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Ethernet: origine ed evoluzione
Evoluzione del livello scambio
dati
E' il secondo livello del modello Iso OSI, quello delegato
allo scambio dati, a caratterizzare Ethernet nella sua essenza.
Questo livello, come verrà illustrato più
in dettaglio nella parte successiva di questa monografia,
si suddivide in due parti: il controllo di accesso al mezzo
(MAC) e il suo client. Quest'ultimo può essere di
due tipi differenti a seconda che al mezzo di trasmissione
afferiscano DTE oppure DCE, come bridge od hub.
CSMA/CD
e funzionamento half-duplex
La condivisione del mezzo fisico da parte dei nodi di una
rete Ethernet è regolata dal metodo CSMA/CD. Il nome
stesso descrive il modo in cui questo metodo funziona: prima
di trasmettere su un mezzo dotato di accessi multipli (MA,
Multiple Access), ogni nodo verifica che nessun altro stia
utilizzando il canale (CS, Carrier Sense); una volta iniziata
la trasmissione i nodi ascoltano ciò che si trova
sul canale per verificare che non vi siano collisioni (CD,
Collision Detect), ossia altri nodi che hanno iniziato a
parlare prima di accorgersi che era già iniziata
un'altra comunicazione. Questo è possibile per effetto
del ritardo di propagazione dei segnali nel mezzo fisico,
e quando ciò avviene i responsabili della collisione
si arrestano subito e riprendono a trasmettere dopo un periodo
di tempo casuale.
| Una possibile analogia per illustrare
il funzionamento del metodo CSMA/CD è quella
di una congrega di tribù aborigene che comunichino
tra loro utilizzando il suono prodotto da tamburi. Quando
una tribù vuole comunicare un messaggio alle
altre tribù si assicura che vi sia silenzio e
inizia a trasmettere il messaggio destinato ad una o
più tribù all'ascolto (in particolare
si potrebbe distinguere una modalità di trasmissione
unicast quando il messaggio è indirizzato ad
un'unica tribù, broadcast quando è indirizzato
a tutte le tribù e multicast quando infine è
indirizzato solo a quelle tribù che abbiano solo
certe caratteristiche). Dato che il suono impiega tempo
a percorrere le distanze tra una tribù e l'altra
può succedere che, appena iniziato a trasmettere,
ci si accorga di essere in più d'uno a usare
il tamtam, con conseguente incapacità di capirsi.
Preso atto della 'collisione', i battitori di entrambe
le tribù si fermano e attendono un momento prima
di riprendere a inviare il messaggio. Se l'altro contendente
l'etere ha però già ripreso a trasmettere
prima che ciò avvenga, viene lasciato terminare.
Se si verifica una nuova collisione, invece, aspetteranno
un tempo, sempre casuale, più lungo prima di
riprovare. |
Ogni nodo dispone di un proprio identificativo (l'indirizzo
MAC) che può essere incluso nel messaggio, permettendo
il riconoscimento di mittenti e destinatari delle informazioni
immesse in rete. Il protocollo CSMA/CD rappresenta la soluzione
alla contesa del canale trasmissivo, elemento di fondamentale
importanza nelle prime versioni di Ethernet che utilizzavano
una modalità di tipo half-duplex nella quale non
è possibile trasmettere e ricevere messaggi simultaneamente.
La rete, dalla caratteristica topologia a bus lineare poteva
essere estesa ricorrendo a ripetitori (che replicano ogni
segnale sui segmenti afferenti) e a bridge (che operano
una scelta, riducendo le possibilità di collisione
e il carico sui segmenti afferenti).
Verso
le stelle
L'impiego di una topologia a stella, basata sull'impiego
di hub che ridistribuiscono i messaggi a tutti i nodi ad
essi collegati (si veda la Figura 6a), rappresenta il primo
passo verso l'Ethernet contemporanea. I vantaggi di questo
tipo di approccio, succintamente riportati in appendice,
sono introdotti nel 1984 dalla rete StarLAN (che però
richiedeva di ridurre la banda da 10 Mb/s a 1Mb/s) e successivamente
ampliati con Ethernet 10BASE-T nel 1990. Ancora, il protocollo
CSMA/CD è alla base della gestione delle contese
del mezzo, ma l'evoluzione più importante era già
in corso: l'impiego dei commutatori per realizzare connessioni
punto-punto commutate (si veda la figura 6b).
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Figura 6 (Hub
e Switch nella topologia a stella)
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Il maggior vantaggio della rete Ethernet commutata è
rappresentato dal fatto che le connessioni che vengono a
realizzarsi tra due nodi possono sfruttare (a meno di problemi
di latenza connessi al funzionamento degli switch) la massima
banda disponibile sul canale e possono avvenire simultaneamente
tra diverse coppie di nodi. Tutto il carico viene ovviamente
sopportato dagli switch che rappresentano la parte più
costosa della rete.
Il
passo successivo: funzionamento full-duplex
Uno switch può essere paragonato ad uno svincolo
autostradale a quadrifoglio che permette alle auto in corsa
di scegliere la propria destinazione senza dover rallentare
o fermarsi per lasciar passare le auto dirette verso altre
destinazioni. Il passo successivo dell'evoluzione, reso
possibile dall'eliminazione del rischio di collisioni, è
stato l'ampliamento delle corsie di questa immaginaria autostrada,
così da permettere una circolazione a doppio senso
sulle stesse tratte. Il funzionamento full-duplex è
stato standardizzato nel 1997 dalla specifica IEEE 802.3x.
I vantaggi sono palesi: spariscono la contesa del mezzo,
le collisioni, la necessità di ritrasmettere i messaggi
e di utilizzare frame di una lunghezza minima per evitare
che non venissero persi prima di rendersi conto della presenza
di una collisione. Inoltre, utilizzando entrambi i canali
per la trasmissione è possibile raddoppiare di fatto
la banda a disposizione. Lo svantaggio maggiore è
sempre rappresentato dal costo degli switch.
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suggerimenti
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