1: Introduzione 16

La Core Network

Maglia di router interconnessiDomanda fondamentale: come vengono trasferiti i dati attraverso la rete?

o Commutazione di circuito:circuito dedicato ad ogni chiamata: rete telefonica

o Commutazione di pacchetto: i dati sono spediti attraverso la rete in quantità discrete chiamate pacchetti

1: Introduzione 17

La Core Network: commutazione di circuitoRisorse riservate per una

chiamata “End-end”Larghezza di banda dei canali, capacità dei commutatoriRisorse dedicate: nessuna condivisionePrestazioni garantiteRichiesta fase di stabilimento di chiamata e prenotazione risorse

1: Introduzione 18

La Core Network: commutazione di CircuitoRisorse di rete (e.g.,

larghezza di banda) divise in “pezzi”pezzi allocati a chiamatePezzi di risorse sono idle(inattivi) se non in uso da parte della chiamata (non si condividono)Divisione della larghezza di banda di un canale in “pezzi”

o Divisione di frequenzao Divisione di tempo

Divisione della larghezza di banda di un canale in “pezzi”o Divisione di

frequenza (FDMA)o Divisione di tempo

(TDMA)

1: Introduzione 19

Commutazione di circuito: FDMA e TDMAFDMA

frequenza

tempoTDMA

frequenza

tempo

4 utentiEsempio:

1: Introduzione 20

La Core Network: commutazione di PacchettoOgni flusso dati end-end diviso in

pacchettiI pacchetti degli utenti A e B condividono risorse di reteOgni pacchetto usa tutta la larghezza di banda del canaleRisorse usate quando sono necessarie

Contesa delle risorse:La richiesta aggregata di risorse può eccedere l’ammontare disponibilecongestione: I pacchetti si accodano ed attendono l’uso del canalestore and forward: pacchetti ricevuti interamente prima di essere spediti

Divisione della larghezza di banda in “pezzi”

Allocazione DedicataPrenotazione di risorse

1: Introduzione 21

La core Network: commutazione di pacchetto

Commutazione di pacchetto vs commutazione di circuito: analogia esseri umani ristoranteDomanda: Altre analogie umane?

A

B

C10 MbsEthernet

1.5 Mbs

45 Mbs

D E

statistical multiplexing

Coda di pacchetti in attesa del canale

di uscita

1: Introduzione 22

La core Network: commutazione di pacchetto Commutazione di pacchetto:

store and forwardUn messaggio viene diviso in parti più piccole chiamate pacchettiStore-and-forward: il commutatore attende fino a quando il pacchetto è stato ricevuto interamente, in seguito lo instrada al prossimoDomanda: che succede se si spedisce il messaggio senza suddividerlo?

Canali a 1.5 Mbs, messaggio 7.5Mb

1: Introduzione 23

Commutazione di pacchetto vscommutazione di circuito

Canale ad 1 MbitOgni utente:

o 100Kbps quando “attivo”o attivo 10% del tempo

Commutazione di circuito:

o 10 utentiCommutazione di pacchetto:

o con 35 utenti, probabilità > 10 attivi minore di 0.0004

La commutazione di pacchetto permette a più utenti di usare la rete!

N utenticanale 1 Mbps

1: Introduzione 24

Commutazione di pacchetto vscommutazione di circuito

Molto efficiente per dati “bursty”o Condivisione di risorseo Senza fase di chiamata

Congestione eccessiva: ritardo e perdite di pacchettio protocolli necessari per trasferimento dati

affidabile, controllo di congestione

La commutazione di pacchetto è l’ideale?

1: Introduzione 25

Reti a commutazione di pacchetto: routing

Obiettivo: spostare pacchetti tra router, dal host sorgente all’ host destinatario

o Vedremo nel dettaglio gli algoritmiReti datagram:

o L’indirizzo destinazione determina il prossimo passoo Le strade (route) possono variare durante le sessioni o analogia: guidare, richiesta di direzioneo I router NON mantengono informazioni sullo stato delle

connessioni Reti a circuiti virtuali:

o Ogni pacchetto contiene un identificativo del circuito virtuale (tag), il tag determina il prossimo passo

o Il cammino dalla sorgente alla destinazione è fisso e determinato durante la fase di chiamata; non cambia durante le sessioni

o I router mantengono informazioni sullo stato di ogni connessione

1: Introduzione 26

Reti di accesso e mezzi trasmissiviDomanda: come si connettono gli

host agli edge router?Reti di accesso residenziale (da casa)Reti di accesso istituzionali (scuole, università, aziende)Reti di accesso mobili

Caratteristiche: Larghezza di banda (bit al secondo) delle reti di accessoCondivise o dedicate?

1: Introduzione 27

Accesso Residenziale: accesso point to point

Connessione telefonica via modemo Fino a 56Kbps di accesso diretto ad

un router (in teoria)ISDN: integrated services digitalnetwork: connessione completamente digitale a 128Kbps verso un routerADSL: asymmetric digital subscriberline

o Fino a 1 Mbps casa-routero Fino a 8 Mbps router-casao Diffusione ADSL: in corso

1: Introduzione 28

Accesso Residenziale: cable modems

HFC: hybrid fiber coaxo asimmetrico: fino a 10Mbps router-casa, 1

Mbps casa-routerrete di cavi and fibre connettono abitazioni ai router di ISPo Accesso condiviso tra le abitazioni al routero problemi: congestione, dimensionamento

diffusione: disponibile, in USA, dalle compagnie di TV via cavo

1: Introduzione 29

Accesso Istituzionale: local area networksLa local area network (LAN) di aziende, università, connette host ad un edge routerEthernet:

o Cavo condiviso o dedicato connette gli host ed il router

o 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet

diffusione: istituzioni, LAN casalinghe, attualeLAN: forse vedremo Ethernet

1: Introduzione 30

Reti di accesso Wireless

Una rete condivisa di accesso wirelessconnette host a routerwireless LAN:

o Spettro radio sostituisce il cavo

o e.g., Lucent Wavelan 11 Mbps

Accessi wireless in area geografica

o CDPD: accesso wireless al router di un ISP attraverso la rete cellulare

stazionebase

hostmobili

router

1: Introduzione 31

Reti residenzialiComponenti tipiche:

Modem ADSL o per cavorouter/firewallEthernetPunto di accesso wireless

Punto di accesso

wireless

portatilewireless

router/firewall

cablemodem

da / versocable

headend

Ethernet

1: Introduzione 32

Mezzi trasmissivi

Canali fisici: bit di dati trasmessi si propagano lungo il canaleMezzi ad onde guidate:

o segnali si propagano in mezzi solidi: rame, fibra

Mezzi ad onde non guidate:

o Segnali si propagano liberamente, e.g., radio

Twisted Pair (TP)Due cavi di rame isolati ed intrecciati

o Categoria 3: doppino telefonico, 10 Mbps Ethernet

o Categoria 5 TP: 100Mbps Ethernet

1: Introduzione 33

Mezzi trasmissivi: cavi coassiali, fibra

Cavo coassiale:Conduttore rame (portante segnale)Strato di plastica isola il conduttore da uno schermo di metallo intrecciato (per bloccare interferenze esterne)bi-direzionaleUso tipico per 10Mbs Ethernet

Cavo in fibra ottica:Fibra di vetro che trasporta impulsi otticiOperazioni ad alta velocità:

o 100Mbps Etherneto Alta velocità di

trasmissione punto-punto (e.g., 5 Gps)

Bassa probabilità di errore

1: Introduzione 34

Mezzi trasmissivi: radio

Segnale trasportato nello spettro elettromagneticoNessun cavo fisicobi-direzionaleEffetti dell’ambiente sulla propagazione:

o riflessione o ostruzione (oggetti

ostacolo)o interferenza

Tipi di canali radio:microonde

o e.g. fino a 45 MbpsLAN (e.g., WaveLAN)

o 2Mbps, 11MbpsArea geografica (e.g., cellulare)

o e.g. CDPD, 10 Kbpssatellite

o fino a 50Mbps

1: Introduzione 35

Ritardi nelle reti a commutazione di pacchettoI pacchetti avvertono un

ritardo sul cammino sorgente-destinazionequattro sorgenti di ritardo ad ogni hop (routervisitato)

Elaborazione del router: o Controllo dei bit di erroreo Determinazione del canale

di uscitaaccodamento

o Tempo d’attesa al canale di uscita per la trasmissione

o Dipende dal livello di congestione del router

A

B

propagazione

trasmissione

elaborazionedel router accodamento

1: Introduzione 36

Ritardi nelle reti a commutazione di pacchettoRitardo di Trasmissione:

R=larghezza di banda del canale (bps)L=lunghezza del pacchetto (bits)Tempo per spedire i bit lungo il canale = L/R

Ritardo di Propagazione:d = lunghezza del canale fisico (m)s = velocità di propagazione nel mezzo (~2x108 m/sec)Ritardo di propagazione = d/s

A

B

propagazione

trasmissione

elaborazionedel router accodamento

Nota: s ed R sono quantità MOLTO diverse!

1: Introduzione 37

Ritardo di accodamento

R=larghezza di banda del canale (bps)L=lunghezza del pacchetto (bits)a=velocità media di arrivo di pacchetti

intensità di traffico = L a / R

L a / R ~ 0: ritardo medio di accodamento piccoloL a / R -> 1: ritardo medio di accodamento diventa grandeL a / R > 1: il “lavoro” che arriva è più di quello che può essere svolto, il ritardo medio diventa infinito!