Corso di RETI DI COMUNICAZIONE E INTERNET … di Comunicazione – M. De Marco 1. RETI E SERVIZI DI...

Reti di Comunicazione – M. De Marco

1. RETI E SERVIZI DI TELECOMUNICAZIONI

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Politecnico di Milano – Sede di Cremona A.A. 2012/13

Corso di

RETI DI COMUNICAZIONE E INTERNET

Modulo 1

Martino De Marco email: [email protected]

skype: martino.demarco

Parte 1

RETI E SERVIZI DI TELECOMUNICAZIONI



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Programma del corso

1 - RETI E SERVIZI DI

TELECOMUNICAZIONI

1.1 Servizi di telecomunicazioni

1.2 Caratterizzazione delle reti di

telecomunicazioni

1.3 Protocolli di comunicazione

2 - RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA

(WAN)

2.1 Il livello data-link

2.2 Il livello di rete

2.3 Valutazione delle prestazioni

2.4 Cenni sull’evoluzione delle reti

dati in area geografica

3 - RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN)

3.1 Architetture e protocolli LAN

3.2 LAN IEEE 802.3

3.3 Wireless LAN

3.4 Interconnessione LAN (bridging e routing)

4 - FONDAMENTI DI TELEFONIA FISSA E MOBILE

4.1 Reti fisse analogiche e digitali

4.2 Reti radiomobili



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1. RETI E SERVIZI DI TLC

1.1 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



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Reti di telecomunicazioni

Il perché delle reti

Topologie di rete

Estensione

Struttura di una rete



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Definizioni

• 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



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Definizioni

• Telecomunicazione: qualsiasi trasmissione e ricezione di

segnali che rappresentano segni, scrittura, immagini e suono,

informazioni di qualsiasi natura, attraverso cavi, radio o altri

sistemi 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



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Il perché delle reti (1)

N entità fisicamente distanti

hanno l’esigenza di

comunicare tra loro

Soluzione 1: maglia completa

Se N è molto piccolo, realizzo una maglia

completa di collegamenti bidirezionali

• complessità:

# di link: E = N (N-1) / 2

per N=6 E=15

E cresce con N2 O(N2)

Soluzione 2: RETE

Se 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 =6

devo considerare anche la complessità

derivante dal sistema (di commutazione)

intermedio



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Soluzione 1: maglia completa

• Assunzioni:

KE è il costo di un link

Ipotesi 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) intermedio

Ipotesi 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



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N

KC =KE

KC =10 KE

KC =100 KE

Knet Maglia

completa

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



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user1 user2

site2

PBX

site1

Comunicazione telefonica

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



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Comunicazione dati

GET index.html HTTP 1.1

Host: www.cremona.polimi.it

Connection: close

User-agent: Mozilla/4.0

Accept language: it

messaggio

IU IU IU IU

010001110001100011100111001001...



Slide 11

Caratteristiche 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



Slide 12

Caratteristiche 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



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Caratteristiche 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



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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 = (N(N-1)/2) = o(N2)

• Rami dedicati alla coppia di nodi

• Percorsi a lunghezza minima Lmin=1

• Albero

– Costo = N-1) o(N)

– Percorsi a lunghezza variabile

– Praticabile solo se area limitata

• Anello

– Costo = N o(N)

– Praticabile sia in area estesa sia in area limitata



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• Stella

– N rami dedicati, uno per nodo

– 1 nodo di commutazione

– Costo = N + node = 0(N)

– Percorsi a lunghezza fissa L=2

– Soluzione praticabile solo se nodi vicini

• Bus

– Struttura centrale condivisa

– Procedure di mutuo controllo

– Costo = N + bus 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)



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Estensione 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



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Struttura 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



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Rete 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



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Rete 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



Slide 20

Servizi di trasferimento dell’informazione

Modi di trasferimento

Tecniche di multiplazione

Tecniche di commutazione

Architetture di protocolli



Slide 21

Definizioni

• 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



Slide 22

Indice


• Modi di trasferimento

• Tecniche di commutazione

• Metodi di allocazione di banda

• Tecniche di multiplazione

• Architetture di protocolli

Riepilogo



Slide 23

Modi 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

MODI DI TRASFERIMENTO DELL’INFORMAZIONE



Slide 25

Caratteristiche 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




Slide 26

Trasparenza temporale

• Temporalmente

trasparente: variabilità

nulla o minima dei tempi

di transito delle IU

• Temporalmente non

trasparente: variabilità

significativa dei tempi di

transito delle IU

(T1 ≠ T2 ≠ T3)

t

T x

t

R x

T 1 T 2 T 3

t

T x

t

R x

T T T




Slide 27

Tipologia 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)



Slide 28

Indice







Riepilogo



Slide 29

Commutazione

• 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 COMMUTAZIONE



Slide 30

Connection oriented 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




Slide 31

Commutazione di circuito (CS, circuit switching) X Y Z

A B

Space

Call set-up

Data

On-hook

Clear

End-to-end delay

Off-hook

Propagation Transmission Processing

Tim

e




Slide 32

Commutazione di pacchetto (PS, packet switching)

f 0 f 0 f 0 f 0

h/f 0

p/f 0

l/f 0

Space

Tim

e

Tra

nsf

er d

elay

Propagation

Transmission

Processing

A B

X Y Z




Slide 33

PS – Servizi 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




Slide 34

Indice







Riepilogo



Slide 35

Banda Assegnata (CO-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 BANDA

CO-AB: Connection Oriented-Assigned Bandwidth



Slide 36

Banda Prenotata (CO-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 (Store & Forward)

– Componente fissa di ritardo: elaborazione

– Componente variabile di ritardo: accodamento


CO-BB: Connection Oriented-Booked Bandwidth



Slide 37

Banda Prenotata (CO-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




Slide 38

Indice







Riepilogo



Slide 39

Digitalizzazione dei segnali analogici

TECNICHE DI MULTIPLAZIONE



Slide 40

Multiplazione a divisione di frequenza




Slide 41

Multiplazione a divisione di tempo

Multiplazione TDM




Slide 42

Tecniche 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 formare

il flusso multiplato

– DISTRIBUITO: LAN/MAN

dove le stesse sorgenti

stabiliscono i periodi di

trasmissione (protocolli MAC)


fc >= N fo

fo

N



Slide 43

• 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 centralizzato

t

S




Slide 44

t

S S

Soluzione Slotted

• 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


– Indirizzamento implicito IU

• SS: senza organizzazione in trama (STATISTICAL)

– Nessuna struttura periodica (allocazione statistica)


– Indirizzamento esplicito IU

T

t r a m a i - 1 t r a m a i t r a m a i + 1

T T

S P

S l o t d i a l l i n e a m e n t o

t




Slide 45

Classificazione

• 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)




Slide 46

Multiplazione 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)




Slide 47

Multiplazione 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




Slide 48

Indice







Riepilogo



Slide 49

Protocolli

• 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 PROTOCOLLI



Slide 50

S y s t e m A S y s t e m B

T r a n s m i s s i o n m e d i u m

( N - 1 ) - l a y e r

N - l a y e r

( N + 1 ) - l a y e r

1 - l a y e r

N - e n t i t i e s

s u b s y s t e m

Architettura 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




Slide 51

N - S A P

( N - 1 ) - S A P

( N + 1 ) - e n t i t y

N - e n t i t y

( N + 1 ) - S A P


( N + 1 ) - e n t i t y

N - e n t i t y

( N + 1 ) - l a y e r

N - l a y e r

( N + 1 ) - p r o t o c o l

N - p r o t o c o l

( N - 1 ) - c o n n e c t i o n

N - S A P

( N - 1 ) - S A P

( N + 1 ) - S A P

OSI: 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




Slide 52

OSI: Primitive

• Tipo di servizio

– Confermato

• Richiesta

• Indicazione

• Risposta

• Conferma

– Non confermato

• Richiesta

• Indicazione

– Iniziato dal fornitore

• Indicazione

N - S A P

N - p r o t o c o l

R e q u e s t

C o n f i r m a t o n I n d i c a t i o n

R e s p o n s e

N - e n t i t y

( N + 1 ) - e n t i t y

N - e n t i t y

( N + 1 ) - e n t i t y





Slide 53

OSI - Relazione tra unità dati

N - P C I N - P D U

( N + 1 ) - P D U

N - S A P

( N - 1 ) - S A P

( N + 1 ) - e n t i t y ( N + 1 ) - p e e r - t o - p e e r p r o t o c o l

N - e n t i t y

( N + 1 ) - S A P

N - p e e r - t o - p e e r p r o t o c o l


( N + 1 ) - e n t i t y

N - e n t i t y

N - p r i m i t i v e s N - p r i m i t i v e s

N - S D U




Slide 54

N - S A P

S e g m e n t a t i o n

( N + 1 ) - D a t a

N - H N - D a t a

( N + 1 ) - H

R e a s s e m b l y

N - H N - H N - D a t a N - D a t a

(N+1)-SAP

N-SAP

(N+1)-entity

(N+1)-SAP

N-SAP

(N+1)-entity


Segmentazione e riassemblaggio

Multiplazione verso il basso e verso l’alto




Slide 55

OSI - Tipologia di strati

U t i l i z a t i o n p r o t o c o l s

A c c e s s p r o t o c o l s T r a n s f e r

l a y e r s

U t i l i z a t i o n l a y e r s

T e r m i n a l A c c e s s n o d e T r a n s i t n o d e A c c e s s n o d e T e r m i n a l

A c c e s s n e t w o r k T r a n s p o r t n e t w o r k A c c e s s n e t w o r k

T r a n s f e r l a y e r s

T r a n s p o r t p r o t o c o l s T r a n s f e r

l a y e r s

T r a n s p o r t p r o t o c o l s T r a n s f e r

l a y e r s

A c c e s s p r o t o c o l s T r a n s f e r

l a y e r s

U t i l i z a t i o n l a y e r s

A p p l i c a t i o n l a y e r

P r e s e n t a t i o n l a y e r

S e s s i o n l a y e r

T r a n s p o r t l a y e r

N e t w o r k l a y e r

D a t a l i n k l a y e r

P h y s i c a l l a y e r

P h y s i c a l m e d i u m P h y s i c a l m e d i u m

7

6

5

4

3

2

1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0

T - P D U

N - P D U

D L - P D U








7

6

5

4

3

2

1



P h y s i c a l l a y e r b i t s




Slide 56


D L - H N - H T - H S - H P - H D L - T

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

T - H S - H P - H

S - H P - H

P - H

U s e r i n f o r m a t i o n

P - P D U

S - P D U

T - P D U

N - P D U

D L - P D U

A B




Slide 57

OSI - Physical 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








7

6

5

4

3

2

1




Slide 58

OSI – Data-link Layer

• 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 trasferimento

dei dati in modo trasparente e affidabile


– 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








7

6

5

4

3

2

1




Slide 59

OSI – Network Layer

• 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


– 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








7

6

5

4

3

2

1

Traffico offerto

Tra

ffic

o s

ma

ltito

Capacità max della rete

desiderabile

congestione

CONGESTIONE




Slide 60

OSI – Transport 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


– 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








7

6

5

4

3

2

1




Slide 61

OSI – Session 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


– 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








7

6

5

4

3

2

1




Slide 62

OSI – Presentation 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


– Selezione della sintassi di trasferimento

– Trasformazione della sintassi di rappresentazione

• Esempio: transcodifica di alfabeti








7

6

5

4

3

2

1




Slide 63

OSI – Application 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)








7

6

5

4

3

2

1




Slide 64

OSI - Sistemi intermedi

REPEATER

(Physical Layer)

BRIDGE

(Data-Link Layer)









7

6

5

4

3

2

1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0

D L - P D U








7

6

5

4

3

2

1 P h y s i c a l l a y e r b i t s









7

6

5

4

3

2

1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0

N - P D U

D L - P D U








7

6

5

4

3

2

1






Slide 65

OSI - Sistemi intermedi

ROUTER

(Network Layer)

GATEWAY

(Livelli superiori)









7

6

5

4

3

2

1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0

T - P D U

N - P D U

D L - P D U








7

6

5

4

3

2

1












7

6

5

4

3

2

1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0

N - P D U

D L - P D U








7

6

5

4

3

2

1







T r a n s p o r t l a y e r T- P D U T- P D U




Slide 66

Modello 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




Slide 67

TCP/IP – Relazione tra unità dati

T C P - H

U s e r i n f o r m a t i o n

T C P - P D U

I P - P D U

N A - P D U

A B

T C P - H I P - H

T C P - H I P - H N A - H




Slide 68

Relazione tra modelli TCP/IP e OSI

A p p l i c a t i o n

T r a n s p o r t

I n t e r n e t

N e t w o r k a c c e s s

T C P / I P

7

6

5

4

3

2

1

A p p l i c a t i o n

P r e s e n t a t i o n

S e s s i o n

T r a n s p o r t

N e t w o r k

D a t a l i n k

P h y s i c a l

O S I




Slide 69

Indice







Riepilogo



Slide 70

Modi di commutazione: CS vs PS

COMMUTAZIONE 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 COMMUTAZIONE



Slide 72

Circuit switching

– Servizio implicitamente orientato alla connessione

– Funzionalità di ogni nodo di rete: limitata al livello 1

– Attraversamento dei nodi senza elaborazione dell'informazione

A c c e s s n o d e T r a n s i t n o d e A c c e s s n o d e

L a y e r 1

E n d - u s e r E n d - u s e r

N u l l

N u l l

U p p e r l a y e r s

L a y e r 1 L a y e r 1 L a y e r 1

N u l l

N u l l


L a y e r 1




Slide 73

Packet 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

F l o w c o n t r o l

E r r o r r e c o v e r y & f l o w c o n t r o l


L a y e r 1


L a y e r 2

L a y e r 3


L a y e r 1

L a y e r 2

L a y e r 3


L a y e r 2

L a y e r 3

L a y e r 1 L a y e r 1

L a y e r 2

L a y e r 3


L a y e r 1

L a y e r 2

L a y e r 3 F l o w c o n t r o l




Slide 74

Frame 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


L a y e r 2 L

L a y e r 1

L a y e r 2

L a y e r 3

L a y e r 1

L a y e r 2 H

N u l l

E r r o r & c o n g e s t i o n

d e t e c t i o n


L a y e r 1


L a y e r 2

L a y e r 3


L a y e r 2 L

L a y e r 1

E r r o r & c o n g e s t i o n

d e t e c t i o n

L a y e r 1

L a y e r 2

L a y e r 3


L a y e r 2 L

L a y e r 1

L a y e r 2

L a y e r 3

L a y e r 1

L a y e r 2 H

N u l l




Slide 75

Cell 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

L a y e r 1

L a y e r 2

L a y e r 3

L a y e r 1

N u l l

L a y e r 2 E r r o r r e c o v e r y & f l o w c o n t r o l

L a y e r 1

L a y e r 2

L a y e r 3

L a y e r 1

N u l l

L a y e r 2

L i m i t e d e r r o r d e t e c t i o n


L a y e r 1

L a y e r 2

L a y e r 3



L a y e r 1 L a y e r 1

L a y e r 2

L a y e r 3


L i m i t e d e r r o r d e t e c t i o n




Slide 76

Caratterizzazione

Tipo di rete

Modo di commutazione

CS

MRCS

ATM

FR

PS

Tecnica di multiplazione

S-TDM SP

A-TDM SS

A-TDM C

Servizio di trasferimento

CO-AB

CO-BB

CO-BB/CL

1 trasparente

1-2L

1-2-3

Livelli OSI nodi di transito

A c

ircu

ito

A p

acch

etto

1




Slide 77

Evoluzione - Dedicated networks

circuit switching

network

packet switching

network

dedicated networks

TV

PC

Phone

TV

PC

Phone




Slide 78

Evoluzione – Narrowband integrated access


circuit switching

signalling network

packet switching/

Frame relay

dedicated networks

ISDN

switch

ISDN

switch

TV

PC

Phone

TV

PC

Phone



Slide 79

Evoluzione – Broadband integrated access


circuit switching

packet switching

dedicated networks

Router IP Router IP

TV

PC

Phone

TV

PC

Phone



Slide 80

Evoluzione – Next Generation Network


Next Generation

Network

TV

PC

Phone

TV

PC

Phone

Router IP Router IP



Slide 81

Servizi di Telecomunicazioni

Tassonomia dei servizi

Sorgenti di informazione



Slide 82

• 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 telecomunicazioni



Slide 83

Caratteristiche 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



Slide 84

Tassonomia dei servizi - ITU-T I.211

Servizi distributivi Servizi interattivi

Servizi di telecomunicazione

Servizi di

conversazione Servizi di

consultazione

Servizi di

messagistica

Servizi distributivi

senza controllo

di presentazione


con controllo

di presentazione



Slide 85

Servizi 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



Slide 86


• 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)



Slide 87

Attributi dei servizi di TLC

Configurazione Direzione Inizializzazione

Pt-pt Mpt Dif Bid

sim

Bid

asim

Unid Chiam. Contr.

Interattivo

Convers

Interattivo

Mess

Interattivo

Consult

Distrib

senza cont

Distrib

con cont



Slide 88

Caratteristiche 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

O F F O N

1ONOFF

ONOFF

pp

pp

BpON



Slide 89

ONOFF

ON

TT

TB

Caratteristiche delle sorgenti

Esempio: 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:

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

t [s]

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

C [Mbit/s]

1.2

0

TON TOFF



Slide 90

Conversione analogico/digitale



Slide 91

Frequenza di picco



Slide 92

Fattore di burstiness



Slide 93

Requisiti 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

Telefonia

Dati

interattivi e-mail

Video-on-

demand

Prob.

blocco < 1% 0 0 0

Ritardo

medio < 500 ms o(s) o(min) o(s)

Velocità

media = 64 kbit/s 9.6-64 kbit/s o (bit/s) o(Mbit/s)

Prob.

errore o(1 %) 0 0 o(1 %)

Date post:	18-Feb-2019
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Corso di RETI DI COMUNICAZIONE E INTERNET … di Comunicazione – M. De Marco 1. RETI E SERVIZI DI...

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