Appunti dell'esame di Protocolli di rete

LAN

Sono reti che si estendono in una rea geografia limitata. Tipicamente si parla di una decina fino ad un centinaio di metri. Possono avere anche velocità elevate: quelle vecchie e più lente partono da una decina di mega, mentre quelle più moderne arrivano ad una decina di gigabit. Devono essere reti che garantiscono un tasso di errore molto basso, dove quindi si riesce a scambiare delle informazioni in maniera molto affidabile. Più distanza si deve coprire, più il segnale si attenua e più possono essere gli effetti e i rumori. Devono essere reti che sono resilienti e affidabili non solo in termini di tasso di errore ma anche in termini di struttura. Un guasto non deve andare a compromettere tutta la rete. Devono poter essere scalabili, ovvero si devono poter espandere senza cambiamenti nella rete. Si deve poter aggiungere dei dispositivi senza dover stravolgere tutta la rete. Devono essere molto diffuse e molto capillari, quindi devono costare.

Poco. Esistono varie tecnologie che si possono usare per fare le LAN, ma sostanzialmente dominano due tecnologie: Ethernet per le LAN cablate e wi-fi per le LAN wireless.

La prima LAN è stata creata dall'Olivetti al parlamento europeo (1980). Le prime LAN erano basate su strutture a bus oppure strutture ad anello. Oggi ci si orienta verso la topologia a stella in cui si ha uno switch o un router centrale a cui si attaccano tramite dei collegamenti punto-punto tutti i dispositivi. Questa è la struttura che va per la maggiore nelle nuove generazioni sia via cavo che su wireless. La tendenza è andare verso delle LAN switched.

Esistono LAN fisiche e LAN virtuali. In quelle fisiche tutti i computer sono fisicamente connessi tra loro o sullo stesso cavo o tramite uno switch, mentre in quelle virtuali il collegamento è virtuale ovvero un computer fisicamente potrebbe essere dislocato in un altro posto. Una LAN potrebbe essere divisa in tante sub LAN, però

seconda del sistema. Poi ci sono delle funzioni che vengono aggiunte come per esempio la sicurezza o problematiche di management. Si hanno dei blocchi comuni che sono uguali per tutti gli standard della famiglia e poi ci sono dei blocchi diversi per ciascuno standard. Ci sono anche feature aggiuntive che possono essere poi integrate con gli standard di base.

Il logical link è comune tutti gli standard ed è quello che garantisce l'interoperabilità tra la LAN e i livelli superiori perché è quello che sta al confine con il livello rete. Fa da ponte tra i livelli che stanno sotto e il livello rete che sta sopra. Deve fornire un'interfaccia che sia indipendente dal livello che sta sotto, ovvero deve permettere di rendere trasparente al livello rete tutto ciò che sta sotto. Fa dei controlli di errore, di flusso, il framing e può fornire servizi di diverso tipo a seconda di quello che viene richiesto dai livelli sopra. Può fornire servizi

non affidabili: ciò vuol dire che non fa quasi nulla perché non gestisce né il controllo di flusso né il controllo di errore. In questo caso prende i messaggi MAC e funziona da ponte verso il livello rete che sta sopra. Può fornire servizi confermati, quindi vuol dire che ci siano degli ACK di riscontro quando vengono mandati i pacchetti. Questo introduce una parte di affidabilità. Altrimenti può fornire servizi orientati alla connessione: c'è una fase iniziale di creazione della connessione, l'invio dei dati gestito dagli ACK e quindi si ha un'affidabilità totale a livello di link. Tutte le reti 802 hanno un MAC address che segue lo standard dell'IEEE 802. È un indirizzo del dispositivo che viene gestito dal livello datalink. Qualsiasi dispositivo che si connette in rete ha una scheda di rete a cui è associato un indirizzo MAC unico. È un indirizzo di 6 byte: i primi 3 identificano il

Il costruttore della scheda di rete assegna i primi tre byte del codice, mentre gli altri tre byte vengono assegnati dal produttore. Il codice è legato alla scheda di rete, quindi è legato al dispositivo. Il codice è sempre lo stesso, ma solo se si mantiene sempre quella scheda di rete. È fisicamente collegato al dispositivo, ovvero è legato all'hardware.

IEEE802.3-ETHERNET è la tecnologia cablata dominante per quanto riguarda le connessioni wired. Ci sono altre concorrenti che fanno sempre parte della stessa famiglia di standard 802, ma tendono a sparire perché Ethernet ha preso il sopravvento sia per la semplicità sia perché si è evoluta e continua ad evolversi secondo quelle che sono le necessità. Ethernet è più semplice ed economica delle altre e grazie alle sue continue evoluzioni riesce ad arrivare a qualche centinaio di gigabit al secondo. Ethernet si è allargata dal suo perimetro iniziale che era la LAN a connessioni di lunghezza maggiore.

È una rete che si installa e si gestisce facilmente e si adatta bene al TCP/IP. Inizialmente era uno standard proprietario nato dall’Intel e poi successivamente è diventato uno standard ufficiale dell’IEEE.

Si possono distinguere due grandi gruppi di Ethernet:

• Standard o classiche: si basano sia su topologie a bus che topologie a stella. Sono caratterizzate dalle collisioni tra i vari dispositivi che accedono. C’è una condivisione del mezzo fisico che viene gestita con la tecnica di accesso multiplo CSMA/CD. Andavano a velocità di 5-10 megabit al secondo.
• Commutata (switched): si basano su topologie a stella. L’idea è che la condivisione del mezzo fisico sia gestita da uno switch, quindi da un dispositivo nel centro stella che fa la commutazione e lo switch delle comunicazioni. In questa famiglia ci rientrano le fast Ethernet e le gigabit Ethernet. Arrivano a velocità di 400 megabit al secondo, mentre in ambito locale si arriva fino

A 10 gigabit al secondo. Quelle superiori sono più pensate per le dorsali o per i grandi nodi di commutazione dove ci sono tanti router e switch.

CSMA sta per carrier sense multiple access. Il concetto di base è "listen before talk", ciò vuol dire che si fa il sensing del canale. Il nodo che vuole trasmettere prima di iniziare la trasmissione inizia ad ascoltare il segnale e va a vedere se riceve un segnale sopra una certa soglia. Se il ricevitore riceve qualcosa sopra la soglia ipotizza che ci sia qualcun altro che sta comunicando e quindi si ferma. Se invece non sente nulla, ipotizza che il canale sia libero e inizia la trasmissione.

In realtà in Ethernet viene usato il CSMA-CD che sta per collision detection. Ciò vuol dire che non viene fatto solo un "listen before talk", ma si fa anche un "listen while talk". Ciò vuol dire che si ascolta prima il canale, ma si continua ad ascoltare nel momento in cui si inizia la trasmissione.

Mentre si trasmette si continua a sentire se si individua il segnale di qualcun altro. Questo perché se mentre si sta trasmettendo ci si accorge che c'è il segnale di qualcun altro vuol dire che si è verificata una collisione e quindi ci si ferma si manda un segnale di jamming a tutti quanti. Non si evita sicuramente la collisione, ma se non altro si è in grado di accorgersene. La collision detection impone un vincolo reciproco tra la lunghezza del frame che si manda e il tempo di propagazione. Questo impone dei limiti a Ethernet, quindi le capacità di ethernet sono legate a questa caratteristica. Se ci si vuole accorgere della collisione, il tempo di frame deve essere maggiore o uguale del tempo di propagazione massimo. Questo vincola il tempo di frame al tempo di propagazione, ma alla fine il tempo di propagazione è legato alla distanza. Questo limita le distanze che possono essere coperte dalla rete. Il CSMA-CD può avere diverse opzioni.

Quello che viene fatto in Ethernet è inviare un segnale di jamming a tutti gli altri per informarli della collisione. Usa come politica di ritrasmissione quella 1-persistente. Il nodo che sta ascoltando e trova occupato il canale continua ad ascoltare e appena lo trova libero trasmette con probabilità uno. Le ritrasmissioni avvengono con l'algoritmo di backoff esponenziale. Specifica entro che tempo deve essere rifatta la trasmissione, quante ritrasmissioni al massimo si possono fare (non più di 15). Oltre al CSMA-CD, ciò che specifica l'Ethernet è la struttura del frame. È fatto da una serie di campi:

• Il preambolo che è il campo usato per la sincronizzazione, quindi vuol dire che si manda una sequenza nota che conoscono sia trasmettitore e ricevitore. Il ricevitore scansiona tutti i bit che riceve fino a quando non trova la sequenza nota. Quando trova la sequenza nota, la riconosce e quindi sa che il frame inizia in quel punto.

Lì. È in grado di sincronizzarsi ed andare a leggere i dati esattamente dal punto di inizio. Sapendo la durata del frame, sa ogni quanto andare a rileggerlo;

Delimitatore di frame: vengono specificati il destination e il source address, ovvero i MAC di mittente e destinatario;