Linux e Real-Time

1
Reti di calcolatore e Applicazioni Telematiche
Il progetto IEEE 802Lezioni di supporto al corso
teledidattico
E.Mumolo. DEEI mumolo_at_units.it
2
Standardizzazione delle reti locali comitato
IEEE 802
RETE
802.1
Network architecture management
802.2
Logical link control
LLC
DATA LINK
802.3
MAC
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 lavvenuta trasmissione di dati.
• Se una entità del livello MAC non riesce a
  trasmettere una PDU avvisa lentità 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 daccesso
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
  unaltra
• questo avviene a causa del ritardo di
  propagazione non nullo
• Collision detection
• Una stazione è in grado di rilevare lavvenuta
  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
  dellavvenuta 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 gt 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 laccesso 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 t
• Al n-esimo tentativo il numero di tempi base da
  attendere r è scelto casulamente nellintervallo
  0 r lt 2k dove k min(n,10)?
• t è il tempo necessario per la trasmissione di
  uno slot time (512 bit)?

16
Metodo daccesso
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
Errore
Corretto
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 -gt 1/101060.1 ?s
• Larghezza di 1 bit in metri v durata di 1 bit
  v/R
• es. R10Mbps e vel.prop. 200106 m/s -gt 20metri

18
Richiami velocità di propagazione e bit rate

• Tempo di trasmissione per L bitL/R
• Numero di bit su una tratta di d
  metrid/lunghezza bitdR/v
• es. R10Mbps, v200106 m/s e d1000m
  n.bit100010106/20010650
• Tempo di trasmissione di n bitn/bitrate
• es. Se bitrate10Mbps e n1000 bit
  tempo1000/10Mbps10-40,1 ms
• Tempo di propagazione di 1 bit per d metri d/v
• Numero di frame presenti sulla LAN(dR/v)LdR/vL

19
Round trip delay (RTT)?
Pacchetto parte allistante 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 limpiego 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 linizio del
  pacchetto e del token
• Access Control (AC) contiene informazioni
  daccesso
• 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 derrore
• 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/Rd/v
• Efficienza della retefrequenza di trasmissione
  effettiva della informazione U L/(L/Rd/v)
  1/(1a)?
• dove aRd/vL (anumero 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
• 10base5UTP

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