4.5) Lo standard IEEE 802

IEEE ha prodotto diversi standard per le LAN, collettivamente noti come IEEE 802. Essi includono gli standard per:

I vari standard differiscono a livello fisico e nel sottolivello MAC, ma sono compatibili a livello data link. Ciò è ottenuto separando dal resto, attraverso l'apposito standard LLC, la parte superiore del livello data link, che viene usata da tutti i protocolli standard del gruppo.


Figura 4-8: Lo standard IEEE 802

4.5.1) IEEE 802.3

E' lo standard per un protocollo CSMA/CD, di tipo 1-persistent, funzionante a 10Mbps. 802.3 è l'evoluzione dello standard Ethernet, proposto da Xerox, DEC e INTEL sulla base dell'esperienza maturata con Aloha prima e nei laboratori Xerox PARC poi.

802.3 e Ethernet hanno alcune differenze, ma sono largamente compatibili.

4.5.1.1) Cablaggio

Sono previsti vari cablaggi:


Figura 4-9: Cablaggio Ethernet cavo Thick



Figura 4-10: Cablaggio Ethernet tramite cavo Thin



Figura 4-11: Cablaggio Ethernet tramite HUB

Un ripetitore è un dispositivo che opera a livello uno (fisico): riceve il segnale da un segmento, lo amplifica e lo ritrasmette su tutti gli altri segmenti. I ripetitori possono essere usati anche per aumentare la lunghezza complessiva della rete.

Comunque, sono in vigore delle regole generali stabilite dallo standard:

4.5.1.2) Codifica dei dati

In 802.3 non si usa una codifica diretta dei dati (ad esempio, zero volt per lo zero e cinque volt per l'uno), perché sarebbe difficile rilevare le collisioni. Inoltre, si vuole delimitare con facilità l'inizio e la fine di ogni singolo bit.

Si usa una codifica, detta Manchester, che prevede una transizione del valore del segnale nel mezzo di ogni bit, zero o uno che sia.


Figura 4-12: Codifica Manchester

Fra i vantaggi di tale codifica:

Si noti però che tale codifica richiede, a parità di velocità di trasmissione, una banda doppia rispetto alla codifica diretta (ogni bit richiede la trasmissione di due valori distinti).

4.5.1.3) Protocollo MAC 802.3

La struttura di un frame 802.3 è la seguente:


Figura 4-13: Frame 802.3

I campi del frame hanno le seguenti funzioni:

Preamble 7 byte tutti uguali a 10101010. Producono, a 10 Mbps, un'onda quadra a 10 Mhz per 5,6 microsecondi, che consente al ricevitore di sincronizzare il suo clock con quello del trasmettitore.
Start of frame un byte delimitatore, uguale a 10101011.
Indirizzi gli indirizzi usati sono sempre a 6 byte, e sono univoci a livello mondiale (sono cablati dentro l'interfaccia). E' possibile specificare un singolo destinatario, un gruppo di destinatari (multicast) oppure un invio in broadcast a tutte le stazioni (indirizzo costituito da una sequenza di uni).
Lunghezza dei dati indica quanti byte ci sono nel campo dati (da 0 a 1500).
Dati contiene il payload del livello superiore.
Pad Se il frame (esclusi preambolo e delimiter) è più corto di 64 byte, con questo campo lo si porta alla lunghezza di 64 byte, vedremo poi perché.
Checksum è un codice CRC come quelli già visti.


Nessun livello MAC garantisce un servizio affidabile. Ciò è dettato dal fatto che, visto il bassissimo tasso d'errore delle LAN, si preferisce un protocollo datagram ad alte prestazioni.

Vediamo ora perché esiste un limite minimo di 64 byte per la lunghezza di un frame.

Abbiamo già visto che, perché una collisione possa essere certamente rilevata da chi trasmette, deve passare un tempo non inferiore a due volte il tempo di attraversamento dell'intera rete.

Nel caso di IEEE 802.3, che prevede 2,5 km di lunghezza massima totale e l'interposizione di un massimo di quattro ripetitori, si ha che il tempo massimo di attraversamento dell'intera rete moltiplicato per due è pari a 57,6 microsecondi.

Ora, è essenziale che la collisione venga rilevata durante la trasmissione e non dopo, altrimenti il mittente dedurrà erroneamente che la sua trasmissione è andata a buon fine.

Dunque, la trasmissione di un frame non deve durare meno di 57,6 microsecondi, che sono il tempo necessario per trasmettere (a 10 Mbps) proprio 72 byte (e cioé 576 bit, ciascuno dei quali viene trasmesso in un decimo di microsecondo). Dunque, il frame non può essere costituito da meno di 72 byte, 8 dei quali sono costituiti dal preambolo e dal delimitatore, e 64 dal resto del frame.

Si noti che se si vuole aumentare la velocità di un certo fattore, diciamo 10, si deve diminuire di 10 volte la lunghezza massima ammessa per la rete o aumentare di 10 volte la lunghezza minima del frame. Vedremo nel seguito come viene risolto il problema per il protocollo Fast Ethernet (100 Mbps).

4.5.1.4) Funzionamento di 802.3

Il protocollo 802.3 è un CSMA/CD di tipo 1-persistent:

La quantità di tempo che si lascia passare è regolata da un apposito algoritmo, il binary backoff exponential algorithm:

La crescita esponenziale dell'intervallo garantisce una buona adattabilità ad un numero variabile di stazioni, infatti:

4.5.1.5) Prestazioni

Le prestazioni osservate sono molto buone, migliori di quelle stimabili in via teorica.

Peraltro, queste ultime sono fortemente influenzate dal modello di traffico che si assume. Di solito lo si assume poissoniano, ma in realtà è bursty e per di più self similar, ossia il suo andamento su un lungo periodo è simile a quello su un breve periodo, ricordando in questo le caratteristiche dei frattali.

La pratica ha mostrato che 802.3:

4.5.1.6) Fast Ethernet

Questo standard (803.2u), approvato nel 1995, prevede l'aumento di velocità di un fattore 10, da 10 Mbps a 100 Mbps.

Come si risolve il problema del minimo tempo di trasmissione e/o della massima lunghezza della rete? In modo diverso a seconda del supporto fisico utilizzato:

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