Introduzione alle Reti di Prossima Generazione

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Sommario

• Rete telefonica tradizionale (PSTN, Public Switched Telephone Network)

• Reti di nuova generazione: Softswitch

• Protocolli

• Integrazione PSTN - Softswitch

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PSTN

• L’attuale rete telefonica tradizionale nasce negli anni ’60 a partire da studi e progetti effettuati dagli operatori dominanti (incumbents).

• La PSTN fornisce prestazioni di livello assoluto in termini di affidabilità, sicurezza, ubiquità.

• L’obsolescenza della PSTN è dovuta all’invecchiamento tecnologico e al disegno concettuale che non consente una rapida e completa evoluzione verso servizi a larga banda richiesti dalle nuove applicazioni.

• La convergenza verso infrastrutture di rete basate su protocollo IP è ormai in atto.

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PSTN

• La PSTN è una rete a commutazione di circuito– All’atto del setup della chiamata viene riservato un canale e la

voce segue sempre lo stesso percorso.

• L’instradamento viene realizzato tramite “switch”1. Switch manuali (Bell, 1877)

2. Switch meccanici (Stowger, 1889)

3. Switch elettronici (AT&T, fine anni ’60)

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Topologia della PSTN

CL4

CL4

CL4

CL4

CL4

CL4

CL4

CL4

SGT

SGU

SL

CL5

CL5

CL5

CL5

CL5

CL5

CL5

CL5

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CL5CL5

CL5

CL5CL5 CL5

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SL

SL

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SLSL SL SL

SLSL

SLSL SL SL

SLSL

SL

SL

SL

SL

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SL

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SL

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SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

TDM link

SL: Stadio di LineaSGU: Stadio di Gruppo UrbanoCL5: Centrale di Classe 5SGT: Stadio di Gruppo di TransitoCL4: Centrale di Classe 4

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La rete di accesso

• L’esigenza di servizi a larga banda e l’impossibilità di sostituire il doppino telefonico ha portato all’esigenza di convogliare voce (analogica) e dati (digitali) sullo stesso mezzo trasmissivo.

• Gli apparati che costituiscono la rete di accesso consentono di separare i segnali e di convogliarli sulle relative reti di trasporto.

POTS ch

modemADSL

splitter ADSLADSL

POTS ch

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Segnalazione

• La segnalazione è un insieme di messaggi che consentono il controllo delle chiamate e della rete.– Supervisione: monitoraggio dello stato della linea

– Alerting: squillo del telefono in ricezione di chiamate

– Indirizzamento: instradamento delle chiamate

• I protocolli di segnalazione della PSTN sono:– Segnalazione in banda su doppino

– Protocollo V5 tra rete di accesso e switch di classe 5

– Protocollo SS7 (Signaling System 7) tra gli switch

impulsi/toni V5Access Network

SS7

Switch classe 5

agli altri switch

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Voce

• Il segnale vocale viaggia sulla rete PSTN in digitale

• Il segnale vocale occupa una banda di 4 KHz

• Viene campionato in PCM a 8 KHz e codificato a 64 Kbps

• I diversi segnali vengono multiplexati in TDM

analogico digitalePCM

analogico digitalePCM

analogico digitalePCM

MUXTDM

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Voice over IP (VoIP)

• Definizione: il VoIP è la capacità di effettuare chiamate telefoniche su reti IP garantendo una appropriata Qualità del Servizio (QoS) e un migliore rapporto benefici/costi.

• Si parla più in generale di Multimedia over IP (MoIP) ovvero la convergenza di più tipi di dati (voce, video, fax, ecc) su un protocollo di rete comune (IP).

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VoIP

voce

CODEC: A/D

Compressione

Creazione dei Voice Datagram

Aggiunta di Header(RTP, UDP, IP, etc)

IP Network

voce

Processamento Header

Riordino e bufferizzazione

Decompressione

CODEC: D/A

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PSTN vs VoIP

PSTN

• Assenza di errori

• Ritardo piccolo e costante

• Nessuna perdita

• Nessuna ritrasmissione

• Passaggio diretto

VoIP

• Bassa probabilità di errore

• Ritardo variabile

• Perdita di pacchetti

• Ritrasmissione di pacchetti

• Uso di protocolli

Requisiti del VoIP

• Compressione

• Segnalazione

• Qualità del servizio

• Soppressione del silenzio

• Servizi aggiuntivi

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Softswitch

Definizione

Softswitch è un insieme di prodotti, protocolli e applicazioni che permettono ad un dispositivo di accedere a servizi di

telecomunicazioni su una rete IP.

Obiettivi

1. Standardizzare un’architettura per le reti VoIP

2. Mantenere la connettività con le reti tradizionali PSTN

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Architettura

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Componenti

• Media Gateway Controller (Call Agent, Softswitch)– Fornisce la logica di controllo della chiamata e del mantenimento dello

stato della chiamata

• Signaling Gateway– Permette la segnalazione tra PSTN e VoIP– Incapsula e trasporta la segnalazione PSTN su IP

• Media Gateway (Trunking Gateway)– Funge da gateway voce tra PSTN e VoIP o tra reti a pacchetto diverse– Trasforma la voce da un formato di trasmissione a un altro

• Media Server– Manipola e tratta gli stream vocali su richiesta di qualche applicazione

(Digital Signal Processing)

• Application Server (Feature Server)– Permette l’esecuzione di applicazioni per la fornitura di servizi

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Piani funzionali

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Protocolli VoIP

SIGTRAN

IP

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Protocolli di segnalazione VoIP (SIP e H.323)

• H.323 è uno standard ITU (International Telecommunications Unit) che specifica i componenti, i protocolli, e i meccanismi per la trasmissione di dati multimediali su reti a commutazione di pacchetto senza garanzie di qualità del servizio.

• Il protocollo SIP è un protocollo di segnalazione IETF (Internet Engineering Task Force) che si occupa di creare, modificare e terminare sessioni, come ad esempio una chiamata vocale o una conferenza multimediale.

• Differiscono per scalabilità, semplicità, estensibilità e formato trasmissivo.

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Protocollo SIGTRAN

• Una rete Softswitch consiste di Media Gateway Controller, Media Gateway, Signaling Gateway.

• Il protocollo SigTran (Signaling Transport) viene usato per trasportare i messaggi di segnalazione SS7 tra il Signaling Gateway e il Media Gateway Controller.

• SigTran è stato progettato per il trasporto dell’SS7 sull’IP in maniera veloce ed affidabile.

• Velocità ed affidabilità vengono garantite grazie all’uso del protocollo di trasporto SCTP (Stream Control Transmission Protocol) su cui SigTran poggia.

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Protocolli di controllo del media gateway(MEGACO e MGCP)

• Il Media Gateway Controller ha il compito di sovraintedere e gestire l’intero setup delle chiamate e quindi ha bisogno di interagire con il Media Gateway attraverso il quale passano i segnali vocali

• Per fare ciò, si avvale di protocolli chiamati di “controllo del media gateway” come MEGACO e MGCP.

• L’interazione è di tipo master-slave.

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Protocolli di trasmissione della voce (RTP)

• Il protocollo RTP (Realtime Transport Protocol) permette la trasmissione real time della voce, senza però fornire qualità del servizio.

• La voce viene digitalizzata, compressa, pacchettizzata e spedita sull’infrastruttura IP utilizzando il protocollo UDP (più veloce del TCP poichè non prevede ACK e ritrasmissioni).

• RTP non gestisce QoS ma fornisce informazioni addizionali ai livelli superiori cosicché le applicazioni possono determinare come trattare i pacchetti.

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Esempiodichiamata

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Evoluzione rete core: sostituzione Switch Classe 4

TDM link

SGU

CL5

CL5

CL5

CL5

CL5

CL5

CL5

CL5

CL5

CL5CL5

CL5

CL5CL5 CL5

CL5

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CL5

CL5

CL5

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SL

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SL

SL

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SL

SL

SL

SL SL SLSL

SL

SL

SL SL SLSL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

SL

IP link

BBN

SL

OPB

SX

CL4

SX

CL4

SX

CL4

SX

CL4

SX

CL4

SX

CL4

SX

CL4

SX

CL4

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Evoluzione rete core: sostituzione Switch Classe 4

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Evoluzione della rete d’accesso

POTS ch

POTS ch

RG ADSL

TOIP

ADSL

splitter ADSLADSL

POTS ch

modemADSL

splitter ADSLADSL

POTS ch

TOIP

RG ADSL

TOIP

ADSL

NTsplitter ADSL

ADSL

TOIP

modemADSL