Introduzione alle Reti di Telecomunicazione

Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Sorgenti di informazione
• analogiche: voce, video
• caratterizzate dalle loro caratteristiche spettrali
(occupazione in banda, correlazione, ...)
• numeriche (o numerizzate): dati, voce (numerizzata), video
Qualità di Servizio nelle
Reti di Telecomunicazione
(numerizzato)
• caratterizzate dalla velocità di cifra e dalla loro
impulsività (burstiness)
Sorgenti numeriche
Caratterizzazione
• a velocità costante (Constant Bit Rate - CBR)
+ voce numerizzata (64 kb/s, 32 kb/s)
+ videoconferenza (n x 64 kb/s)
• a velocità variabile (Variable Bit Rate - VBR)
+ video MPEG (ordine dei Mb/s)
+ file transfer (da kb/s a Mb/s)
Sorgenti CBR
+ velocità
(b/s)
+ durata
(s)
+ processo di generazione delle chiamate
Caratterizzazione
Caratterizzazione delle sorgenti
V1
Sorgenti VBR
+ velocità di picco (b/s)
+ velocità media
(b/s)
oppure
+ grado di intermittenza =
velocità di picco / velocità media
+ durata
(s)
+ processi di generazione delle chiamate
token
bucket
L
V2
sorgente
Pag. 1
rete
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Esempio: la telefonia (CBR)
Tipi di informazione diversi richiedono alla rete
prestazioni diverse
• ritardo massimo pari a qualche decimo di secondo tempo reale
• velocità 64 kb/s (o meno)
• probabilità di errore non superiore a qualche %
• probabilità di blocco bassa
Indici di qualità
• ritardo (valor medio, percentile, tempo reale)
• velocità
• probabilità di errore
• probabilità di blocco
Esempio: la posta elettronica (VBR)
Esempio: il video su richiesta
• ritardo massimo fino a qualche
secondo - tempo reale
• velocità di decine di Mbit/s
• probabilità di errore non superiore a
qualche %
• probabilità di blocco molto bassa
• ritardo massimo fino a diversi minuti
• velocità bassa
• probabilità di errore trascurabile
• probabilità di blocco trascurabile
! Condivisione di canale tra diversi flussi di
informazione in una rete di TLC
Multiplazione
Modi di trasferimento nelle
Reti di Telecomunicazione
se tutti i flussi sono disponibili in un unico punto
Accesso multiplo
se i flussi accedono al canale da punti differenti
Pag. 2
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
f
! Multiplazione di frequenza (FDM - FDMA)
! Separazione ottenuta usando bande di
frequenza diverse
Servono bande di guardia
! Per eseguire queste funzioni si possono
utilizzare
Frequenza (FDM - FDMA)
Tempo
(TDM - TDMA)
Codice
(CDM - CDMA)
Spazio
f
canale
t
t
! Multiplazione di tempo (TDM - TDMA)
! Separazione ottenuta usando intervalli di
tempo diversi
Servono trame temporali che si ripetono
Servono tempi di guardia
c
f
t
! Multiplazione di codice (CDM - CDMA)
! Separazione ottenuta usando codici diversi
Servono codici riconoscibili
L’asse dei codici NON e` ortogonale a
tempo e frequenza
f
t
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 diversita`
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)
Pag. 3
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
! Condivisione di un nodo tra diversi flussi di
informazione in una rete di TLC
ITU-T
Commutazione:
il processo di interconnessione di unità
funzionali, canali di trasmissione o circuiti di
telecomunicazione per il tempo necessario per il
trasferimento di segnali
Commutazione di circuito
se i flussi sono continui (telefonia)
Commutazione di pacchetto e cella
se i flussi sono intermittenti (trasmissione dati)
Commutazione di circuito
La rete usa le risorse disponibili per allocare un
circuito a ogni richiesta di servizio
Commutazione:
Un circuito costituisce un collegamento fisico tra i due
terminali di utente
il processo di allocazione delle risorse
di rete necessarie per il trasferimento
dell’informazione
U1
N1
Commutazione di circuito
• impegno
U2
• trasferimento dati
• svincolo
N2
Commutazione di circuito
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
t
Pag. 4
t
t
t
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Struttura di nodo di rete a
commutazione di circuito
Commutazione di circuito
interfaccia
di
ingresso
Rete
di
connessione
Vantaggi:
interfaccia
di
uscita
• ritardi di trasferimento costanti
• trasparenza del circuito (formati, velocità,
protocolli)
• bassi ritardi nell’attraversamento dei nodi
comando
Segnalazione
Sistema
di
comando
Segnalazione
Commutazione di circuito
Commutazione di pacchetto
Non si allocano risorse per l’uso esclusivo di due
o più utenti.
Svantaggi:
•
•
•
•
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
Commutazione di pacchetto
Funzionamento analogo al sistema postale.
L’informazione da trasferire è organizzata in
unità dati (PDU) che comprendono
informazione di utente e di controllo
P.T.
INDIRIZZO
P.T.
PCI
SDU
PDU = protocol data unit (unità dati)
PCI = protocol control information (controllo)
SDU = service data unit (informazione di utente)
P.T.
Pag. 5
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
store-and-forward
Le unità dati vengono consegnate alla rete
Ogni nodo
• memorizza il pacchetto
• elabora il pacchetto e determina il canale su
cui inoltrarlo
• mette il pacchetto in coda per la trasmissione
sul canale
• 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
funzionamento store and forward
Struttura di un nodo di rete a
commutazione di pacchetto
interfaccia
di
ingresso
memorizzazione
L’informazione di utente può dover essere
frazionata in molti pacchetti
interfaccia
di
uscita
Code
di
uscita
Memoria
Elaborazione
• alle uscite
• agli ingressi
• mista
PCI
U1
N1
N2
SDU
U2
La lunghezza dei pacchetti è determinata da
• possibilità di parallelizzazione
t
t
t
pacchetti brevi favoriscono la trasmissione in
parallelo su canali diversi di pacchetti di una
stessa comunicazione
t
Pag. 6
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
La lunghezza dei pacchetti è determinata da
La lunghezza dei pacchetti è determinata da
• possibilità di parallelizzazione
• ritardo di pacchettizzazione
• possibilità di parallelizzazione
• ritardo di pacchettizzazione
• percentuale di informazione di controllo
pacchetti lunghi riducono la percentuale di
informazione di controllo
pacchetti brevi riducono il ritardo di
pacchettizzazione
Pacchetti lunghi riducono la percentuale di
informazione di controllo
La lunghezza dei pacchetti è determinata da
• possibilità di parallelizzazione
• 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
pacchetti corti riducono la probabilità di errore
p
s+ p
Commutazione di pacchetto
Pacchetti corti riducono la probabilità di errore
pacchetti di n bit
canale con errori indipendenti
probabilità di errore p
Vantaggi rispetto alla commutazione di circuito
• 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
Pag. 7
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Commutazione di pacchetto
Modi di trasferimento in una rete a
commutazione di pacchetto
Svantaggi rispetto alla commutazione di circuito
• elaborazione di ogni pacchetto in ogni nodo
• ritardo di trasferimento variabile
• datagram (senza connessione)
• circuito virtuale (con connessione)
Servizio su circuiti virtuali (con connessione)
Servizio erogato in modalità datagram (senza
connessione)
• la comunicazione è suddivisa in tre fasi
• apertura connessione
• trasferimento dati
• chiusura connessione
• non esiste una suddivisione della
comunicazione in tre fasi perchè non c’è
alcun accordo preliminare sulla fornitura
del servizio
• esiste un accordo preliminare tra i due
interlocutori e il fornitore del servizio
• pacchetti diversi con uguale sorgente e
destinazione possono seguire percorsi
diversi
• pacchetti diversi con uguale sorgente e
destinazione seguono tutti lo stesso percorso
Servizio su circuito virtuale (con connessione)
Il servizio su circuito virtuale in reti a pacchetto
non è equivalente al servizio in reti a circuito
perchè
(s)vantaggi rispetto al datagram
• mantenimento della sequenza
• minor variabilità dei ritardi
• instradamento solo in fase di
apertura di connessione
non si allocano staticamente risorse a
una comunicazione
Pag. 8
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Commutazione di pacchetto
Commutazione di pacchetto
(s)vantaggi rispetto alla commutazione
di circuito
(s)vantaggi rispetto alla commutazione
di circuito
• 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
• elaborazione di ogni pacchetto in ogni nodo
• ritardo di trasferimento variabile
Informazione di indirizzamento
Tecniche di commutazione
commutazione = allocazione di risorse
• nel caso datagram occorre identificare in
ogni pacchetto la coppia sorgente/destinazione
(quindi utilizzare identificatori globali)
• 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
• nel caso di circuiti virtuali è sufficiente
identificare il circuito virtuale (anche con
identificatori locali ad ogni tratta)
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
Pag. 9
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Tecniche di commutazione
Tecniche di commutazione
commutazione = allocazione di risorse
commutazione = allocazione di risorse
• allocazione preventiva delle risorse necessarie
ad un trasferimento di informazione
• allocazione progressiva delle risorse necessarie
• 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
scarto della richiesta e rilascio delle
risorse impegnate quando l’allocazione
non è possibile per evitare il rischio di
deadlock
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
nel caso datagram un flusso di informazioni non
subisce una fase di Call Admission Control
fenomeni di congestione portano a degrado di
prestazioni e perdita delle unità dati
l’attivazione di nuovi flussi può aumentare la
congestione, deteriorando la QoS di flussi esistenti
un flusso di informazioni non subisce una fase
di richiesta / accettazione
(Call Admission Control - CAC)
per garantire qualche forma di QoS occorre un
meccanismo di CAC e di riconoscimento dei flussi
(classificazione)
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
Tipi di tariffazione:
a tempo: non adatta alla commmutazione
di pacchetto
a volume: non accettabile senza QoS
abbonamento (“flat-rate”):
è compatibile con forme di QoS?
è compatibile con servizi non dati?
Internet non prevede circuiti virtuali: i nuovi router
cercano di fare una classificazione dei flussi
Pag. 10
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Tecniche di segnalazione
ITU-T
Tecniche di
Segnalazione
Segnalazione:
lo scambio di informazioni che riguardano
l’apertura e il controllo di connessioni e la
gestione di una rete di telecomunicazione
Segnalazione associata al canale:
esiste una corrispondenza biunivoca tra
• canale controllante (informazioni di
segnalazione)
• canale controllato (informazioni di utente)
Si distinguono:
• segnalazione di utente
- scambio di informazioni tra utente e nodo
• segnalazione internodale (di rete)
- scambio di informazioni tra nodi
informazioni
d’utente
1
• associata al canale
- in banda
- fuori banda
• a canale comune
associati
2
k
1
2
k
segnalazione
Segnalazione associata al canale:
• fuori banda (canale controllante e
controllato distinti)
Segnalazione associata al canale:
• in banda (canale controllante
controllato coincidono - sono usati in
tempi diversi)
1
2
k
1
2
segnalazione
informazioni
d’utente
segnalazione
k
1
2
Segnalazione associata al canale:
usata in reti a circuito per telefonia o per dati
k
di vecchia tecnologia
Pag. 11
Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Segnalazione a canale comune:
• un canale di segnalazione controlla
più canali di informazioni di utente
• il canale di segnalazione funziona a
pacchetto
Segnalazione a canale comune:
• 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
L’uso della segnalazione a canale comune
nelle nuove reti a circuito porta alla
definizione di una rete di segnalazione
Tecniche di
Gestione
Tra le informazioni di segnalazione
hanno particolare rilevanza gli
indirizzi di utente:
INDIRIZZI
E
NUMERAZIONE
Controllo e gestione di reti
Gestione di 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 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)
! 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).
Pag. 12