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  Le basi e l'evoluzione di Ethernet  
   
 

Evoluzione del livello fisico | Evoluzione del livello scambio dati

 
     
 

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).

Figura 6 (Hub e Switch nella topologia a stella)
Figura 6 (Hub e Switch nella topologia a stella)

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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