Reti di calcolatori/Reti locali

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3 Una rete si dice locale se è diffusa su una piccola estensione geografica. Le prime reti locali sono nate con una topologia a bus, ma oggi si preferisce la topologia a stella.

Protocolli per reti locali[modifica]

In una rete locale ad accesso multiplo, il mezzo trasmissivo è condiviso → può trasmettere solo un nodo alla volta:

  • vantaggio: un nodo quando trasmette ha a disposizione tutta la rete → massima velocità;
  • vantaggio: comodo per il traffico broadcast e multicast, dove un nodo comunica con tutti gli altri;
  • svantaggio: se un nodo vuole comunicare con un altro nodo specifico, deve inserire l'indirizzo del destinatario.
8 Parametri
  • capacità e traffico smaltito (throughput);
  • equità tra gli interlocutori;
  • ritardi di accesso, propagazione, consegna;
  • numero di stazioni, lunghezza della rete, ecc.
Classificazione
  • ad accesso casuale;
  • ad accesso ordinato: si basa sul passaggio di "testimoni" detti token → non ha avuto successo;
  • a slot con prenotazione: chi vuole parlare deve aspettare che gli si venga data la risorsa.

Protocolli ad accesso casuale[modifica]

9 In un protocollo ad accesso casuale, ogni nodo che vuole trasmettere trasmette quando è necessario, e non c'è un determinismo:

  • usa la massima velocità permessa dal canale;
  • non si coordina con gli altri nodi.

Si ha una collisione quando due o più nodi trasmettono contemporaneamente.

19-20 Un dominio di collisione è un insieme di nodi (schede di rete) che concorrono per accedere allo stesso mezzo trasmissivo → la trasmissione contemporanea provocherebbe collisione.

I protocolli ad accesso casuale specificano:

  • come riconoscere una collisione;
  • come recuperare una collisione (ritrasmissione).

Slotted ALOHA[modifica]

Esempio Slotted ALOHA.png

10 Il tempo è suddiviso in slot, e ogni nodo spezza la conversazione in slot. Quando un nodo si accorge che c'è stata una collisione in un certo slot (per esempio a causa della mancanza di un ACK), ritenta la trasmissione in uno slot scelto a caso, finché a forza di tentare la trasmissione non va a buon fine:

Diagramma di flusso Slotted ALOHA.png

È fondamentale che lo slot sia scelto a caso, perché se tutti i collidenti ritrasmettessero aspettando tutti lo stesso numero di slot le collisioni sarebbero senza fine. Il costo di questo coordinamento distribuito è l'inefficienza: ci possono essere degli slot in cui nessuno trasmette.

Pure ALOHA[modifica]

Pure ALOHA example.png

11 Non c'è la sincronizzazione tra gli interlocutori, ovvero non esistono degli slot di tempo ma ognuno può iniziare a comunicare in qualunque istante. Il problema è che aumentano le collisioni: se l'interlocutore A inizia a trasmettere quando l'interlocutore B deve ancora finire, tutto il pacchetto trasmesso da B dovrà essere buttato via.

12-13 Svantaggio
  • le prestazioni non sono molto alte: sotto ipotesi di traffico uniforme, il throughput massimo è pari al 37% nello Slotted ALOHA, e al 18% nel Pure ALOHA;
  • il canale si intasa prima nel Pure ALOHA, perché aumentano molto le collisioni con il carico;
  • i ritardi di accesso non sono controllabili a priori in modo deterministico.
Vantaggi
  • protocolli semplici;
  • a basso carico, il ritardo di accesso è nullo o contenuto.

CSMA[modifica]

14 Il CSMA prevede l'ascolto del canale (CS) prima della trasmissione:

  • se sente che il canale è libero: il nodo trasmette il pacchetto;
  • se sente che il canale è occupato:
    • CSMA 1-persistente: il nodo continua a verificare se il canale è libero e trasmette appena si libera:
Diagramma di flusso CSMA 1-persistente.png
  • CSMA 0-persistente: il nodo riprova dopo un tempo casuale:
Diagramma di flusso CSMA 0-persistente.png
  • CSMA p-persistente: il nodo con probabilità 1 − p aspetta un tempo casuale (0-persistente), con probabilità p riverifica subito (1-persistente).

15 Questo protocollo è più efficiente in termini di thoughput. Si possono però verificare ugualmente delle collisioni:

  • due interlocutori possono decidere nello stesso istante di iniziare a trasmettere → si ha una sincronizzazione delle collisioni:
CSMA collision synchronization.png
  • se si tiene conto dei tempi di propagazione, un nodo lontano può sentire il canale libero, anche se in realtà è occupato ma la trasmissione non ha ancora raggiunto il nodo lontano → si dice intervallo di vulnerabilità l'intervallo di tempo in cui l'avvio di una trasmissione da parte del nodo lontano creerebbe una collisione (è pari al ritardo di propagazione sul canale), e questo intervallo è tanto grande quando la distanza è maggiore → questo protocollo funziona bene su reti piccole:
Intervallo di vulnerabilità CSMA.png

Pertanto il CS non risolve del tutto il problema delle collisioni.

CSMA/CD[modifica]

16 Nel CSMA/CD, anziché trasmettere l'intero pacchetto e soltanto alla fine verificare la collisione, il nodo durante la trasmissione ogni tanto cerca di capire se si è verificata una collisione, e in caso affermativo interrompe subito la trasmissione, evitando di sprecare il canale per una trasmissione inutile.

17 Nella comunicazione via radio non è possibile implementare la collision detection, perché è difficile per un interlocutore capire se altri stanno parlando in quel momento: in trasmissione non conviene ascoltare il canale, e in ricezione non conviene trasmettere, perché la ricezione sarebbe disturbata dalla trasmissione.

18 Siccome l'accesso alla rete è conteso, quando si riesce a ottenere l'accesso alla rete conviene trasmettere pacchetti grandi. Esiste un vincolo tra la dimensione minima del pacchetto e la dimensione della rete per riconoscere le collisioni: Human-edit-redo.svg 7. Standard LAN#Dimensione minima delle PDU.

19 Ethernet implementa il CSMA/CD 1-persistente perché è pensato per reti scariche.

Il backoff è esponenziale nelle ritrasmissioni:

  • 1ª ritrasmissione: se c'è una collisione il nodo aspetta un tempo scelto a caso tra 0 e 1;
  • 2ª ritrasmissione: se c'è una collisione il nodo aspetta un tempo scelto a caso da 0 a 3;
  • 3ª ritrasmissione: se c'è una collisione il nodo aspetta un tempo scelto a caso da 0 a 7;
e così via.
20 Prestazioni dei protocolli ad accesso casuale
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