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Evoluzione delle reti di telecomunicazione scalabilità prestazioni servizi X.25 frame relay reti locali reti telefoniche Asynchronous Transfer Mode reti.

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Presentazione sul tema: "Evoluzione delle reti di telecomunicazione scalabilità prestazioni servizi X.25 frame relay reti locali reti telefoniche Asynchronous Transfer Mode reti."— Transcript della presentazione:

1 Evoluzione delle reti di telecomunicazione scalabilità prestazioni servizi X.25 frame relay reti locali reti telefoniche Asynchronous Transfer Mode reti metropolitane ISDN

2 RETI PER DATI traffico molto impulsivo bassa tolleranza agli errori reti store and forward a commutazione di pacchetto

3 RETI PER DATI ISO/OSI IS 7498

4 RETI PER DATI AD ALTA VELOCITA (RETI A LARGA BANDA)

5 Scenario di reti a larga banda Scenario di reti a larga banda MAN MAN LAN LAN LAN B-ISDN

6 Tecniche di trasporto dellinformazione in reti a larga banda rete collegamento fisico LLC MAC Logical Link Control Medium Access Control

7 RETI LOCALI alta velocità di trasmissione alta velocità di trasmissione bassi tassi derrore bassi tassi derrore estensione geografica contenuta estensione geografica contenuta rete privata rete privata costi contenuti costi contenuti

8 RETI LOCALI STANDARD IEEE INTERNETWORKING ARCHITECTURE LOGICAL LINK CONTROL CONTROL 802.3MEDIUMACCESS 802.4MEDIUMACCESS 802.5MEDIUMACCESS MEDIUMACCESS 802.3PHYSICAL 802.6PHYSICAL 802.5PHYSICAL 802.4PHYSICAL INTERNETWORKING LOGICAL LINK MEDIA ACCESS PHYSICAL

9 Mezzo trasmissivo condiviso è più facile controllare e sincronizzare è più facile controllare e sincronizzare serve un protocollo daccesso multiplo serve un protocollo daccesso multiplo

10 ETHERNET IEEE ETHERNET IEEE Carrier Sense Multiple Access (CSMA)

11 ETHERNET IEEE ETHERNET IEEE protocollo daccesso casuale collisione

12 Protocolli di accesso casuale Aloha S-Aloha CSMA CSMA p persistente CSMA / CD

13 Condivisione di risorse multiplazione = problema concentrato accesso multiplo = problema distribuito

14 MULTIPLAZIONE Divisione di: Tempo (TDM) Tempo (TDM) Frequenza (FDM) Frequenza (FDM) Codice (CDM) Codice (CDM) Spazio Spazio i 1 i 2 i 1 i 3 i 1 i 2 i 3 i i1i1 i2i2 i3i3 t f t t

15 Accesso multiplo - circuito Accesso multiplo - circuito TDMAFDMACDMA

16 Traffico a pacchetto multiplazione accesso multiplo TDM statistico

17 RETI LOCALI TDM statistico con allocazione TDM statistico con allocazione dellintera rete a chi trasmette dellintera rete a chi trasmette protocolli efficienti per reti protocolli efficienti per reti piccole rispetto alla durata delle piccole rispetto alla durata delle trasmissioni trasmissioni

18 Parametro fondamentale a = ritardo di propagazione tempo di trasmissione Esempio: Ethernet a = 50 s 1000 x 8 bit x 0.1 s/bit ~ ~ 0.06

19 Prestazioni LAN throughput (S) = throughput (S) = ritardo daccesso = dalla voglia di ritardo daccesso = dalla voglia di trasmettere alla trasmissione trasmettere alla trasmissione traffico smaltito traffico smaltibile

20 CSMA - traffico smaltito SG G S 1 - P S Tx ritardo + G = traffico offerto P s = probabilità di successo

21 S G curva ideale instabilità capacità curve di traffico smaltito

22 TOKEN RING A B C D tokenlibero

23 A C D dati B

24 A C D dati tokenlibero B

25 LAN - aspetti tecnologici LAN - aspetti tecnologici trasmissione in banda base su mezzi trasmissione in banda base su mezzi trasmissivi (bidirezionali) dedicati trasmissivi (bidirezionali) dedicati inserzioni passive o attive inserzioni passive o attive accesso asincrono o sincronizzato accesso asincrono o sincronizzato

26 Evoluzione delle LAN Evoluzione delle LAN integrazione di servizi integrazione di servizi – traffico isocrono – priorità velocità di trasmissione più elevate velocità di trasmissione più elevate estensioni geografiche maggiori estensioni geografiche maggiori

27 Evoluzione delle LAN Evoluzione delle LAN Alte velocità e grandi estensioni: a = = troppo grande = troppo grande numeratore più grande denominatore più piccolo nuovi protocolli daccesso

28 HIGH SPEED LAN FDDI = token ring turbo protocollo single token protocollo single token temporizzazioni temporizzazioni semplificazione dellimplementazione semplificazione dellimplementazione 100 Mbit/s 100 Km

29 FDDI - single token

30 trasmissione T1 FDDI - single token

31 token trasmissione T1 FDDI - single token

32 trasmissione T1 trasmissione T2 FDDI - single token

33 trasmissione T2 token trasmissione T1 FDDI - single token

34 trasmissione T2 token FDDI - single token

35 FDDI Accesso al mezzo

36 T nessuno può trasmettere !

37 FDDI Accesso al mezzo T nessuno può trasmettere !

38 FDDI Accesso al mezzo

39 Reti metropolitane (MAN) velocità >> 10 Mbit/s velocità >> 10 Mbit/s estensione > 100 Km estensione > 100 Km integrazione di servizi integrazione di servizi (priorità, servizio isocrono) (priorità, servizio isocrono) ambiente pubblico ambiente pubblico

40 MAN in ambiente pubblico MAN in ambiente pubblico Problemi di: gestione gestione manutenzione manutenzione tariffazione tariffazione affidabilità affidabilità sicurezza sicurezza

41 MAN - aspetti tecnologici MAN - aspetti tecnologici mezzi trasmissivi unidirezionali mezzi trasmissivi unidirezionali accessi sincroni accessi sincroni inserzioni attive inserzioni attive un solo nodo può usare il un solo nodo può usare il 100% della capacità della rete 100% della capacità della rete

42 MAN - protocolli daccesso MAN - protocolli daccesso prestazioni non dipendenti da prestazioni non dipendenti da velocità e dimensione velocità e dimensione servizi isocroni e priorità servizi isocroni e priorità equità equità

43 RETI A SLOT generatore di slot accesso a divisione statistica di tempo e spazio bit libero / occupato (busy / free bit)

44 RETI A SLOT mezzi trasmissivi unidirezionali con inserzioni attive

45 RETI A SLOT le topologie lineari consentono facilmente dei servizi isocroni

46 GLI SLOT COSTANO slot piccoli: maggior spreco percentuale per le intestazioni maggior complessità per segmentazione / riassemblaggio (e per la commutazione)

47 slot grossi: - spreco per riempimento parziale ultimo slot - maggior ritardo di formazione dei pacchetti GLI SLOT COSTANO

48 Nelle reti a slot si sfrutta la distribuzione del sistema per generare diversità spaziale.

49 RETI A SLOT ? FASNET EXPRESSNET SLOTTED RING DQDB SIMPLE METARING CRMA... Equità ?

50 STANDARD rete metropolitana su doppio bus unidirezionale protocollo a slot con controllo dequità a coda distribuita DQDB - Distributed Queue Dual Bus

51 DQDB Proposta australiana nata con il nome QPSX (Queued Packet Synchronous eXchange) Standard IEEE e ANSI compatibile con le architetture di protocolli IEEE e B-ISDN

52 Architettura di protocolli di DQDB dati CLdati COisocrono livello DQBD livello fisico

53 TOPOLOGIA DQDB nodo BUS B Gener. di trame... preamb slot 1 slot 2... slot N pad trama di 125 s Velocità: 34 Mbit/s, 43 Mbit/s, 155 Mbit/s, 622 Mbit/s BUS A Gener. di trame

54 Collegamenti ai bus Collegamenti ai bus BUS A BUS B lettura scrittura scrittura lettura Unità daccesso Due ricevitori e due trasmettitori per nodo. Instradamento binario.

55 TOPOLOGIA DQDB BUS A BUS B Gener. di trame... preamb slot 1 slot 2... slot N pad trama di 125 s Velocità: 34 Mbit/s, 43 Mbit/s, 155 Mbit/s, 622 Mbit/s Gener. di trame

56 AFFIDABILITA BUS A BUS B

57 AFFIDABILITA BUS A BUS B

58 QA (Queue-Arbitrated) schema asincrono a tre priorità PA (Pre-Arbitrated) schema sincrono, basato su slot riservati Due meccanismi daccesso

59 FORMATO DEGLI SLOT Access Control Field Segment ACF 1 ottetto 52 ottetti 1 bit 1 bit 1 bit 2 bit 3 bit Busy SL_type PSR Reserv. Request

60 PROTOCOLLO DACCESSO realizza una coda distribuita di richieste daccesso basato su contatori allinterno dei nodi instradamento binario

61 Bus A Bus B busy bit request bit

62 Bus A Bus B request counter slot vuoto richiesta - + Il request counter (RQ) conta le richieste non soddisfatte dalle stazioni a valle STATO DI IDLE STATO DI IDLE

63 STATO DI COUNTDOWN STATO DI COUNTDOWN request counter count down - slot vuoto + richieste Bus A Bus B Il countdown counter (CD) conta le precedenti richieste non soddisfatte delle stazioni a valle

64 Modello logico ogni nodo può accodare al più un segmento per bus la trasmissione delle richieste è asincrona coda FIFO locale coda prenotazioni pendenti arrivi pacchetti idle count down buffer

65 ESEMPIO DI ACCESSO RQ BUS A BUS B RQ 0 RQ 0 RQ 0 RQ 0

66 prenotazione del nodo 5 RQ 1 RQ 1 RQ 1 RQ 1 RQ 0 CD BUS A BUS B

67 prenotazione del nodo 2 RQ 2 RQ 1 RQ 1 RQ 0 CD RQ 0 CD BUS A BUS B

68 prenotazione del nodo 3 RQ 3 RQ 1 RQ 0 CD RQ 1 CD 1 RQ 0 CD BUS A BUS B

69 trasmissione del nodo 5 RQ 2 BUS B RQ 0 RQ 0 0 RQ 1 CD 0 RQ 0 CD

70 trasmissione del nodo 2 RQ 1 BUS A BUS B RQ 0 RQ 0 0 RQ 1 RQ 0 CD

71 REQ CODA DISTRIBUITA il nodo non deve trasmettere REQREQREQ... SLOT LIB. libera una richiesta per ogni slot vuoto accoda le richieste che vede passare SLOT... BUS A BUS B

72 REQ CODA DISTRIBUITA il nodo deve trasmettere REQREQREQ... SLOT B / F libera una richiesta per ogni slot vuoto... BUS A BUS B S-REQ 1. accoda una autorichiesta 2. carica una richiesta sul primo campo libero SLOT

73 REQ CODA DISTRIBUITA il nodo attende di trasmettere REQREQREQREQREQ... SLOT B / F libera una richiesta per ogni slot vuoto... BUS A BUS B S-REQ accoda le richieste che vede passare non più di una autorichiesta in coda SLOT

74 REQ CODA DISTRIBUITA il nodo trasmette REQREQ SLOT LIB.... BUS A BUS B S-REQ accoda le richieste che vede passare OCC. libera una autorichiesta carica il segmento lo slot diventa occupato SLOT

75 PRIORITA DQDB prevede tre livelli di priorità. Occorre triplicare: bit di richiesta contatori RQ e CD contatore richieste da inviare coda segmenti buffer segmento pronto

76 RQ(i) conta i segmenti con priorità maggiore o uguale a i accodati dalle stazioni a valle CD(i) può essere anche incrementato per larrivo di un segmento locale o di una richiesta di priorità maggiore a i

77 ACCESSO PA slot preassegnati dal nodo HOB, con cadenza regolata dalle trame a 125 s ogni byte di uno slot PA può essere assegnato a un diverso nodo (canale a 64 Kbit/s) le procedure di segnalazione (fuori banda) per la creazione e labbattimento dei circuiti virtuali sono in fase di definizione

78 INTERFACCIA CON IL LIVELLO LLC LLC DQDB La MAC Service Data Unit (MSDU) non può essere più lunga di 9188 byte DQDB cura la segmentazione e il riassemblaggio in modo molto simile a AAL 3/4 di ATM

79 SEGMENTAZIONE MAC Service Data Unit (MSDU) Initial MAC Protocol Data Unit (IMPDU) Derived MAC Protocol Data Unit (DMPDU) Segment QA slot

80 FORMATO DMPDU segment - type (2 bit) sequence_number (4 bit) MID (10 bit) DMPDU header (2 ottetti) Segmentation unit (44 ottetti) DMPDU trailer (2 ottetti) Payload_length (6 bit) Payload_CRC (10 bit)

81 FORMATO SEGMENTO VCI (20 bit) segment header (4 ottetti) segment payload (48 ottetti) payloadtype (2 bit) segmentpriority HCS (8 bit)

82 FORMATO SLOT 1 bit 1 bit 1 bit 2 bit 3 bit busy SL_type PSR reserv. request access control field ACF 1 ottetto 52 ottetti segmento

83 PRESTAZIONI DI DQDB Buone prestazioni: utilizzo (in slot) fino al 100% insensibilità a velocità di trasmissione e dimensioni della rete granularità fine nella trasmissione

84 PRESTAZIONI DI DQDB Ma i ritardi di propagazione rendono tra di loro inconsistenti le code locali, per cui lequità della rete peggiora in reti più grandi e più veloci. Anche le priorità risentono in modo negativo dei ritardi di propagazione. I fenomeni sono marcati solo in condizioni di forte carico e/o in transitorio.

85 INIQUITA NELLA RIPARTIZIONE DELLA BANDA Se B inizia dopo a trasmettere, ottiene uno slot ogni 8. AB

86 ALCUNE OSSERVAZIONI a basso carico non serve controllare lequità le reti non lavorano mai al 100% di carico leffetto principale dei ritardi di propagazione è una perdita di granularità nel controllo

87 Bilanciamento di banda (BandWidth Balancing - BWB) Meccanismo opzionale proposto per ridurre i problemi di equità. I nodi non possono usare tutti gli slot accedibili: devono lasciare inutilizzato uno slot ogni BWB_MOD.

88 BWB - Controindicazioni si può perdere una certa porzione di banda le priorità funzionano molto bene il riutilizzo di slot ne diminuisce lefficacia

89 RIUTILIZZO SPAZIALE inserzioni passive (LAN) inserzioni attive (MAN) riuso spaziale (store and forward)

90 RIUTILIZZO DI SLOT Le reti a slot con inserzioni attive consentono di marcare uno slot come libero in ricezione, rendendolo disponibile per riutilizzi successivi

91 In reti non slottizzate il riutilizzo spaziale richiede tecniche di buffer insertion buffer di transito buffer locale

92 In reti non slottizzate il riutilizzo spaziale richiede tecniche di buffer insertion buffer di transito buffer locale

93 In reti non slottizzate il riutilizzo spaziale richiede tecniche di buffer insertion buffer di transito buffer locale

94 In reti non slottizzate il riutilizzo spaziale richiede tecniche di buffer insertion buffer di transito buffer locale

95 RIUTILIZZO DI SLOT La decisione di liberare uno slot costa in ritardo: occorre esaminare il VCI. Due possibilità: nodi di cancellazione rilascio alla destinazione

96 FORMATO SLOT 1 bit 1 bit 1 bit 2 bit 3 bit busy SL_type PSR reserved request access control field ACF 1 ottetto 52 ottetti segmento

97 NODI DI CANCELLAZIONE Senza aggiungere ritardi, i nodi destinazione scrivono nel PSR bit dello slot successivo che uno slot è stato ricevuto. Alcuni (pochi) nodi di cancellazione introducono un ritardo superiore a uno slot e liberano gli slot commutando il busy bit.

98 Prestazioni del riutilizzo di slot Il guadagno dipende dalla distribuzione del traffico: se solo il primo nodo trasmette, non si guadagna se ogni nodo trasmette al successivo, si può moltiplicare per N - 1 la capacità della rete Con un numero molto grande di nodi che generano la stessa quantità di traffico e lo equidistribuiscono tra gli altri nodi, il rilascio a destinazione permette un raddoppio della capacità trasmissiva

99 Riutilizzo di slot Modifiche al protocollo daccesso la liberazione di uno slot permette il decremento del contatore RQ al nodo di cancellazione se RQ è zero, si può cancellare la prima richiesta che transita, o inviare una anti-richiesta

100 Dalle LAN alle MAN da divisione di tempo a divisione di spazio e tempo da reti asincrone a reti sincrone (e slottizzate) da un controllo di equità fine a controlli più grossolani o semplice garanzia di prestazioni minime da inserzioni passive sul mezzo condiviso a inserzioni attive e collegamenti punto-punto da servizio datagram a priorità e servizi isocroni

101 Dalle LAN alle MAN topologie lineari: bus (ripiegati), anelli, stelle... Ogni nodo deve ricevere e trasmettere alla velocità aggregata della rete: problemi di scalabilità Esempio: 1000 nodi che vogliono trasmettere e ricevere a 10 Mbit/s devono avere rice-trasmettitori a 10 Gbit/s

102 Dalle LAN alle MAN Soluzione: topologie non lineari (reti magliate) + capacità aggregata molto grande (maggior diversità spaziale) + maggior adattabilità a fenomeni di località nel traffico + maggior affidabilità e tolleranza ai guasti - servizi isocroni - controllo di congestione - difficoltà a ottenere multiplazione statistica

103 Reti non lineari: Manhattan Street Network sorgente destinazione

104 topologia regolare accesso slottizzato instradamento a deflessione Equità ? Servizi isocroni ? Manhattan Street Network

105 topologia magliata commutazione di pacchetto (store-and-forward) ad alte prestazioni circuiti virtuali Equità ? Servizi isocroni ? Multiplazione statistica ? Topologie non lineari: ATM

106 RETI FOTONICHE banda molto larga difficoltà di interfacciamento capacità di elaborazione limitata

107 Le reti fotoniche mantengono linformazione nel dominio ottico dalla sorgente alla destinazione e/o e/o nuvola di vetro

108 RETI FOTONICHE divisione di tempo divisione di tempo divisione di frequenza (lunghezza donda) divisione di frequenza (lunghezza donda) divisione di codice divisione di codice divisione di spazio divisione di spazio

109 Esempio: lo star coupler i TXRX

110 j i Caso più semplice: ricevitori accordabili, trasmettitori fissi. Per ascoltare una certa sorgente occorre sintonizzare il ricevitore sulla opportuna lunghezza donda. Rete fotonica a stella con divisione di lunghezza donda. Ricevitori e trasmettitori accordabili.

111 ANELLI FOTONICI controlloelettronico a divisione di frequenza, spazio e tempo

112 Reti fotoniche magliate con instradamento a lunghezza donda

113 Reti fotoniche magliate con instradamento a lunghezza donda

114 la tecnologia ottica è nella sua infanzia le reti fotoniche sono in fase di concepimento


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