Reti di Computer: ALOHA e Switch

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Questions and Answers

Qual è il valore di $G$ che massimizza il throughput secondo la derivata $dG ext{e}^{-G}$?

1 (correct)

Qual è la probabilità di collisione in ALOHA puro quando un frame è inviato in un determinato tempo?

È sempre 0

Dipende da quanti frame vengono inviati in T (correct)

È alta solo se i frame sono inviati in sequenza

È costante e non cambia mai

In ALOHA puro, i pacchetti devono avere quali caratteristiche per poter effettuare una trasmissione efficace?

Sicurezza garantita

Almeno un pacchetto di dimensione doppia

Diversa dimensione per ogni pacchetto

Stesse dimensioni (correct)

Qual è il throughput massimo ottenuto nel sistema ALOHA puro?

$rac{1}{e}$ Signup and view all the answers

Qual è la distribuzione statistica usata per descrivere la probabilità di trasmettere k pacchetti in un slot nel sistema ALOHA puro?

Distribuzione di Poisson Signup and view all the answers

Cosa succede quando un frame arriva su un'interfaccia di uno switch ma non esiste una corrispondenza nella tabella di switch?

Viene eseguito un flooding del frame su tutte le interfacce. Signup and view all the answers

Qual è il comportamento di uno switch quando la destinazione di un frame è nota?

Invia il frame solo sulla porta associata alla destinazione. Signup and view all the answers

In un sistema con switch multipli, come fanno gli switch a comprendere su quali porte inviare i frame in topologie complesse?

Attraverso un meccanismo di flooding nei casi incerti. Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni sull'apprendimento degli switch è corretta?

Ogni switch costruisce la sua tabella in modo indipendente dagli altri switch. Signup and view all the answers

Cosa indica l'assenza di una riga nella tabella di uno switch riguardo l'interfaccia di origine del frame?

La porta di uscita potrebbe essere associata a un dispositivo sconosciuto. Signup and view all the answers

Qual è la velocità massima supportata dallo standard 802.3bq-2016?

40000 Mbit/s Signup and view all the answers

Chi è l'inventore di Ethernet e in quale anno è stata sviluppata la prima rete Ethernet sperimentale?

Robert Metcalfe, 1973 Signup and view all the answers

Quale di queste affermazioni riguardo al 10GBASE-T è corretta?

Supporta una distanza di 100 m con cavo Cat. 6A Signup and view all the answers

Quale tecnologia LAN ha mostrato una crescita esponenziale partendo da 10 Mbit/s fino a 10+ Gbit/s?

Ethernet Signup and view all the answers

Quale affermazione sul 5GBASE-T è falsa?

È uno standard futuro Signup and view all the answers

Qual è la distanza massima supportata dallo standard 25GBASE-T?

30 m Signup and view all the answers

Cosa definisce Ethernet rispetto ai sistemi precedenti come Aloha?

Supporta qualsiasi computer, non solo Altos Signup and view all the answers

Quale delle seguenti velocità è associata al 10BASE-T?

10 Mbit/s Signup and view all the answers

Quale metodo utilizza uno switch per mantenere la tabella degli indirizzi MAC?

Attraverso l'autoapprendimento Signup and view all the answers

Cosa accade quando uno switch riceve un frame da un host?

La porta di provenienza e l'indirizzo MAC vengono annotati Signup and view all the answers

Quale dei seguenti processi indica come uno switch decide di inoltrare un frame?

Controlla se la destinazione è sulla stessa porta del mittente Signup and view all the answers

Qual è la funzione principale della Time to live (TTL) nella tabella degli switch?

Definire il numero massimo di salti consentiti per un frame Signup and view all the answers

Quale termine descrive il processo in cui uno switch impara quali host possono essere raggiunti attraverso le interfacce?

Autoapprendimento Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni riguardo alla tabella degli switch è corretta?

La tabella deve essere costantemente aggiornata per rimanere efficace Signup and view all the answers

Cosa succede se non esiste una riga nella tabella per la destinazione di un frame?

Il frame viene inoltrato tramite broadcast a tutte le porte Signup and view all the answers

Quale termine descrive la tecnica di 'Backward learning' utilizzata dagli switch?

'Autoapprendimento' in base alla porta da cui arriva il frame Signup and view all the answers

Qual è la funzione del CRC nel rilevamento di errori?

Segnalare la presenza di errori nei dati. Signup and view all the answers

Cosa si intende per protocollo di accesso multiplo?

Una strategia per evitare collisioni tra segnali simultanei. Signup and view all the answers

Qual è un esempio di collegamento punto-punto?

PPP per accesso dial-up. Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni descrive meglio le collisioni nel canale condiviso?

Avvengono quando un nodo riceve più segnali contemporaneamente. Signup and view all the answers

Cosa si verifica quando M nodi vogliono trasmettere simultaneamente in un protocollo MAC ideale?

Si raggiunge un tasso medio di trasmissione pari a R/M. Signup and view all the answers

Quale è una funzione del protocollo CSMA?

Determinare quando i nodi possono trasmettere. Signup and view all the answers

Qual è l'equazione per concatenare D e R nel contesto del CRC?

$D imes 2^r ext{ XOR } R$ Signup and view all the answers

Quale protocollo è associato con l'accesso multiplo basato su conflitto?

CSMA/CD. Signup and view all the answers

Quali sono i principali fattori che influenzano il periodo di vulnerabilità nel CSMA?

Tempo di propagazione e rilevamento del canale Signup and view all the answers

Qual è un problema comune associato al CSMA quando ci sono collisioni?

Spreco di tempo di trasmissione Signup and view all the answers

In quali situazioni si utilizza il CSMA/CA?

Quando non possono essere rilevate le collisioni e $T eq 𝜏 + 𝑇_a$ Signup and view all the answers

Qual è un vantaggio principale del CSMA/CD rispetto al CSMA?

Rilevamento delle collisioni Signup and view all the answers

Quale affermazione descrive correttamente il meccanismo di polling?

Un nodo master invita i nodi slave a trasmettere a turno. Signup and view all the answers

Quali problemi possono derivare dall'uso del token passing?

Overhead e latenza Signup and view all the answers

Quale dei seguenti protocolli è progettato specificamente per l'accesso multiplo al canale?

CSMA/CA Signup and view all the answers

Qual è il gruppo di standard IEEE che tratta delle reti senza fili?

802.11 Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni è vera riguardo il CSMA 1-persistente?

Aumenta il rischio di collisioni in ambienti congestionati. Signup and view all the answers

Qual è la differenza principale tra CSMA e CSMA/CD?

CSMA/CD può interrompere le trasmissioni dopo aver rilevato una collisione. Signup and view all the answers

Qual è un problema legato all'overhead nel polling?

Occupa il canale per il trasferimento di dati. Signup and view all the answers

Quando è consigliato utilizzare CSMA p-persistente?

In situazioni dove il numero di nodi e il traffico sono variabili. Signup and view all the answers

Nella famiglia di protocolli IEEE 802, quale protocollo è associato all'Ethernet?

802.3 Signup and view all the answers

Qual è un aspetto distintivo del CSMA/CD nelle reti cablate?

Facilita il rilevamento delle collisioni grazie al segnale trasmesso. Signup and view all the answers

Study Notes

Reti (Computer Networks) - Capitolo 6: Livello Data Link

Il capitolo si concentra sul livello data link delle reti di computer.
Il docente è Fabrizio Granelli, e l'anno accademico è 2024/2025.

Sommario

Livello data link: Rilevamento e correzione di errori (CRC), Protocolli e tecnologie per l'accesso multiplo al canale (TDMA, FDMA, CDMA, Slotted ALOHA, ALOHA, CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA), IEEE 802 ed Ethernet.
Ethernet switching: Backward learning.

Livello Data Link: Obiettivi

Comprendere i principi di base di alcuni servizi di livello data link.
Rilevamento e correzione di errori.
Condivisione di un canale di tipo broadcast e accesso multiplo.
Indirizzamento di livello data link.
Local area networks: Ethernet.
Implementazione di alcune tecnologie di livello data link.

Livello Data Link: Introduzione

Terminologia: Host e router (nodi di rete), Canali di comunicazione (link cablati e wireless), Pacchetto di livello 2 (frame), incapsula un datagramma (livello 3), Trasporta un frame da un nodo a un altro nodo fisicamente adiacente.

Livello Data Link: Contesto

Analogia con sistemi di trasporto (viaggio esempio Princeton - Losanna).
Il percorso può contenere link di diversi tipi
Un datagramma attraversati vari livelli con protocolli differenti
Ogni protocollo fornisce servizi diversi (e.g., controllo di errore).

Servizi di livello Data Link

Creazione di un frame di livello 2, accesso al link.
Incapsula un datagramma in un frame, aggiunge header e trailer.
Fornisce un meccanismo di accesso al canale.
Utilizza indirizzi di livello 2 (MAC) per identificare mittente e destinatario.
Diverso dall'indirizzo IP.
Consegna affidabile tra nodi adiacenti. (meno usato in caso di basso tasso di errore)
Link wireless: alti tassi di errore.
Perché inserire controllo di errore a livello 2 e 4?

Servizi di Livello Data Link (continua)

Controllo di flusso: Adattare la velocità di trasmissione alle capacità di mittente e ricevente.
Rilevamento di errore: Errori dovuti ad attenuazione eccessiva del segnale, rumore, ecc. Il ricevitore può rilevare la presenza di errori e informare il mittente di scartare il pacchetto.
Correzione di errore: Il ricevitore identifica e corregge gli errori sui bit senza richiedere ritrasmissioni.
Half-duplex e full-duplex: In full-duplex i nodi possono trasmettere e ricevere contemporaneamente.

Chi implementa il livello data link?

Implementato in tutti gli host come firmware (es. schede di rete Ethernet o 802.11),
Combinando hardware, software e firmware collegato al bus di sistema dell'host.

Comunicazione tra adattatori di rete

Mittente: Incapsula un datagramma in un frame e aggiunge informazioni per il controllo di errore e di flusso.
Ricevente: Cerca eventuali errori, collabora al controllo del flusso e estrae il datagramma per i livelli superiori.

Rilevamento di errori

EDC = Bit ridondanti inseriti per la rilevazione e correzione degli errori
D = Dati protetti dall'EDC (campi dell'header)
Rilevamento di errore non affidabile al 100%.
Maggiore ridondanza, maggiore protezione del datagramma

Controllo di parità

Singolo bit di parità: Rileva errori singoli (es. "even parity").
Parità su due dimensioni: Rileva e corregge singoli errori sui bit (es. "even parity").

Correzione di errori tramite ridondanza

CCFooommmree vvveeeddheeetxteee, ecc.
Un'operazione di interleaving (riordino dei bit) fornisce una protezione contro errori a "raffica" (burst).
Esempi di utilizzo di ridondanza e interleaving

Cyclic Redundancy Check (CRC)

Algoritmo efficiente per il rilevamento degli errori.
Considera i bit di dati come un numero binario.
Sceglie una sequenza di bit (generatore).
Obiettivo: comporre il CRC (R) in modo che i dati D siano divisibili per G (con resto R).
Il ricevitore conosce G: se divide <D,R> per G e il resto è diverso da 0, rileva l'errore.

Tipi di collegamento

Punto-punto (PPP, collegamento tra una switch Ethernet e un host).
Broadcast (mezzo di trasmissione condiviso: versioni di Ethernet, HFC, wireless 802.11).

Protocolli per l'accesso multiplo

Canale broadcast condiviso: Due o più trasmissioni contemporanee creano interferenza e collisioni.
Protocollo di accesso multiplo (algoritmo distribuito): determina come i nodi condividono il canale e quando possono trasmettere.

Un protocollo MAC ideale

MAC: multiple access control
Data: un canale broadcast capace di gestire comunicazioni a R bit/s
Caratteristiche desiderate per il protocollo: quando un singolo nodo trasmette, può farlo a velocità R; quando più nodi vogliono trasmettere, possono farlo con un tasso medio pari a R/M; il sistema è decentralizzato e senza sincronizzazione di clock.

Protocolli MAC: Tassonomia

Tre classi di protocolli MAC: divisone di risorse del canale (e.g., TDMA, FDMA, CDMA), accesso casuale (e.g., ALOHA, Slotted ALOHA, CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA) e protocolli "a turni" (e.g., polling, token passing).

Ripartizione delle risorse: TDMA, FDMA, CDMA

Descrizioni dei meccanismi.
Esempi e comparazioni
Vengono descritti meccanismi specifici di accesso al mezzo di trasmissione

Protocolli ad accesso casuale

Descrizioni di accesso casuale (con esempi quali ALOHA, slotted ALOHA, CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA).
Come rilevare e gestire le collisioni

Slotted ALOHA

Assunzioni (pacchetti con la stessa lunghezza, tempo diviso in slot, sincronizzazione dei nodi).
Come funziona il protocollo

Slotted ALOHA: Calcolo efficienza

Formula per calcolo dell'efficienza (probabilità di successo di una trasmissione).

ALOHA puro (non slotted)

Caratteristiche, funzionamento e confronto con Slotted ALOHA.

ALOHA puro: Efficienza

Assunzioni e formula per calcolo dell´efficienza (probabilità di successo di una trasmissione).

Throughput: Confronto

Grafico che confronta l'efficienza di diversi protocolli in funzione del carico.

Un po' di storia

Inizio degli studi e della sperimentazione riguardanti le tecnologie wireless.

Standardizzazione di Ethernet: da DIX a 802.3

Origine e standardizzazione dello standard Ethernet
Descrizione delle tecnologie e tecnologie di comunicazione utilizzate (a cavo spesso e sottile)

Prima topologia Ethernet: il bus

Descrizione del funzionamento in topologia a bus, con mezzi di trasmissione condivisi quali cavi coassiali thick e thin.

Transceiver Ethernet

(10BASE5) e (10BASE2)
Descrizione dei componenti hardware inclusi: transceiver, vampir taps, cavo trasmissore

Idea spartiacque (1990): gli hub

Introduzione di hub (multi-port repeater) come strumento di collegamento multi-punto

... i doppini incrociati

Introduzione dei cavi a doppini incrociati per miglioramento della gestione e semplicità di installazione

... e infine il connettore RJ45

Specifiche del connettoreRJ45 e la connessione con cavo Ethernet

Struttura del frame Ethernet

Descrizione dei campi del frame (preambolo, indirizzi di sorgente e destinazione, dati, CRC).
Spiegazione del processo di incapsulamento

Struttura del frame Ethernet (continua)

Indirizzi MAC
Tipo (indica il protocollo di livello superiore)
CRC (Cyclic Redundancy Check)

Ethernet: Connessione? ACK/NACK?

Principi di connessione Ethernet come connessione senza connessione (connectionless) , e mancanza di affidabilità (non affidabile).
Mancanza di controllo a livello di protocollo (es. TCP)

Algoritmo CSMA/CD in Ethernet

Descrizione del funzionamento dell'algoritmo CSMA/CD in Ethernet: incapsulazione nel frame, identificazione del canale, trasmissione, gestione delle collisioni, backoff.

Standard Ethernet 802.3: livello fisico e data link

Molti standard Ethernet differenti : Descrizione di diversi standard Ethernet , velocità di trasmissione, tecnologie utilizzate.

Evoluzione di Ethernet

Descrizione dell'evoluzione delle velocità di trasmissione Ethernet.

Switch Ethernet

Differenze tra hub e switch.
Descrizione del funzionamento dello switch, inclusi filtraggio, inoltro e apprendimento.

Ethernet e domini di collisione

Topologie a bus e a stella.
Confronto tra domini di collisione utilizzando hub e switch.

Switch: Trasmissioni simultanee

Funzionamento dei switch e gestione delle trasmissioni simultanee,
Eliminazione delle collisioni

Tabella di inoltro degli switch

Come viene mantenuta la tabella.
Processo di autoapprendimento, aggiornamenti e cancellazione

Switch: Autoapprendimento

Descrizione più approfondita dell'apprendimento backward dello switch.

Switch: Filtraggio e inoltro dei frame

Illustrazione del processo decisionale dello switch per l'inoltro dei frame (filtraggio e inoltro).

Caso con switch multipli

Funzionamento degli switch collegati in topologie complesse

Rete istituzionale (molto semplice)

Schema di una rete istituzionale con router e switch,
Server, subnet

Switch, router e hub

Differenze tra switch, router e hub a livello di incapsulamento e inoltro dati
Tabelle di inoltro (router, switch)

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Description

Questo quiz esplora concetti fondamentali sulle reti di computer, con particolare attenzione al protocollo ALOHA e al funzionamento degli switch. Sarai testato su throughput, probabilità di collisione e dinamiche di invio dei frame. Rispondi per scoprire quanto conosci su questi argomenti chiave.