Corso di RETI DI COMUNICAZIONE E INTERNET

Politecnico di Milano – Sede di Cremona
A.A. 2010/11
Corso di
RETI DI COMUNICAZIONE E INTERNET
Modulo 1
Martino De Marco
([email protected], [email protected])
Parte 2
RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 1
Programma del corso
1 - RETI E SERVIZI DI
TELECOMUNICAZIONI
1.1 Servizi di telecomunicazioni
1.2 Caratterizzazione delle reti di
telecomunicazioni
1.3 Protocolli di comunicazione
2 - RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA
(WAN)
2.1 Il livello data-link
2.2 Il livello di rete
2.3 Valutazione delle prestazioni
2.4 Cenni sull’evoluzione delle reti
dati in area geografica
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
3 - RETI DATI IN AREA LOCALE
(LAN)
3.1 Architetture e protocolli per
LAN
3.2 LAN IEEE 802.3
3.3 Wireless LAN
3.4 Interconnessione LAN
(bridging e routing)
4 - FONDAMENTI DI TELEFONIA
FISSA E MOBILE
4.1 Reti fisse analogiche e
digitali
4.2 Reti radiomobili
Slide 2
Sommario
•
•
•
•
Generalità
Livello 2: collegamento dati
Livello 3: rete
Prestazioni
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 3
Reti in area geografica - Generalità
• Topologia costituita da
– Rete di trasporto a lunga distanza
– Nodi della rete di accesso
– Rami tra le due reti
• Caratteristiche
– Rete a maglia
– Senza o con gerarchia
• Aspetti fondamentali
– Rami
• Capacità trasmissiva
– Nodi
• Velocità di elaborazione
• Capacità di memoria
• Parametri di prestazione
– Throughput
– Ritardo
– Probabilità di perdita
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 4
Sommario
• Generalità
• Livello 2: collegamento dati
– Protocolli Stop and wait e ARQ
– Protocollo HDLC
• Livello 3: rete
• Prestazioni
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 5
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
OSI – DataData-link Layer
• Trasferisce IU prive di errore tra entità di rete su un mezzo
trasmissivo reale
• Fornisce i mezzi funzionali e procedurali per instaurare una
connessione tra entità dello strato di rete per il trasferimento
dei dati in modo trasparente e affidabile
• I servizi forniti sono:
–
–
–
–
–
–
–
L'apertura e il rilascio di una connessione di collegamento
La frammentazione dei dati in trame
Il trasferimento trasparente dei dati (framing)
Il rilevamento e il recupero degli errori
Il controllo di flusso
Il controllo della sequenza dei dati
Accesso a mezzo condiviso
7
Application layer
6 Presentation layer
5
Session layer
4
Transport layer
3
Network layer
2
1
Data link layer
Physical layer
• Esempi: HDLC, ITU-T LAP-B e LAP-D, IEEE 802.x
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 6
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Livello di collegamento dati
• Compito fondamentale: elevare le prestazioni di una linea
fisica con dato tasso di errore offrendo al livello di rete un
servizio di collegamento privo di errori
• Informazione strutturata in trame
• Funzioni fondamentali
–
–
–
–
–
Gestione del collegamento dati
Delimitazione delle trame
Indirizzamento
Controllo degli errori e delle eventuali ritrasmissioni
Controllo di flusso
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 7
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Controllo e recupero degli errori
• Strategie
– Forward Error Control - FEC
•
•
•
•
Codici a blocchi
Codici convoluzionali
Traffico indipendente dal tasso di errore
Processing sempre più spinto per codici più complessi
– Automatic Repeat reQuest
• Usa un codice di rivelazione di errore
• Richiede un canale di ritorno
• Il traffico aumenta con il tasso di errore
• Protocolli impiegati:
– Stop and wait
– Continuous ARQ: trame numerate
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 8
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Stop and wait - Assenza di errori
• Parametri:
–
–
–
−
–
–
–
–
–
Tf: tempo di trasmissione di una trama (s)
Ta: tempo di trasmissione di un riscontro (s)
Tp: tempo di elaborazione (s)
τ: tempo di propagazione (s)
C: frequenza di cifra del canale (bit/s)
Lf: lunghezza della trama (bit)
La: lunghezza del riscontro (bit)
d: distanza tra trasmettitore e ricevitore (m)
v: velocità di propagazione (m/s)
B
A
Tf
τ
Tp
τ
Ta
Tp
• Efficienza η del protocollo in assenza di errori:
frazione di tempo in cui il canale è impegnato
a trasmettere “trame utili”
η=
Tf
Tf
1
≅
=
Tf + Ta + 2T p + 2τ T f + 2τ 1+ 2a
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
a=
τ
Tf
=
d v
Lf C
Slide 9
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Stop and wait - Presenza di errori
• Presenza di errori su trame o riscontri
richiede la ritrasmissione con time-out T
Tf
• T > Ta + 2T p + 2τ
• Esempio di trasmissione con errore sul
riscontro
– Tx trasmette una trama due volte per
scadenza del time-out e riceve un riscontro
– Rx crede di aver ricevuto due trame diverse!
B
A
T
τ
Tp
τ
Ta
Tp
È necessario numerare le trame!
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 10
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Stop and wait - Presenza di errori
B
A
• Esempio di trasmissione con errore
sulla trama
T
– Tx trasmette una trama due volte per
scadenza del time-out e riceve un
riscontro
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 11
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Stop and wait - Presenza di errori
• Selezione del time-out T
– Il tempo di elaborazione non è
controllabile
– Il time-out non deve essere troppo
grande per evitare inefficienze
– Valore minimo del time-out:
Ta+2Tp+2τ
• Presenza di errori su trame o riscontri
richiede la numerazione di trame e
riscontri per evitare ambiguità
A
B
0
T
ACK 0
0
1
ACK 0
ACK 1
– 1 bit di numerazione consente di scartare
trame duplicate o riscontri duplicati
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 12
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Stop and wait - Presenza di errori
Calcolo dell'efficienza in presenza di errori
•
Assunzioni
–
–
–
–
–
•
Errori sui bit e sulle trame mutuamente indipendenti
p: probabilità di un bit errato
P: probabilità di una trama errata
ai: probabilità di successo alla trasmissione i-esima
Ns: numero medio di trame trasmesse per trama ricevuta con successo
Calcolo efficienza (coeff. utilizzazione link)
• P =1− (1− p )Lf +La
∞
∞
i =1
i =1
• N s = ∑ ia i = ∑iP
• η=
∞
i −1
(1−P ) = (1−P )∑ iP i −1 =
i =1
1
1−P
Tf
Tf (1−P )
=
(N s −1)(Tf +T )+Tf +Ta + 2T p + 2τ Tf +TP + Ta + 2T p + 2τ (1−P )
(
• T =Ta + 2T p + 2τ → η = ηmax =
• Ta =Tp = 0 → ηmax =
Tf (1−P )
Tf +Ta + 2T p + 2τ
)
1−P
1+ 2a
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 13
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Continuous ARQ
A
B
1
2
ACK 1
3
ACK 2
Esempio di trasmissione
senza errori
4
ACK 3
5
ACK 4
6
ACK 5
7
ACK 6
ACK 7
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 14
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Continuous ARQ
• Due tipi di riscontri entrambi numerati
– ACK i: riscontro positivo di tipo cumulativo fino alla trama i
– NACK i: riscontro negativo della trama i
• Protocolli
– Go-back-n
• Trame ricevute fuori sequenza a causa di errori sono scartate
• Ritrasmissione a partire dall'ultima trama non riscontrata
• n è il numero massimo di trame che possono essere trasmesse in assenza di
riscontri (es. n=7 con numerazione modulo 8)
• NACK i indica riscontro negativo della trama i, ma anche riscontro positivo fino alla
trama i-1
– Selective repeat
• Trame accettate anche fuori sequenza → buffer richiesto in ricezione per
risequenziare le trame
• NACK i indica solo riscontro negativo della trama i
• Ritrasmissione selettiva
– Esplicitamente richiesta (NACK)
– Per scadenza di time-out
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 15
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Continuous ARQ - Esempi
B
A
1
A
B
A
1
2
1
2
ACK 1
3
2
ACK 1
ACK 1
3
ACK 2
4
3
ACK 2
ACK 2
4
ACK 3
5
4
ACK 3
ACK 3
5
6
5
6
NACK 4
7
4
4
5
0
ACK 4
6
T
7
5
ACK 7
4
ACK 0
ACK 0
2
Go-back-n
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
NACK 5
0
1
ACK 5
7
ACK 4
NACK 4
7
6
B
1
Selective repeat
Slide 16
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Continuous ARQ - Efficienza
•
Assunzioni
– Ta = Tp = 0
– K: numero di trame ritrasmesse in seguito a errore (trascurando la trama errata)
•
Calcolo efficienza (coeff. utilizzazione link)
– Hp: il buffer del Tx è sempre non vuoto
• η=
Tf
N sT f
=
1
Ns
• Selective repeat
1
• Ns =
1− P
• Go− back− n
(
) (
)(
) (
) ( )
1+ (K −1)P
+1=
(
) (
)
• N s = 1⋅ 1− P + K +1 P 1− P + 2K + 1 P 2 1− P + ...+ iK +1 P i 1− P + ... =
=
∞
∑ (iK +1)P i (1− P) = 1− P
i =0
KP
1− P
• KT f ≅ T f + 2τ → K = 1+ 2a
 1− P
SR

• η =  1− P
GBN

1+ 2aP
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 17
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Continuous ARQ - Sliding window
• Controllo di flusso sul collegamento dati mediante sliding window
– Controlla il riempimento dei buffer
– Basato su numerazione di trame modulo N
• Sliding window utilizza due finestre
– Finestra in trasmissione con ampiezza W
• Fino a Wt trame possono essere trasmesse in assenza di riscontro
• Ogni riscontro ricevuto fa scorrere la finestra
– Finestra in ricezione con ampiezza Wr
• Fino a Wr trame possono essere accettate
• Le trame accettate in sequenza fanno scorrere la finestra
– Vincolo per evitare ambiguità: Wt + Wr ≤ N
• Protocollo Go-back-n
– Wr = 1
– Wt ≤ N-1
• Protocollo Selective repeat
– Wt = Wr = W → W = N/2
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 18
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Continuous ARQ - Sliding window
• Effetto della relazione tra W e τ
B
A
B
A
Tf
WTf
0
Tf
0
2τ 1
WTf
2τ
1
ACK 0
ACK 0
ACK 1
2
3
ACK 1
2
ACK 2
3
ACK 2
ACK 3
W=4
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
ACK 3
W=2
Slide 19
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Sliding window - Efficienza
• Casi
• WTf >Tf + 2τ → W >1+ 2a
• WTf <Tf + 2τ → W <1+ 2a
• Senza errori
1
W > 1+ 2a

W
• η =  WTf
=
W < 1+ 2a
T + 2τ 1+ 2a
 f
• Con errori
• W > 1+ 2a : come prima
 1−P
SR

η =  1−P
GBN

1+ 2aP
• W < 1+ 2a
W (1−P )

 1+ 2a
WTf N s
W
η=
=
=
W (1−P )
N s (1+ 2a ) 
Tf + 2τ
(1+ 2a )[1+ (W −1)P ]
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
SR
GBN (K =W )
Slide 20
LIVELLO 2: COLLEGAMENTO DATI
Sliding window - Efficienza
ARQ - L =256, L =48, p=10
f
1.0
-6
ARQ - L =256, L =48, p=10
a
f
1.0
SR Ws =64
s
Protocol efficiency, η
Protocol efficiency, η
SR W =64
0.8
GBN
W =127
s
SR Ws =4
0.6
GBN
W =7
s
0.4
-4
a
Stop & Wait
0.2
0.0
0.8
SR W =4
GBN
Ws =127
s
0.6
W =7
s
0.4
Stop & Wait
0.2
0.0
0.1
1
10
100
Normalized propagation delay, a
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
1000
0.1
1
10
100
Normalized propagation delay, a
Slide 21
1000
Sommario
• Generalità
• Livello 2: collegamento dati
– Protocolli Stop and wait e ARQ
– Protocollo HDLC
• Livello 3: rete
• Prestazioni
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 22
LIVELLO 2: HDLC
High--level Data Link Control
High
• Tipo di stazione
– Primaria: responsabile del collegamento, emette comandi
– Secondaria: asservita alla primaria, emette risposte
– Combinata: emette sia comandi, sia risposte
• Configurazione del collegamento
– Sbilanciata: 1 primaria, ≥1 secondarie
– Bilanciata: 2 stazioni combinate
• Modi di trasferimento
– Asynchronous Balanced Mode (ABM): configurazione bilanciata
• 2 stazioni combinate
• Trasmissione di tipo full-duplex
– Normal Response Mode (NRM): configurazione sbilanciata
• 1 stazione primaria e almeo 1 stazione secondaria
• Trasmissione di tipo half-duplex
– Asynchronous Response Mode (ARM): configurazione sbilanciata
• Come NRM con possibilità per il secondario di iniziare la trasmissione senza
permesso
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 23
LIVELLO 2: HDLC
Struttura di trama
• Formato di trama
Flag
8 bit
Address Control
8xn bit
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
8/16 bit
Information
FCS
Flag
variable
16/32 bit
8 bit
Slide 24
LIVELLO 2: HDLC
Funzioni
• Flag: 01111110
– Trasparenza dati realizzata tramite bit stuffing
• Trasmittente inserisce uno 0 dopo ogni occorrenza di cinque 1 (non nei
flag)
• Ricevente rimuove lo zero dopo i cinque uni
a • 011111101011111110111111111110100011111101111110
b 0111111010111110110111110111110101000111110101111110
– Occorrenza di errori può causare
• Divisione di una trama in due (flag simulato all'interno di una trama)
• Fusione di due trame (flag tra due trame consecutive soggetto ad errore)
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 25
LIVELLO 2: HDLC
Funzioni
• Address: indica il secondario in configurazioni sbilanciate
–
–
–
–
Campo di 8 bit estendibili a multipli di 8
128 stazioni indirizzabili con configurazione base
Comandi (C): indirizzo indica il destinatario
Risposte (R): indirizzo indica il mittente
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 26
LIVELLO 2: HDLC
Funzioni
• Control: indica il tipo di trama e contiene la numerazione
1
– Tipi di trame
S
– Numerazione 3 bit estendibili a 7 con SNRME
• N(S): numero sequenziale
di trama
• N(R): numero prossima
trama attesa (riscontro
implicito fino a N(R)-1)
0
I
• Information
• Supervisory
• Unnumbered
1
I
3
4
0
1
S
2
1
5
6
7
U
8
N(S)
2
3
S
2
3
4
N(S)
1
2
1
0
1
2
1
1
9
10
4
S
4
5
6
7
8
9
0
0
0
0
0 P/F
6
5
12
13
7
6
7
8
8
M
14
15
16
14
15
16
N(R)
10
11
12
13
N(R)
– Controllo di flusso
• Esercitato con il controllo a finestra con N(s) e N(r)
– Recupero da errori
• Implementa sia Go-back-n, sia Selective repeat
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
8
N(R)
P/F
P/F
4
5
7
N(R)
P/F
M
11
6
P/F
3
3
5
Slide 27
LIVELLO 2: HDLC
Funzioni
• Frame check sequence: verifica la correttezza degli altri campi eccetto i flags
– Polinomio divisore CCITT-ITU: D(X) = X16 + X12 + X5 + 1 per FCS con k=16 bit
(cioè 10001000000100001)
– Campo da proteggere P(X) a n bit
– Campo FCS a k bit
– Trama trasmessa P'(X) a n+k bit
– Rivelazione di errore basata sull'aritmetica modulo 2
P (X ) ⋅X k
R (X )
= Q(X ) +
D(X )
D(X )
k
• P ′(X ) = P (X )⋅ X +R(X )
•
P ′(X ) P (X )⋅ X k R(X )
R(X )
•
=
+
= Q(X ) + 2
= Q(X )
D(X )
D(X )
D(X )
D(X )
– Errore rivelato se la divisione in ricezione produce resto ≠ 0
– Protezione da
•
•
•
•
Errori singoli su bit
Errori su due bit se D(X) ha almeno tre 1
Errori a burst con lunghezza di burst < k
La maggior parte degli errori a burst
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 28
LIVELLO 2: HDLC
Gestione del collegamento dati
Type
Frame
C
R
¦
¦
RR
¦
¦
RNR
¦
¦
REJ
¦
¦
SREJ
¦
¦
SIM
¦
SNRM/SNRME
¦
SARM/SARME
¦
SABM/SABME
¦
I
S
• Comandi e risposte
– Comando: indirizzo del destinatario
– Risposta: indirizzo del mittente
UA
U
¦
UI
¦
RSET
¦
FRMR
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
¦
¦
DISC
¦
Others
¦
¦
Slide 29
LIVELLO 2: HDLC
Gestione del collegamento dati
A
B
SABM
A
B
I,0,0
T
I,1,0
I,0,0
SABM
I,2,0
ABM ideale
RR,2
UA
I,3,1
I,1,2
DISC
RR,4
RR,2
UA
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 30
LIVELLO 2: HDLC
Gestione del collegamento dati
A
B
A
I,0,0
I,1,0
B
I,0,0
I,0,0
I,1,0
I,2,0
RR,1
I,2,0
I,0,0
I,3,1
ABM con errore
in GBN e SR
REJ,1
I,3,0
SREJ,1
I,1,1
I,2,1
I,1,1
RR,1
I,1,1
RR,2
I,4,1
I,3,2
I,1,1
RR,4
RR,3
RR,2
RR,4
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
RR,5
Slide 31
LIVELLO 2: HDLC
Gestione del collegamento dati
A
B
I,0,0
I,0,0
RR,1
T
ABM con
ritrasmissione
per timeout
I,1,0
I,2,1
RR,2
I,0,1
RR,3
I,3,1
I,1,3
RR,2
RR,4
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 32
LIVELLO 2: HDLC
Gestione del collegamento dati
B
B
A
A
C
C
C, I,1,4, P
C, SNRM, P
C, I,4,2. F
C, UA, F
C, I,0,0, P
Esempio di
NRM
C, I,0,1
C, I,1,1
C, I,2,1
C, I,3,1, F
C, RNR,5
UI
UI
UI
UI
B, RR,0,P
B, I,0,1
B, I,1,1
B, I,2,1,F
C, RR,4
B, SNRM, P
B, UA, F
B, SREJ,1, P
B, I,0,0, P
B, I,1,1,F
B, RR,1, F
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
B, RR,3
Slide 33
LIVELLO 2: HDLC
Gestione del collegamento dati
B
A
C
C, RR,5, P
C, I,5,2. F
T
Esempio di
NRM (cont.)
C, RR,5, P
T
C, I,2,5, P
C, I,5,3. F
C, RR,6
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 34
LIVELLO 2: HDLC
Gestione delle finestre
• Finestra in trasmissione
– Trasmesse, in assenza di riscontro, fino a Ws trame con
Ls ≤ N(s) ≤ (Ls+Ws-1)modN
– Ls = ultimo N(r) ricevuto in trame I, RR, RNR, REJ
• Finestra in ricezione
Ls=3
Ws=7
– Wr = 1
– Ws ≤ N-1
1
3
0
4
7
– Accettate tutte le trame con Lr ≤ N(s) ≤ (Lr+Wr-1)modN
– Lr = ultimo N(r) inviato in trame I, RR, RNR, REJ
• Protocollo Go-back-n
2
5
Lr=5
Wr=1
2
6
1
3
0
4
7
• Protocollo Selective repeat
– Ws = Wr = W → W = N/2
5
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
6
Slide 35
LIVELLO 2: HDLC
Parametri del protocollo
• Alcuni parametri del protocollo
– T1: time-out per ritrasmissione in assenza di riscontro
– T2: max intervallo di tempo ammesso per elaborazione trama ricevuta e
inizio di trasmissione riscontro
– N1: max numero di bit del campo informativo
– N2: max numero di ritrasmissioni ammesse per ogni trama
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 36
Sliding window - Efficienza Collegamenti
terrestre e via satellite
ARQ - La=48, p=10 , τ=5 ms, C=64 kbit/s
ARQ - La=48, p=10 , τ=250 ms, C=64 kbit/s
-4
1.0
-4
1.0
SR W =64
SR W =64
0.8
s
Protocol efficiency, η
Protocol efficiency, η
s
GBN
W =127
s
0.6
GBN
Ws =7
0.4
SR W =4
s
0.2
0.0
0.8
0.6
0.4
GBN
Ws =127
0.2
SR Ws =4
GBN
Ws =7
0.0
10
1
10
2
3
10
10
Frame length, L
f
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
4
10
5
10
1
10
2
3
10
10
Frame length, L
4
f
Slide 37
10
5
Sliding window - Efficienza - Collegamento via
satellite
ARQ - L =48, p=10 -6, τ=250 ms, C=64 kbit/s
a
Protocol efficiency, η
1.0
0.8
SR W =4
SR Ws =64
0.6
GBN
W =127
s
s
GBN
Ws =7
0.4
0.2
0.0
10 1
10 2
10 3
Frame length, L
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
10 4
10 5
f
Slide 38
Sommario
• Generalità
• Livello 2: collegamento dati
• Livello 3: rete
–
–
–
–
Servizi forniti
Algoritmi di instradamento
Controllo di congestione e di flusso
Protocollo X.25
• Prestazioni
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 39
LIVELLO 3: SERVIZI
OSI – Network Layer
• Fornisce i mezzi per instaurare e rilasciare connessioni logiche
di rete su cui instradare le informazioni
• Svolge funzioni di trasferimento dati nodo-nodo
• Maschera alle entità di trasporto la tecnica di commutazione
• I servizi forniti sono:
• Esempio: ITU-T X.25 liv. 3, IETF IP
Application layer
6 Presentation layer
5
Session layer
4
Transport layer
3
Network layer
2
1
Data link layer
Physical layer
CONGESTIONE
Traffico smaltito
– Apertura e il rilascio di una connessione di rete
– Organizzazione dei dati in pacchetti
– Indirizzamento e trasferimento dei dati end-to-end
(instradamento)
– Controllo della congestione
– Gestire la qualità del servizio (ad esempio il tempo di
attraversamento della rete)
– Internetworking
7
Capacità max della rete
desiderabile
congestione
Traffico offerto
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 40
LIVELLO 3: SERVIZI
Livello di rete
• Obiettivo: trasferire T-PDU attraverso la rete di comunicazione
mascherando ai livelli superiore i dettagli relativi a
– Tipo di rete sottostante
– Modalità di commutazione
• Funzioni fondamentali
–
–
–
–
–
Instradamento di pacchetti, attuato mediante la funzione di “attraversamento”
Multiplazione di più flussi di livello 3 su un singolo collegamento di livello 2
Controllo di flusso
Controllo di congestione
Intercooperazione di reti diverse
• Servizi forniti
– Datagramma
– Chiamata virtuale o circuito virtuale
– Circuito virtuale permanente
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 41
LIVELLO 3: SERVIZI
Servizio datagramma
B
C
B
1
1
D
A
D
2
2
3
A
C
3
F
2
E
2
F
E
Fuori sequenza
B
C
B
1
C
1
A
D
3
D
2
2
A
F
E
Perdita
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
F
2
E
Duplicazione
Slide 42
LIVELLO 3: SERVIZI
Servizio chiamata virtuale
C
B
C
3
B
A
D
2
D
1
A
F
E
Fase di segnalazione
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
F
E
Fase dati
Slide 43
LIVELLO 3: SERVIZI
Chiamata virtuale - Canali logici
IN
B
C
A
OUT
IN
OUT
A 23 E
6
B 23 D 56
H
3
B
0 C
3 H
2
D
H 7 A 3
F 23 C 23
IN
OUT
A 19 H
1
C 14 H
2
H 11 B 14
IN
H 41 B 23
F
E
H
2 F
7
B
3 H
2
OUT
C 56 H
8
F 41 H
2
H 10 F
2
E 16 H
5
F 23 B 19
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Chiamata
virtuale
HA-HD
HA-HE
HB-HC
HB-HA
HC-HB
HD-HE
HE-HB
HF-HD
HF-HD
IN
Percorso
A-B-E-D
A-F-E
B-C
B-A
C-B
D-F-E
E-F-A-B
F-B-C-D
F-D
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
OUT
IN
OUT
H
1
H
D
8 D 41
2 E 41
B 23
B 6 D 16
F 41 H 5
A
7 E 33
F 33 H 13
E 33 A 23
H 13 F 33
Slide 44
LIVELLO 3: SERVIZI
Servizio circuito virtuale permanente
• Analogo alla chiamata virtuale
– Le fasi di instaurazione e rilascio
• Non avvengono tramite pacchetti di segnalazione
• Sono attuate da operatori
– Gestione “manuale” delle tabelle di instradamento
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 45
LIVELLO 3: SERVIZI
Reti in area geografica - Servizi
Caratteristica
DG
VC
Indirizzamento di
pacchetti (dati)
Source e destin address VCI nel pacchetto
in ogni pacchetto
Instradamento
Indipendente per
pacchetto
Indipendente per
chiamata.
Fisso nella chiamata
Controllo di sequenza
No
Si
Throughput
Minore
Maggiore
Complessità nodi
Minore
Maggiore (tabelle routing)
Controllo di congestione Difficile
Relativamente più facile
Guasto ad un nodo
Reset di tutti i VC passanti
nel nodo
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Perdita pacchetti
interessati a quel nodo
Slide 46
Sommario
• Generalità
• Livello 2: collegamento dati
• Livello 3: rete
–
–
–
–
Servizi forniti
Algoritmi di instradamento
Controllo di congestione e di flusso
Protocollo X.25
• Prestazioni
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 47
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmi di instradamento
• Requisiti di un algoritmo di instradamento
–
–
–
–
Semplicità
Robustezza
Stabilità
Ottimalità
• Pacchetti che devono essere instradati
– Pacchetti di segnalazione in servizi VC
– Pacchetti dati in servizi DG
• Localizzazione della decisione di instradamento
– Algoritmi centralizzati: un unico centro di controllo prende tutte le decisioni
– Algoritmi distribuiti: tutti i nodi cooperano per determinare il migliore
instradamento in ogni nodo
– Algoritmi isolati: il nodo sorgente prende le proprie decisioni eventualmente
anche in base a informazioni chieste ad altri nodi
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 48
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmi di instradamento -Tassonomia
Algoritmi di
instradamento
Instradamento
senza tabella
Random
Flooding
Instradamento
gerarchico
Source routing
Instradamento
con tabella
Distance vector
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Fisso
Dinamico
Link state
Slide 49
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmi senza tabella
• Random: il link uscente è scelto casualmente
– Molto robusto
– Tempi di ritardo con alta varianza
– Variazione: instradamento deterministico solo se la destinazione è adiacente
(tabella ridotta che definisce solo le adiacenze)
• Flooding: il pacchetto è replicato su tutti i link uscenti
– Limitazione del traffico interno garantita se ogni nodo
• Scarta i pacchetti già transitati oppure
• Scarta i pacchetti il cui massimo numero di salti si è esaurito (necessario un
contatore nel pacchetto)
– Il nodo generico scarta un pacchetto se
• Esso è giunto a destinazione
• Il criterio di scarto è soddisfatto
– Robustissimo (adottato in applicazioni militari)
– Aumenta il traffico interno a parità di quello esterno
– Variazione: instradamento solo su un gruppo di linee uscenti (tabella ridotta
con link diretti verso la destinazione)
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 50
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmi senza tabella
• Source routing: il nodo sorgente predetermina la strada scrivendola nel
pacchetto
– Forma di indirizzo: Hs,N1,N2,...,NL,Hd (Ni identifica il nodo i)
– Path determination
• Fornita da un path server (soluzione centralizzata, semplice ma inaffidabile)
• Fornita da un path discovery (soluzione isolata)
– Path discovery
• Il nodo sorgente invia in flooding un pacchetto alla destinazione
• I nodi attraversati riempiono il campo Ni
• Il nodo destinazione sceglie tra i pacchetti arrivati quello che identifica la via migliore
(primo arrivato o quello con il minore numero di nodi attraversati)
• Il nodo destinazione comunica la sua scelta al nodo sorgente che utilizza la via
scelta
– Problema critico: determinazione della frequenza di aggiornamento dei singoli
percorsi
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 51
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmi con tabella - Instradamento fisso
• Algoritmo di instradamento a distanza minima (o costo minimo) richiede
la definizione di una metrica
– Possibili metriche
•
•
•
•
•
Numero di salti
Capacità dei link sulla via
Ritardo medio sulla via
Numero totale di pacchetti in coda sulla via
ecc.
• Instradamento fisso
– Un centro di controllo costruisce le tabelle di instradamento che devono
essere applicate da ogni singolo nodo e le comunica ai nodi stessi
– Le tabelle vengono cambiate solo a seguito di aggiornamento della
topologia
– Poco flessibile, in quanto non reagisce a sovraccariche e guasti aleatori
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 52
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Instradamento a minima distanza –
Distance vector
• Algoritmo distance vector
– Tabella in ogni nodo che specifica la minima distanza ad ogni altro nodo e
quale link in uscita deve essere usato
– Il nodo riceve la stima dei suoi vicini, somma la sua distanza al vicino e
scopre la distanza minima verso ogni altro nodo e il link uscente relativo
(vettore delle distanze)
– Corrisponde ad applicare in ogni nodo l’algoritmo di Bellman-Ford con
calcolo centralizzato dell’albero
• Esempio
3
B
C
2
1
5
A
1
D
6
3
1
F
E
2
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 53
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmo distance vector - Esempio
3
B
C
2
1
5
A
1
D
6
3
1
F
E
2
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 54
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmo distance vector - Esempio
Calcolo del vettore nel nodo A
2
5
1
Node B - Step 3
Dest. Cost Rout.
Dest. Cost Rout.
Dest. Cost Rout.
A
1
B
-
C
3
A
C
D
6
3
1
B
-
C
3
D
E
5
E
E
5
3
F
1
F
F
1
A
A
1
A
B
-
C
C
3
C
C
D
F
F
E
4
3
F
F
1
F
F
Node A - Step 2
Node A - Step 3
Node A - Step 4
Dest. Cost Rout.
Dest. Cost Rout.
Dest. Cost Rout.
Dest. Cost Rout.
A
-
B
1
3
B
F
A
-
A
-
B
1
B
B
1
C
D
4
B
C
9
F
D
E
5
F
F
2
B
A
-
B
B
1
B
4
B
C
4
B
6
F
D
5
B
E
4
B
E
4
B
F
2
B
F
2
B
Node F - Step 1
Node F - Step 2
Node F - Step 3
Dest. Cost Rout.
Dest. Cost Rout.
Dest. Cost Rout.
A
3
A
A
2
B
A
2
B
B
1
B
B
1
B
B
1
B
C
4
B
C
4
B
D
D
D
D
E
E
E
3
2
E
E
3
2
E
E
6
2
F
-
F
-
F
-
1
F
A
C
1
A
Node B - Step 2
Node A - Step 1
F
3
B
Node B - Step 1
E
2
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 55
E
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmo di BellmanBellman-Ford - Esempio
d ij = costo della via diretta da i a j (d ij = ∞ senza link diretto)
D hj = Costo della via a minimo costo da s a j con max h salti
1
h =1
3
∀j ≠ s
h = h +1
D hj
C
2
1
D hj = d ij
2
3
B
= min
i
5
A
{
}
1
D
6
3
Dih −1 + d ij , D hj −1
1
F
E
2
If h = hmax stop
else go to 2
Node A
Node A
Node A
Node A
Dest. Cost Rout.
Dest. Cost Rout.
Dest. Cost Rout.
Dest. Cost Rout.
A
-
A
-
B
1
B
1
C
∝
C
D
∝
E
∝
3
F
B
F
A
-
B
B
1
4
B
C
D
9
F
E
5
F
2
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
A
-
B
B
1
B
4
B
C
4
B
D
6
F
D
5
B
F
E
4
B
E
4
B
B
F
2
B
F
2
B
Slide 56
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Instradamento a minima distanza - Algoritmi
• Algoritmo distance vector
– Usato in ARPANET fino al 1979 con periodo di aggiornamento di
125 ms
– Basato sulla lunghezza delle code (non su velocità dei link)
– Anche con metriche diverse era troppo lento a convergere in un
contesto dinamico
• Nuovo algoritmo per ARPANET (1979): link state
– Ogni nodo misura la distanza (secondo la metrica ritardo) a tutti i
suoi vicini
– Questa distanza è comunicata a tutti altri nodi con flooding
– Ogni nodo può così costruirsi i percorsi a minima distanza ad ogni
altro nodo
– Periodo di aggiornamento nell’ordine dei 10s
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 57
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Instradamento a minima distanza Algoritmo di Dijkstra
N = nodi della rete
M = insieme dei nodi del grafo corrente MST
V(J )= nodi "vicini" all'insieme J
d ij = costo della via diretta da i a j (d ij = ∞ in assenza del link i - j)
D j = Costo della via a minimo costo da s a j
1
2
M = {s }
D j = d sj
Dj =∞
∀j ∈V (s )
otherwise
Select k ∈V {M }D k = min Di
M = M + {k }
{
D j = min D j ,Dk + d kj
3
i ∈V {M }
}
∀j ∈V (M )
If M = N stop
else go to 2
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 58
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmo di Dijkstra - Esempio
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 59
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Instradamento a minima distanza - Osservazioni
• Bellman-Ford e Dijkstra convergono alla stessa soluzione in
condizioni statiche
• Algoritmo di Bellman-Ford
– Ha convergenza più lenta in condizioni dinamiche
– E’ implicitamente di tipo distribuito
– Ogni nodo deve conoscere solo ciò che vedono i suoi vicini
• Algoritmo di Dijkstra
– Può essere implementato sia in forma centralizzata che in forma
distribuita
– Nella forma distribuita, ogni nodo deve “vedere” l’intera rete
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 60
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmi gerarchici
• Grande numero di nodi implica
– Grande occupazione di memoria per le tabelle di
instradamento
– Sovraccarico di rete per scambio tabelle di instradamento
in algoritmi distribuiti
• Strutturazione dei nodi in regioni
– Instradamento basato
su tabelle semplificate
C.6
A.5 routing table
Dest.
A.1
C.5
C
C.4
C.1
C.3
C.2
A.6
B.5
A.5
A
B
A.3
A.1
B.4
A.4
B.3
B.1
A.2
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
B.2
Rout Rout
full
red
A.6 A.6
A.2
A.4
A.4
A.3
A.4
A.4
A.4
A.4
A.4
A.5
-
-
A.6
A.6
A.6
B.1
B.1
B.2
B.1
B.3
B.1
B.4
B.1
B.5
B.1
C.1
C.1
C.2
C.1
C.3
A.4
C.4
A.4
C.5
C.1
C.6
C.1
B.1
C.1
Slide 61
LIVELLO 3: INSTRADAMENTO
Algoritmi gerarchici
• Strutturazione gerarchica dei nodi su più livelli
–
–
–
–
Nodi suddivisi in regioni (primo livello)
Regioni divise in aree (secondo livello)
Aree divise in zone (terzo livello)
ecc.
A.2.c
A.2.b
A.3.b
C.5
A.3.c
C6
C.4
C.1
A.2.e
A.2.a
A.2.f
A.2.d
A.3.a
A.2
A.3.d
A.3.f
A.3.e
C
A.3
A.1.b
C.3
C.2
A.1.c
B.5
A.1.f
B.4
A.1.a
B
A.1.d
A.1.e
A.1
A
B.1
B.3
B.2
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 62
Sommario
• Generalità
• Livello 2: collegamento dati
• Livello 3: rete
–
–
–
–
Servizi forniti
Algoritmi di instradamento
Controllo di congestione e di flusso
Protocollo X.25
• Prestazioni
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 63
LIVELLO 3: CONGESTIONE
Controllo di congestione e di flusso
No congestion
within network
Mild
congestion
Severe
congestion
Region I
Region II
Region III
B
A
Network Throughput
Offered load
No congestion
within network
Region I
Mild
congestion
Severe
congestion
Region II
Region III
B
N e tw o rk D e lay
A
Offered load
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 64
LIVELLO 3: CONGESTIONE
Generalità
• Portata
– In accesso alla rete
– Internodo
• Hop-by-hop
• Edge-to-edge
– End-to-end
• Tipologia
• Tecnica
– Credit-based
• Window scheme
– Rate-based
• Tecnica isaritmica
• Leaky bucket
• Token bucket
– Metodi reattivi
• Operano con schema a catena
chiusa
• Sono previsti a differenti scale
temporali
– Metodi preventivi
• Operano con schema a catena
aperta
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 65
LIVELLO 3: CONGESTIONE
Meccanismi CreditCredit-based
• Controllo di flusso a finestra a catena chiusa
– Utilizzato tipicamente hop-by-hop a livello 3
• Avanzamento della finestra determinato dai riscontri (ack-based window)
• Realizza un controllo di flusso per circuito virtuale
– Se utilizzato a livello end-to-end (livello 4)
• Lo schema diventa del tipo a credito esplicito (credit-based window)
– Il ricevente invia al trasmittente dei messaggi di credito che possono essere
opportunamente adattati
• Il flusso diventa bursty (critico il dimensionamento di W)
• Non garantisce una capacità minima alla sessione
• Controllo di congestione mediante meccanismo a finestra (a catena
chiusa)
– La dimensione della finestra può essere dinamicamente aumentata o diminuita
in base alle indicazioni di congestione (esplicite o implicite) che il destinatario
riceve
• Incremento/decremento additivo
• Incremento/decremento moltiplicativo
• Combinazione dei due (per esempio decremento moltiplicativo, incremento additivo)
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 66
LIVELLO 3: CONGESTIONE
Meccanismi CreditCredit-based
• Controllo di flusso a finestra a catena aperta
– Per ogni pacchetto trasmesso la finestra si chiude di una posizione
– Ogni r secondi la finestra si riapre alla massima apertura W
B
A
W/r
W=2
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 67
LIVELLO 3: CONGESTIONE
Meccanismi RateRate-based
• Tecnica isaritmica
– Utilizzata tipicamente all’accesso della rete
– Un numero fisso di permessi circola nella rete
– Un pacchetto entra in rete se nel nodo di ingresso vi é un permesso
che viene consumato
– Un pacchetto che esce dalla rete genera un permesso nel nodo di
uscita
– Gestione critica della distribuzione dei permessi in rete
• Tecniche a bucket
– Utilizzate sia in accesso, sia tra nodi
– Due tecniche
• Leaky bucket
• Token bucket
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 68
LIVELLO 3: CONGESTIONE
Meccanismi RateRate-based
• Controllo di flusso con leaky bucket
– Buffer pacchetti con capacità W (pacchetti)
– Un pacchetto trasmesso consuma un
permesso
– Ogni r secondi viene generato un permesso
– Perde pacchetti quando ne ha accumulati W
Packets
Ps
Pb
W
1
Permits
1/r
• Controllo di flusso con token bucket
– Buffer dei permessi con capacità W (permessi)
– Ogni r secondi viene generato un permesso
– Un pacchetto trasmesso consuma un
permesso
– Perde permessi in eccesso di W, ma non perde
a priori pacchetti
– Serve meglio sorgenti bursty
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Packets
Ps
Pb
1
W
Permits
1/r
Slide 69
LIVELLO 3: CONGESTIONE
Meccanismi RateRate-based
• Esempio
Ps = 1 Mbit / s
TON = 0.8 s
TOFF = 1 s
Lp = 25,000 byte
Pb = 4 Mbit / s
r = 0.4 s
W = 10
• Leaky bucket
C [Mbit/s]
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
t [s]
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
C [Mbit/s]
6
5
4
3
2
1
0
t [s]
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
C [Mbit/s]
• Token bucket
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
6
5
4
3
2
1
0
t [s]
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Slide 70
LIVELLO 3: CONGESTIONE
Meccanismi RateRate-based
C [Mbit/s]
• Esempio
Ps = 1 Mbit / s
TON = 0.8 s
TOFF = 1 s
Lp = 25,000 byte
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
t [s]
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
C [Mbit/s]
Pb = 1 Mbit / s
r = 0.3 s
W = 10
• Leaky bucket
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
t [s]
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
C [Mbit/s]
• Token bucket
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
t [s]
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Slide 71
Sommario
• Generalità
• Livello 2: collegamento dati
• Livello 3: rete
–
–
–
–
Servizi forniti
Algoritmi di instradamento
Controllo di congestione e di flusso
Protocollo X.25
• Prestazioni
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 72
LIVELLO 3: X.25
X.25 - Generalità
• X.25
– Protocollo precedentemente più diffuso per reti dati
– Specifica l’interfaccia tra host (DTE) e rete (DCE)
• Architettura protocollare
– Strato fisico: X.21 oppure V.24 (cioé la EIA RS-232-F)
– Strato di collegamento: LAP-B (sottoinsieme di HDLC)
– Strato di rete: protocollo PLP (Packet Level Protocol)
• Servizi resi disponibili
– Chiamata virtuale (VC)
– Circuito virtuale
permanente (PVC)
User data
Transport layer
Layer 3
Header
Layer 3
LAP-B
Header
Layer 2
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
F A C
LAP-B
Trailer
FCS
Slide 73
F
LIVELLO 3: X.25
X.25 - Caratteristiche principali
• Strato 2
– Unità informativa: trama
– Protocollo LAP-B, derivato da HDLC in modalità ABM
• Numerazione modulo 8, o modulo 128, o modulo 32768
• Protocollo ARQ Go-back-n modulo 8 o 128, Selective Repeat modulo 128 o 32768
• Strato 3
– Unità informativa: pacchetto
– Multiplazione
• LCI usa 12 bit
• Fino a 4095 circuiti virtuali possono essere multiplati su un unico collegamento fisico
– Controllo di sequenza (rilevazione perdita di pacchetti)
• Numerazione modulo 8, oppure 128, oppure 32768
• Realizzato con protocollo ARQ Go-back-n (NACK implementato da pacchetti REJ)
– Controllo di flusso
• Sliding window con opportuna apertura Ws (default Ws=2)
– Massima dimensione di pacchetto e finestra negoziate all’instaurazione
• Max packet size: 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096 bytes (default 128)
• Max window size: Ws=7, 127, 32767
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 74
LIVELLO 3: X.25
X.25 - Tipo di pacchetti
Type
Call set-up
and clearing
Flow control
DTE → DCE
DCE → DTE
Call request
Incoming call
Call accepted
Call confirmation
Clear request
Clear indication
Clear confirmation
Clear confirmation
Data
Data
Interrupt request
Interrupt request
Interrupt confirmation
Interrupt confirmation
Receiver ready
Receiver ready
Receiver not ready
Receiver not ready
Reject
Resynchronize
and error reporting
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Reset request
Reset indication
Reset confirmation
Reset confirmation
Restart request
Restart indication
Restart confirmation
Restart confirmation
Diagnostic
Slide 75
LIVELLO 3: X.25
X.25 - Formato dei pacchetti
• General format identifier (GFI)
– Qualifier bit (Q): distingue i pacchetti tra tipi di pacchetto (non standard,
consente di distinguere dati di utente)
– Delivery confirmation bit (D): specifica se i riscontri devono essere locali (DTEDCE, D=0) o end-to-end (DTE-DTE, D=1)
– Modulo: specifica il modulo di numerazione dei pacchetti (8, 128, 32768)
• Logical channel identifier (LCI)
– Logical group number (LGN)
– Logical channel number (LCN)
• 0: riservato
• 1 - x: PVC
• x - 4095: VC
• Packet type identifier (PTI)
bit
8
7
6
5
4
3
2
1
GFI
Logical Channel Identifier
Packet Type Identifier
Additional packet header
and/or user data
– P(S): numerazione dei pacchetti in trasmissione
– P(R): numerazione dei pacchetti in ricezione
– More bit (M): indica (M=1) l’ultimo pacchetto da fornire all’entità di trasporto
insieme ai precedenti (M=0)
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 76
1
2 byte
3
LIVELLO 3: X.25
X.25 - Formato dei pacchetti
Q
D
Modulo
GFI LGN
4 bits
4 bit
s
01: modulo 8
10: modulo 128
LCN
PTI
8 bits
8 bits
LCI
Call requst
Call accepted
Data
RR
RNR
REJ
Reset
Restart
Clear
request
Interrupt
request
0: data packet
1: control packet
Calling DTE Called DTE Calling DTE Called DTE Facilities
addr length addr length address
address
length
its
8 bits
4 bits
4b
PTI
P(R) M P(S) 0
User data
3
²4096 bytes
1
3
1
Facilities
User data
(only call req)
32/128 bytes
P(R) M Type
3
1
PTI
PTI
4
Reset/Restart/Clear
cause
8 bits
Diagnostic code
(optional)
8 bits
User data
(only clear req.)
²32 bytes
User data
²32 bytes
Reset
Restart
Clear
Interrupt
confirmation
PTI
Diagnostic
PTI
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Diagnostic
code
8 bits
Explanation
Slide 77
LIVELLO 3: X.25
X.25 - Esempio di chiamata virtuale
A
B
Call request
incoming call
Call accepted
Call confirmation
Data,0,0
Data,1,0
Data,0,0
Data,2,1
RR,3
Data,1,3
Clear request
Clear confirmation
Clear indication
Clear confirmation
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 78
Sommario
•
•
•
•
Generalità
Livello 2: collegamento dati
Livello 3: rete
Prestazioni
– Modello di nodo
– Parametri di traffico
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 79
PRESTAZIONI
Modello di nodo
•
Funzioni di livello di collegamento dati
– Ingresso: verifica trama
– Uscita: generazione e trasmissione trama
•
1
2
2
N
M
Funzioni di livello di rete
–
–
–
–
•
1
Memorizzazione dei pacchetti entranti
Analisi del campo intestazione
Instradamento dei pacchetti
Controllo di flusso e di congestione
Tempo di attraversamento del nodo da
parte di un pacchetto
Level 2
Level 3
From local
sources
Level 2
To local
destinations
– Ipotesi: tempo trascurabile nel primo stadio
– Componenti
•
•
•
•
•
Attesa nella memoria di ingresso
Elaborazione per instradamento
Attesa nella memoria di uscita
Trasmissione
Dtot = D p + Dt = W p + T p + W t + Tt
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 80
PRESTAZIONI
Modelli
• Tempo di attraversamento
– Modello base: assunzione di indipendenza
• Processi di arrivo e di servizio in ogni nodo
• Processi di arrivo e di servizio in nodi diversi
– Tempo totale di attraversamento = Somma dei tempi di nodo
– Modelli reali di sorgente richiedono modellizzazione di nodo molto più
complessa
• Nodo reale: memoria finita
– Probabilità di perdita di pacchetti
Reti di Comunicazione – M. De Marco
2. RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN)
Slide 83