Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Sommario del corso • Nozioni introduttive – Cenni storici – Funzioni di una rete di TLC – Topologie – Servizi – Trasmissione delle informazioni – Caratterizzazione del traffico e qualità del servizio – Tecniche di multiplazione – Tecniche di commutazione – Tecniche di segnalazione Introduzione alle reti Gruppo Reti TLC [email protected] http://www.telematica.polito.it/ ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 1 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 2 Sommario del corso Sommario del corso • Architetture e protocolli • Reti telefoniche – Architetture a strati – Modello OSI a sette strati – Architettura della rete Internet – Architetture di protocolli ISDN (X.25), Frame Relay, B-ISDN (ATM) – Trasmissione PCM, PDH, SDH – Architettura e rete di segnalazione – Reti radiomobili cellulari • Strato fisico • Strato collegamento e trasporto: protocolli a finestra • Sicurezza nelle reti ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 3 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 4 Reti telefoniche: cronologia Reti telefoniche: cronologia • • • • • • • 1938: relè • anni 60: elaboratori elettronici per il controllo delle centrali (a programma registrato) • 1964: prima centrale a controllo elettronico (Succasunna - USA - ESS1) • 1975: prima centrale interamente elettronica (Chicago - ESS4) • anni 80: segnalazione a canale comune, ISDN, telefonia cellulare analogica • anni 90: rete intelligente, Internet, telefonia cellulare numerica 1837: codice Morse 1876: brevetto del telefono di Bell 1891: brevetto selettore Strowger 1894: prima centrale elettromeccanica 1895: esperimenti radio di Marconi 1923: primo servizio interurbano automatico elettromeccanico (Baviera Siemens) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 5 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 6 Pag. 1 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Reti per dati: cronologia Reti per dati: cronologia • 1984: Introdotti DNS e USENET • 1985: FDDI • 1990: Tim Berners-Lee (CERN) presenta documento (ignorato) sull’Information Management attraverso ipertesti. Il nome del progetto va scelto tra “Information Mine”, “Information Mesh” e “World Wide Web” • 1993: il traffico Web è solo l’1% del traffico totale Internet ... • 1997 : nasce Internet2, per la sperimentazione di applicazioni e tecnologie di rete avanzate • 1969: ARPANET (primo RFC: Host software) • 1971: ARPANET: 15 nodi e 23 host. Posta elettronica. • 1973: Prima specifica FTP • 1973: Prima specifica TCP • 1976: Ethernet ed X.25 • 1980: OSI • 1982: Token ring IBM • 1982: TCP e IP sono definiti come protocolli di riferimento di Internet (operativi da 1/1/83) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 7 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 8 Formalizziamo ciò che sappiamo già • Diamo qualche definizione tratta dal “Blue Book” del CCITT (Raccomandazione I.112) Servizi e funzioni nelle reti di telecomunicazione – CCITT: The International Telegraph and Telephone Consultative Committee della International Telecommunication Union (ITU). Dal 1994 il CCITT ha preso il nome di ITU-T Gruppo Reti TLC [email protected] http://www.tlc.polito.it/ ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 9 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 10 ITU-T Esempio • Gli apparecchi telefonici sono terminali di utente collegati a una rete che fornisce servizi di telecomunicazione • Comunicazione: trasferimento di informazioni secondo convenzioni prestabilite • Telecomunicazione: qualsiasi trasmissione e ricezione di segnali che rappresentano segni, scrittura immagini e suono, informazioni di qualsiasi natura, attraverso cavi, radio o altri sistemi ottici e elettromagnetici RETE DI TLC ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 11 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 12 Pag. 2 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione ITU-T: definizioni Servizi • Servizio di telecomunicazione: ciò che viene offerto da un gestore pubblico o privato ai propri clienti al fine di soddisfare una specifica esigenza di telecomunicazione • Funzioni in una rete di telecomunicazioni: operazioni svolte all’interno della rete al fine di offrire i servizi • Un servizio può essere: – connection-oriented (CO): si stabilisce un accordo preliminare (connessione) tra rete e interlocutori, poi si trasferiscono i dati e infine si rilascia la connessione – connectionless (CL): i dati vengono immessi in rete senza un accordo preliminare e sono trattati in modo indipendente ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 13 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 14 Esempio Esempio • Sollevando il microtelefono si indica alla rete l’inizio di una procedura di chiamata • Bisogna poi attendere il tono di centrale TU - TU ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 15 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 16 Esempio Segnalazione di utente • Mediante il disco combinatore o la tastiera si indica alla rete l’interlocutore desiderato • Il trasferimento delle informazioni di controllo tra utente e rete si chiama SEGNALAZIONE DI UTENTE 011 8935649 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 17 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 18 Pag. 3 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione ITU-T Commutazione • La rete individua le risorse necessarie per collegare i due utenti e stabilisce un circuito • Segnalazione: lo scambio di informazioni che riguardano l’apertura, il controllo e la chiusura di connessioni e la gestione di una rete di telecomunicazione ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 19 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 20 ITU-T Segnalazione di rete • Commutazione: il processo di interconnessione di unità funzionali, canali di trasmissione o circuiti di telecomunicazione per il tempo necessario per il trasferimento di segnali • La costruzione di un circuito richiede scambio di informazioni di controllo internamente alla rete ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 21 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 22 Esempio Esempio • Agli albori della telefonia la segnalazione avveniva via voce e la commutazione era manuale • Agli albori della telefonia la segnalazione avveniva via voce e la commutazione era manuale ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 23 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 24 Pag. 4 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Esempio Trasmissione • Agli albori della telefonia la segnalazione avveniva via voce e la commutazione era manuale • I due utenti possono comunicare Ciao, come stai ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 25 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 26 ITU-T Esempio • Al termine della conversazione il circuito viene rilasciato • Trasmissione: il trasferimento di segnali da un punto a uno o più altri punti ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 27 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 28 Funzioni in una rete di telecomunicazione Gestione • Una rete di telecomunicazione cambia continuamente: • • • • – allacciamento nuovi utenti – evoluzione tecnologica – riconfigurazione per guasti SEGNALAZIONE COMMUTAZIONE TRASMISSIONE GESTIONE • Un’altra funzione: la GESTIONE ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 29 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 30 Pag. 5 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Rete di telecomunicazione • Definizione: – un insieme di nodi e canali che fornisce un collegamento tra due o più punti per permettere la telecomunicazione tra essi Topologie delle reti di telecomunicazione • Si chiama nodo un punto in cui avviene la commutazione • Si chiama canale un mezzo di trasmissione Gruppo Reti TLC [email protected] http://www.tlc.polito.it/ ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 31 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 32 Tipi di canale Tipi di canale • Canale Punto-Punto • Due soli nodi collegati agli estremi del canale che viene utilizzato in modo paritetico • Canale Multi-Punto • Più nodi collegati ad un unico canale: un nodo master e numerosi slave Master A B Slave ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 33 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 34 Topologie delle reti di telecomunicazione Tipi di canale • Canale Broadcast • Un unico canale di comunicazione, condiviso da tutti i nodi • L’informazione inviata da un nodo è ricevuta da tutti gli altri • I dati trasmessi devono contenere l'indirizzo del nodo destinazione • La disposizione di nodi e canali definisce la topologia della rete di telecomunicazione • Una topologia di rete è definita da un grafo G=(V,A) – V = insieme dei vertici (raffigurati da cerchi - nodi) – A = insieme degli archi (raffigurati da segmenti canali) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 35 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 36 Pag. 6 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Topologie delle reti di telecomunicazione Topologie delle reti di telecomunicazione • Gli archi possono essere: • C = N(N-1)/2 • Vantaggio: tolleranza ai guasti (molti percorsi tra due nodi) • Svantaggio: elevato numero di canali • E’ usata solo quando i nodi sono pochi • Esiste un instradamento facile – diretti (segmenti orientati - canali unidirezionali) – non diretti (segmenti non orientati - canali bidirezionali) • Definiamo: – N= |V| – C= |A| ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 37 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 38 Topologia ad albero Topologia a stella • C = N-1 • Svantaggio: vulnerabilità ai guasti (solo un percorso tra due nodi) • Vantaggio: basso numero di canali • E’ usata per ridurre i costi e semplificare la stesura dei canali • Instradamento facile • C=N • Svantaggio: vulnerabilità ai guasti del nodo centrale • Vantaggio: basso numero di canali • E’ usata per ridurre i costi e semplificare la stesura dei canali • Instradamento facile ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 39 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 40 Topologia a maglia Topologia ad anello • N-1 < C < N(N-1)/2 • Svantaggio: topologia non regolare • Vantaggio: tolleranza ai guasti e numero di canali selezionabile a piacere • E’ la più usata • Instradamento complesso • Può essere unidirezionale o bidirezionale ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 41 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 42 Pag. 7 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Topologia ad anello • • • • Topologia ad anello • In caso di guasto l’anello bidirezionale assicura la sopravvivenza della rete (a capacità dimezzata): l’anello bidirezionale è la più semplice topologia che consente un instradamento alternativo in caso di guasto. C=N/2 per l’anello unidirezionale C=N per l’anello bidirezionale E’ molto usata in reti locali e metropolitane Instradamento facile ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 43 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 44 Topologia a bus Topologia logica e fisica • C=N-1 per il bus attivo • C=1 per il bus passivo • E’ molto usata in reti locali e metropolitane • Instradamento banale • Bisogna distinguere: – topologia logica: definisce l’interconnessione tra nodi mediante canali – topologia fisica: tiene conto del percorso dei mezzi trasmissivi ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 45 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 46 Topologia fisica Topologia logica A B A B C D C D ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 47 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 48 Pag. 8 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Topologia e prestazioni Topologie e prestazioni • Confronto tra alcune topologie, a pari numero di nodi (4) e (quasi) a pari numero di canali • Traffico uniforme. • Ogni coppia di nodi si scambia x bit/s. Traffico totale generato 12x. • Ogni canale unidirezionale ha capacità B bit/s. • Si calcola: distanza media, capacità rete, carico massimo su canale, carico massimo su nodo • La quantità di traffico smaltibile da una rete dipende, a pari capacità disponibile sui canali, in modo inversamente proporzionale dalla media della distanza tra ogni coppia di nodi della rete pesata dalla quantità di traffico scambiata tra i due nodi. ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 49 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 50 Topologie e prestazioni Topologie e prestazioni • Capacità: 3x2B=6B • Distanza media: 10/6=1.66 • Considerando solo il traffico da sinistra verso destra il carico massimo su un canale vale 4x; quindi x <= B/4. • Il nodo 3 (o 2) deve gestire fino a 7B/4 di traffico. • Capacità: 3x2B=6B • Distanza media: 1.5 • Per il traffico in uscita dal nodo centrale il carico massimo su un canale vale 3x; quindi x <=B/3. • Il nodo centrale deve gestire fino a 3B di traffico. 2 1 3x 3 x x x 4 2x 2x x x x 4 x x x 1 x x x 3 2 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 51 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 52 Topologie e prestazioni Topologie: distanza media • Capacità: 4x2B=8B • Distanza media: 1.33 • Per il traffico senso orario il carico massimo su un canale vale 2x; quindi x <= B/2. • Ogni nodo deve gestire fino a 2B di traffico. 3x/2 x/2 3x/2 x/2 3x/2 x/2 3x/2 x/2 E[d1] O(N) E[d2] O(√N) E[d3] E[d1]> E[d2] >E[d3] ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 53 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 54 Pag. 9 O(logN) Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Servizi di telecomunicazione • servizi portanti • teleservizi Servizi nelle reti di telecomunicazioni – servizi di base – servizi supplementari Gruppo Reti TLC [email protected] http://www.tlc.polito.it/ ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 55 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 56 Servizio portante Teleservizio • Un tipo di servizio di telecomunicazione che fornisce la possibilità di trasmissione di segnali tra interfacce utente - rete • Esempio: • Un tipo di servizio di telecomunicazione che fornisce la completa possibilità di comunicazione tra utenti, includendo le funzioni degli apparati di utente, secondo protocolli concordati da gestori pubblici o privati • Esempi: telefonia, telefax – circuito diretto numerico punto - punto ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 57 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 58 Servizio di base Servizio supplementare • Fornisce all’utente un servizio di telecomunicazione con le minime funzionalità richieste dal servizio stesso • Esempi: telefonia di base (POTS), televisione • Fornisce all’utente un servizio con funzionalità aggiuntive rispetto al corrispondente servizio di base • Può essere offerto solo in associazione a un servizio di telecomunicazione di base • Modifica o integra uno o più servizi di base ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 59 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 60 Pag. 10 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Esempi di servizi supplementari Reti integrate e dedicate • Telefonia: avviso di chiamata, richiamo su occupato, trasferimento di chiamata, numero verde, segreteria telefonica • Televisione: Video-on-Demand (VOD) • Le reti di telecomunicazione possono essere: – dedicate (un unico servizio) – integrate (una molteplicità di servizi) • ISDN a banda stretta (narrowband ISDN o N-ISDN) • ISDN a banda larga (broadband ISDN o B-ISDN) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 61 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 62 Classificazione dei (tele)servizi I servizi interattivi conversazionali • permettono comunicazione con trasferimento di informazioni da estremo a estremo in tempo reale • Il flusso di informazioni può essere: • interattivi – conversazionali – messaggistica – consultazione / reperimento – bidirezionale simmetrico – bidirezionale asimmetrico – unidirezionale • diffusivi • oppure – senza controllo di presentazione all’utente – con controllo di presentazione all’utente – punto - punto – punto - multipunto – multipunto - multipunto ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 63 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 64 I servizi interattivi conversazionali I servizi interattivi di messaggistica • Esempi: VIDEO e SUONO • permettono la comunicazione da estremo a estremo tramite apparati per la memorizzazione di informazioni • Esempi: VIDEO e SUONO – telefonia – videoconferenza – videosorveglianza • Esempi:DATI – segreteria telefonica – videoclip, immagini fisse – trasferimento di file – interconnessione di calcolatori – controllo in tempo reale – giochi “multiplayer” • Esempi: DATI – e-mail – SMS ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 65 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 66 Pag. 11 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione I servizi interattivi di consultazione e reperimento I servizi diffusivi senza controllo di presentazione all’utente • permettono la diffusione di un flusso di informazioni da una sorgente a un numero qualsiasi di ricevitori (autorizzati) collegati alla rete • Gli utenti NON POSSONO controllare l’inizio e l’ordine della presentazione delle informazioni • Esempi: • permettono la consultazione ed il reperimento di informazioni immagazzinate in centri di informazione di uso pubblico • Esempi: – Reperimento immagini fisse – Teledidattica – Telesoftware – Teleshopping – TV, pay TV – radio ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 67 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 68 I servizi diffusivi con controllo di presentazione all’utente Modello client-server • permettono la diffusione di un flusso di informazioni da una sorgente a un numero qualsiasi di ricevitori (autorizzati) collegati alla rete • Le informazioni sono organizzate in sequenze di entità che si ripetono ciclicamente e gli utenti POSSONO controllare l’inizio e l’ordine della presentazione delle informazioni • Esempi: • Molte applicazioni, specie nel mondo Internet, seguono il modello client/server: – client: inizia l’interazione con il server (“parla per primo”), tipicamente richiedendo un servizio (es. richiesta di una pagina www, invio di un e-mail) – server: fornisce al client il servizio richiesto (p.es. invia la pagina www richiesta, riceve e memorizza il messaggio di e-mail) – televideo – quasi VoD ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 69 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 70 Modello client-server Modello client-server • I server vengono attivati al momento dell’accensione dell’elaboratore su cui sono stati installati e si pongono in attesa di richieste da parte dei client. request reply ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 71 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 72 Pag. 12 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Tipi di trasmissione • ANALOGICA – L'informazione è trasferita per mezzo di un segnale elettrico Trasmissione nelle reti di telecomunicazioni • continuo • limitato • di infiniti possibili valori • NUMERICA Gruppo Reti TLC [email protected] http://www.tlc.polito.it/ – L'informazione è trasferita per mezzo di un segnale elettrico • discontinuo • limitato • con un numero finito di possibili valori ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 73 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 74 Trasmissione analogica Trasmissione numerica t t ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 75 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 76 Processo di numerizzazione Tipi di trasmissione • ANALOGICA $QDORJLFR &DPSLRQDPHQWR – L'informazione assume valori in un insieme continuo. Tali valori vengono rappresentati come variazione continua di un parametro elettrico. • NUMERICA 4XDQWL]]D]LRQH t t – L'informazione assume valori in un insieme numerabile e finito di valori. – I segnali che trasferiscono l’informazione sono in generale comunque continui. – Il ricevitore, tramite un processo di decisione, ricostruisce informazione discreta. 1XPHULFR t t ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 77 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 78 Pag. 13 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Tipi di trasmissione Trasmissione Parallela • PARALLELA – L'informazione viene trasferita in parallelo (tipicamente 8 bit = 1 byte alla volta) su un bus di comunicazione contenente segnali di dato e segnali di temporizzazione (clock). Parallela 1 0 1 0 0 1 1 1 Bit 1 • SERIALE – L'informazione viene prima serializzata e quindi trasmessa un bit alla volta. Esistono meccanismi di sincronizzazione che evitano l'uso di segnali aggiuntivi di temporizzazione. Bit 8 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 79 0 0 1 1 1 0 0 1 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 80 Trasmissione Seriale Tipi di trasmissione seriale • ASINCRONA – Ogni byte di informazione viene trasmesso separatamente dagli altri. Il clock di ricezione è solo nominalmente uguale a quello di trasmissione. • SINCRONA 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 – Le informazioni da trasmettere sono strutturate in trame. Il trasmettitore e il ricevitore sincronizzano i loro clock prima della trasmissione e li mantengono sincronizzati per tutta la durata della trama. ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 81 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 82 Trasmissione asincrona Trasmissione sincrona • S: Start Bit • P: Parity Bit • Stop Bits 1, 1.5, 2 • L'overhead di sincronizzazione è ridotto CARATTERE N DA 5 A 8 BIT LINE IDLE S LSB MSB LSB MSB P STOP BITS CARATTERE N-1 MSB LSB CARATTERE N+1 1 CARATTERE CLOCK ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 83 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 84 Pag. 14 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Ricezione • ricezione continua su canali punto-punto o per trasmissione sincrona • ricezione “burst mode” su canali multipunto o broadcast o nel caso di trasmissione asincrona Modi di trasferimento nelle reti di telecomunicazioni Gruppo Reti TLC [email protected] http://www.tlc.polito.it/ ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 85 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 86 Condivisione di canale • Condivisione di canale tra diversi flussi di informazione in una rete di TLC – Multiplazione: se tutti i flussi sono disponibili in un unico punto – Accesso multiplo: se i flussi accedono al canale da punti differenti Condivisione di canale • Per eseguire queste funzioni si possono utilizzare: – Frequenza (FDM - FDMA) – Tempo (TDM - TDMA) – Codice (CDM - CDMA) – Spazio ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 87 canale t ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 88 Multiplazione di frequenza (FDM – FDMA) • Separazione ottenuta usando bande di frequenza diverse • Servono bande di guardia f Multiplazione di tempo (TDM – TDMA) • Separazione ottenuta usando intervalli di tempo diversi • Servono trame temporali che si ripetono • Servono tempi di guardia f f t t ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 89 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 90 Pag. 15 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Multiplazione di codice (CDM – CDMA) Multiplazione di codice (CDM – CDMA) • Separazione ottenuta usando codici diversi • Servono codici riconoscibili c f f t t ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 91 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 92 Multiplazione di codice (CDMA) Multiplazione di codice • La separazione tra i flussi è ottenuta usando codifiche diverse • Un esempio: – Servono codici riconoscibili (ortogonali) – parola di codice per l’utente i: +1 +1 -1 -1 – sequenza codificata = bit di informazione x parola di codice – bit di informazione: 0 0 1 1 0 • I flussi non vengono separati né nel tempo né in frequenza, ma sfruttando segnali ortogonali. • Si ottiene migliore protezione dai disturbi. • L’operazione di ricezione è una proiezione (correlazione, o prodotto scalare). – sequenza codificata: -1-1+1+1 -1-1+1+1 +1+1-1-1 +1+1-1-1 -1-1+1+1 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 93 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 94 Multiplazione di codice Multiplazione di codice • Un esempio (segue): • Un esempio (segue): – parola di codice utente 1: +1 +1 -1 -1 – parola di codice utente 2: +1 +1 +1 +1 – parola di codice utente 3: +1 -1 +1 -1 – parola di codice utente 4: +1 -1 -1 +1 – ricezione = correlazione con la parola di codice – ricezione dall’utente 1 = prodotto scalare della sequenza ricevuta con +1 +1 -1 -1 – trasmissione di 1+2+3: +3 +1 +1 -1 – correlazione con +1 +1 -1 -1: 4 – trasmissione di 2+3: +2 0 +2 0 – correlazione con +1 +1 -1 -1: 0 • Sul canale si sommano le trasmissioni (occorre equalizzare le potenze) – trasmissione di 1+2+3: +3 +1 +1 -1 – trasmissione di 2+3: +2 0 +2 0 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 95 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 96 Pag. 16 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Multiplazione di spazio Multiplazione statistica • Le reti permettono di sfruttare la diversità spaziale del sistema per far coesistere più flussi di informazione in punti diversi • L’instradamento può cercare di sfruttare una multiplazione di spazio per aumentare la capacità di una rete • Il progetto della topologia della rete può cercare di aumentare la diversità spaziale • Le “celle” sono un esempio di diversità spaziale • La multiplazione nelle dimensioni tempo, frequenza (o lunghezza d’onda), codice e spazio può essere predeterminata (sulla scala temporale della dinamica delle connessioni) o statistica (funzione delle variazioni “istantanee” di traffico) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 97 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 98 ITU-T: definizione di commutazione Condivisione di risorse in un nodo • Commutazione: il processo di interconnessione di unità funzionali, canali di trasmissione o circuiti di telecomunicazione per il tempo necessario per il trasferimento di segnali • Condivisione di un nodo tra diversi flussi di informazione in una rete di TLC: – Commutazione di circuito: se i flussi sono continui (telefonia) – Commutazione di pacchetto e cella: se i flussi sono intermittenti (trasmissione dati) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 99 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 100 Commutazione Commutazione di circuito • La rete usa le risorse disponibili per allocare un circuito a ogni richiesta di servizio • Un circuito costituisce un collegamento fisico tra i due terminali di utente • E’ il processo di allocazione delle risorse di rete necessarie per il trasferimento dell’informazione ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 101 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 102 Pag. 17 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Commutazione di circuito Commutazione di circuito U1 • Il circuito è di uso esclusivo dei due utenti per tutta la durata della comunicazione • Le risorse sono rilasciate solo al termine della comunicazione, su indicazione degli utenti N1 N2 U2 • impegno • trasferimento dati • svincolo t t t ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 103 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 104 Struttura di nodo di rete a commutazione di circuito Commutazione di circuito t • Vantaggi: interfaccia di ingresso Rete di connessione – ritardi di trasferimento costanti – trasparenza del circuito (formati, velocità, protocolli) – bassi ritardi nell’attraversamento dei nodi interfaccia di uscita comando Segnalazione Sistema di comando Segnalazione ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 105 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 106 Commutazione di circuito Commutazione di pacchetto • Svantaggi: • Non si allocano risorse per l’uso esclusivo di due o più utenti. • Studiata espressamente per sorgenti intermittenti. • Funzionamento analogo al sistema postale. – risorse dedicate a una comunicazione – efficienza buona solo per sorgenti non intermittenti – nessuna conversione di formati, velocità, protocolli – tariffazione in base al tempo di esistenza del circuito ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 107 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 108 Pag. 18 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Commutazione di pacchetto Commutazione di pacchetto • L’informazione da trasferire è organizzata in unità dati (PDU) che comprendono informazione di utente e di controllo • PDU = protocol data unit (unità dati) • PCI = protocol control information (controllo) • SDU = service data unit (informazione di utente) • Funzionamento analogo al sistema postale. P.T. INDIRIZZO P.T. P.T. PCI ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 109 SDU ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 110 Commutazione di pacchetto Commutazione di pacchetto • Unità dati è una terminologia ISO. • Altri termini utilizzati: • Le unità dati vengono consegnate alla rete • Ogni nodo: – Pacchetto (packet) – Cella (cell) – Datagramma (datagram) – Segmento (segment) – Messaggio (message) – Trama (frame) – memorizza il pacchetto – elabora il pacchetto e determina il canale su cui inoltrarlo – mette il pacchetto in coda per la trasmissione sul canale • Funzionamento store and forward ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 111 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 112 Struttura di nodo di rete a commutazione di pacchetto Store and forward • Modo di funzionamento dominante: – occorre disporre dell’intestazione prima di poter effettuare l’instradamento – l’instradamento richiede tempo – occorre qualche forma di protezione da errori sull’intestazione – le diverse capacità dei mezzi trasmissivi non vengono suddivise in canali uguali interfaccia di ingresso • Memorizzazione: Memoria Code di uscita interfaccia di uscita Elaborazione – alle uscite – agli ingressi – mista ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 113 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 114 Pag. 19 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Controllo router CISCO ogni pacchetto route table access list queuing priority accounting data cache security task queuing task accounting task switching task Commutazione di pacchetto • L’informazione di utente può dover essere frazionata in molti pacchetti • Pacchetti di dimensione fissa o variabile PCI ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 115 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 116 Commutazione di pacchetto U1 N1 N2 SDU Commutazione di pacchetto U2 • La lunghezza dei pacchetti è determinata da – possibilità di parallelizzazione (pipeline) • Pacchetti brevi favoriscono la trasmissione in parallelo su canali diversi di pacchetti di una stessa comunicazione (riducono la latenza di attraversamento dei nodi) t t t t ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 117 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 118 Commutazione di pacchetto Commutazione di pacchetto • La lunghezza dei pacchetti è determinata da • La lunghezza dei pacchetti è determinata da – possibilità di parallelizzazione (pipeline) – ritardo di pacchettizzazione – possibilità di parallelizzazione (pipeline) – ritardo di pacchettizzazione – percentuale di informazione di controllo • Pacchetti brevi riducono il ritardo di pacchettizzazione • Pacchetti lunghi riducono la percentuale di informazione di controllo ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 119 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 120 Pag. 20 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Commutazione di pacchetto Commutazione di pacchetto • Pacchetti lunghi riducono la percentuale di informazione di controllo • La lunghezza dei pacchetti è determinata da – possibilità di parallelizzazione (pipeline) – ritardo di pacchettizzazione – percentuale di informazione di controllo – probabilità di errore – PCI di dimensione p bit – SDU di dimensione s bit • Frazione di informazione di controllo: p s+ p • Pacchetti corti riducono la probabilità di errore ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 121 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 122 Commutazione di pacchetto Commutazione di pacchetto • Pacchetti corti riducono la probabilità di errore • Vantaggi rispetto alla commutazione di circuito – pacchetti di n bit – canale con errori indipendenti – probabilità di errore p – utilizzazione efficiente delle risorse anche in presenza di traffico intermittente – possibilità di controllo di correttezza lungo il percorso – possibilità di conversioni di velocità, formati, protocolli – tariffazione in funzione del traffico trasmesso • Probabilità che un pacchetto sia corretto: (1-p)n ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 123 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 124 Funzionamento non “store and forward” Commutazione di pacchetto • Svantaggi rispetto alla commutazione di circuito • Ogni nodo – elaborazione di ogni pacchetto in ogni nodo – ritardo di trasferimento variabile – memorizza i primi byte (flit) del pacchetto – determina il canale su cui inoltrarlo – inizia immediatamente la ritrasmissione del pacchetto senza attendere la completa ricezione ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 125 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 126 Pag. 21 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Funzionamento non store and forward Funzionamento non store and forward • Differenze con store and forward – non sono possibili conversioni di formato e di velocità – non sono possibili controlli d’errore – diminuiscono le latenze nel nodo di commutazione – uno stesso pacchetto può impegnare simultaneamente più nodi e più canali ? ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 127 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 128 Funzionamento non store and forward Funzionamento non store and forward • Il canale di uscita può essere occupato • Esistono due alternative: – il pacchetto viene memorizzato nel nodo • (CUT-TROUGH routing) – il pacchetto viene fermato con una segnalazione esplicita all’indietro ? • (WORMHOLE routing con BACKPRESSURE) stop ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 129 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 130 Cut-through routing • • • • Wormhole routing simile allo store-and-forward perdite di pacchetti a fronte di congestione necessità di molta memoria nei nodi riduzione delle latenze solo con basso traffico • richiede canali bidirezionali • necessità di poca memoria nei nodi • i pacchetti (“worm”) non vengono persi a fronte di congestione • rischio di “deadlock” ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 131 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 132 Pag. 22 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Commutazione di pacchetto Wormhole routing con deflessione • Modi di trasferimento in una rete a commutazione di pacchetto: • i worm che trovano il canale d’uscita occupato sono deflessi su un’altra uscita • richiede lo stesso numero di ingressi e uscita • necessità di poca memoria nei nodi • i worm non vengono persi a fronte di congestione • rischio di “livelock” • non si garantisce il mantenimento della sequenza – datagram (senza connessione) – circuito virtuale (con connessione) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 133 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 134 Servizio su circuiti virtuali (con connessione) Servizio erogato in modalità datagram (senza connessione) • la comunicazione è suddivisa in tre fasi • non esiste una suddivisione della comunicazione in tre fasi perché non c’è alcun accordo preliminare sulla fornitura del servizio • pacchetti diversi con uguale sorgente e destinazione possono seguire percorsi diversi – apertura connessione (segnalazione) – trasferimento dati – chiusura connessione (segnalazione) • esiste un accordo preliminare tra i due interlocutori e il fornitore del servizio • pacchetti diversi con uguale sorgente e destinazione seguono tutti lo stesso percorso ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 135 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 136 Servizio su circuito virtuale (con connessione) Servizio su circuito virtuale • Il servizio su circuito virtuale in reti a pacchetto non è equivalente al servizio in reti a circuito perché non si allocano staticamente risorse a una comunicazione • (s)vantaggi rispetto al datagram – mantenimento della sequenza – minor variabilità dei ritardi – instradamento solo in fase di apertura di connessione ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 137 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 138 Pag. 23 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Servizio su circuito virtuale (con connessione) Commutazione di pacchetto • (s)vantaggi rispetto alla commutazione di circuito • (s)vantaggi rispetto alla commutazione di circuito – tariffazione in funzione del traffico trasmesso – elaborazione di ogni pacchetto in ogni nodo – ritardo di trasferimento variabile – utilizzazione efficiente delle risorse anche in presenza di traffico intermittente – possibilità di controllo di correttezza lungo il percorso – possibilità di conversioni di velocità, formati, protocolli ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 139 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 140 Informazione di indirizzamento Circuiti virtuali: identificatori • Nel caso datagram occorre identificare in ogni pacchetto la coppia sorgente/destinazione (quindi utilizzare identificatori globali) • Nel caso di circuiti virtuali è sufficiente identificare il circuito virtuale (anche con identificatori locali ad ogni tratta). La coppia sorgente-destinazione è utilizzata solo in fase di apertura del circuito 216 TE1 32 1 5 5 3 3 4 4 TE2 1 TE3 612 1 2 2 3 4 5 2 1 2 3 IN etichetta OUT etichetta 1 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 141 32 5 612 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 142 Raggruppamento di circuiti virtuali: nomenclatura ATM Circuiti virtuali: identificatori • Una connessione su un canale è identificata logicamente da un’etichetta • Etichetta = spesso è coppia di identificatori VPI 1 VCI 1 – LCG-LCN in X.25, VCI-VPI in ATM • Circuito virtuale: associato a una singola comunicazione • Gruppo: associato a un insieme di circuiti virtuali VCI 2 VCI 3 • Gruppo permette di aggregare flussi VCI 4 – Facilita operazioni gestione interna rete – Esempi: collegamento tra LAN, flussi multimediali voce e video VPI 6 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 143 VCI 5 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 144 Pag. 24 512 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Circuiti permanenti e commutati Tecniche di commutazione • PVC (Circuiti virtuali permanenti) • Commutazione = allocazione di risorse – creati tramite il sistema di gestione della rete, non in tempo reale – definiscono una rete semi-statica – commutazione di circuito = allocazione totale al flusso di informazione – commutazione di pacchetto = nessuna allocazione al flusso di informazione – pacchetto con circuiti virtuali = allocazione parziale di risorse (canali, memoria, instradamenti) al flusso di informazione • SVC (Circuiti virtuali commutati) – creati su richiesta dell’utente tramite segnalazione della rete, in tempo reale ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 145 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 146 Tecniche di commutazione Tecniche di commutazione • commutazione di circuito = commutazione posizionale • commutazione di pacchetto = commutazione di etichetta (label) • commutazione di circuito = multiplazione (statistica) sulla scala temporale delle chiamate/connessioni • commutazione di pacchetto = multiplazione (statistica) sulla scala temporale delle unità dati ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 147 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 148 Tecniche di commutazione Tecniche di commutazione • Commutazione = allocazione di risorse • Commutazione = allocazione di risorse – commutazione di circuito = allocazione preventiva delle risorse necessarie ad un trasferimento di informazione – commutazione di pacchetto = allocazione progressiva delle risorse necessarie ad un trasferimento di informazione – allocazione preventiva delle risorse necessarie ad un trasferimento di informazione – allocazione progressiva delle risorse necessarie • scarto della richiesta e rilascio delle risorse impegnate quando l’allocazione non è possibile per evitare il rischio di deadlock ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 149 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 150 Pag. 25 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Tecniche di commutazione e qualità di servizio (QoS) Tecniche di commutazione e qualità di servizio (QoS) • la commutazione di pacchetto (datagram) non prevede allocazione preventiva di risorse • fenomeni di congestione portano a degrado di prestazioni e perdita delle unità dati • un flusso di informazioni non subisce una fase di richiesta / accettazione (Call Admission Control - CAC) • nel caso datagram un flusso di informazioni non subisce una fase di Call Admission Control • l’attivazione di nuovi flussi può aumentare la congestione, deteriorando la QoS di flussi esistenti • per garantire qualche forma di QoS occorre un meccanismo di CAC e di riconoscimento dei flussi (classificazione) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 151 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 152 Tecniche di commutazione e qualità di servizio (QoS) Commutazione di pacchetto e tariffazione • La tecnica dei circuiti virtuali, abbinata a forme di CAC e di classificazione consente di garantire qualche forma di QoS • Internet non prevede circuiti virtuali: i nuovi router cercano di fare una classificazione dei flussi • ATM prevede solo circuiti virtuali • Tipi di tariffazione: – a tempo: non adatta alla commutazione di pacchetto – a volume: non accettabile senza QoS – abbonamento (“flat-rate”): • è compatibile con forme di QoS? • è compatibile con servizi non dati? ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 153 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 154 ITU-T: definizione • Segnalazione: lo scambio di informazioni che riguardano l’apertura e il controllo di connessioni e la gestione di una rete di telecomunicazione Tecniche di segnalazione Gruppo Reti TLC [email protected] http://www.tlc.polito.it/ ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 155 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 156 Pag. 26 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Tecniche di segnalazione Segnalazione associata al canale • Esiste una corrispondenza biunivoca tra: • Si distinguono: – canale controllante (informazioni di segnalazione) – canale controllato (informazioni di utente) – segnalazione di utente: scambio di informazioni tra utente e nodo – segnalazione internodale (di rete): scambio di informazioni tra nodi • Usata in reti a circuito per telefonia o per dati di vecchia tecnologia • Segnalazione: informazioni d’utente 1 2 – associata al canale: associati k • in banda • fuori banda 1 2 – a canale comune k segnalazione ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 157 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 158 Segnalazione associata al canale Segnalazione associata al canale • Segnalazione associata al canale: in banda (canale controllante controllato coincidono - sono usati in tempi diversi) • Segnalazione associata al canale: fuori banda (canale controllante e controllato distinti) 1 2 segnalazione k 1 2 1 2 informazioni d’utente segnalazione k k ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 159 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 160 Segnalazione a canale comune Segnalazione a canale comune • un canale di segnalazione controlla più canali di informazioni di utente • il canale di segnalazione funziona a pacchetto • usata nelle reti con tecnologie avanzate • standard ITU-T Sistema di segnalazione n. 7 (SS n. 7) informazione d’utente 1 2 k 1 k segnalazione ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 161 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 162 Pag. 27 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Segnalazione a canale comune • L’uso della segnalazione a canale comune nelle nuove reti a circuito porta alla definizione di una rete di segnalazione • Tra le informazioni di segnalazione hanno particolare rilevanza gli indirizzi di utente: INDIRIZZI E NUMERAZIONE Tecniche di gestione Gruppo Reti TLC [email protected] http://www.tlc.polito.it/ ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 163 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 164 Controllo e gestione delle reti • Il Network Management normalmente consiste di diverse funzioni: – gestione della configurazione (Configuration Management) – gestione delle prestazioni (Performance Management) – gestione dei guasti (Fault Management) – gestione della sicurezza (Security Management) – gestione della tariffazione (Accounting Management) Gestione delle reti • Per avere buone prestazioni (p. es. SONET/SDH può recuperare situazioni di guasto in 60 ms) le funzioni di gestione vengono sovente realizzate in modo distribuito e non centralizzato. • Il mondo Internet basa l’ambiente di gestione sul protocollo Simple Network Management Protocol (SNMP). • Il mondo dei gestori pubblici sta convergendo verso un contesto di gestione detto Telecommunications Management Network (TMN), utilizzando il protocollo Common Management Information Protocol (CMIP) e utilizzando basi di dati distribuite dette Management Information Base (MIB). ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 165 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 166 Qualità di Servizio Qualità di Servizio nelle reti di telecomunicazione • Per il progetto di una rete si devono definire le caratteristiche secondo le quali le informazioni sono emesse dalle sorgenti nell’ambito di un servizio di telecomunicazione • È necessario anche identificare le risorse di rete Gruppo Reti TLC [email protected] http://www.tlc.polito.it/ – Risorse di trasferimento – Risorse di elaborazione ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 167 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 168 Pag. 28 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Qualità di Servizio • Le risorse di rete possono essere – Indivise • assegnate in modo permanente ad una attività • Esempi: doppino d’utente, attacco d’utente – Condivise • utilizzabili da più attività (in tempi distinti) • Esempi: linee di giunzione, processori per trattamento di chiamata Qualità di Servizio • La disponibilità di risorse nella rete e le tecniche di allocazione delle risorse alle comunicazioni determinano la qualità del servizio fornito all’utente • L’analisi e il progetto di una rete di TLC si basano su modelli quantitativi che permettono di stimare la qualità del servizio fornito a partire da ipotesi relative alle risorse e alle attività ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 169 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 170 Qualità di Servizio • Problema di analisi: Qualità di Servizio • Problema di progetto: – Date: – Date: • richieste di servizio • richieste di servizio • risorse disponibili • qualità del servizio – Determinare: – Determinare: • qualità del servizio • risorse necessarie ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 171 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 172 Caratterizzazione delle sorgenti di informazione Qualità di Servizio • Servono modelli matematici per: • analogiche: voce, video – caratterizzare le richieste di servizio – caratterizzate dalle loro caratteristiche spettrali (occupazione in banda, correlazione, ...) – descrivere l’interazione tra attività e risorse – calcolare la qualità del servizio • numeriche (o numerizzate): dati, voce (numerizzata), video (numerizzato) – caratterizzate dalla velocità di cifra e dalla loro impulsività (burstiness) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 173 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 174 Pag. 29 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Caratterizzazione delle sorgenti di informazione • Sorgenti numeriche: Caratterizzazione delle sorgenti di informazione • Sorgenti CBR: – a velocità costante (Constant Bit Rate - CBR) – velocità (b/s) • voce numerizzata (64 kb/s, 32 kb/s) – durata (s) • videoconferenza (n x 64 kb/s) – processo di generazione delle chiamate – a velocità variabile (Variable Bit Rate - VBR) • video MPEG (ordine dei Mb/s) • file transfer (da kb/s a Mb/s) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 175 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 176 Caratterizzazione delle sorgenti di informazione Caratterizzazione delle sorgenti di informazione • Sorgenti VBR: V1 – velocità di picco (b/s) – velocità media (b/s) • Oppure: token bucket L – grado di intermittenza = velocità di picco / velocità media V2 sorgente – durata (s) rete – processi di generazione delle chiamate ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 177 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 178 Indici di qualità • Tipi di informazione diversi richiedono alla rete prestazioni diverse Indici di qualità • Esempio: la telefonia (CBR) – ritardo massimo pari a qualche decimo di secondo tempo reale • Indici di qualità: – ritardo (valor medio, percentile, tempo reale) – velocità 64 kb/s (o meno) – velocità – probabilità di errore non superiore a qualche % – probabilità di errore – probabilità di blocco bassa – probabilità di blocco ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 179 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 180 Pag. 30 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Indici di qualità Indici di qualità • Esempio: la posta elettronica (VBR) • Esempio: il video su richiesta – ritardo massimo fino a diversi minuti – ritardo massimo fino a qualche secondo - tempo reale – velocità bassa – velocità di decine di Mbit/s – probabilità di errore trascurabile – probabilità di errore non superiore a qualche % – probabilità di blocco trascurabile – probabilità di blocco molto bassa ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 181 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 182 Caratteristiche di alcuni servizi Caratteristiche di alcuni servizi traffico modem 103 102 101 video conferenza 1 ora dati a bassa 101 velocità 1 min. voce telemetria burstiness HI-FI audio 104 100 video video telefonia dati ad alta velocità voce dati bassa velocità 102 facsimile 102 103 104 105 106 107 1 Mbit/s 1 kbit/s 108 velocità 103103 (bit/s) HDTV non compresso VIDEO 1 101 audio circuito pacchetto durata collegamento (s) 105 LAN bassa velocità terminali di host 104 105 compresso dati non connessi LAN alta velocità 106 super calcolatori immagini 107 108 109 1010 velocità di picco ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 183 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 184 Teletraffico Teletraffico • La disciplina matematica su cui si basano la costruzione e la soluzione di modelli per l’analisi e il progetto di una rete di telecomunicazione prende il nome di • La caratterizzazione delle richieste di servizio corrisponde alla definizione del traffico – traffico di telecomunicazione o teletraffico teoria del teletraffico • Pioniere di tale teoria fu il matematico danese Agner Krarup Erlang (1878-1929) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 185 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 186 Pag. 31 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Modelli matematici Modelli a coda • Oggi la disponibilità di elevate capacità di elaborazione consente la simulazione di una rete di telecomunicazioni. • Il simulatore è solitamente dedicato ad un particolare aspetto della rete (segnalazione, traffico, copertura radio, …). coda centro di servizio λ λ 0 1 ρ=λ/µ λ 2 µ µ πÿ=ρÿ(1−ρ) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 187 µ λ λ 3 ... 4 µ Ε[Τ]=1/(µ−λ) µ Ε[Ν]=λ/(µ−λ) ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 188 Modelli matematici Modelli matematici • Modelli di nodo in reti a commutazione di circuito • Esempio: – centrale con 100 utenti – ogni utente genera un traffico pari 0.1 Erlang – P {blocco} = 5% (se non posso memorizzare) – P {coda} = 5% (se posso memorizzare) M /M /m M /M /m /0 • Ipotesi: – arrivi secondo un processo di Poisson (λ) – servizi con ddp esponenziale negativa (µ) – m risorse indistinguibili • Il progetto di reti a commutazione di circuito usa le formule di Erlang ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 189 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 190 Modelli matematici Ipotesi modello • N nodi • M canali (il canale i ha velocità Ci bit/s) • pacchetti la cui lunghezza ha ddp esponenziale negativa con valor medio 1/µ bit • 1/(µCi) è il tempo medio di trasmissione di un pacchetto sul canale i • generazione di pacchetti al nodo i con destinazione al nodo j secondo processo di Poisson a velocità µij bit/s • Modelli di reti a commutazione di pacchetto – reti di code partenze arrivi . /M /1 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 191 ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 192 Pag. 32 Introduzione alle Reti di Telecomunicazione Ipotesi modello Modelli matematici • disciplina FIFO per le trasmissioni su ogni canale • instradamento fisso o statico • memoria illimitata nei nodi • canali che non introducono errori • tempi di elaborazione e propagazione trascurabili • indipendenza delle lunghezze dei pacchetti ai vari canali • Il valor medio del ritardo dei pacchetti nella rete è λ ÿ ÿ[ ] = • γ = ÿ ÿ γ =ÿ • λ ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 193 µ γ ÿ =ÿ µ −λ velocità totale di arrivo =ÿ intensità di traffico sul canale i ARCHITETTURE E PROTOCOLLI- 194 Pag. 33