puntotrarouter collegamentopunto-puntodial-uptraunPCeunrouter
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PPP: Formato della trama
• Flag (1byte)– identificainizioefinedellatrama
(“01111110”)• Address (1byte)
– utilizzatoinconfigurazione“tuttiglihost”
• Control(1byte)– valorepredefinito“00000011”ð
unnumbered
• Protocol (1o2byte)– identificailtipodilivellodi
frame(LCP,NCP,IP,IPX,...)• Payload (>0byte)
– informazionetrasmessa• Checksum (2o4byte)
– identificazionedell’errore
01111110 11111111 00000011 Protocol Payload Checksum 01111110
Flag FlagAddress Control
1 1 1 1 o 2 variable 2 o 4 1
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PPP: accesso con modem
• Modem(es.:V.90)– utilizzalabandatelefonicaperinviareisegnali– halimiteestremosuperiore56(64)kbit/s
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PPP: accesso con modem e ADSL
• xDSL (DigitalSubscriber Line)– famigliaditecnologiechepermettedi
utilizzarelabandadisponibiledeldoppinotelefonico
– sipossonodistinguereinsistemisimmetricieasimmetrici
• es:ADSL– Sistemaasimmetricosusingolacoppia– Rateadattativo:
• 640– 30000kb/sdownstream
• Finoa8000kb/supstream
– Distanze:asecondadelbit-rate
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LAN estese
Introduzione
• Lasceltadiutilizzaremezzicondivisiperl’accessoalcanaleditrasmissioneèstatafattasiapernecessità(ades.trasmissioniwireless)siamotivitecnico-(impossibilità ditrasmettere avelocità elevatesu doppini)–economici (il cavocoassiale costacaro)
• LarappresentazionetipicadiunaLANèunaseriedistazioni(PC)connesseadunsegmentodicavocoassiale(bus)
• Poichéilsegmentononpuòesseretroppolungo...– attenuazionedelsegnale,dimensione collision domain– disposizione spazialedellestazioniall’internodiunedificio (ades.:supiùpiani)
• ...nasceilproblemadicomeestendereleLAN• Esistono3tipidiapparati,inordinecrescentedicomplessità:
– Repeater oHub– Bridge– Switch stazione stazione stazione
Cavo coassiale / hub / anello ottico / etc.
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Dominio di collisione Dominio di broadcast
• Dominiodicollisione– partediretepercui,seduestazionitrasmettonodaticontemporaneamente,ilsegnalericevutodallestazionirisultadanneggiato(collisione)
• Dominiodibroadcast– partedireteraggiuntadaunatramaconindirizzobroadcast(alivello2)
• Stazioniappartenentiallamedesimaretedilivello2condividonolostessodominiodibroadcast– gliapparaticheestendoleLANpossono(edevono)soloinfluiresuldominiodicollisione
• Diversidominidibroadcastdevonoessereseparatidaunrouter
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Dominio di collisione Dominio di broadcast
stazione stazione stazione
stazione stazione
=
stazione stazione stazione
stazione stazione
#
Dominiodicollisione
Dominiodicollisione
Dominiodibroadcast
Dominiodicollisione
Dominiodibroadcast hub/repeater bridge/switch
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Repeater e Hub
• IntervienesoloalivellofisicoISO/OSI• Replicaletrameinarrivodaun
segmentoadunaltro,amplificando ilsegnale
• Irepeater possonoconnetterepiùdiduesegmenti
– inquestocasodiparladiHub• copialetramechericevesuuna
portasututte lealtreporte– ilsegnaletrasmessodaunastazione
vienepropagatoatutte leuscite• Noncipossonoesserepiùdi4repeater
incascatatraduestazioni• Ildominio dicollisionecoincideconil
dominio dibroadcast
7 - Applicazione
6 - Presentazione
5 - Sessione
4 - Trasporto
3 - Rete
1 - Fisico
2-Collegamento dati
7 - Applicazione
6 - Presentazione
5 - Sessione
4 - Trasporto
3 - Rete
1 - Fisico
2-Collegamento dati
Repeater
stazione stazione stazione
stazione stazione
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Alcune possibili combinazioni
stazione stazione stazione
stazione stazionestazione stazione
stazione stazione stazione
stazione stazione
stazione stazione
stazione stazione stazione
stazione stazione stazione stazione
stazione stazione stazionestazione
stazione
stazione
stazione
stazione
Inquestaconfigurazione,incuiognistazionehaunaportadedicata,vieneusatoundoppino al
postodelcavocoassiale(cablaggiostrutturato)
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e ancora...
• Ilproblemalegatoaquestotipodiconfigurazionièl’eccessivaestensionedeldominiodicollisione– conirepeater/hub ècomesetuttelestazionicondividesserolostessomezzofisico
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
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Bridge
• Collega2segmentidirete• Apparatostore andforward
– selezionaseripetereunatramageneratadaunsementodiretesull’altrosegmento
– laselezioneavvieneinbaseadunatabellacheessomantiene
– intaletabellac’èscrittoqualistazionifannopartediciascunsegmentodirete
– ilbridgeleggel’indirizzodidestinazioneeinbaseallapropriatabelladecidesepropagarelatramanell’altrosegmentodirete
• Spezzaildominiodicollisione
stazione stazione stazione
stazione stazione
7 - Applicazione
6 - Presentazione
5 - Sessione
4 - Trasporto
3 - Rete
1 - Fisico
2-Collegamento dati
7 - Applicazione
6 - Presentazione
5 - Sessione
4 - Trasporto
3 - Rete
1 - Fisico
2-Collegamento datiBridge
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Schema di un bridge
porta 1 porta 2processore
indirizzo destinazione
porta
34 A4 6F 1
34 B5 2A 134 C9 0F 244 A4 85 1
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Bridge: esempio di configurazione
• Spezzaildominiodicollisione,ovverociascunsegmentodireteècontesosolodachièattestatosull’hub
• Glihub vedonoilbridgecomeunastazionequalsiasichegeneratrame
• Latramaèpropagatadalbridgesoloseildestinatarioèattestatosuunhub diversodaquellodiorigine
• Ilconcettodidominiodibroadcast vienepreservato:ogniframeindirizzataadunindirizzobroadcastdilivello2vienericevutadatuttiinodi,ancheseseparatidadiversibridge
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
Dominiodicollisione
Dominiodicollisione
Dominiodicollisione
Dominiodibroadcast
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Evoluzione: Layer 2 Switch
• Ilbridgehasolo2porte• Loswitch èunbridgemultiporta
– mantieneunatabellaincuisonoassociatiindirizzidilivello2esegmentidiretediappartenenza
• Spessoogniportaèconnessaadun’unicastazione(invececheadunsegmentodirete)– realizzaunaccessodedicatoperogni
nodo– eliminalecollisioniedunque
aumentalacapacità– supportaconversazionimultiple
contemporanee
stazione stazione stazione
stazione stazionestazione stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
stazione
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locigno@disi.unitn.it- Livello2- Ethernet,LAN,WiFi 53
Schema di uno switch
indirizzo destinazione porta
34A46T 1
34B52R 4
34G90N 3
44A48S 6
porta 1
porta 2
porta 3
porta 4
porta 5
porta 6
matrice di commutazione
WiFi – 802.11
WIRELESS LANs Architettura
Infrastructured Network
AdhocNetwork
APAPAP
WiredNetwork
AP:AccessPoint
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Reference Architecture of WLANs
• Station(STA)– Terminal
• BasicServiceSet(BSS)– Groupofstationsusingthe
sameradiofrequency• AccessPoint
– StationintegratedintothewirelessLANandthedistributionsystem
• Portal– Bridgetoothernetworks
• DistributionSystem– Interconnectionnetworkto
formonelogicalnetwork(ESS:ExtendedServiceSet)basedonseveralBSS
Distribution System
Portal
AccessPoint
BSS2
BSS1
AccessPoint
STA1
STA2STA3
ESS
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Reference Architecture
• BasicServiceSet(BSS)consistsofsomenumberofstationswiththesameMACprotocolandcompetingforaccesstothesamesharedmedium.
• ABSSmaybeisolatedoritmayconnecttoabackbonedistributionsystemthroughanaccesspoint
• APfunctionsasabridge.• TheMACprotocolmaybefullydistributedorcontrolledbya
centralcoordinationfunctionhousedintheAP.
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Reference Architecture
• BasicServiceSet(BSS)ßà CELL
• ExtendedServiceSet(ESS)consistsoftwoormoreBSSsinterconnectedbyadistributionsystem
• DistributionSystemà awiredbackboneLAN
• ESSappearsasasinglelogicalLANtothelogicallinkcontrol(LLC)level
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Protocol Architecture
MobileTerminal
AccessPoint
FixedTerminal
Application
TCP
802.11 PHY
802.11 MAC
IP
802. MAC
802. PHY
Application
TCP
802. PHY
802. MAC
IP
802.11MAC
802.11 PHY
LLC
InfrastructureNetwork
LLC LLC
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Collision Detection is impossible
• Radiowavespropagatesonasphericalsurface• Thesignalisthusattenuatedquadratically:
Prx =kPtx /d2disthedistanceandkagenericconstantaccountingforanyotherattenuationfactorandnormalization,normallyitissmallerthan1
• Atransmittingantennacannotreceiveatthesametime• Supposewehave2antennasontheAP(orlaptop)10cmapart,one
transmittingandonereceiving• Anotherstationistransmitting10maway
• ...computetheratiobetweenthereceivedpowers
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• Based on the Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA) scheme:
§ stations that have data to transmit contend to access the channel
§ a station has to repeat the contention procedure every time it has data to transmit
§ in 802.11n/ac the channel is allocated for a time interval called TXOP where multiple frames can be send
802.11 MAC
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• Interframe space (IFS)• time interval between frame transmissions• used to establish priority in accessing the channel
• 4 types of IFS:§ Short IFS (SIFS)§ Point coordination IFS (PIFS) > SIFS§ Distributed IFS (DIFS) > PIFS§ Extended IFS (EIFS) > DIFS
• Duration depends on physical level implementation
Inter Frame Spaces – IFS
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802.11CSMAsender:- ifsensechannelidle forDISF sec.then transmitframe
- ifsensechannelbusythen randomaccessoveracontentionwindowCWmin (CA)whenthechannelbecomesfree
802.11CSMAreceiver:ifreceivedOKreturnACKafterSIFS
IEEE 802.11 MAC Protocol Overview
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Hidden Terminal Effect
• hiddenterminals: A,Ccannotheareachother– obstacles,signalattenuationà (deterministic)collisionsatB
• goal: avoidcollisionsatB• CSMA/CAwithhandshaking
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MAC Handshaking
• CSMA/CA:explicitchannelreservation– sender:sendshortRTS(requesttosend)
– receiver:replywithshortCTS(cleartosend)
• CTSreserveschannelforsender,notifying(possiblyhidden)stations
• reduceshiddenstationcollisions• increaseoverhead
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• RTSandCTSareshort:– collisionsofshorterduration,henceless“costly”
• DCFallows:– CSMA/CA– CSMA/CAwithhandshaking
MAC Handshaking
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The exposed terminal problem
• Sensingrangeisnormallylargerthanreceivingrange• Terminalsmaybe“exposed”inthattheysensethechannel
occupied,butcannotcompeteforit
blablabla
TXrange
CSrange
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