STANDARD DI INTERFACCIA

Riprendendo la definizione CCITT di una rete ISDN : “…è una rete per la fornitura di una vasta gamma di servizi ai quali accedere attraverso delle interfacce utente-rete normalizzate” Abbiamo introdotto i “Raggruppamenti Funzionali”: NT1, NT2 (Terminazioni di Rete) TE1, TE2 (Apparecchio Terminale) TA (Adattatore di Terminale per una rete ISDN

Standard di Interfaccia dello Strato Fisico Sono gli standard che definiscono le caratteristiche elettriche e meccaniche dei cavi, dei connettori, la codifica elettrica dei bit, ecc…

Standard di Interfaccia dello Strato Fisico In generale : specificano le interconnessioni tra DTE (Data Terminating Equipment) e DCE (Data Circuit-Terminating Equipment) i principali standard sono: RS-232 (o equivalenti CCITT V.24 e V.28) V.35 G.703; G.704 Il collegamento tra DCE e DTE rappresenta una parte del livello Fisico del modello OSI.

CCITT Reccomendation V.24 …the interface between the computer or terminal and the modem is an example of a physical layer protocol. The terminal or computer is called a DTE (Data Terminal Equipment) and the modem is called a DCE (Data Circuit-Terminating Equipment) Questi DTE e DCE hanno molto in comune con i TE (Terminal Equipment) introdotti nelle reti ISDN

Tutte le apparecchiature di collegamento a linee di trasmissione dati analogiche o digitali prevedono la connessione del terminale, del computer o dell’apparecchiatura di rete (ad es. router, bridge) mediante un’interfaccia seriale. Per convenzione si denota con DTE il terminale o la scheda di interfaccia, mentre si denota con DCE una generica apparecchiatura di comunicazione (modem, ecc..).

La trasmissione dei dati, normalmente organizzati in byte, può avvenire tra DTE e DCE in diversi modi: seriale o parallela, sincrona o asincrona, con controllo di flusso hardware o secondo diversi protocollo software

RS-232 Standard per la trasmissione seriale a bassa velocita' (sino a 19200 bps) Utilizza un connettore a 9 o 25 pin (vaschetta) Prevede 8 segnali + 1 schematura L’RS-232 è stato introdotto nelle reti ISDN parlando di Terminal Equipment di tipo 2 Normalmente il connettore femmina è sul DCE e il maschio è sul DTE.

Connettore a 25 pin per RS-232

L’RS-232 specifica 25 circuiti, ma molto spesso soltanto una piccola parte di essi servono per le comuni applicazioni pratiche. La corrispondenza tra valori di tensione e valori logici dei segnali è riportata in tabella: Valore logico 1 0 Tensione -15V<v<-3V 3V<v<15V Tensioni tra –3V e +3V non sono riconosciute come segnali validi.

In relazione allo standard RS-232, lo standard V In relazione allo standard RS-232, lo standard V.24 specifica principalmente come agiscono i circuiti di interfaccia; lo standard V.28 specifica le caratteristiche elettriche dei segnali.

DTE DCE RS-232 (9 fili) Protective Ground (1) Transmit (2) Receive (3) Request to Send (4) Clear to Send (5) Data Set Ready (6) Signal Ground (7) Carrier Detect (8) Data Terminal Ready (20)

DTE DCE RS-232 (NULL MODEM - 4 fili) Protective Ground (1) Transmit (2) Receive (3) Signal Ground (7) DCE

V.35 Standard simile a RS-232, ma per velocità superiori a 19200 bps

E’ lo standard più diffuso per interfacce ad alta velocità, da 48 Kb/s a 2 Mb/s. Utilizza una combinazione di segnali di controllo, dati e segnali di clock, in trasmissione. Il connettore previsto da questo standard è quello mostrato in figura, a 34 pin, anche detto ISO 2593.

I MODEM MODEM: MOdulatore e DEModulatore Si utilizzano per effettuare trasmissioni seriali su rete pubblica Trasformano il segnale da Digitale ad Analogico e viceversa (nel caso di rete analogica) In generale rendono il segnale idoneo alla trasmissione su rete pubblica

In generale i modem consentono di adattare il segnale digitale proveniente da un’interfaccia seriale ad un canale trasmissivo limitato in banda sia inferiormente che superiormente. Il caso più comune è quello del canale telefonico, dove il mezzo genralmente presenta una banda passante di 3000 Hz, tra 300 e 3300 Hz La codifica dei bit è modificata tramite opportune tecniche di modulazione (da cui il nome MoDem).

Esempio di utilizzo di MODEM DTE DTE RS232 Rete di Telecomunicazioni Pubblica MODEM MODEM DCE DCE

Standard per Modem V.21 300 b/s V.22 1200 b/s V.22 bis 2400, 1200 b/s V.23 1200 b/s usato per Videotel V.32 9600, 4800 b/s V.32 bis 14400, 12000, 9600, 7200, 4800 b/s V.34 33600, 31200, 28800, 26400, 24000, 21600, 19200, 16800, 14400, …. b/s ……………………………………………………… V.90 56000 b/s V.90 56000 b/s

Tecniche ARQ (protocolli a finestra)

Tecniche per la protezione dagli errori di trasmissione FEC (forward error correction) ARQ (automatic retransmission request)

PDU PCI SDU BIT DI PARITA’ Si introducono bit di parità tra le informazioni di controllo all’interno delle PDU PDU PCI SDU BIT DI PARITA’

FEC (forward error correction) i bit di parità sono usati per cercare di correggere gli errori

ARQ (automatic retransmission request) i bit di parità sono usati per cercare di rivelare gli errori

ARQ (automatic retransmission request) controllo congiunto di errore flusso sequenza su una connessione

ARQ (automatic retransmission request) su una connessione controllo congiunto di : errore: il trasferimento dati deve avvenire con il minor numero di errori possibile flusso: la velocità di trasferimento dei dati verso il rx deve essere inferiore alla sua capacità di accettare ed elaborare i dati sequenza: il rx deve essere in grado di ricostruire la sequenza delle unità dati trasferite

NUMERA ZIONE BIT DI PARITA’ Si introducono bit di numerazione tra le informazioni di controllo all’interno delle PDU PDU PCI SDU NUMERA ZIONE BIT DI PARITA’

I protocolli a finestra usano generalmente due tipi di PDU: la PDU che permette di trasferire l’informazione utile sul canale indicata con DT (dall’inglese DaTa) la PDU che contiene la conferma dell’avvenuta corretta ricezione indicata con ACK (ACKnowledgment) N.B. : La PDU DT contiene sempre un minimo di bit per il controllo del protocollo.

Tre tecniche ARQ Stop and wait (Alternating bit) Go back N Selective repeat

descriviamo le tre tecniche in un ambiente di comunicazione unidirezionale (il tx trasmette una PDU di tipo DT e il rx una PDU di tipo ACK) T R PCI SDU PCI

T V(T) R V(R) { bit di parità N(T) numero d’ordine indirizzi PCI SDU

T V(T) R V(R) PCI { N(R) numero d’ordine atteso indirizzi

Stop and wait il trasmettitore invia una PDU attiva un orologio (tempo di timeout) si pone in attesa della conferma di ricezione (acknowledgment - ACK) se scade il timeout prima dell’arrivo della conferma, ripete la trasmissione

Stop and wait il ricevitore riceve una PDU controlla la correttezza della PDU controlla il numero di sequenza se la PDU è corretta invia la conferma di ricezione

T R Inizializzazione V(T) = 0 al trasmettitore V(R) = 0 al ricevitore

T R Trasmissione di una PDU con N(T) = V(T) Avvio dell’ orologio V(R)=0 N(T)=0 SDU

T R Ricezione di una PDU Controllo di correttezza Controllo di sequenza: N(T) = V(R) ? T V(T)=0 R V(R)=0 N(T)=0 SDU

T R Incremento di V(R) Trasmissione di un ACK con N(R) = V(R) V(T)=0

T R Ricezione di un ACK Controllo di sequenza: N(R) = V(T) + 1 ? Arresto dell’ orologio T V(T)=0 R V(R)=1 N(R)=1

Incremento di V(T) T V(T)=1 R V(R)=1 N(R)=1

V(T) = 1 al trasmettitore V(R) = 1 al ricevitore T V(T)=1 R V(R)=1

T R Trasmissione di una PDU con N(T) = V(T) Avvio dell’ orologio V(R)=1 N(T)=1 SDU

T R Ricezione di una PDU Controllo di correttezza Controllo di sequenza: N(T) = V(R) ? T V(T)=1 R V(R)=1 N(T)=1 SDU

T R Incremento di V(R) Trasmissione di un ACK con N(R) = V(R) V(T)=1

T R Ricezione di un ACK Controllo di sequenza: N(R) = V(T) + 1 ? Arresto dell’ orologio T V(T)=1 R V(R)=2 N(R)=2

Incremento di V(T) T V(T)=2 R V(R)=2 N(R)=2

V(T) = 2 al trasmettitore V(R) = 2 al ricevitore T V(T)=2 R V(R)=2

V(T) = 0 V(T) = 1 V(T) = 2 V(R) = 0 V(R) = 1 V(R) = 2 N (T) = 0 N (R) = 1 N (T) = 1 N (R) = 2

La numerazione delle PDU e` indispensabile ciclica Poiché il campo riservato alla numerazione è costituito da un numero finito di bit, i numeri di sequenza possono appartenere solo ad un insieme finito quindi si ripetono ciclicamente. Questo è valido in generale.

In questo caso basta un solo bit per la numerazione Alternating bit protocol (il tx trasmette una PDU alla volta; così il rx)

V(T) = 0 V(T) = 1 V(R) = 0 V(R) = 1 N (T) = 0 N (R) = 1 N (T) = 1

N (T) = 0 N (R) = 1 N (T) = 1 N (R) = 0 V(T) = 0 V(T) = 1 V(R) = 0

Vediamo il caso di mancata ricezione di una PDU dal tx (ad es. per ritardi o errori sul canale)

V(T) = 0 V(R) = 0 V(R) = 1 N (T) = 0 N (R) = 1 V(T) = 1 V(R) = 1

V(T) = 1 V(T) = 0 V(R) = 1 V(R) = 0 N (T) = 1 N (T) = 1 N (R) = 0 T R

La regolazione del timeout e` molto delicata

Vediamo ora il caso di perdita di una conferma (ad es. perché scatta il timeout e non è giunto l’ACK dal rx)

V(T) = 0 V(R) = 0 V(R) = 1 N (T) = 0 N (R) = 1 V(T) = 1 V(R) = 1

V(T) = 1 V(T) = 0 V(R) = 1 V(R) = 0 N (T) = 1 N (R) = 0 N (T) = 1 scartata N (T) = 1 N (R) = 0

Esistono molte altre combinazioni possibili di ritardi e di errori sul canale che potrebbero dare luogo a errori di protocollo. Un altro caso particolare è quello che accade quando abbiamo un Canale Non Sequenziale : Il canale non mantiene la sequenza delle PDU trasmesse.

Si verificano malfunzionamenti perdita di PDU duplicazione di PDU

Canale non sequenziale : esempio le reti a commutazione di pacchetto Il protocollo stop-and-wait non va bene.

Il protocollo si blocca e quindi servono meccanismi per ripartire

Usando un maggior numero di bit per la numerazione un tempo di vita massimo per le PDU e gli ACK si riducono le possibilità di malfunzionamenti

Il protocollo Stop and wait è in genere poco efficiente perché il trasmettitore deve fermarsi ad ogni PDU inviata per attendere la risposta del ricevitore, lasciando il canale inutilizzato per un tempo che può essere anche lungo.

Permettere la trasmissione di piu` di una PDU prima di fermarsi in attesa delle conferme migliora le prestazioni Go back N

Go back N il trasmettitore invia fino ad N PDU attiva un orologio per ogni PDU si pone in attesa delle conferme di ricezione (ACK) se scade un timeout prima dell’arrivo delle conferme, ripete la trasmissione di tutte le PDU non ancora confermate

Go back N il ricevitore riceve una PDU controlla la correttezza della PDU controlla il numero di sequenza se la PDU è corretta invia la conferma di ricezione

Protocolli a finestra WT n PDU confermate PDU in attesa di conferma che possono essere trasmesse PDU che non possono ancora essere trasmesse WT n

Go-back-N perché il tx può tornare indietro (per ritrasmettere) fino a un numero di PDU pari alla dimensione di WT WT n WR

La numerazione delle PDU anche qui è ciclica. Se si stabiliscono : k bit di numerazione, allora la numerazione delle unità è max N =

Go back N il trasmettitore e` significativamente piu` complesso rispetto al caso dello Stop and wait memoria orologi algoritmi

Si possono usare conferme cumulative orologio al ricevitore

La finestra di trasmissione non può avere dimensioni arbitrarie

Il protocollo Go back N quindi e` piu` efficiente dello Stop and wait ma richiede : memoria piu` orologi algoritmi piu`complicati al trasmettitore

La complessita` del ricevitore rimane inalterata La finestra di ricezione ha ancora dimensione 1 Gli ACK cumulativi pero` richiedono un orologio

Nel protocollo Go back N il ricevitore può accettare solo PDU in sequenza Accettare PDU corrette, ma fuori sequenza, migliorerebbe ulteriormente le prestazioni: Selective repeat

Il protocollo Selective repeat usa finestra di trasmissione finestra di ricezione di dimensioni maggiori di 1

In questo caso si dimostra che deve essere

Selective repeat il trasmettitore invia fino ad N PDU attiva un orologio per ogni PDU si pone in attesa delle conferme di ricezione (ACK) se scade un timeout prima dell’arrivo della conferma, ripete la trasmissione della PDU

Selective repeat il ricevitore riceve una PDU controlla la correttezza della PDU controlla il numero di sequenza

Selective repeat il ricevitore se la PDU è corretta ed in sequenza invia un ACK

Selective repeat il ricevitore se la PDU e` - corretta - non in sequenza - entro la finestra di ricezione la memorizza ed invia un ACK relativo all’ ultima PDU ricevuta in sequenza

Si possono usare conferme negative (NAK)

L’ uso del NAK puo` avvantaggiare anche Stop and Wait Go back N

Il protocollo Selective repeat consente una maggiore efficienza rispetto ai protocolli precedenti ma al prezzo di una maggiore quantità di memoria e di una elaborazione supplementare sulle PDU. Spesso i prezzi da pagare in termini di memoria e elaborazione sono tali che si preferisce usare comunque il protocollo Go-back-N, che rappresenta fra i tre un buon compromesso.