Fondamenti di Internet, parte 1 - uniroma2.it · Fondamenti di Internet, parte 1 Generalità,...

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Fondamenti di Internet, parte 1

Generalità, modello OSI, modi di trasferimento, v2.0

N.B.: queste slides sono basate sui testi del Prof. Aldo Roveri, da cui sono tratte anche le figure

Nicola BLEFARI MELAZZI Dipartimento di Ingegneria ElettronicaUniversità degli Studi di Roma - Tor VergataVia del Politecnico, 1, 00133 - Roma (Italia)

Ph.: +39 06 7259 7501 E-mail: [email protected] URL: http://blefari.eln.uniroma2.it

Networks: Friends, Money, and Bytes (Mung Chiang)

1. What makes CDMA work for my smartphone?2. How does Google sell its ad spaces?3. How does Google rank webpages?4. How does Netflix recommend movies?5. When can I trust an average rating on Amazon?6. Why does Wikipedia even work?7. How do I viralize a YouTube video and tip a Groupon deal?8. How do I influence people on Facebook and Twitter?9. Can I really reach anyone in 6 steps?10. Does the Internet have an Achilles' heel?

© Nicola Blefari Melazzi Slide # 2

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Networks: Friends, Money, and Bytes (Mung Chiang)

11. Why do AT&T and Verizon Wireless charge me $10 a GB?12. How can I pay less for my Internet connection?13. How does traffic get through the Internet?14. Why doesn't the Internet collapse under congestion?15. How can Skype and BitTorrent be free?16. What's inside the cloud of iCloud?17. IPTV andNetflix: how can the Internet support video?18. Why is WiFi faster at home than at a hotspot?19. Why am I only getting a few percent of advertised 4G speed?20. Is it really fair that my neighbor's iPad downloads faster?


Programma

• Introduzione: topologie, nomenclatura, servizi• Allocazione risorse• Architettura a strati (e modello OSI)• Modi di trasferimento (circuito e pacchetto)• Descrizione dei primi tre strati OSI• LAN (Ethernet e Token Bus)• Internet (architettura e principali protocolli, IP, TCP)

• Esercitazioni– Modelli markoviani

– Coda M/M/1/∞/∞ e Coda M/M/m/0/∞

– Indirizzamento IP (Linux e Netkit)

– TCP


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Introduzione

• Di cosa si occupa la disciplina di Reti di Telecomunicazione?• Quali problemi risolve?• Si può realizzare una rete usando solo collegamenti punto‐

punto?

• Commutazione– Funzione attuativa

– Funzione decisionale

• Multiplazione– Divisione di spazio

– Divisione di frequenza

– Divisione di tempo

– Divisione di codice


Topologie


a b c

Apparecchio terminale Nodo di commutazione.

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Nomenclatura e tassonomia

• WAN‐MAN‐LAN‐PAN‐BAN• Sezione accesso e sezione interna• Wired/Wireless/Cellulare• Strutturata/Ad hoc/Multi‐hop (in cui i nodi sono terminali di

utente)• Dedicata ad un servizio/Integrata nei servizi

• Storia– Percorso POTS‐>IDN‐>ISDN‐>B‐ISDN

– Percorso LAN‐>Internet

• Percorso di reti a Tor Vergata


Nomenclatura e tassonomia


Rami / Nodi di accesso

Rami / Nodi di transito

Utenti

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Richiami

• Definizione di Informazione• Sorgenti di informazione, PCM, CD, SACD• Compressione; audio, video, MPEG, ADSL


Informazione digitalizzata proveniente da sorgenti analogiche

A/DTras-

duttore0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

t

V

0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

Rete TLC

D/ARipro-duttore

0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

Rete TLC 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

t

V

Richiami


t

V

Campionamento(discretizzazione nel tempo)

t

V

Tct

000

001

100

101

110

111

010

011

110 011 010 100 110 100

Quantizzazione(discretizzazione delle ampiezze)

......

Tc intervallo di campionamento (sec)fc=1/Tc frequenza di campionamento (Hz)

Codifica

n bits di codifica per campione ( 2n intervalli di quantizzazione di ampiezza )

Ritmo di emissione o bit-rate:

cT

n

cc T

nfnR

Es. codifica PCM per la voce:fc=8Khz Tc=125s n=8

P=64Kb/s

12max

n

Vb

Vmax

rang

e di

nam

ico

0

b

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Richiami


V

110 011 010 100 110 100 ......

Decodificat

000

001

100

101

110

111

010

011

t

V

Interpolazione

Il segnale ricostruito è tanto più simile a quello originario quanto...

Segnale originario

Segnale ricostruito

...minore è l’intervallo di quantizzazione b

...minore è l’intervallo di campionamento Tc maggiore freq. di camp. fc

maggior numero n di bits di cod.

migliore qualità

di riproduzione

maggiore ritmo di emissione

(bit-rate)

Unità informative

– I flussi di bits vengono inviati alla rete raggruppati in UI (chiamate a seconda del contesto, pacchetto, cella, segmento, etc.) che costituiscono l’oggetto del trasferimento

0..1..0..1..1..1..0..0..1..0..1..0..1..0..0..1..1..

1 mst

0101........1100........101010............011...... t

Pacchet-tizzatore

Linea di Trasmissione

Ritmo di emissionedella sorgente

R=4Kb/s

Esempio:

Capacità trasmissivadella lineaC=12Kb/s

UI


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Classificazione dei servizi

• Modalità di emissione: – Constant Bit Rate, Variable Bit Rate, On‐Off


R

bit-rate (bit/s)

bit-rate (bit/s)

bit-rate (bit/s)

RMAX

Rmedio

RMAX

Rmedio

CBR

VBR

Sorgente On-Off (“Tutto o Niente”)

RMAX ritmo di picco

Rmedio ritmo medio

MAX

medio

R

Ra

t

t

t


• Esempi di emissione (nel caso di UI di stessa dimensione)


CBR

VBR On-Off

VBR

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• Ritmo binario– Basso

– Medio

– Alto

• Inizializzazione– Su base chiamata

– Su base prenotazione

– Su base permanente

• Struttura– Unidirezionale

– Bidirezionale simmetrica

– Bidirezionale asimmetrica



• Configurazione– Punto‐punto

– Multipunto

– Diffusiva

• Modalità di comunicazione– Interattivi

• Di conversazione

• Di messagistica

• Di consultazione

– Distributivi

• Con controllo della presentazione

• Senza controllo della presentazione

• Modalità di uso– Sincrono/Asincrono/Client‐Server/Publish‐Subscribe


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Assegnazione risorse

• Risorse fisiche e virtuali


R

R1

# 1

R2 # 2

Rn

# n

Attività digestione dellarisorsa fisica R

Attività diutilizzazione della

risorsa fisica R

•••

•••


• Strategie di assegnazione delle risorse– Pre‐assegnazione

• Individuale

• Collettiva

– A domanda

• Possibilità di conflitti– Pre‐assegnazione

– Uso

• Risoluzione dei conflitti– Perdita

– Ritardo

• Matrice delle possibilità


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• Modo con connessione e senza connessione• Nodi stateful e stateless• Matrice delle possibilità• Esempio cittadini, matrimonio e presidente• Esempio di funzionamento globale di una rete• Differenze tra Internet (pacchetto) e rete telefonica

(circuito)– Qos, throughput, facilità di interconnessione di reti diverse

– (chiarire che modalità con connessione e senza si applica a strati)


Tipologie di informazione in rete

• Informazione– Utente

– Segnalazione e controllo (es. decadica e multifrequenza)

– Gestione (es. guasti; flussi anomali; catastrofe naturale)

• Esempio rete telefonica digitale (ma accesso analogico)– A/D, D/A, funzione modem, telefono, BORSCHT (Battery feed

Overvoltage protection, Ringing, Supervision, Codec, Hybrid, Testing)


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Architettura a strati

• È un'architettura di riferimento per l'interconnessione ed il colloquio tra sistemi di telecomunicazione

• Importanza degli standard

• Analisi del processo di comunicazione tra due sistemi remoti:– evidenziare le funzioni che devono essere espletate per rendere

possibile il colloquio

– formulare un modello astratto della comunicazione



• ANALISI DI UN PROCESSO DI COMUNICAZIONE

• Utente=qualsiasi entità fisica o logica che sia in grado di emettere e/o ricevere informazioni

• L'informazione emessa è di tipo numerico e strutturata in una sequenza di intervalli di attività e di silenzio

•1. funzioni per il trasferimento dell'informazione2. funzioni per l'elaborazione dell'informazione


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• Funzioni per il trasferimento dell'informazione– fornitura di un canale di trasmissione per il trasferimento

dell'informazione (connettività fisica)

– conversione dell'informazione emessa dagli utenti nella forma più adatta alle caratteristiche di trasferimento del particolare canale trasmissivo usato (modem)

– rivelazione e recupero degli errori di trasmissione

– strutturazione del flusso di informazione in unità informative

– multiplazione dei flussi informativi (problema dell'identificazione delle unità informative)

– commutazione (instradamento e attraversamento)

– controllo del flusso di dati e controllo di congestione

– equalizzazione della qualità di servizio



• Funzioni per l'elaborazione dell'informazione– dipendono dalla particolare applicazione oggetto dello scambio

informativo

– sono di competenza dei sistemi terminali

• Esempi:– gestione del dialogo tra i sistemi

– interpretazione delle informazioni ricevute (alfabeto, sintassi e semantica comuni)


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• GERARCHIA TRA LE FUNZIONI– Le funzioni descritte pur essendo autonome sono logicamente

collegate

– L'esecuzione di una funzione richiede lo svolgimento preventivo di altre funzioni e costituisce la base per l'esecuzione di altre

– Ogni funzione opera in modo da aggiungere valore al servizio offerto dal complesso delle funzioni gerarchicamente inferiori ad essa

– Concetto di stratificazione


Modello OSI

• Scopo: fornire una descrizione astratta delle modalità di comunicazione tra processi applicativi residenti in sistemi diversi

• L'architettura è usata per la definizione e per la normalizzazione delle procedure di comunicazione tra sistemi allo scopo di consentirne la cooperazione

• La cooperazione non riguarda solo lo scambio di informazione ma comprende anche gli aspetti relativi all'elaborazione ed all'utilizzazione della stessa– Sistema= insieme di uno o più elaboratori in grado di elaborare e

trasferire l'informazione

– Processo applicativo= elemento di un sistema che esegue l'elaborazione dell'informazione per una particolare applicazione


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Modello OSI


Processi applicativi

Sistema

A

Sistema

B

Sistema

C

Mezzi di trasmissione

Modello OSI

• Il modello non considera la realizzazione pratica delle funzioni

• Sviluppo del modello– definizione delle funzioni che un sistema deve svolgere (architettura

funzionale)

– descrizione delle modalità di esecuzione delle funzioni precedentemente definite (procedure operative)

• Le procedure operative sono gli elementi costitutivi dei protocolli di comunicazione

• Protocollo=insieme di regole procedurali e sintattiche in accordo alle quali avviene lo scambio delle informazioni– sintassi

– semantica

– temporizzazione© Nicola Blefari Melazzi Slide # 28

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Modello OSI

• Concetto di stratificazione: l’'esecuzione di un dato insieme di funzioni presuppone che un altro insieme di esse sia già stato eseguito. L'unione dei due insiemi costituirà la base per l'esecuzione di altre funzioni successive– raggruppamento e stratificazione delle funzioni di comunicazione

• raggruppamento: funzioni simili per logica e tecnologia sono raggruppate in insiemi omogenei

• stratificazione: gli insiemi sono organizzati gerarchicamente in modo che ognuno di essi arricchisca di un ulteriore insieme di funzioni il servizio fornito dall'insieme funzionale gerarchicamente inferiore


Modello OSI

• sistema = successione ordinata di sottosistemi• sottosistema=parte del sistema interessata a svolgere

funzioni appartenenti a un dato raggruppamento– sottosistema=insieme di più entità

• strato=unione di tutti i sottosistemi, appartenenti a qualunque sistema e caratterizzati da uno stesso raggruppamento funzionale

• entità= elemento attivo, hardware o software, di un sottosistema che provvede all'esecuzione di una o più tra le funzioni dello strato

• durante la comunicazione entità dello stesso strato appartenenti ai sistemi interconnessi comunicano tra loro per espletare le funzioni loro assegnate


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Modello OSI


Sistema

A

Sistema

B

Stratopiù elevato

(N+1) - Strato

(N) - Strato

(N-1) - Strato

Stratopiù basso

Mezzi di trasmissione

(N)-Entità

Sottosistema

Modello OSI

• Notazioni: (N)‐strato, (N)‐entità• Ogni (N)‐strato, sfruttando il servizio dello strato inferiore,

fornisce alla (N+1)‐entità un (N)‐servizio• Un (N)‐servizio è un particolare sottoinsieme delle funzioni

eseguite dall'(N)‐strato (contiene solo le funzioni visibili all'interfaccia tra l'(N)‐strato e l'(N+1)‐strato

• I punti (logici) in cui un (N)‐servizio viene fornito alle (N+1)‐entità sono detti (N)‐punto d'accesso al servizio, (N)‐SAP


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Modello OSI


SistemaA

(N+1)-Servizio

(N+1)-SAP

(N+1)-Entità

(N)-SAP

(N)-Servizio

(N)-Entità

(N-1)-SAP

(N+1)-Servizio

(N+1)-SAP

(N+1)-Entità

(N)-SAP

(N)-Servizio

(N)-Entità

(N-1)-SAP

SistemaB

(N+1)-Protocollo

(N)-Protocollo

(N-1)-Connessione (N-1)-Strato

(N)-Strato

(N+1)-Strato

Modello OSI

• Comunicazione tra entità– Lo scambio informativo tra due (N+1) entità è realizzato mediante i

servizi messi a disposizione dallo strato inferiore [ (N)‐strato ]

– (N)‐protocollo

• Il modello‐base OSI è orientato alla connessione– (N)‐connessione

– I mezzi per instaurare, mantenere e abbattere una (N)‐connessione sono forniti dall' (N)‐servizio

• Ogni (N)‐SAP e' identificato da un (N)‐indirizzo che identifica univocamente la (N+1)‐entità connessa allo specificato (N)‐SAP– All'interno di un (N)‐SAP i punti terminali delle (N)‐connessioni sono

identificati dagli identificatori dei punti terminali di una (N)‐connessione


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Modello OSI


(N)-Entità

A

(N)-Entità

B

(N)-Entità

C(N)-Strato

(N-1)-Strato

(N-1)-SAP

Punti terminali delle(N-1)-connessioniConnessioni

punto-puntoConnessione

punto-multipunto

Modello OSI

• Ogni (N)‐entità gestisce due tipi di flussi informativi:– con entità appartenenti agli strati adiacenti

• il trasferimento di informazione è diretto

– con entità dello stesso strato appartenenti a sistemi diversi

• il trasferimento di informazione è indiretto ed utilizza la connessione messa a disposizione dallo strato inferiore [tranne per quanto riguarda lo strato più basso]

• L'attività di normalizzazione riguarda solo il colloquio tra entità dello stesso strato


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Modello OSI

UNITA' DI DATI• Lo scambio informativo tra (N+1)‐entità avviene mediante le

unità di dati dell'(N+1)‐protocollo [(N+1)‐PDU, Protocol Data Unit]

• Una volta consegnata all'(N)‐strato, una (N+1)‐PDU diventa una unità di dati dell'(N)‐servizio [(N)‐SDU, Service Data Unit]

• Ad ogni (N)‐SDU viene aggiunta una informazione di controllo dell'(N)‐protocollo [(N)‐PCI, Protocol Control Information]. Questa è l'informazione che le (N) entità si scambiano per coordinare il loro funzionamento– Una (N+1)‐PDU e' trasferita da una (N+1) entità ad una (N) entità

sotto forma di una o più unità di dati dell'(N)‐interfaccia [(N)‐IDU, Interface Data Unit]


Modello OSI


(N)-SDU

(N)-PDU

(N)-PCI

(N+1)-PDU

(N)-SAP(N+1)-Strato

(N)-Strato

Informazione di controllo

Informazione di dati Unità di dati

(N)‐(N)Entità alla pari

Informazione di controllo del‐l'(N)‐protocollo

Dati dell'(N)‐utente Unità di dati del‐l'(N)‐protocollo

(N+1)‐(N)Entità di strati adiacenti

Informazione di controllo del‐l'(N)‐interfaccia

Dati del‐l'(N)‐interfaccia

Unità di dati del‐l'(N)‐interfaccia

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Modello OSI

• Gestione della connessione– L' (N)‐strato gestisce una (N)‐connessione instaurandola e

abbattendola, seguendo le richieste delle (N+1)‐entità che la utilizzano

• Funzioni di multiplazione e suddivisione; tre tipi di relazione tra connessioni appartenenti a strati adiacenti– Una (N)‐connessione ‐> una (N‐1)‐connessione

– MULTIPLAZIONE: Diverse (N)‐connessioni ‐> una (N‐1)‐connessione

– SUDDIVISIONE: Una (N)‐connessione ‐> diverse (N‐1)‐connessioni


Modello OSI

– segmentazione (riunificazione)

– aggregazione (disaggregazione)

– concatenazione (separazione)


(N)-SDU

(N)-PDU

(N)-PCI

A (N)-PDU

(N)-PCI

(N)-PDU

(N)-SDU

B

C(N)-PDU

(N)-PCI

(N)-SDU

(N)-PCI

(N)-SDU

D

(N)-PDU

(N-1)-SDU

(N)-PDU

A - Corrispondenza uno a uno tra (N)-SDU e (N)-PDU.

B - Funzioni di segmentazione e ricostruzione.

C - Funzioni di aggregazione e di disaggregazione.

D - Funzioni di concatenazione e separazione.

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Modello OSI

• Modello del servizio– La (N+1)‐entità, connessa ad un (N)‐SAP è detta (N)‐utente dell'(N)‐

servizio

– L'insieme delle (N)‐entità che cooperano per l'esecuzione delle funzioni dell'(N)‐servizio è detto (N)‐fornitore

– L'(N)‐servizio è composto logicamente da un insieme di elementi di servizio che corrispondono a particolari funzioni


Modello OSI

– Le interazioni tra utente e fornitore attraverso un (N)–SAP, necessarie per attuare un elemento di servizio, sono dette primitive di servizio. Ce ne sono di 4 tipi:

• primitive di richiesta

• primitive di indicazione

• primitive di risposta

• primitive di conferma


Utente(N)-servizio

(N)-Entità

(N)-SAP

RIC

HIE

ST

A

CO

NF

ER

MA

Utente(N)-servizio

(N)-Entità

(N)-SAP RIS

PO

ST

A

IND

ICA

ZIO

NE

(N)-Protocollo

Fornitore dell'(N)-servizio

(N+1)-Strato

(N)-Strato

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Modello OSI

• Un elemento di servizio può essere classificato come– servizio confermato

– servizio non confermato

– servizio iniziato dal fornitore


Primitiva dirichiesta

Primitiva diindicazione

Primitiva dirisposta

Primitiva diconferma

Fornitoredel

servizio

Utentedel

servizio

Utentedel

servizio

A

Primitiva dirichiesta


Fornitoredel

servizio

Utentedel

servizio

Utentedel

servizio

B


Fornitoredel

servizio

Utentedel

servizio

Utentedel

servizio


C

A - Servizio confermato.

B - servizio non confermato.

C - Servizio iniziato dal fornitore.

Modello OSI

• Definizione degli strati– funzioni simili sono raggruppate nello stesso strato

– funzioni diverse, sia per logica che per tecnologia, sono collocate in strati diversi

– l'interfaccia tra due strati è stabilita in modo da minimizzare la complessità ed il numero di interazioni tra gli strati stessi


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Modello OSI


Strato diApplicazione

Strato diPresentazione

Strato diSessione

Strato diTrasporto

Strato diRete

Strato diCollegamento

Strato Fisico

Strato diApplicazione

Strato diPresentazione

Strato diSessione

Strato diTrasporto

Strato diRete

Strato diCollegamento

Strato Fisico

Mezzi Fisici di Trasmissione

Protocollo di Applicazione

Protocollo di Presentazione

Protocollo di Sessione

Protocollo di Trasporto

Protocollo di Rete

Protocollo di Collegamento

Protocollo di Strato Fisico

Modello OSI

• Application (A)• Presentation (P)• Session (S)• Transport (T)• Network(N)• Data Link (DL)• Physical (PH)


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Esempio


File

2/3

1/3

3/3

2/3D1

2/3D1error check

2/3D1error checkflag flag strato 1

strato 2

strato 3

strato 4

strato applicativo

Indirizzo di rete

Esempio


mezzo fisico

strato 1

strato 2

strato 3

strato 4

strato applicativo

strato 1

strato 2

S

mezzo fisico

strato 1

strato 2

strato 1

strato 2

strato 3

strato 4

strato applicativo

R

D1

riconosce l’indirizzo D1 e instrada i datagrammi versol’interfaccia “a”

R

D1

D2

a

b

c

S

strato 3 strato 3

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Modello OSI

• Non tutti i sistemi impegnati in una comunicazione rappresentano le origini o le destinazioni finali delle informazioni; esistono anche sistemi di rilegamento che concatenano le varie tratte della connessione– Sistemi terminali

– Sistemi di rilegamento


Modello OSI


Strati di

utilizzazione

Strato 3

Strato 2

Strato 1

Strati di

utilizzazione

Strato 3

Strato 2

Strato 1Strato 1

Apparecchio terminale

Nodo di accesso

Nodo di transito


Nodo di accesso

Strato 1 Strato 1

Strati di

utilizzazione

Strato 3

Strato 2

Strato 1

Strati di

utilizzazione

Strato 3

Strato 2

Strato 1


Nodo di accesso

Nodo di transito


Nodo di accesso

Strato 3

Strato 2

Strato 1

Strato 3

Strato 2

Strato 1

Strato 3

Strato 2

Strato 1

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Modello OSI

• Funzioni comuni a tutti gli strati:– fornire i mezzi per instaurare, mantenere e abbattere le (N)‐

connessioni tra le (N+1) entità

• STRATO FISICO– Scopo: effettuare il trasferimento fisico delle cifre binarie scambiate

dalle entità di collegamento. Assicura l'indipendenza della comunicazione dal particolare mezzo trasmissivo utilizzato

• Ad es. tratta costituita da fibra+cavo coassiale+ponte radio


Modello OSI


Entitàdi strato

fisico

Entità distrato fisico

(rilegamento)

Entitàdi strato

fisicoProtocollodi strato

fisico

Protocollodi strato

fisico

Connessioni fisiche

(b)

(a)

SistemaA B C D F

Cavocoassiale

MODEM

Fibraottica

Trasduttorielettro-ottici

SistemaB

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Modello OSI


Trasferimento informazioni d'utente

Funzioni di controllo

Fornitore del Servizio di Strato Fisico

(PH)-SAP

Strato 3

Strato 2

Utente A

Entità diStrato Fisico


(di rilegamento)

(PH)-SAP

Utente B

Strato 3

Strato 2

Strato 3

Strato 2


Modello OSI

• STRATO DI COLLEGAMENTO– Scopo: fronteggiare eventuali malfunzionamenti che dovessero

verificarsi nello strato fisico

• Rivelazione e recupero degli errori

• Controllo di flusso e di congestione

• Gestione della linea (simplex, duplex)

– Lo strato di collegamento può offrire diverse classi di servizio allo strato di rete


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Modello OSI

• STRATO DI RETE– Scopo: rendere invisibile allo strato di trasporto il modo in cui sono

utilizzate le risorse di rete (lo strato di trasporto vede solo la qualità di servizio della connessione)

• Indirizzamento

• Instradamento


– giustificazione della ripetizione di controllo di flusso a strato 2 e 3 (e 4)

• Statistiche del trasferimento


Modello OSI

• STRATO DI TRASPORTO– Scopo: trasferimento trasparente delle unità di dati

• Colmare eventuali deficienze e fluttuazioni della qualità di servizio delle connessioni di rete

– E' il primo strato che ha esclusivamente un significato da estremo ad estremo (da sistema terminale a sistema terminale; non opera nei sistemi di rilegamento, o intermedi)

– Se la qualità di servizio è insufficiente, lo strato di trasporto deve migliorarla fino al livello richiesto dallo strato di sessione

• (=ammortizzatore)


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Modello OSI

• STRATO DI TRASPORTO– Classi di servizio caratterizzate da

• portata

• ritardo di trasferimento

• tasso di errore

• disponibilità della connessione

– I mezzi che lo stato di trasporto ha per ottimizzare l'utilizzazione delle risorse di rete sono:

• multiplazione

• Suddivisione

– (delle connessioni di rete)

– TCP, dente di sega, TCP su wireless, TCP su satellite; TCP proxy violano proprietà di avere strato 4 solo su sistemi terminali


Modello OSI

• STRATO DI SESSIONE– Scopo: strutturare e sincronizzare lo scambio dati in modo da

poterlo sospendere, riprendere e terminare ordinatamente

• Maschera eventuali interruzioni del servizio di trasporto e mantiene una continuità logica nell'evoluzione della connessione di sessione

– Il colloquio tra due entità di presentazione è strutturato in attività formate da una o più unità di colloquio


Unità di colloquio Unità di colloquio Unità di colloquio

Attività

Punti disincronizzazione

primari

Punti disincronizzazione

secondari

Inizioattività

Fineattività

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Modello OSI

• STRATO DI PRESENTAZIONE– Scopo: risolvere i problemi di compatibilità tra due qualsiasi entità di

applicazione per quanto riguarda la rappresentazione dei dati

• trasformazione della sintassi dei dati (anche conversione dei codici e degli insiemi di caratteri)

• compressione dei dati, crittografia

• STRATO DI APPLICAZIONE– Scopo: fornire ai processi applicativi residenti in un sistema i mezzi

per accedere all'ambiente OSI

• Fa sì che l'ambiente OSI costituisca una macchina virtuale in grado di associare un processo applicativo con qualsiasi altro processo residente in un qualsiasi altro sistema remoto


Modello OSI

• STRATO DI APPLICAZIONE– Elementi comuni:

• instaurazione e identificazione di connessioni

• verifica della disponibilità delle risorse

• determinazione della qualità di servizio richiesta

• determinazione di una sintassi di trasferimento

• trasferimento delle informazioni

• terminazione dell'associazione tra processi applicativi

© Nicola Blefari Melazzi Slide # 60ENTITÀ DI APPLICAZIONE

Elementi di servizio comunia tutte le applicazioni (CASE)

Elementi di servizio specificiper classi di applicazioni (SASE)

Elementi di servizio specificidi particolari applicazioni (USSE)

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Modello OSI

• Architettura protocollare per– Informazione di utente (piano di utente)

– Informazione di segnalazione (piano di segnalazione)

– Informazione di gestione (piano di gestione)

• Protocol block

• Piano di utente e segnalazione in rete telefonica

• OSI oggi– strato MAC

– modello Internet

– Middleware

– separazione di piano di utente e di segnalazione in Internet


Strato fisico

• Scopo: assicurare l'indipendenza della comunicazione dalle caratteristiche fisiche del mezzo trasmissivo usato, fornendo un trasferimento trasparente ed affidabile dei dati

• Peculiarità:– il concetto di connessione e sia logico che fisico

– non vi è distinzione tra servizio orientato alla connessione e servizio senza connessione

– una connessione di strato fisico coinvolge le entità di strato fisico sia dei sistemi terminali che dei sistemi di rilegamento

• PH‐connessione – Classe di servizio: sincrono o asincrono; duplice, semi‐duplice o

semplice; punto‐punto, o punto‐multipunto

– Qualità di servizio: disponibilità, ritardo, errore


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32

Strato fisico

• PH‐connessione– attivazione

– trasferimento dei dati

– disattivazione

– macchina a stati

• Funzione MODEM


1 Inattiva

4 Attiva entrante, semi-duplice o semplice

3 Attiva uscente, semi-duplice o semplice

2 Attiva duplice

Ph-ACTIVATE richiesta

Ph-DEACTIVATE richiesta


Ph-ACTIVATE richiesta o indicazione

Ph-ACTIVATE Indicazione

Ph-DATA Indicazione

Ph-DATA richiesta

Ph-DATA richiesta o indicazione

Ph-DEACTIVATE richiesta o indicazione





DTEDCE

(modem)

InterfacciaDTE/DCE

DCE(modem) DTE

InterfacciaDTE/DCE

Linea dedicatao commutata

Strato fisico

• Protocolli di strato fisico:– caratteristiche meccaniche

– caratteristiche elettriche

– caratteristiche funzionali

– caratteristiche procedurali (solo queste negli altri strati)


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33

Strato fisico

• Caratteristiche meccaniche

33.45 mm

13 12 11 10 915 14

8 7 6 5 4 23 1

(a)

25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14

47.17 mm

13 12 11 10 9 8 7 6 5 2 134

(b)


Strato fisico

• Caratteristiche elettriche

G R

Generatore RicevitoreCavo

A A'

B B'

Rt

D T

Pilota TerminazioneCavo

Interfaccia

GR

Generatore RicevitoreCavo

A A'

C B'

(a)

(b)

(c)


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34

Strato fisico

• Caratteristiche funzionali

DCE

Ring Indication

Data Terminal Ready

Carrier Detect

Signal Ground

Data Set Ready

Clear To Send

Request To Send

Receive Data

Transmit DataShield Ground

22

20

8

7

6

5

4

3

2

1

RI

DTR

CD

SIG

DSR

CTS

RTS

RxD

TxD

SHG

DTE

Connettore 25 pinISO 2110


Strato fisico

• Caratteristiche procedurali (es. V24)

Composizionenumero

telefonico

DTR ON

RI ON

RTS ON

CTS ON

TonoAudio

Cifre diselezione

T x D

RTS OFF

CTS OFF

Toni Audio(Dati)

Toni Audio(OFF)

Toni Audio(Dati) R x D

RTS OFF

CTS OFF

CD OFFCD OFF

CTS OFF

RTS OFF

T x D

CTS ON

BreveRitardo

BreveRitardo

RTS ON

CD OFF

R x D

DSR ON

DTR ON

ModalitàDati

CD ON

Fas

e di

tras

ferim

ento

dat

i

Fas

e di

Inst

aura

zion

eF

ase

diab

batti

men

toToni Audio(OFF)

DCE(Modem)

DTE DCE(Modem)

DTE

InterfacciaDTE/DCE

InterfacciaDTE/DCE

Lineatelefonica

commutata

Spia luminosa accesa Spia luminosa spenta


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Strato di collegamento


Strato di Rete

Strato di Collegamento

DL-servizio

DLS-utente

DLS-fornitore

Protocollo di Rete

Protocollo di Collegamento

StratoFisico

1Pronto

2Connessione

uscente in attesa

3Connessione

entrante in attesa

4Trasferimento

dati

5Attesa di resetiniziato da unDLS-utente

6Attesa di reset

iniziato dalDLS-fornitore

DL

-DIS

CO

NN

EC

T

DL-

CO

NN

ECT

Ric

hies

ta

DL-C

ON

NEC

T

Indicazione

DL-

CO

NN

ECT

Ris

post

a

DL-C

ON

NEC

T

Conferm

a

DL-RESET

Richies

taDL-RESET

IndicazioneDL-RESET

RispostaDL-RESET

Confe

rma

DL-DATARichiesta/Indicazione

DL-

DIS

CO

NN

ECT

DL-DISCONNECTDL-

DISCO

NNECT

DL-D

ISCO

NN

ECT


• Scopo: garantire il trasferimento trasparente ed affidabile delle unità dati del DL servizio

• Le funzionalità e i mezzi coinvolti hanno un significato solo su un piano logico

• Assicura:– indipendenza dallo strato fisico

– trasparenza delle informazioni trasferite

– trasferimento affidabile delle informazioni

– selezione di una qualità di servizio

– possibilità di indirizzamento dei dati

– gestione della connessione (come tutti gli strati, compito comune)


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• Funzioni di strato– delimitazione e identificazione delle trame

– rivelazione degli errori di trasmissione

– recupero del corretto trasferimento delle trame in caso di errori

– controllo di flusso e di congestione

– gestione della connessione (instaurazione e abbattimento ed eventuale re‐inizializzazione)



• Protocolli orientati al carattere• Trama = sequenza di caratteri, esistono caratteri di controllo

(es.: SOH, STX, ETX, EOT, ENQ, ACK, NAK, SYN, ETB, DLE)


ENQENQ

ACK

ACK

STX (Testo) ETXSTX (Testo) ETX

ACK

ACK

STX (Testo) ETXSTX (Testo) ETX

ACK

ACK

EOTEOT

Entità A Entità B

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37


• Protocolli orientati al bit– Minima entità informativa=bit

– Lunghezza della trama qualunque

– La trama è strutturata in campi

– Le funzioni di controllo sono attuate da particolari configurazioni assunte da determinati campi


Intestazione Campo Informativo

PCI SDU


• Delimitazione e identificazione delle trame– conteggio dei caratteri o delle cifre binarie (si inserisce in ogni trama

un carattere o un campo che indica la lunghezza della trama; in tal modo però un errore trasmissivo comporta l'impossibilità di riconoscere l'inizio della trama successiva)

– inserimento di campi di inizio e fine trama (flag: 01111110)

• Bit stuffing

• Per PDU di lunghezza fissa ‐> macchina a stati e correlazione (anche PCM)


1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1(a)

1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1(c)

(b) 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 10 0

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38


– violazione del codice di linea utilizzato dal livello fisico (possibile solo se si utilizza un'opportuna codifica di linea)



• Rivelazione degli errori di trasmissione– Introduzione di ridondanza

• controllo di parità

• controllo di parità a blocchi

• codici rivelatori polinomiali

– codice a r bit (resto) rivela errori o gruppi di errori di lunghezza <=r

– esempio: resto= polinomio di grado <=15, campo FCS=16 bits (da x^15 fino a x^0 sono 16 componenti)


(a)

Bit di parità per colonne

Bit

di p

arit

à p

er

righ

e

0 1 0 1 0 0 1 1

0 0 0 0 1 1 0 0

0 0 1 1 1 0 1 0

1 1 0 0 0 1 0 1

0 0 0 1 0 1 1 1

0 1 1 0 1 0 1 0

1 0 0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 0 0 0 0

(b)

Bit di parità per colonne

Bit

di p

arit

à p

er

righ

e

0 1 0 1 0 0 1 1

0 1 0 0 1 0 0 0

0 0 1 1 1 0 1 0

1 1 0 0 0 1 0 1

0 1 0 1 0 0 1 1

0 1 1 0 1 0 1 0

1 0 0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 0 0 0 0

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• Recupero degli errori– Auto‐correzione (es. FEC)

• Servizi real time

– Ri‐trasmissioni

• Servizi non real time



• Recupero del corretto trasferimento delle trame in caso di errori; ri‐trasmissione– Serve un protocollo

– Procedura più usata=invio da parte della DL‐entità ricevente, di riscontri positivi o negativi delle trame ricevute

– Ciò non è sufficiente in quanto possono verificarsi stati di stallo

• temporizzatori

– Ciò non è ancora sufficiente in quanto si può correre il rischio di duplicazione della trama in ricezione

• numerazione delle trame


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40


• ‘’costruzione’’ del protocollo– utilizzazione di

riscontri positivi e negativi


Trama CTrama C

ACK

ACK

Trama ATrama A

ACK

ACK

Trama BTrama B

ACK

ACK

Trama CTrama C (errata)

NACK

NACK

Entità A Entità B


• ‘’costruzione’’ del protocollo– uso dei

temporizzatori


Inizio timer

Inizio timer

Fine timer

Timer scaduto

Trama ATrama A

ACKACK

ACK

Trama B(riemessa)

Trama B

ACK

Trama B

(a)

Entità A Entità B

Trama ATrama A

ACKACK

ACK

Trama B(riemessa) Trama B

(duplicata)

ACK

(b)

Trama BTrama B

ACK

Entità A Entità B

Inizio timer

Inizio timer

Fine timer

Timer scaduto

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• ‘’costruzione’’ del protocollo– numerazione

delle trame


Trama (1)

Trama (1)

ACK (1)

ACK (1)

ACK (2)

Trama (2)

(riemessa) Trama (2)

(duplicata e scartata)

ACK (2)

(c)

Trama (2)Trama (2)

ACK (2)

Entità A Entità B

Inizio timer

Inizio timer

Fine timer

Timer scaduto


PROCEDURE DI RECUPERO

– riscontro positivo con ri‐emissione, o stop&wait

• la DL‐entità può emettere una sola trama alla volta; per emettere la successiva deve attenderne il riscontro positivo [numerazione modulo 2 , una sola cifra binaria]


Inizio timer

Fine timer

Trama (0)Trama (0)

ACK (0)

ACK (0)

Trama (1)(riemessa)

Trama (1)

Entità A Entità B

Inizio timer

Fine timer

Inizio timer

Timer scaduto

Trama (1)

ACK (1)

Inizio timer

Timer scaduto Trama (1) Trama (1)(duplicata e scartata)

ACK (1)

ACK (1)

Trama (0)Trama (0)

ACK (0)

ACK (0)

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• Prestazioni di portata

– Senza errore, (Time Out=Tempo di ciclo); rendimento=

, = , = ,

– Portata=

P= =

• Perciò si va su go‐back‐N





• Prestazioni di portata

– Con errore, ipotesi Time Out=Tciclo, p=probabilità di errore bernoulliana

– Tempo medio per inviare una trama:

E{T}= (1‐p)+ 1 p ∗ 2 ∗ p (1‐p)* ∗ 3 ⋯

=(1‐p)* ∗ ∑ =(1‐p)* ∗ ∑ =

=(1‐p)* ∗ ∑ = =(1‐p)* ∗

1

– Rendimento= 1

– Portata=P= = 1


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– finestra variabile con ri‐emissione non selettiva (go‐back‐N)

• la DL‐entità può emettere W trame senza attendere riscontro, W è la larghezza della finestra di trasmissione). Si definisce anche una finestra di ricezione = numero di trame che possono essere accettate in ricezione a prescindere dell'ordine di arrivo

• quando si rivela un'anomalia si richiede la ri‐emissione della trama mancante e di tutte le successive (equivale a finestra di ricezione=1)

• Funzionamento della finestra, valore minimo, massimo e corrente

• Considerazioni su prestazioni gobackN, effetti di Tp su portata, scelta di W




– finestra variabile con ri‐emissione non selettiva


ACK (3)

ACK (3)

Entità A Entità B

REJ (3)

REJ (3)

Trama (0)

Trama (0)Trama (1)

Trama (1)Trama (2)

Trama (2)

Trama (3)

Trama (4)

Trama (4) scartata

Trama (5)

Trama (5) scartata

Trama (3)

Trama (3)Trama (4)

Trama (4)Trama (5)

Trama (5)

ACK (6)

ACK (6)

(a)

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– finestra variabile con ri‐emissione selettiva

• la DL‐entità può emettere W trame senza attendere riscontro, W e' la larghezza della finestra di trasmissione

• quando si rivela un'anomalia si richiede la ri‐emissione della sola trama mancante (equivale a finestra di ricezione>1)




– finestra variabile con ri‐emissione selettiva


ACK (3)

ACK (3)

Entità A Entità B

SEL REJ (3)

SEL REJ (3)

Trama (0)

Trama (0)Trama (1)

Trama (1)Trama (2)

Trama (2)

Trama (3)

Trama (4)

Trama (4) accettata

Trama (5)

Trama (5) accettata

Trama (3)

Trama (3)

ACK (6)

ACK (6)

(b)

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• Controllo di flusso e di congestione– Definizioni e differenze

• Controllo di flusso regola velocità tra due terminali

• Controllo di congestione protegge la rete

– Controllo di congestione

• Reattivo (servizi no real time)

• Preventivo (servizi real time)

– Descrizione del traffico

– Controllo di ammissione

– Policing



• Controllo di flusso e di congestione– Controllo di flusso

• L'entità ricevente deve poter imporre a quella trasmittente di rallentare l'emissione delle trame

• Si possono utilizzare le regole protocollari introdotte per il recupero di errori (es. finestra di trasmissione)

– Effetto del time out su controllo di flusso, motivazione RR e RNR

• Oppure si va a strato 3 dove fai controllo di flusso e congestione, senza time out


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• Gestione della connessione (instaurazione e abbattimento ed eventuale re‐inizializzazione)– NRM (Normal Response Mode) la stazione primaria governa lo

scambio delle trame, instaura e abbatte la connessione, le stazioni secondarie possono iniziare ad emettere solo dopo aver ricevuta esplicita autorizzazione

– ARM (Asynchronous Response Mode) ogni stazione può instaurare ed abbattere la connessione, ogni stazione può emettere trame senza attendere l'autorizzazione dell'altra stazione

– ABM (Asynchronous Balanced Mode) ogni stazione può instaurare ed abbattere la connessione, ogni stazione può emettere e ricevere trame senza attendere l'autorizzazione dell'altra stazione



• X.25 di livello 2 (a scopo solo didattico)– Formato della trama


Delimitatore Indirizzo Controllo InformazioneSequenza di controllo della trama

Delimitatore

F 01111110

A 8 bit

C 8 bit

I N bit

FCS 16 bit

F 01111110

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• X.25 di livello 2 (a scopo solo didattico)– Formato del campo controllo


Tipo di trama Comandi Risposte Codifica

1 2 3 4 5 6 7 8

Informativa I 0 N(s) P N(r)

Supervisione

RR

RNR

REJ

RR

RNR

REJ

1 0 0 0 P/F N(r)

1 0 1 0 P/F N(r)

1 0 0 1 P/F N(r)

Non numerata

SARM

SABM

DISC

DM

UA

FRMR

1 1 1 1 P/F 0 0 0

1 1 1 1 P 1 0 0

1 1 0 0 P 0 1 0

1 1 0 0 F 1 1 0

1 1 1 0 F 1 1 0


• X.25 di livello 2 (a scopo solo didattico)– Diagramma semplificato di transizione di stato delle procedure di

instaurazione e di abbattimento


DCE

SABM

UA/DM

1Disconnessione

6Errore di

procedura

2Richiesta di connessione

4Rigetto di

trama

5Richiesta di

disconnessione

3Trasferimento

dati

DTE

DTE

DTE

DTE

DTE

DCE DCE

DCE

DCE

DTE DTE

DISC

DM

DM

UA

SABM SABM

UA

SABM FRMR DISC

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• X.25 di livello 2– Esempi

• (a) trasferimento corretto delle trame

• (b) errore su una trama informativa

• (c) errore su un riscontro


I (0,0) I (1,0) RR1 RR2 RR3 I (2,3)

I (0,0) RR1 I (3,2)I (2,2)I (1,2)

A B

B A

(a)

I (1,3) REJ4 I (4,5)I (3,4)I (2,4)

I (3,0) I (5,4)I (5,3) I (6,3) I (4,3)I (4,1)

Fuori sequenza

A B

B A

(b)

I (2,0) I (3,0)I (2,0)

Timer T1

RR4RR3 REJ3

A B

B A

(c)

Trama errata


• Paragone passo‐passo, end‐to‐end• Scelta della finestra in X.25 con tutti questi strumenti sia a

strato 2 che 3 è facile; problema di TCP• Relazione tra finestra e numerazione trame


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• Ambiguità sui numeri di sequenza (Wr=1, Wt=4)


Emissionea finestra:WT=4 ACK (0)

Entità A Entità B

Trama (0)Trama (0)

Trama (1)Trama (1)

Trama (2)Trama (2)

Trama (0)

(duplicata)

Trama (0): Accettatacome nuova ????

Ambiguità

Numerazionebase 4 {0,1,2,3}

Trama (3)Trama (3)

Timer ScadutoInizio Timer

ACK (0)ACK (0)


– Finestra di ricezione=finestra di trasmissione, Wr=Wt

• Per evitare ambiguità, se abbiamo numero di sequenza modulo M, la finestra massima di tramissione e ricezione deve essere sempre pari a M/2

• Controesempio

– M=8

– W=5

• A ha finestra da 0 a 4

• B ha finestra da 0 a 4

• A trasmette i pacchetti 0, 1, 2, 3, 4

• B riceve 0,1,2,3,4 e manda i riscontri per 0,1,2,3,4 che vanno persi e

• muove la finestra ‐> 5 a 1

• dopo un timeout A ritrasmette 0,1,2,3,4

• B riceve 0,1,2,3,4 e interpreta 0 e 1 come nuovi pacchetti invece che

• vecchi, visto che la sua finestra permette di ricevere 0 e 1, mentre

• scarta 2,3,4© Nicola Blefari Melazzi Slide # 98

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Strato di rete

• STRATO DI RETE• Indirizzamento

• Instradamento


• Statistiche del trasferimento

• Lo strato di rete è il primo (nella gerarchia OSI) in cui si pone il problema di trasferimento da estremo a estremo

• Alternative:– orientato alla connessione

– senza connessione

• Nello strato 1 questa differenza non ha senso

• Nello strato 2 ha importanza marginale

• Nello strato 3 ha una rilevanza particolare


Strato di rete


3

2

1

3

2

1

Rete

DLconnessione

PHconnessione

N-connessioni

PHconnessione

N-connessioni

DLconnessione

ST

RA

TI

DTE /A DCE/A DCE/B DTE /B

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Strato di rete

• X25, strato 3 (a scopo solo didattico)


Pacchetto

Controllo Dati

Segnalazione Controllo deltrasferimento di dati

Instaurazionedi chiamata

Abbattimentodi chiamata

Supervisione Interrupt Reset Restart

Strato di rete


– richiesta di chiamata


45678 3 2 1

0 D X X GCL

NCL

0 0 0 0 1 0 1 1

Lunghezza indirizzoDTE chiamante

Lunghezza indirizzoDTE chiamato

Indirizzi DTE

0 0 0 0

Lunghezza prestazioni

Prestazioni

Dati dell'utente chiamante

1

2

3

4

Bit

Ott

ett

i

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Strato di rete


– pacchetti di dati


45678 3 2 1

Q D 0 1 GCL

NCL

P(R) M P(S) 0

1

2

3

Bit

Otte

tti

Dati d'utente

(a)

45678 3 2 1

Q D 1 0 GCL

NCL

P(S) 0

1

2

3

4

Bit

Otte

tti

Dati d'utente

P(R) M

(b)

Strato di rete


– Macchine a stati


1Pronto

2DTE in attesa di

instaurazione

3DCE in attesa di

instaurazione

4Collisione di

chiamata

5Trasferimento di

dati

DTE/CAR DCE/INC

DTE/CAR

DCE/CON

DTE/CAC

DCE/INC

DCE/CON

6DTE in attesa di

abbattimento

7DCE in attesa di

abbattimento

1Pronto

DTE/CLR DCE/CLI

DTE/CLR DTE/CAC o CAR

DC

E/C

LC o C

LI

DCE/CLI

Qualsiasi stato eccetto 6 e 7

DCE/CON

DTE

/CLC

o C

LR

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Strato di rete


– Controllo di flusso a finestra

• No time out


0

1

2

3

4

5

6

7

Limiteinferiore

Limitesuperiore

Finestra diTrasmissione

0

1

2

3

4

5

6

7

Finestra diRicezione

Limiteinferiore

Limitesuperiore

Strato di rete

• Concetti generali, indirizzamento:– unicità

– gerarchico

– non gerarchico

– legato alla posizione geografica

– indipendente dalla posizione geografica

– conseguenze sull’ instradamento (es. Manhattan, Roma, Tokyo)

• Numero telefonico fisso: +39 06 7259 7501 (number portability?)

• Numero telefonico mobile: +39 320 4307654

• Numero verde: 800 123 123

• Indirizzo IP: 160.80.80.1


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Strato di rete

• Concetti generali, instradamento:– statico, dinamico, adattativo

– centralizzato, distribuito

– con informazioni globali (link state) o locali (distance vector)

– gerarchico, non gerarchico

– reattivo, proattivo (MANET)


Strato di rete

• Concetto di rete cellulare• Instradamento in rete cellulare

– HLR+VLR

– Solo HLR‐>rilevante scambio di informazione di segnalazione

• Quando un terminale entra per la prima volta in una certa area di localizzazione, i suoi dati vengono copiati dal HLR al VLR dell'area "visitata“

• Quando si vuole effettuare una chiamata verso un certo terminale, si interroga l'HLR, che fornisce l'identificazione del VLR in cui il terminale è registrato in quel momento. Gli altri dati necessari sono reperiti localmente nel VLR

• Quando è invece il terminale in questione a voler effettuare una chiamata, esso non ha necessità di reperire i dati che lo riguardano nel HLR, in quanto può trovarli nel VLR

• Inoltre per comunicazioni iniziate e terminate in una area servita da un certo VLR non è necessario interrogare l'HLR


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Strato di rete

• Concetto di rete cellulare– L’informazione di localizzazione è contenuta in tre luoghi: nel HLR, nel

VLR e nel terminale. Questa informazione cambia nel tempo ed è quindi necessario mantenere una consistenza tra queste entità


HLR

Vecchio VLR,area X

3

4'

4

2

15

Area XArea Y

Nuovo VLR,area Y

A

HLRHLR

Vecchio VLR,area X

3

4'

4

2

15

Area XArea Y

Nuovo VLR,area Y

A

Strato di rete

• Percorso «fisico» di una unità di dati, sistemi omogenei


Strati di

utilizzazione

Strato 3

Strato 2

Strato 1

Strati di

utilizzazione

Strato 3

Strato 2

Strato 1


Nodo di accesso

Nodo di transito


Nodo di accesso

Strato 3

Strato 2

Strato 1

Strato 3

Strato 2

Strato 1

Strato 3

Strato 2

Strato 1

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Strato di rete

• Percorso «fisico» di una unità di dati, sistemi diversi


STRATIAPPLICATIVI

STRATO 4

STRATO 3 - 1

STRATO 2 - 1

STRATO 1 - 1

Host A Host B

Sistema diInterconnessione

GSotto-rete 1Sotto-rete 2Sotto-rete 1

Strato 3 - 1

Strato 2 - 1

Strato 1 - 1

Strato 3 - 2

Strato 2 - 2

Strato 1 - 2

STRATIAPPLICATIVI

STRATO 4

STRATO 3 - 2

STRATO 2 - 2

STRATO 1 - 2

Modi di trasferimento

• Il modo di trasferimento di una rete di TLC è la modalità operativa utilizzata dalla rete per trasferire l'informazione tra gli utenti

• Aspetti prestazionali (=requisiti di progetto)– integrità informativa

• bassa o nulla perdita di unità informativa dovuta a congestione di rete

– trasparenza temporale

• bassa o nulla variabilità del ritardo di transito

– grado di flessibilità di accesso

• accettazione di diverse tipologie di emissione delle sorgenti (=+efficienza)

• legame con tariffazione (es. telefono e UMTS)


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• Integrità informativa– quanto l’insieme delle UI ricevute è simile all’insieme delle UI

trasmesse

– perdite dovute a congestione (no errori trasmissivi)

• più memorie (buffer) in rete, meno perdite, più ritardi


Rete TLC

SO NO NEMAAL CIPRON TO

NO NEMAALPRON

SO NO NEMAAL CIPRON TO

basso g.i.i.

alto g.i.i.


• Trasparenza temporale– quanto la sequenza degli intervalli d’interarrivo delle UI in ricezione è

simile alla sequenza degli intervalli d’interpartenza delle UI in trasmissione

• più memorie (buffer) in rete, meno perdite, più ritardi, più variabilità del ritardo

• Un modo di trasferimento è temporalmente trasparente quando la variabilità dei ritardi è nulla (ovvero i ritardi sono costanti)


Temporalmente trasparente

UI 1 UI 2 UI 3 UI 4 UI 5

tempo


tempo

UI trasmesse

UI ricevute

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• Trasparenza temporale


NON Temporalmente trasparente


tempo


tempo

UI trasmesse

UI ricevute


– Equalizzazione dei ritardi, quando il modo è non trasparente, ma gli utenti richiedono trasparenza temporale (es. voce su IP)– Aggiunge ulteriore ritardo

– CBR: posso dedurre ritardo subito

– VBR: devo aggiungere time stamp


Asse

di e

mis

sion

e

Asse

di r

icos

truzi

one

Tempo

Te

mp

o

Pacchetto scartato

Ritardo di transito Ritardo di equalizzazione

S A/D Pacch. DD/ADe- pacch.

BufferRete a

pacchetto

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• Requisiti contrastanti– Reti dedicate (meno problemi) e reti integrate (più problemi)


• Grado di flessibilità di accesso

• accettazione di diverse tipologie di emissione delle sorgenti

• Grado di trasparenza temporale• ritardi poco variabili

• Grado di integrità informativa• poche perdite

CircuitSwitching

Modo a circuito(rete telefonica)

FastCircuitSwitching

BurstSwitching

AsynchronousTransfer Mode

FrameRelaying

PacketSwitching(VC)

PacketSwitching(DG)

Modo a pacchetto(IP in Internet)


• Componenti– Lo schema di multiplazione: identifica le modalità logiche adottate

per l'utilizzazione della capacità di trasferimento dei rami della rete

– Il principio di commutazione: identifica i concetti generali su cui è basato il funzionamento dei nodi di commutazione, ovvero i modi con cui l'informazione è trattata all'interno di un nodo

– L’ architettura protocollare: individua l'architettura funzionale delle apparecchiature di rete, ovvero le funzioni che un nodo deve svolgere sulle informazioni entranti


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Modi di trasferimento, multiplazione

• Frequenza• Codice• Tempo

– Asse temporale indiviso

– Asse temporale diviso in intervalli

• Con trama

• Senza trama


Con asse deitempi indiviso

Multiplazione adivisione di tempo

Con asse dei tempisuddiviso in IT



Delimitatore (flag)

Tempo

Asse temporaleindiviso

Intervallo temporale (slot)Asse temporaleDiviso in intervalli temporali (slot)

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Multiplazione adivisione di tempo

Con organizzazionein trama

Senza organizzazionein trama

Con asse dei tempisuddiviso in IT

Con etichetta(indirizzamentoesplicito)

Senza etichetta(indirizzamentoImplicito, delimitazione implicita)

Con asse deitempi indiviso

Delimitazioneesplicita

Delimitazioneimplicita


• Trama


Assediviso

Con trama

Trama # i + 1Trama # i ‐ 1 Trama # i

Senza trama

Parola diallineamento

1 1 33

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• Multiplazione statica, con trama– trama PCM

• Il segnale fonico è campionato a frequenza uguale a 8 kHz (8000 campioni al secondo, 1 campione ogni 125 µs) ed ogni campione è codificato con 8 bit

• Ogni campione è inserito in un intervallo di canale (slot) di una trama multiplex PCM; la durata della trama è uguale a 125 µs

• Ogni slot ha lunghezza uguale a 8 bit, mentre la banda associata ad ogni slot è uguale a 64 kbit/s

• Se si considera un ritmo binario Cm uguale a 2.048 Mbit/s (Gruppo PCM primario), la trama sarà composta da 32 intervalli di canale


125 µS

0 1 2 30 31

. . . . . . . .

0 1 2 30 31


• Multiplazione statica, con trama– capacità del canale di base=Cs=Cm*Ls*Ltrama

– sovramultiplazione=assegnazione di più canali di base allo stesso utente (es. GPRS)

– sottomultiplazione=divisione di un canale di base in sotto‐canali

– adatta per sorgenti a ritmo binario costante (CBR)


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• Multiplazione dinamica (o statistica)– asse dei tempi indiviso, diviso (o trama dinamica)

– indirizzamento esplicito

– adatta per sorgenti a ritmo binario variabile (VBR)

– Obiettivo=aumentare l’efficienza, facendo condividere lo stesso canale un numero maggiore di utenti, rispetto alla multiplazione statica, contando sul fatto che gli utenti non siano sempre attivi (=VBR)




A

B

C

MCA bit/s

CB bit/s

CC bit/s

CM bit/s

CM > CA, CB, CC

MU

X

DE

MU

X

A

B

C

M

A A

B B B

C

A B B C A B

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• Problema– data capacità del canale, CM, quanti utenti (sorgenti) possono essere

multiplate?

– viceversa, date delle sorgenti, quale deve essere la capacità del canale multiplato?

• Bisogna conoscere il comportamento statistico delle sorgenti

• Fm,i=ritmo binario medio della sorgente i‐esima

• Fp,i=ritmo binario medio della sorgente i‐esima

∑ , ≤ C ≤∑ ,

Migliore efficienza<‐‐‐C ‐‐‐>Migliori prestazioni



– 100 sorgenti con attività = 0.1; distribuzione del numero N di sorgenti simultaneamente attive

N

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.05

0.1

0.15

Prob. N sorgenti attive sim

ultan

eam

ente


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Commutazione

• Per un nodo della rete logica, definisce il modo secondo cui un qualunque ingresso del nodo (ramo di ingresso) viene associato logicamente con una qualunque uscita (ramo di uscita)

• Lo scopo è trasferire le UI provenienti dai rami di ingresso agli opportuni rami di uscita del nodo


Nododi commutazione

ingresso uscita

Commutazione

• E’ attuata per mezzo delle funzioni di instradamento e di attraversamento– l’instradamento è la funzione decisionale, che ha lo scopo di stabilire

il ramo di uscita verso cui deve essere inoltrato una UI che perviene da un ramo d’ingresso

– l’attraversamento è la funzione attuativa, che ha lo scopo di trasferire, attraverso quel nodo, una UI da un ramo d’ingresso ad uno di uscita


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Commutazione

• La funzione di instradamento può essere effettuata– durante la fase di instaurazione della chiamata

• per servizi di trasferimento orientati alla connessione, associata a strategie di pre‐assegnazione individuale o collettiva delle risorse

– per ciascuna UI

• per servizi di trasferimento senza connessione, associata a strategie di assegnazione a domanda


Commutazione

• L’ attraversamento di un nodo può avvenire con due differenti tecniche– con connessione diretta, il percorso interno ingresso‐uscita è

temporalmente trasparente

• associata alla multiplazione senza etichetta

– con connessione ad immagazzinamento e rilancio; ogni UI attraversante il nodo viene memorizzata prima di essere rilanciata verso l’uscita

• associata alla multiplazione con etichetta


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Commutazione

• Connessione diretta– a divisione di spazio


Linee di ingresso

Linee di uscita

Nodo di commutazione

Commutazione

• Connessione diretta– a divisione di tempo

A

B

C

CA bit/s

CB bit/s

CC bit/s

MU

X

DE

MU

X

Nodo di commutazione?

Trama

Trama

Trama

Trama

CM = CA + CB+ CC


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Commutazione

© Nicola Blefari Melazzi Slide # 135TEMPO

i

j

i

j

Trama # k Trama # k + 1

Intervallotemporale

Unitàinformativa

i i

j j j

Trama # k Trama # k + 1

Ingresso

Uscita

Ingresso

Uscita

Commutazione

• Connessione diretta– a divisione di tempo


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Commutazione

• Immagazinamento e rilancio


1

2

3

Instradamento

Trasmissione

Linee di ingresso

Linee di

uscita

Architettura protocollare

Protocolli di utilizzazioneStrati diutilizz.

Strati diutilizz.

Strati ditrasfer.Strati ditrasfer.

Strati diutilizz.

Strati diutilizz.


Strati ditrasfer.Strati ditrasfer. Strati di

trasfer.Strati ditrasfer.


Sezionedi accesso

Sezione direte interna

Sezionedi accesso

Protocollidi accesso

Protocollidi rete interna

Protocollidi accesso

Protocollidi rete interna

Apparecchioterminale

Nododi

transito


Nodo diaccesso

Nodo diaccesso


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Modo a circuito

• Servizio di trasferimento:– con connessione

• Multiplazione:– statica

• Commutazione:– attraversamento con connessione diretta

• Architettura protocollare:– strato MT nello strato 1

• Temporalmente trasparente, non flessibile, integrità informativa


Modo a circuito

• Una rete che utilizza il modo di trasferimento a circuito mette a disposizione degli utenti impegnati in una chiamata un CIRCUITO FISICO che rimane ad essi DEDICATO per tutta la durata della comunicazione

A

BD

E

1

2

Utente

Utente


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Modo a circuito

• Lo schema di multiplazione utilizzato è senza etichetta, statica a divisione di tempo– Il segnale fonico è campionato a frequenza uguale a 8 kHz (8000

campioni al secondo, 1 campione ogni 125 µs) ed ogni campione è codificato con 8 bit e inserito in un intervallo di canale (slot) di una trama multiplex PCM; la durata della trama è uguale a 125 µs

– Ogni slot ha lunghezza uguale a 8 bit, mentre la banda associata ad ogni slot è uguale a 64 kbit/s

– Se si considera un ritmo binario Cm uguale a 2.048 Mbit/s (Gruppo PCM primario), la trama sarà composta da 32 intervalli di canale


0 1 2 30 31

. . . . . . . .

0 1 2 30 31

125 µs

Modo a circuito


A

B

C

CA bit/s

CB bit/s

CC bit/s

MU

X

DE

MU

X

Nodo di commutazione

Trama

Trama

Trama

Trama

CM = CA + CB+ CC

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Modo a circuito

• Orientato alla connessione, pre‐assegnazione individuale

• In ogni chiamata possono essere distinte tre fasi:

– Fase di INSTAURAZIONE: in questa fase, attraverso lo scambio di messaggi di segnalazione tra utenti e apparati di rete, viene creato il circuito fisico in rete

– Fase di TRASFERIMENTO: in questa fase viene effettuata lo scambio di informazioni tra gli utenti impegnati nella chiamata; in questa fase la rete è completamente trasparente e non effettua alcuna operazione sulle informazioni in transito

– Fase di ABBATTIMENTO: in questa fase vengono rilasciate le risorse di rete precedentemente assegnate agli utenti impegnati nella chiamata


Modo a circuito

• La durata richiesta all'instaurazione della chiamata è detta RITARDO DI INSTAURAZIONE– dovuto al tempo di

elaborazione dei messaggi di segnalazione nei nodi di commutazione e dal tipo di protocollo di segnalazione utilizzato

A B C D

Informazioni d'utente

Fas

e d

i in

stau

razi

on

eF

ase

di

tras

feri

men

toF

ase

di

abb

atti

men

to

Du

rata

del

la c

hia

mat

a


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Architettura protocollaremodo a circuito piano di utente

Strati diutilizzaz.Strati diutilizzaz.

Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

Strato 1Strato 1

Nodo diaccesso

Nodo diaccesso

Nodo ditransito



Strato 1Strato 1 Strato 1Strato 1 Strato 1Strato 1


Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

Strato 1Strato 1


Architettura protocollaremodo a circuito piano di segnalazione



Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

Strato 1Strato 1

Nodo diaccesso

Nodo diaccesso

Nodo ditransito





Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

Strato 1Strato 1

Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

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Modo a circuito

• Se le risorse di rete non sono temporaneamente sufficienti all'instaurazione della chiamata, la rete è detta trovarsi in situazione di CONGESTIONE– CONGESTIONE ESTERNA se l'indisponibilità delle risorse si riferisce

alla mancanza, in uno o più dei rami della rete, di un canale da assegnare alla chiamata

– CONGESTIONE INTERNA se l'indisponibilità delle risorse si riferisce alla mancanza, in uno o più dei nodi della rete, di un percorso interno da assegnare alla chiamata.

• Se una chiamata incontra uno stato di congestione della rete questa non può essere instaurata ed è quindi PERDUTA– Il dimensionamento di una rete a circuito si effettua in base ad un

valore prefissato di PROBABILITA' DI PERDITA, ovvero alla probabilità che una richiesta di servizio presentata alla rete non sia accolta


Modo a circuito

• Trattamento della segnalazione– Segnalazione di utente

– Segnalazione inter‐nodale

– Segnalazione associata al canale (SAC)

• In banda

• Fuori banda

– Segnalazione a canale comune (SCC)


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Modo a circuito

• Trattamento della segnalazione

© Nicola Blefari Melazzi Slide # 149Informazioni di segnalazione Informazioni d'utente

Instaurazione Richiamata Abbattimento

Trasferim. Trasferim.(a)

SA

C i

n b

and

a

Instaurazione Richiamata Abbattimento

tempo

Trasferimento(b)

SA

C f

uo

ri b

and

a

Modo a pacchetto

• Servizio di trasferimento:– con o senza connessione

• Multiplazione:– dinamica (con etichetta)

• Commutazione:– attraversamento con connessione ad immagazzinamento e rilancio

• Architettura protocollare:– strato MT nello strato 3

• Temporalmente non trasparente, flessibile, «no» integrità informativa


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Modo a pacchetto

• Le unità di dati trasferite in rete sono detti PACCHETTI e sono composte da un'INTESTAZIONE, contenente informazioni di controllo della comunicazione e da un CAMPO INFORMATIVO contenente le informazioni d'utente


Intestazione Campo informativo

Lh Li

Modo a pacchetto, commutazione


A

B

C

�

�

CA bit/s

CB bit/s

CC bit/s

MU

X

DE

MU

X

1

2

3

Instradamento

Trasmissione

Linee di ingresso

Linee di

uscita

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Modo a pacchetto

• Commutazione a immagazinamento e rilancio• Il ritardo di commutazione è composto da due componenti:

– 1) fissa composta dai tempi di elaborazione e di propagazione

– 2) variabile composta dal tempo di memorizzazione in uscita

A

B

C

1

2

3

Unità di Comando

Line

e di

Ingr

esso

Line

e di

Usc

ita

Sezione di Connessione

Sezione di Memorizzazione


Modo a pacchetto

• Esistono due alternative– Datagramma (come IP, pacchetto «puro»)

• Assegnazione risorse a domanda, senza connessione

– Circuito virtuale

• Assegnazione risorse a pre‐assegnazione collettiva, con connessione


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Modo a pacchetto, datagramma

– Il trasferimento dei pacchetti avviene senza accertare preventivamente la disponibilità dell'utente chiamato all'effettuazione dello scambio informativo

– Non esistono le fasi di instaurazione e di abbattimento di una chiamata ed ogni pacchetto è gestito dalla rete indipendentemente dagli altri, anche se fanno parte della stessa comunicazione


U

U

A

B

CD

E

Modo a pacchetto, circuito virtuale

– Orientato alla connessione

• Esistono quindi, oltre alla fase di trasferimento informativo, anche le fasi di instaurazione ed abbattimento del CIRCUITO VIRTUALE.

– Durante la fase di instaurazione viene:

• identificato il cammino fisico che i pacchetti seguiranno in rete (Funzione di INSTRADAMENTO);

• accertata la possibilità di instaurare la connessione (funzione di CONTROLLO DI ACCETTAZIONE DI CHIAMATA)

• effettuata un'ASSEGNAZIONE LOGICA delle risorse di rete

• assegnati opportuni IDENTIFICATORI della chiamata che saranno trasportati da tutti i pacchetti appartenenti alla chiamata stessa


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A B C D

Fa

se d

i in

sta

ura

zio

ne

Nodi di commutazione

Pa

cch

ett

o d

i se

gna

lazi

one

1234

Messaggio

Fa

se d

i ab

ba

ttim

ent

o

pa

cch

ett

o in

form

ativ

o

Pa

cch

ett

o d

i se

gna

lazi

one

1234

1234

1234

tem

po

Fas

e di

tr

asf

erim

ent

o d

ell'

info

rmaz

ione



U

U

A

B

CD

E

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80


• In una rete a commutazione di pacchetto a circuito virtuale una chiamata è identificata su ogni ramo della rete da un identificatore detto NUMERO DI CANALE LOGICO

Ramo Nodo B Nodo D Nodo E Entrante 4 2 8 Uscente 2 8 1

Tabella di attraversamento

U

U

A

B

CD

E

Canalelogico 4

Canale logico 2

Canale logico 8

Canale logico 1


Modo a pacchetto, architettura protocollare


Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

Strato 1Strato 1

Nodo diaccesso

Nodo diaccesso

Nodo ditransito





Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

Strato 1Strato 1

Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3

Strato 2Strato 2

Strato 3Strato 3


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81

Confronto tra modi di trasferimento


Modalità di trasferimento

Assegnazione delle risorse

Modalità di funzionamento dei nodi di commutazione

Risoluzione conflitti di instaurazione

Risoluzione conflitti di trasferimento

Allocazione di banda agli utenti

Prestazioni: trasparenza temporale

Prestazioni: integrità informativa

Prestazioni: flessibilità

Multiplazione

Commutazione

Architettura protocollare, strati del piano di utente

Circuito Con connessione

Pre‐assegnazione individuale

Stateful Tipicamente a perdita

No conflitti

Picco (dell’utente)

Alta Alta Bassa Statica Connessione diretta

1

Pacchetto circuito virtuale

Con connessione

Pre‐assegnazione collettiva

Stateful Tipicamente a perdita

Tipicamente a ritardo

Intermedia tra picco e media (dell’utente)

Media Media Media Dinamica Immagazzinamento e rilancio

‐>3

Pacchetto datagramma

Senza connessione

A domanda

Stateless No conflitti

Tipicamente a ritardo

No Bassa Bassa Alta Dinamica Immagazzinamento e rilancio

‐>3

Domande?

Nicola Blefari Melazzi, Ph. D.Full Professor of Telecommunications

Chair of the Department of Electronic Engineering

e‐mail: [email protected]://blefari.eln.uniroma2.it

Phone: +39 06 7259 7501Fax: +39 06 7259 7435

UNIVERSITY OF ROME “TOR VERGATA”Department of Electronics EngineeringVia del Politecnico, 1 ‐ 00133 Rome ‐ Italy


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