Corso di FONDAMENTI DI RETI DI TELECOMUNICAZIONI...A.A. 2004/05 – Corso di Fondamenti di Reti di...

A.A. 2004/05 A.A. 2004/05 –– Corso di Corso di Fondamenti di Reti di TelecomunicazioniFondamenti di Reti di Telecomunicazioni –– M. De MarcoM. De Marco1. RETI E SERVIZI DI TELECOMUNICAZIONI1. RETI E SERVIZI DI TELECOMUNICAZIONI Slide Slide 11

Politecnico di Milano Politecnico di Milano –– Sede di CremonaSede di CremonaA.A. 2004/05A.A. 2004/05

Corso di Corso di FONDAMENTI DI RETI DI FONDAMENTI DI RETI DI TELECOMUNICAZIONITELECOMUNICAZIONI

Martino De MarcoMartino De Marco(demarco@([email protected]))

Parte 1Parte 1RETI E SERVIZI DI TELECOMUNICAZIONIRETI E SERVIZI DI TELECOMUNICAZIONI


1. RETI E SERVIZI DI TLC1. RETI E SERVIZI DI TLC1.1 Caratterizzazione delle reti di telecomunicazioni

– Topologie di rete– Architettura e funzioni delle reti di telecomunicazioni– Modi di trasferimento dell’informazione– Tecniche di multiplazione

1.2 Protocolli di comunicazione– Il modello di riferimento OSI– Servizi orientati e non orientati alla connessione

1.3 Servizi di telecomunicazioni– Tassonomia dei servizi– Sorgenti di informazione


Reti di telecomunicazioniReti di telecomunicazioni

• Il perché delle reti• Topologie di rete• Estensione• Struttura di una rete


DefinizioniDefinizioni• Informazione: oggetto dello scambio tra le parti• Messaggio: rappresentazione dell’informazione secondo una

sintassi concordata• Segnale: rappresentazione dei messaggi in modo da poterli

veicolare a distanza• Trasmissione: il trasferimento di segnali da un punto a uno o

più altri punti• Comunicazione: trasferimento di informazioni secondo

convenzioni prestabilite


DefinizioniDefinizioni• Telecomunicazione: qualsiasi trasmissione e ricezione di

segnali che rappresentano segni, scrittura immagini e suono, informazioni di qualsiasi natura, attraverso cavi, radio o altrisistemi ottici e elettromagnetici

• Rete di telecomunicazione: un insieme di nodi e canali che fornisce un collegamento tra due o più punti per permettere la telecomunicazione tra essi


Il perché delle reti (1)Il perché delle reti (1)

N entità fisicamente distanti hanno l’esigenza di comunicare tra loro

Soluzione 1: maglia completaSe N è molto piccolo, realizzo una maglia completa di collegamenti bidirezionali

• complessità:# di link: E = N (N-1) / 2per N=6 E=15E cresce con N2 O(N2)

Soluzione 2: RETESe N cresce (o i terminali sono molto distanti)devo creare una RETE di collegamenti bidirezionali

• complessità: # di link: E = N O(N)per N=6 E =6devo considerare anche la complessità

derivante dal sistema (di commutazione)intermedio



Soluzione 1: maglia completa• Assunzioni:

KE è il costo di un linkIpotesi semplificativa (forte): costo dei link indipendente dalla distanza

• Costo totale:Knet = KE E O(N2)

Soluzione 2: RETE• Assunzioni:

KC è il costo del sistema (di commutazione) intermedioIpotesi semplificativa (forte): costo dei link indipendente dalla distanza

• Costo totale:Knet = KE E + KC O(N)

N

Knet

N

Knet

KC =KE

KC =10 KE

KC =100 KE

COSTO DELLA MAGLIA COMPLETA

COSTO DELLA RETE



NKC =KE

KC =10 KE

KC =100 KE

Knet Magliacompleta

N>3(per KC =KE )

CONDIZIONE LIMITE DI CONVENIENZA DELLA RETE

N>6(per KC =10 KE )

N>15(per KC =100 KE )

CONFRONTO TRA I COSTI


user1 user2

site2

PBX

site1

Comunicazione telefonicaComunicazione telefonica

010001110001... 010001110001... 010001110001...


Comunicazione datiComunicazione dati

user

Web server

Ethernet

Server

Card

browser

Client

Card

GET index.html HTTP 1.1Host: www.cremona.polimi.itConnection: closeUser-agent: Mozilla/4.0Accept language: it

GET index.html HTTP 1.1Host: www.cremona.polimi.itConnection: closeUser-agent: Mozilla/4.0Accept language: it

messaggio

IU IU IU IU

010001110001100011100111001001...


Caratteristiche di una Rete di TLCCaratteristiche di una Rete di TLC• Estensione di una rete di TLC

– Geografica– Locale/metropolitana

• Integrazione di una rete di TLC– Reti dedicate

• Telefonia• Dati• Video

– Reti integrate• Sviluppo molto recente• Migliori servizi forniti• Economie di costo


Caratteristiche dei canaliCaratteristiche dei canali• Punto-punto:

– due soli nodi collegati agli estremi del canale che viene utilizzato in modo paritetico

• Punto-multipunto: – più nodi collegati ad unico

canale: un nodo master e numerosi slave

• Broadcast: – un unico canale di

comunicazione, condiviso da tutti i nodi

– il segnale viene ricevuto da tutti

• Full-duplex: – Ricevo e trasmetto

simultaneamente• Half-duplex:

– Alterno ricezione e trasmissione

• Simplex: – Trasmetto o ricevo

solamente


Caratteristiche della comunicazioneCaratteristiche della comunicazione

• Interattiva: – Ogni endpoint della

comunicazione genera e riceve informazioni

• Distributiva: – Un endpoint della

comunicazione è sorgente dell’nformazione mentre gli altri ricevono

• In tempo reale: – La comunicazione avviene

in modo contestuale• Differita:

– L’accesso all’informazione in ricezione avviene in tempi diversi dall’introduzione nel sistema di comunicazione


Topologie di reti (1)Topologie di reti (1)N nodi da interconnettere• Maglia

– Numero rami, E, N<E<N(N-1)/2– Costo = o(N-N2) – Nodo generico può agire anche da smistatore– Caso particolare: Maglia completa

• Tutti percorsi diretti• Costo = #rami = α(N(N-1)/2) = o(N2)• Rami dedicati alla coppia di nodi• Percorsi a lunghezza minima Lmin=1

• Albero– Costo = α(N-1) = o(N) – Percorsi a lunghezza variabile– Praticabile solo se area limitata

• Anello– Costo = αN = o(N) – Praticabile sia in area estesa sia in area limitata


• Stella– N rami dedicati, uno per nodo– 1 nodo di commutazione– Costo = αN + βnode = 0(N)– Percorsi a lunghezza fissa L=2– Soluzione praticabile solo se nodi vicini

• Bus– Struttura centrale condivisa– Procedure di mutuo controllo– Costo = αN + βbus = o(N)– Percorsi a lunghezza fissa L=2– Praticabile solo se area limitata

• Maglia + stella– K nodi più complessi: instradamento più difficile– Rami (giunzioni): risorse condivise alto fattore di utilizzazione

Topologie di reti (2)Topologie di reti (2)


102101 103100 104 105 106 107

Distance (m)

Dat

a ra

te (

bit/s

)

High speedLAN

105

104

106

107

108

109

1010

Low speedWAN

High speedMAN

High speedWAN

Modemconnection

103

Low speedMANLow speed

LAN

Estensione di una reteEstensione di una rete• LAN: Local Area

Network– Impiegate in aree limitate

(tipicamente edifici, campus)

• MAN: Metropolitan Area Network– Coprono estensioni fino

ad alcune decine di km• WAN: Wide Area

Network– Hanno copertura ampia a

piacere


Struttura generale di una reteStruttura generale di una rete• Due sezioni di rete

– Rete di trasporto (a lunga distanza)

– Rete di accesso o di distribuzione

• Area di utenza• Area di accesso

• Criterio generale di dimensionamento– Condivisione max

di risorse– Limitazione max

risorse indivise


Rete di accessoRete di accesso• Grafo

– Topologia dipende dal servizio e dalla tecnologia• A stella (eventualmente doppia stella)• A bus• Ad anello

– Nodi• Nodi di accesso• Terminali

– Rami: linee di accesso• Linea d'utente

– Canale di accesso alla rete– Protocollo di accesso:

procedure per utilizzare le risorse di accesso alla rete

• Tipi di linea d'utente– Individuale: punto-punto– Condivisa: multipunto– Con apparati di concentrazione


Rete di trasportoRete di trasporto• Grafo

– Topologia a maglia incompleta

– Nodi• Nodi di transito• Nodi di accesso

– Rami: linee di giunzione che interconnettono nodi

• Sistemi trasmissivi– Apparati terminali

schematizzati nei nodi– Apparati di linea

schematizzati nei rami• Commutatori:

– realizzano le funzionalità di nodo di rete


Servizi di trasferimento Servizi di trasferimento dell’informazionedell’informazione

• Modi di trasferimento• Tecniche di multiplazione• Tecniche di commutazione• Architetture di protocolli


DefinizioniDefinizioni• Multiplazione: permette la

condivisione di risorse (es. mezzi trasmissivi) tra più utilizzatori

• Commutazione: permette di stabilire su richiesta il collegamento tra una linea di uscita ed una linea di ingresso di un nodo

• Protocolli: procedure e regole che permettono di realizzare la comunicazione tra due entità

sw

mpx

prot


IndiceIndice

Servizi di trasferimento dell’informazione• Modi di trasferimento• Tecniche di commutazione• Metodi di allocazione di banda• Tecniche di multiplazione• Architetture di protocolliRiepilogo


Modi di trasferimentoModi di trasferimento• Diversi modi di trasferimento dell'informazione legati a

– Tipo dei servizi da supportare– Tecnologie utilizzabili– Tecniche innovative di trasferimento

• Informazione da trasferire strutturata in unità informative (IU -information unit)

• Componenti di un modo di trasferimento– Tecnica di commutazione

• Tipo di funzionamento dei nodi di rete per instradare l'informazione– Tecnica di multiplazione

• Modalità di condivisione della banda nei rami della rete• Può variare da rete di accesso a rete di trasporto

– Architettura protocollare• Tipo di stratificazione delle funzioni di comunicazione nelle apparecchiature

di utente e nei nodi di rete

sw

mpx

prot

MODI DI TRASFERIMENTO DELL’INFORMAZIONEMODI DI TRASFERIMENTO DELL’INFORMAZIONE


Caratteristiche di prestazioneCaratteristiche di prestazione• Trasparenza temporale

– Minima variabilità nel tempo di trasporto delle IU– Particolarmente importante per i servizi in tempo reale (es. voce)

• Trasparenza semantica (integrità informativa)– Corrispondenza tra flusso binario emesso e ricevuto– Particolarmente importante per i dati– Integrità di cifra (misura: tasso di errore)– Integrità di sequenza

sw

mpx

prot



Trasparenza temporaleTrasparenza temporale

• Temporalmentetrasparente: variabilità nulla o minima dei tempi di transito delle IU

• Temporalmente non trasparente: variabilità significativa dei tempi di transito delle IU

t

Tx

t

Rx

T1 T2 T3

t

Tx

t

Rx

T T T



Tipologia dei serviziTipologia dei servizi

• Servizi base per il trasferimento di informazioni– Commutazione di circuito– Commutazione di pacchetto

• Metodi di allocazione della banda– Banda assegnata (assigned bandwidth - AB)– Banda prenotata (booked bandwidth - BB)


IndiceIndice



CommutazioneCommutazione

• Commutazione– Funzione svolta da ogni nodo della rete di commutazione– Associa rami di uscita a rami di ingresso per ogni IU

• 1 ramo di uscita per ogni ramo di ingresso per servizio punto-punto• >1 ramo di uscita per ogni ramo di ingresso per servizio multipunto

• Funzioni espletate dalla commutazione– Instradamento

• Funzione decisionale: scegliere il ramo di uscita• Scelta non univoca → adozione di opportuni algoritmi

– Attraversamento• Funzione attuativa: operare l'instradamento delle IU• Modalità attuativa dipende dal tipo di rete di connessione

TECNICHE DI COMMUTAZIONETECNICHE DI COMMUTAZIONE


Connection Connection oriented vs connectionlessoriented vs connectionless• Servizio CONNECTION-ORIENTED (CO)

– Servizio in tre fasi• Call set-up: Instaurazione percorso end-to-end (associazione temporanea

di sequenza di connessioni nodo-nodo)• Fase Dati: Invio IU • Call release: Rilascio risorse

– Tipo connessione• On-demand• Permanente (su base contrattuale)

– Instradamento delle IU• Instradamento lungo lo stesso percorso garantisce integrità di sequenza

• Servizio CONNECTIONLESS (CL)– Nessuna instaurazione preventiva di un percorso end-to-end– IU trattate come unità indipendenti– Instradamento su base IU può creare fuori-sequenza



Commutazione di circuito (CS)Commutazione di circuito (CS)X Y Z

A B

Space

Call set-up

Data

On-hook

Clear

End-to-enddelay

Off-hook

PropagationTransmissionProcessing

Tim

e



Commutazione di pacchetto (PS)Commutazione di pacchetto (PS)f 0 f 0 f 0 f 0

h/f 0

p/f 0

l/f 0

Space

Tim

e

Tran

sfer

del

ay

PropagationTransmissionProcessing

A B

X Y Z



PS PS –– Servizi CL e COServizi CL e CO

CONNECTIONLESS- DATAGRAMMA

CONNECTION ORIENTED-CIRCUITO VIRTUALE

BA

X Y

Space

Tim

e

Tim

e

Data

Clear

Virtualcall

set-up

BA

X Y

Space



IndiceIndice



Banda Assegnata (COBanda Assegnata (CO--AB)AB)• Funzioni di elaborazione svolte solo all'instaurazione e rilascio

della chiamata• Funzione di attraversamento: connessione diretta ingresso-

uscita– Divisione di tempo: ritardo di commutazione– Divisione di spazio: ritardo nullo

• Trasparenza temporale → i due terminali devono essere compatibili (frequenza di cifra, procedura di controllo, ecc.)

• Utilizzata solo con commutazione di circuito

METODI DI ALLOCAZIONE DI BANDAMETODI DI ALLOCAZIONE DI BANDA


Banda Prenotata (COBanda Prenotata (CO--BB)BB)

• Elaborazione svolta sia all'instaurazione/rilascio della chiamata virtuale, sia in fase dati

• Mediante algoritmo di instradamento si instaurano– Canali virtuali: nodo-nodo– Circuiti virtuali: end-to-end

• Funzione di attraversamento: S&F– Componente fissa di ritardo: elaborazione– Componente variabile di ritardo: accodamento



Banda Prenotata (COBanda Prenotata (CO--BB)BB)• Instradamento delle IU

– Indirizzo di destinazione codificato con un identificativo di chiamata virtuale nella IU

– Mapping sul link di uscita mediante tabella di instradamento delle chiamate virtuali

• Proprietà– Meno traffico da una sorgente → più risorse di trasporto disponibili per

altre sorgenti– Traffico smaltito e ritardo sono variabili aleatorie– Ritardo end-to-end di IU dipende da

• Lunghezza IU• Capacità e lunghezza dei rami• Elaborazione ed attesa nei nodi



IndiceIndice



DigitalizzazioneDigitalizzazione dei segnali analogicidei segnali analogiciTECNICHE DI MULTIPLAZIONETECNICHE DI MULTIPLAZIONE


Multiplazione a divisione di frequenzaMultiplazione a divisione di frequenzaTECNICHE DI MULTIPLAZIONETECNICHE DI MULTIPLAZIONE


Multiplazione a divisione di tempoMultiplazione a divisione di tempoMultiplazione TDMMultiplazione TDM

TECNICHE DI MULTIPLAZIONETECNICHE DI MULTIPLAZIONE


Tecniche di multiplazione TDMTecniche di multiplazione TDM• Obiettivo: condivisione a divisione

di tempo del mezzo trasmissivo da parte di più sorgenti

• Assegnazione di banda– Banda assegnata: assegnazione

statica– Banda prenotata: assegnazione

dinamica su domanda• Tipo di accesso

– CENTRALIZZATO: multiplatore provvede a formareil flusso multiplato

– DISTRIBUITO: LAN/MAN dove le stesse sorgenti stabiliscono i periodi di trasmissione (protocolli MAC)



• Problematiche generali– Delimitazione e indirizzamento IU

• Implicita (con struttura di trama)• Esplicita (per ogni IU)

• Asse dei tempi diviso in intervalli di tempo (SLOTTED - S)– IU a lunghezza fissa– Delimitazione implicita IU– Richiede procedure di sincronizzazione

di IU tra trasmittente e ricevente• Asse dei tempi senza suddivisione

(CONTINUOUS - C)– IU a lunghezza variabile– Delimitazione esplicita IU t

C

Accesso centralizzatoAccesso centralizzato

t

S



t

SS

Soluzione Soluzione SlottedSlotted• SP: organizzazione in trama (PERIODIC)

– Slot organizzati in trame di uguale lunghezza (durata T)– Parola di allineamento in posizione prefissata– Esecuzione di opportuna strategia di allineamento– Delimitazione implicita IU– Indirizzamento implicito IU

• SS: senza organizzazione in trama (STATISTICAL)– Nessuna struttura periodica (allocazione statistica)– Delimitazione implicita IU– Indirizzamento esplicito IU

T

trama i-1 trama i trama i+1

T T

SP

Slot di allineamento

t



ClassificazioneClassificazione• Tassonomia di multiplazione a divisione di tempo

– Asse dei tempi diviso in slots (S)• Con struttura di trama (SP)• Senza struttura di trama (SS)

– Asse dei tempi indiviso (C)• Tipo di multiplazione

– SINCRONA (S-TDM): banda assegnata• Soluzione SP• IU a cadenza periodica• Trasferimento con ritardo costante (trasparenza temporale)• Es. rete telefonica a commutazione di circuito

– ASINCRONA (A-TDM): banda prenotata• Soluzioni C, SS• IU non periodiche• Es. rete dati a commutazione di pacchetto X.25 (C) o ATM (SS)



Multiplazione TDM sincronaMultiplazione TDM sincrona• Multiplazione S-TDM

– IU a lunghezza fissa con cadenza periodica sul canale multiplato– Slot in ogni trama assegnati a specifiche coppie sorgenti-destinazioni

• Frequenza di cifra segnale multiplato– Cc: bit/slot– Fc: capacità di canale (bit/s)– Ca: bit/trama addizionali per servizio (allineamento + segnalazione) – Fa: capacità addizionale per servizio (bit/s)– Cm: bit/trama– Fm: capacità canale multiplato (bit/s)– N: #slot di utente/trama

Fm=Cm /T = (N Cc+ Ca)/T = N Fc+Fa

• Assegnazione canali– A slot singolo: capacità Fc= Cc/T (es. 64 kbit/s)– A slot multiplo: capacità Fc=n Cc/T con 1≤n≤N (es. 384 kbit/s)– A frazione di slot: capacità Fc= n/T con 1≤n≤ Cc (es. 8 kbit/s)



Multiplazione TDM asincronaMultiplazione TDM asincrona

• Multiplazione A-TDM– IU non periodiche sul canale multiplato– Destinazione della IU specificata da un indirizzo

• Adottabile con soluzione sia C, sia S• Banda assegnata a domanda • A-TDM prevede l’accesso alle risorse a contesa, che implica:

– Solo ritardo: IU trasmessa subito o immagazzinata → ritardi variabili (trasparenza temporale assente)

– Solo perdita: scarto IU (integrità informativa degradata)– Ritardo e perdita



IndiceIndice



ProtocolliProtocolli• I protocolli sono insiemi di regole:

– Semantiche (algoritmi)– Sintattiche (formati)– di temporizzazione

• I sistemi chiusi sono i sistemi proprietari– tutti i componenti della rete devono essere dello stesso costruttore

• Sistemi aperti: – qualunque terminale comunica con qualunque fornitore di servizi– Necessario stabilire delle regole comuni per lo scambio delle

informazioni– Organismi di standardizzazione: ITU (International

Telecommunications Union), ISO (International Standard Organization), IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineering), IETF (Internet Engineering Task Force), ETSI (European Telecommunications Standard Institute), EIA (Electrical Industry Association), ...

ARCHITETTURE DI PROTOCOLLIARCHITETTURE DI PROTOCOLLI


System A System B

Transmission medium

(N-1)-layer

N-layer

(N+1)-layer

1-layer

N-entities

subsystem

Architettura di protocolliArchitettura di protocolli• Modello OSI - Open

Systems Interconnection– Standard ISO 7498 (1983)

per la interconnessione dei sistemi aperti

• Due criteri fondamentali– Raggruppamento: funzioni

simili per logica/tecnologia associate in gruppi omogenei

– Stratificazione: gruppi gerarchicamente organizzati da definire interfacce omogenee



N-SAP

(N-1)-SAP

(N+1)-entity

N-entity

(N+1)-SAP

System A System B

(N+1)-entity

N-entity

(N+1)-layer

N-layer

(N+1)-protocol

N-protocol

(N-1)-connection

N-SAP

(N-1)-SAP

(N+1)-SAP

OSI: CaratteristicheOSI: Caratteristiche• Ogni strato aggiunge valore

ai servizi forniti dallo strato inferiore e li fornisce allo strato superiore

• N-servizio fornito indipendentemente dalle procedure realizzative

• N-strato fornisce servizio (N-connessione) alle (N+1)-entità all'interfaccia N-SAP

• N-protocollo regola l'interazione tra N-entità dei due sistemi

• Trasferimento di dati tra due sistemi al livello N+1 richiede la cooperazione di due (N+1)-entità e di una N-connessione



OSI: PrimitiveOSI: Primitive

• Tipo di servizio– Confermato

• Richiesta• Indicazione• Risposta• Conferma

– Non confermato• Richiesta• Indicazione

– Iniziato dal fornitore• Indicazione

N-SAP

N-protocol

Request

Confirmaton Indication

Response

N-entity

(N+1)-entity

N-entity

(N+1)-entity

System A System B



OSI OSI -- Relazione tra unità datiRelazione tra unità dati

N-PCI N-PDU

(N+1)-PDU

N-SAP

(N-1)-SAP

(N+1)-entity (N+1)-peer-to-peer protocol

N-entity

(N+1)-SAP

N-peer-to-peer protocol

System A System B

(N+1)-entity

N-entity

N-primitives N-primitives

N-SDU



N-SAP

Segmentation

(N+1)-Data

N-H N-Data

(N+1)-H

Reassembly

N-H N-H N-DataN-Data

(N+1)-SAP

N-SAP

(N+1)-entity

(N+1)-SAP

N-SAP

(N+1)-entity

OSI OSI -- Relazione tra unità datiRelazione tra unità datiSegmentazione e riassemblaggio

Multiplazione verso il basso e verso l’alto



OSI OSI -- Tipologia di stratiTipologia di stratiUtilization protocols

Accessprotocols Transfer

layers

Utilizationlayers

Terminal Access node Transit node Access node TerminalAccess network Transport network Access network

Transferlayers

TransportprotocolsTransfer

layers

TransportprotocolsTransfer

layers

AccessprotocolsTransfer

layers

Utilizationlayers

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

Physical medium Physical medium

7

6

5

4

3

2

1001000101011010 001000101011010

T-PDU

N-PDU

DL-PDU

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7

6

5

4

3

2

1

Network layer

Data link layer

Physical layerbits



OSI OSI -- Relazione tra unità datiRelazione tra unità dati

DL-H N-H T-H S-H P-H DL-T

N-H T-H S-H P-H

T-H S-H P-H

S-H P-H

P-H

Userinformation

P-PDU

S-PDU

T-PDU

N-PDU

DL-PDU

A B



OSI OSI -- Physical LayerPhysical Layer• Rende disponibile il mezzo fisico per la trasmissione dei singoli

bit (offre al livello superiore un servizio di trasporto di simboli)• Attiva, mantiene e rilascia il circuito fisico per i trasferimenti dati• Specifica l'interfaccia fisica riguardo alle caratteristiche

meccaniche, elettriche, funzionali e procedurali– meccaniche: forma di prese e spine, numero di contatti e loro ruolo– elettriche/ottiche: caratteristiche dei segnali associati all'interfaccia– funzionali: significato dei vari segnali– procedurali: combinazioni e sequenze dei segnali all'interfaccia

necessarie al fine di regolarne il funzionamento• I servizi forniti sono:

– La gestione delle connessioni fisiche– L'identificazione della connessione fisica– La trasmissione delle unità dati– La notifica delle condizioni di malfunzionamento– La sincronizzazione

• Esempi: ITU-T X.21, RS-232

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7

6

5

4

3

2

1



OSI OSI –– DataData--link link LayerLayer• 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 trasferimentodei 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

• Esempi: HDLC, ITU-T LAP-B e LAP-D, IEEE 802.x

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7

6

5

4

3

2

1



OSI OSI –– Network Network LayerLayer• 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:

– 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

• Esempio: ITU-T X.25 liv. 3, IETF IP

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7

6

5

4

3

2

1

Traffico offerto

Traf

fico

smal

tito Capacità max della rete

ideale desiderabile

congestione

CONGESTIONECONGESTIONE



OSI OSI –– Transport LayerTransport Layer• Fornisce allo strato di sessione un trasferimento trasparente

end-to-end di dati (connessione di trasporto) • Fornisce diverse classi di servizio di trasporto

– Può colmare deficienze della connessione di rete (ad esempio, recupero di errori di trasmissione)

– Può ottimizzare le prestazioni (QoS) end-to-end (recupero d'errore di procedura e controllo di flusso parziale/totale)

• Effettuare la multiplazione di più connessioni di trasporto sulla stessa connessione di rete

• I servizi forniti sono:– Apertura e il rilascio di una connessione di trasporto– Controllo di flusso end-to-end– Concatenazione, separazione, segmentazione,– Ricomposizione– Rilevazione e recupero di errori end-to-end

• Esempi: ITU-T X.224, IETF TCP e UDP

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7

6

5

4

3

2

1



OSI OSI –– Session LayerSession Layer• Gestisce il dialogo e lo scambio di dati tra entità di

presentazione• Fornisce le risorse logiche per organizzare il colloquio,

strutturare e sincronizzare lo scambio di dati in modo da poterlo eventualmente sospendere, riprendere e terminare

• Definisce punti di sincronizzazione per ogni attività per– Riprendere il dialogo dopo un guasto da un punto opportuno

(mascherando l’eventuale interruzione del servizio di trasporto)– Consegnare in blocco le IU tra due punti di sincronizzazione

• I servizi forniti sono:– Apertura e il rilascio di una connessione di sessione– Sincronizzazione (definizione e identificazione di check points,

per fault tolerance)– Registrazione delle anomalie di funzionamento

• Esempi: ITU-T X.225

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7

6

5

4

3

2

1



OSI OSI –– Presentation LayerPresentation Layer• Fornisce un formato comune per le rappresentazioni locali

delle informazioni da trasferire• Trasforma, formatta e modifica la sintassi dei dati utilizzati

dalle entità di applicazione (compression, encryption)• Prepara i dati in forma processabile dall'entità di applicazione• I dati sono scambiati secondo la sintassi

– del sistema A– del sistema B– di trasferimento

• I servizi forniti sono:– Selezione della sintassi di trasferimento– Trasformazione della sintassi di rappresentazione

• Esempio: transcodifica di alfabeti

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7

6

5

4

3

2

1



OSI OSI –– Application LayerApplication Layer• Fornisce i mezzi attraverso cui i processi applicativi possono

accedere all'ambiente OSI e comunicare fra di loro• Fornisce l'interfaccia d'utente (un processo o programma

applicativo) per l'accesso a servizi informativi distribuiti• Protocollo di applicazione consente l'interazione tra entità di

applicazione usufruendo del servizio di presentazione• I servizi forniti ai processi applicativi sono:

– Trasferimento delle informazioni– Predisposizione di meccanismi quali autenticazione e segretezza– Determinazione del grado di servizio accettabile– Sincronizzazione delle applicazioni cooperanti– Accordo sulle responsabilità di error recovery e sulle procedure di

controllo della correttezza delle informazioni• Esempi: file transfer protocol (FTP)

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7

6

5

4

3

2

1



OSI OSI -- Sistemi intermediSistemi intermedi

REPEATER(Physical Layer)

BRIDGE(Data-Link Layer)

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer


7654321 001000101011010 001000101011010

DL-PDU

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7654321Physical layerbits

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer


7654321 001000101011010 001000101011010

N-PDU

DL-PDU

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7654321

Data link layer

Physical layerbits



OSI OSI -- Sistemi intermediSistemi intermedi

ROUTER(Network Layer)

GATEWAY(Livelli superiori)

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer


7654321 001000101011010 001000101011010

T-PDU

N-PDU

DL-PDU

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7654321

Network layer

Data link layer

Physical layerbits

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer


7654321 001000101011010 001000101011010

N-PDU

DL-PDU

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layer

Network layer

Data link layer

Physical layer

7654321

Network layer

Data link layer

Physical layerbits

Application layer

Presentation layer

Session layer

Transport layerT-PDU T-PDU



Modello TCP/IP: Architettura a stratiModello TCP/IP: Architettura a strati• Application layer

– Fornisce l'interfaccia d'utente (un processo o programma applicativo) per l'accesso a servizi informativi distribuiti

• Transport layer– Ultimo degli strati di utilizzazione (end-to-end)– Fornisce diverse classi di servizio di trasporto– Es: TCP, UDP

• Internet layer– Svolge funzioni di trasferimento dati nodo-nodo, anche attraverso reti

eterogenee– Es: IP

• Network access layer– Fornisce tutte le risorse necessarie ad accedere a una risorsa di

comunicazione (rete geografica, rete locale, collegamento punto-punto) – Maschera tutte le caratteristiche dei protocolli di linea e di trasporto fisico delle

informazioni



TCP/IP TCP/IP –– Relazione tra unità datiRelazione tra unità dati

TCP-H

Userinformation

TCP-PDU

IP-PDU

NA-PDU

A B

TCP-HIP-H

TCP-HIP-HNA-H



Relazione tra modelli TCP/IP e OSIRelazione tra modelli TCP/IP e OSI

Application

Transport

Internet

Network access

TCP/IP

7

6

5

4

3

2

1

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data link

Physical

OSI



IndiceIndice



Modi di commutazione: CS Modi di commutazione: CS vsvs PSPSCOMMUTAZIONE DI CIRCUITO– Risorse di rete dedicate

esclusivamente agli utenti attivi (banda assegnata)

• Banda completamente a disposizione degli utenti che la ricevono

– Tipo di servizio• Chiamata (CO)

– I canali attraversano nodi di commutazione

– Multiplazione S-TDM (sincrona)– Trasparenza temporale: tempo di

ritardo costante– Semplice struttura protocollare– QoS espressa in termini di

probabilità di rifiuto di chiamata

COMMUTAZIONE DI PACCHETTO– Risorse di rete condivise da tutti gli

utenti attivi (banda prenotata o non assegnata)

• Nessuna garanzia sulla disponibilità di risorse al tempo della trasmissione

– Tipo di servizio• Circuito virtuale (VC): servizio CO• Datagramma (DG): servizio CL

– I pacchetti attraversano nodi di tipo S&F

– Multiplazione A-TDM (asincrona)– Flessibilità di accesso: la rete non

trasporta IU in modo trasparente– Complessa struttura protocollare– QoS espressa in termini di ritardo e

probabilità di perdita di pacchetto

RIEPILOGO DEI MODI DI COMMUTAZIONERIEPILOGO DEI MODI DI COMMUTAZIONE


CircuitCircuit switchingswitching– Servizio implicitamente orientato alla connessione– Funzionalità di ogni nodo di rete: limitata al livello 1– Attraversamento dei nodi senza elaborazione dell'informazione

Access nodeTransit nodeAccess node

Layer 1

End-user End-user

Null

Null

Upperlayers

Layer 1 Layer 1 Layer 1

Null

Null

Upperlayers

Layer 1



Packet switchingPacket switching– Servizio orientato alla connessione o senza connessione– Funzionalità di ogni nodo di rete: fino al livello 3– Grande tempo di elaborazione per pacchetto– Ridotto throughput per nodo

Flow control

Error recovery &flow control


Layer 1

End-user End-user

Layer 2

Layer 3

Upperlayers

Layer 1

Layer 2

Layer 3

Error recovery &flow control Layer 2

Layer 3

Layer 1 Layer 1

Layer 2

Layer 3

Upperlayers

Layer 1

Layer 2

Layer 3 Flow control



Frame relayFrame relay– Architettura "core & edge"

• Funzioni ridotte svolte da ogni nodo• Recupero di errore svolto solo alle estremità della rete

– Elevata prestazione di traffico dei nodi– Funzionalità ridotta di nodo consente di smaltire più traffico

Error recovery & flow control

Layer 2L

Layer 1

Layer 2

Layer 3

Layer 1

Layer 2H

Null

Error & congestiondetection


Layer 1

End-user End-user

Layer 2

Layer 3

Upperlayers

Layer 2L

Layer 1

Error & congestiondetection

Layer 1

Layer 2

Layer 3

Upperlayers

Layer 2L

Layer 1

Layer 2

Layer 3

Layer 1

Layer 2H

Null



Cell switchingCell switching– Pacchetti di lunghezza fissa (celle ATM)– Funzioni di nodo ridotte al minimo

• Table look-up per l'instradamento delle celle• Rivelazione di errore solo sull'header

– Maggior parte delle funzioni di controllo portate alle estremità della rete

Layer 1

Layer 2

Layer 3

Layer 1

Null

Layer 2Error recovery & flow control

Layer 1

Layer 2

Layer 3

Layer 1

Null

Layer 2

Limited errordetection


Layer 1

Layer 2

Layer 3

Upperlayers

End-user End-user

Layer 1 Layer 1

Layer 2

Layer 3

Upperlayers

Limited errordetection



CaratterizzazioneCaratterizzazione

Tipo direte

Modo dicommutazione

CS

MRCS

ATM

FR

PS

Tecnica dimultiplazione

S-TDMSP

A-TDMSS

A-TDMC

Servizio ditrasferimento

CO-AB

CO-BB

CO-BB/CL

1trasparente

1-2L

1-2-3

Livelli OSInodi di transito

A c

ircui

toA

pac

chet

to 1



Evoluzione Evoluzione -- Dedicated networksDedicated networks

circuit switchingnetwork

packet switchingnetwork

dedicated networks

TV

PC

Phone

TV

PC

Phone



Evoluzione Evoluzione ––NarrowbandNarrowband integratedintegrated accessaccess


signalling network

packet switching/framerelay network

dedicated networks

ISDNswitch

ISDNswitch

TV

PC

Phone

TV

PC

Phone



Evoluzione Evoluzione ––BroadbandBroadband integratedintegrated accessaccess


packet switching/framerelay network

dedicated networks

Router Router

TV

PC

Phone

TV

PC

Phone



Evoluzione Evoluzione --Broadband integrated transportBroadband integrated transport

cell switchingnetwork

ATMswitch

ATMswitch

TV

PC

Phone

TV

PC

Phone



Servizi di TelecomunicazioniServizi di Telecomunicazioni

• Tassonomia dei servizi• Sorgenti di informazione


• Servizio di comunicazione– Obiettivo: trasferimento informazioni di utente– Fornito attraverso due o più interfacce utente-rete

• Natura informazione: uno solo o una combinazione di– Voce (suoni)– Dati (testi)– Immagini (fisse o in movimento)

• Tipo servizio– Monomediale: un solo tipo di informazione– Multimediale: almeno due tipi di informazione

• Caratteristiche delle comunicazioni– Configurazione– Direzione– Inizializzazione

Servizi di telecomunicazioniServizi di telecomunicazioni


Caratteristiche delle comunicazioniCaratteristiche delle comunicazioni• Configurazione

– Punto-punto: due punti di accesso– Multipunto: più di due punti di accesso– Diffusivo (broadcast)

• Direzione– Bidirezionale

• Simmetrico: 2 flussi con stessi parametri• Asimmetrico: 2 flussi con parametri diversi

– Unidirezionale: un solo flusso informativo• Inizializzazione

1 - Su base chiamata • Si articola in tre fasi: richiesta, utilizzazione, rilascio• Richiede il trasferimento della segnalazione

2 - Su base contrattuale: permanente oppure a tempo• Non sono espletate funzioni di segnalazione


Tassonomia dei servizi Tassonomia dei servizi -- ITUITU--T I.211T I.211

Servizi distributiviServizi interattivi

Servizi di telecomunicazione

Servizi diconversazione

Servizi di consultazione

Servizi dimessagistica

Servizi distributivisenza controllodi presentazione

Servizi distributivicon controllo

di presentazione


Servizi interattiviServizi interattivi• Servizi interattivi di conversazione

– Consentono scambio di informazioni in tempo reale (entità ritardo dipende dal servizio)

– Esempio: Telefonia, Videotelefonia, Videoconferenza, High-speed FAX• Servizi interattivi di messaggistica

– Consentono scambio di informazioni in tempo differito– Uso di memorie– Esempio: Posta elettronica

• Servizi interattivi di consultazione– Consentono consultazione e reperimento di informazioni da centri di

servizio– Utente richiede inoltro informazioni a centro di servizo– Utente controlla il trasferimento delle informazioni– Esempio: Teledidattica, Video on demand, Teleadvertising


Servizi distributiviServizi distributivi

• Servizi distributivi senza controllo di presentazione– Consentono la diffusione di informazioni a un numero arbitrario di

utilizzatori– Utente non controlla l'ordine delle informazioni ricevute– Esempio: Broadcast TV, Pay TV, Video/audio distribution

• Servizi distributivi con controllo di presentazione– Consentono la diffusione di informazioni a un numero arbitrario di

utilizzatori– Informazione strutturata in unità cicliche– Utente controlla l'ordine delle informazioni ricevute– Esempio: Teletext (Televideo)


Attributi dei servizi di TLCAttributi dei servizi di TLC

Configurazione Direzione InizializzazionePt-pt Mpt Dif Bid

simBid

asimUnid Chiam. Contr.

InterattivoConvers ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

InterattivoMess ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

InterattivoConsult ♦ ♦ ♦ ♦ ♦Distrib

senza cont ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦Distrib

con cont ♦ ♦ ♦


Caratteristiche delle sorgentiCaratteristiche delle sorgenti• Tipo di sorgente

– Analogica (richiede la conversione in forma numerica)– Numerica

• Parametri di sorgente– Frequenza di picco, P– Frequenza media, A– Fattore di burstiness, B= A/P

• Classificazione delle sorgenti– Constant bit rate (CBR): B=1

• Voce codificata• Video codificato senza riduzione di ridondanza• File transfer

– Variable bit rate (VBR): B<1• Voce codificata con soppressione dei silenzi• Video codificato con riduzione di ridondanza

• Modello di sorgente ON-OFF – Distribuzione esponenziale dei tempi di ON e OFF

µ

λ

OFF ON

1=+

=

ONOFF

ONOFF

pppp µλ

µλλ+

== BpON


ONOFF

ONTT

TB+

=

Caratteristiche delle sorgentiCaratteristiche delle sorgentiEsempio: sorgente con emissione di traffico periodico• Periodi di attività a durata fissa TON con emissione P• Periodi di inattività a durata fissa TOFF

• In questo caso:

1.00.80.60.40.20

t [s]

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

C [Mbit/s]

1.2

0

TON TOFF


Conversione analogico/digitaleConversione analogico/digitale


Frequenza di piccoFrequenza di picco

Telemetry/POSVoiceData/images

Low speed 0.0001-0.0010.005-0.10.001-0.1

HI-FI soundVideoconferenceData/images

Medium speed0.1-10.1-10.1-10

Compressed TVUncompressed TVData/images

High speed1-5

10-5010-1000

Class Mbit/s Service


Fattore di Fattore di burstinessburstiness

105104 106103 107 108 10910-3

10-2

10-1

100

Circuitswitching

Peak service bit rate, P (bit/s)

Modem traffic

Bur

stin

ess

fact

or, B

Packetswitching

Terminalto

host

Voice

Highresolutionimaging

Videoconference

Real-timevideo

Videotelephony

Audio


Requisiti dei serviziRequisiti dei servizi• Prestazioni richieste dai servizi dipendono fortemente dal tipo di servizio• Parametri di prestazione del servizio

– Probabilità di blocco– Tempo di ritardo (media, varianza, percentile)– Traffico trasportato (velocità media)– Probabilità di errore

TelefoniaDati

interattivi e-mailVideo-on-demand

Prob.blocco < 1% ≅ 0 ≅ 0 ≅ 0Ritardomedio < 500 ms o(s) o(min) o(s)

Velocitàmedia = 64 kbit/s 9.6-64 kbit/s o (bit/s) o(Mbit/s)Prob.errore o(1 %) ≅ 0 ≅ 0 o(1 %)

Corso di FONDAMENTI DI RETI DI TELECOMUNICAZIONI...A.A. 2004/05 – Corso di Fondamenti di Reti di...

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