Commutazione di Circuito Reti a Commutazione Elementi di una
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Reti a Commutazione I semestre 03/04 La trasmissione di dati al di fuori di una rete Commutazione di Circuito locale avviene attraverso nodi intermedi Prof. Vincenzo Auletta la sorgente A invia i dati destinati a B ad un nodo intermedio C C ritrasmette i dati di A direttamente a B o ad altri nodi intermedi I nodi intermedi sono detti commutatori [email protected] http://www.dia.unisa.it/professori/auletta/ svolgono solo la funzione di trasferimento dei dati non interferiscono con il contenuto dei dati Un insieme di stazioni interconnesse tramite Università degli studi di Salerno Laurea in Informatica 2 Elementi di una Rete a Commutazione Esempio di Rete a Commutazione i nodi 5 e 7 comunicano solo con altri nodi Stazioni dispositivi terminali a cui accedono gli utenti e che devono comunicare Es. computer, terminali, telefoni o altri dispositivi di telecomunicazione gli altri nodi comunicano sia con nodi che con alcune stazioni Nodi 3 dispositivi di commutazione collegati tramite linee di trasmissione in genere gli utenti non possono accedere direttamente a questi dispositivi la comunicazione tra nodi avviene su linee multiplexate (FDM o TDM) linee di comunicazioni e commutatori è detta rete a commutazione 4 una trasmissione tra le stazioni A e D viene commutata dai nodi 4, 5, e 3 Struttura della Rete Tecnologie di Commutazione Per questioni di costo la rete a commutazione Le reti a commutazione utilizzano due diversi non è completamente connessa tecnologie di commutazione esistono collegamenti diretti solo tra alcune coppie di nodi Per questioni di affidabilità la rete è strutturata Le tecnologie differiscono per il modo in cui i in modo che ci siano più percorsi alternativi tra ogni coppia di nodi nodi commutano i dati da una linea all’altro se un guasto interrompe un percorso la comunicazione può proseguire su un altro percorso 5 6 Commutazione di Circuito Fasi di una Comunicazione Crea un cammino dedicato tra le due stazioni che Una comunicazione tra due stazioni avviene in vogliono comunicare tre fasi Instaurazione del circuito costituito da una serie di linee di trasmissione e nodi di commutazione che collegano sorgente e destinazione sul percorso vengono allocate risorse per creare un canale logico (circuito) dedicato alla comunicazione individua il percorso nella rete ed alloca le risorse per il circuito Trasferimento dati larghezza di banda (FDM) o slot di trasmissione (TDM) sulle linee di trasmissione capacità commutative nei nodi i dati (analogici o digitali) vengono inviati sul circuito Disconnessione del circuito le risorse allocate sono garantite per tutta la durata della comunicazione 7 commutazione di circuito commutazione di pacchetto 8 a richiesta di una delle stazioni le risorse allocate al circuito vengono rilasciate Caratteristiche di una Rete a Comunicazione di Circuito Esempio di Rete a Commutazione comunicazione tra A e D I nodi devono avere “intelligenza” per allocare risorse ai circuiti identificare i circuiti nella rete gestire la commutazione dei dati si deve trovare un percorso da 4 a3 La commutazione di circuito è stata sviluppata per traffico vocale (rete telefonica) 5 commuta i dati ricevuti da 4 sulla linea per 3 ritardo iniziale per instaurare il circuito dopo la trasmissione è a ritardo costante e banda garantita non adatta per trasferimento di dati 9 circuito allocato per la durata della connessione anche se non ci sono dati da trasmettere 10 Rete Telefonica Pubblica Elementi di una Rete Telefonica Terminali utente La rete telefonica pubblica (PSTN) è la più diffusa rete a commutazione di circuito reti nazionali interconnesse per creare il servizio telefonico internazionale telefonico analogico 11 dispositivi utilizzati dagli utenti e collegati alla rete (in genere telefoni) Linee utente (subscriber loop o local loop) originariamente progettata per gestire traffico 5 potrebbe ricevere più comunicazioni da 4 da commutare in maniera differente linee che collegano il terminale utente alla rete in genere doppini telefonici di lunghezza non superiore a qualche km Centrali di commutazione (end office o stadi oramai il traffico dati via modem supera il traffico vocale gran parte delle linee di trasmissione tra i nodi utilizzano trasmissione digitale di gruppo) 12 nodi della rete locali (collegate direttamente agli utenti) o di transito Linee dirette Esempio di Connessione in una PSTN Instaurazione di un Circuito il circuito da a a b connette due utenti collegati alla In genere le linee che collegano le centrali usano 13 segnali digitali con TDM 14 Nodo di Commutazione Elementi di un Nodo di Commutazione Il nodo di commutazione è il cuore di una rete commutatore numerico a commutazione di circuito detiene tutta l’”intelligenza” della rete connette in modo trasparente una qualsiasi coppia di dispositivi collegati al nodo Un nodo di commutazione deve connettere bloccante: blocca una richiesta di connessione se non ci sono percorsi disponibili (rete telefonica) non bloccante: garantisce sempre a due dispositivi di potersi connettere (trasmissione dati) funzioni ed hardware necessari a collegare dispositivi utente (sia digitali che analogici) alla rete può avere funzioni di conversione analogico/digitale unità di controllo più coppie di dispositivi contemporaneamente fornisce al segnale un percorso trasparente interfaccia di rete i dispositivi vedono un collegamento diretto e dedicato 15 stessa centrale locale (chiamata urbana) il circuito da c a d connette due utenti collegati a centrali differenti (chiamata interurbana) 16 instaura, mantiene e chiude la connessione controlla l’allocazione delle risorse, controlla il commutatore numerico, gestisce il multiplexing, ecc. Esempio di Nodo di Commutazione Commutazione a Divisione di Spazio Sviluppata per ambienti analogici adattata anche ad ambienti digitali Garantisce che i percorsi assegnati ai vari segnali siano fisicamente distinti realizzata attraverso due diverse soluzioni 17 matrice crossbar commutatore a stadi multipli 18 Matrice Crossbar Esempio di Utilizzo di Crossbar ogni elemento della matrice è un crosspoint che 1 2 incrocia una linea di ingresso con una linea di uscita 4 un gate nel crosspoint può collegare le due linee la linea di ingresso incrocia tutte le linee di uscita 6 7 Vantaggi è non bloccante Svantaggi 19 ci sono molti crosspoint (quadrato del numero delle stazioni) utilizzati in modo inefficiente il guasto ad una intersezione inibisce la connessione tra due linee 10 1 20 2 4 6 7 10 connessione tra nodi 4 e 7 (full duplex) connessione tra nodi 2 e 6 (full duplex) Commutatore a Stadi Multipli Commutatore a tre Stadi Costituito da diverse matrici crossbar collegate in cascata ogni matrice crossbar ha un numero ridotto di ingressi ed uscite Vantaggi numero ridotto di crosspoint, utilizzati in maniera più efficiente maggiore affidabilità perchè esistono più cammini tra una linea di ingresso ed una di uscita Svantaggi 21 Controllo più complesso Puo essere bloccante non c’è un percorso tra la linea 10 e la linea 4 Commutazione a Divisione di Tempo Commutazione TDM a Bus tecnica utilizzata dalla maggior parte dei ogni linea di commutatori moderni simile al TDM sincrono un flusso di bit ad una certa velocità viene diviso in slot ogni slot contiene un numero fissato di bit gli slot sono assegnati alle linee di ingresso una linea può trasmettere solo negli slot che gli sono stati assegnati 23 22 l’assegnazione degli slot alle linee è gestita dall’unità di controllo del commutatore ingresso collegata ad un bus tramite un gate analogamente per le linee di uscita per ogni slot l’unità di controllo attiva una linea di ingresso ed una linea di uscita 24 Esempio di Commutazione TDM a Bus Temporizzazione connessione attive: da 1 a 9 da 5 a 13 slot slot slot slot 1: 2: 3: 4: da da da da la velocità del bus deve essere molto più alta delle velocità delle singole linee 1a9 5 a 13 9a1 13 a 5 25 la durata di uno slot è data dal tempo di trasmissione del blocco di dati più il ritardo di trasmissione sul bus 26 Instradamento (Routing) Routing Statico In grosse reti a commutazione i circuiti I commutatori formano una struttura albero attraversano più commutatori All’inizio della comunicazione si deve trovare un percorso (rotta) nella rete che sarà utilizzato per trasferire i dati Le strategie di instradamento devono essere aggiungere linee dirette che tagliano la struttura ad albero efficienti: fornire percorsi che attraversano pochi commutatori robuste: fornire percorsi alternativi in caso di guasti o picchi di traffico efficienza e robustezza per realizzare un percorso si risale dalla sorgente al primo antenato comune e si ridiscende al destinatario Per incrementare la robustezza si possono collegano direttamente nodi caratterizzati da alti volumi di traffico Es. collegamento diretto tra Roma e Milano Approccio molto semplice ma carente sia dal In genere si sceglie un compromesso tra 27 nel tempo che una linea impiega a creare un blocco il commutatore deve trasmettere uno slot per ogni linea 28 punto di robustezza vista dell’efficienza che della Routing Dinamico Esempio di Routing Alternato La scelta della rotta è influenzata dalle condizioni di traffico sulla rete insieme di percorsi tra nodi X ed Y si evita di attraversare linee e nodi già congestionati L’instradamento è molto più complesso ma consente maggiore flessibilità Il routing alternato è un esempio molto diffuso di routing dinamico per ogni coppia di stazioni sono fissate una lista di possibili percorsi, in ordine di preferenza in funzione dello stato della rete viene scelto un percorso della lista la lista può variare nel tempo 29 X rotta a: X Æ Y rotta b: X Æ J Æ Y rotta c: X Æ K Æ Y rotta d: X Æ I Æ Y J K Segnali di Controllo Funzioni della Segnalazione I Invio di toni udibili all’utente di segnalazione è molto complesso gestiscono anche tutti i servizi a valore aggiunto forniti dalla rete composizione dei numeri segnale di linea libera o occupata segnale di squillo scambio di informazioni tra i nodi stazione e nodo nodo e nodo nodo e centro di gestione della rete In grosse reti di telecomunicazioni lo schema Y 30 segnali di controllo consentono di instaurare, mantenere e terminare i circuiti e di gestire la rete permettono lo scambio di informazioni tra 31 I 32 trasmissione del numero composto per la creazione del circuito rifiuto di una chiamata che non può accolta avviso che un circuito che deve essere rilasciato informazioni relative al pagamento informazioni relative allo stato degli apparati e delle linee ed alla diagnostica della rete Utilizzo della Segnalazione per una Telefonata Collocazione della Segnalazione La segnalazione deve essere considerata in due Inizialmente entrambi i telefoni sono abbassati (aggancio) 1. un abbonato alza la cornetta (sgancio) 2. invio segnale di sgancio alla centrale locale 3. la centrale risponde con il tono di chiamata (dial tone) 4. il chiamante compone il numero 5. il numero viene comunicato alla rete e viene instaurato il circuito 6. la rete invia un segnale di squillo al destinatario, se non è occupato 7. Feedback al chiamante 33 8. segnale di linea libera o occupata, chiamata impossibile il destinatario accetta la chiamata contesti segnalazione tra utente e rete segnalazione all’interno della rete utilizzata per lo scambio di informazioni tra dispositivi automatici svolge una vasta gamma di funzioni la centrale locale deve fornire un’interfaccia tra 34 la segnalazione interna alla rete e quella usata per comunicare con l’utente Segnalazione nel Canale Segnalazione su Canale Comune Usa lo stesso circuito per chiamate e segnali Segnali di controllo trasmessi su cammini non richiede ulteriori strumenti di trasmissione indipendenti dal canale voce un canale di controllo può essere condiviso da più canali utente segnalazione in banda usa le stesse frequenze del segnale della voce si possono spedire segnali se la voce non è presente un segnale di controllo può essere inviato su qualunque dispositivo possa ricevere un segnale di voce utilizza una parte della banda di 4 KHz non utilizzata dai segnali di voce ha bisogno di elettronica addizionale tasso del segnale più lento (banda stretta) porta segnali di controllo per tutti questi canali utente il canale di controllo comune può essere opportunamente dimensionato segnalazione fuori banda 35 definita dal tipo di dispositivo utente e dalle esigenze dell’utente umano 36 supporta funzioni di segnalazione complesse senza perdita di prestazioni Modalità di Funzionamento della Segnalazione Esempio La segnalazione a canale comune può essere implementata con due diverse modalità Modalità associata Il canale di segnalazione è distinto ma segue lo stesso percorso dei canali di fonia Ogni commutatore istrada entrambi i canali allo stesso modo Modalità dissociata una rete separata è addetta alla trasmissione dei segnali di controllo Modalità associata In genere usa la commutazione a pacchetti 37 Più complessa ma più potente e flessibile In genere si utilizza la modalità dissociata 38 Sistema di Segnalazione Numero 7 (SS7) Struttura della Rete SS7 implementa lo schema di segnalazione con Crea una rete a commutazione di pacchetti sovrapposta alla rete a commutazione di circuito canale comune progettato per reti ISDN può essere usato per qualsiasi rete digitale a commutazione di circuito segnalazione a canale comune per reti digitali con nodi digitali e canali a 64 kbps utilizzabile anche su canali analogici con tassi < 64 kbps e su linee terrestri punto-punto o satellitari garantisce trasmissione dati senza perdite e duplicazioni supporta le funzioni di gestione delle chiamate e di gestione della rete SS7 definisce tre entità funzionali fornisce uno standard internazionale per la 39 Modalità dissociata punto di segnalazione (SP): punto in grado di gestire messaggi SS7 punto di trasferimento del segnale (STP): punto in grado di instradare messaggi di segnalazione linea di trasferimento: collega punti di segnalazione gli SP e gli STP creano una struttura gerarchica 40 gli SP sono le foglie Un livello di STP per ogni regione (nazione) Piano di Controllo e Piano dell’Informazione il piano di controllo è responsabile della creazione e gestione dei canali richiesti dagli utenti le centrali locali fungono da SP le centrali remote da STP il piano dell’informazione gestisce il trasferimento dei dati all’interno della rete 41 i nodi della rete sono dei commutatori
