Tecniche di commutazione CCITT Commutazione: il processo di interconnessione di unità funzionali, canali di trasmissione o circuiti di telecomunicazione per il tempo necessario per il trasferimento di segnali

Commutazione di circuito di pacchetto

Commutazione di circuito nata con le reti telefoniche di pacchetto nata con le reti di calcolatori

Commutazione di circuito: la rete usa le risorse disponibili per allocare un circuito a ogni richiesta di servizio

Commutazione di circuito: la rete usa le risorse disponibili per allocare un circuito a ogni richiesta di servizio Un circuito costituisce un collegamento fisico tra i due terminali di utente

Il circuito è di uso esclusivo dei due utenti per tutta la durata della comunicazione

Il circuito è di uso esclusivo dei due utenti per tutta la durata della comunicazione. Le risorse sono rilasciate solo al termine della comunicazione, su indicazione degli utenti

Il circuito è di uso esclusivo dei due utenti per tutta la durata della comunicazione. Le risorse sono rilasciate solo al termine della comunicazione, su indicazione degli utenti

Tre fasi: impegno trasferimento dati svincolo

U1 N1 N2 U2 t t t t

Struttura di nodo di rete a commutazione di circuito interfaccia di uscita interfaccia di ingresso Rete di connessione comando Sistema di comando Segnalazione Segnalazione

Vantaggi: ritardi di trasferimento costanti trasparenza del circuito (formati, velocità, protocolli)

Svantaggi: risorse dedicate a una comunicazione efficienza buona solo in caso di sorgenti non intermittenti nessuna conversione di formati, velocità, protocolli tariffazione in base al tempo di esistenza del circuito

Commutazione di pacchetto: non si allocano risorse per l’uso esclusivo di due o più utenti. Studiata espressamente per sorgenti intermittenti. Funzionamento analogo al sistema postale.

Commutazione di pacchetto: Funzionamento analogo al sistema postale. INDIRIZZO P.T. P.T. P.T.

PCI SDU L’informazione da trasferire è organizzata in unità dati che comprendono informazione di utente e di controllo PCI SDU PCI = protocol control information (informazione di controllo) SDU = service data unit (informazione di utente)

ogni nodo Le unità dati vengono consegnate alla rete memorizza il pacchetto elabora il pacchetto e determina il canale su cui inoltrarlo mette il pacchetto in coda per la trasmissione sul canale funzionamento “store and forward”

Struttura di un nodo di rete a commutazione di pacchetto interfaccia di uscita interfaccia di ingresso Code di uscita Memoria Elaborazione

L’informazione di utente può dover essere frazionata in molti pacchetti PCI SDU

U1 N1 N2 U2 t t t t

La lunghezza dei pacchetti è determinata da possibilità di parallelizzazione ritardo di pacchettizzazione percentuale di informazione di controllo probabilità di errore

La lunghezza dei pacchetti è determinata da possibilità di parallelizzazione ritardo di pacchettizzazione percentuale di informazione di controllo probabilità di errore pacchetti brevi favoriscono la trasmissione in parallelo su canali diversi di pacchetti di una stessa comunicazione

La lunghezza dei pacchetti è determinata da possibilità di parallelizzazione ritardo di pacchettizzazione percentuale di informazione di controllo probabilità di errore pacchetti brevi riducono il ritardo di pacchettizzazione

La lunghezza dei pacchetti è determinata da possibilità di parallelizzazione ritardo di pacchettizzazione percentuale di informazione di controllo probabilità di errore pacchetti lunghi riducono la percentuale di informazione di controllo

Pacchetti lunghi riducono la percentuale di informazione di controllo PCI di dimensione p bit SDU di dimensione s bit frazione di informazione di controllo

La lunghezza dei pacchetti è determinata da possibilità di parallelizzazione ritardo di pacchettizzazione percentuale di informazione di controllo probabilità di errore pacchetti corti riducono la probabilità di errore

Pacchetti corti riducono la probabilità di errore pacchetti di n bit canale con errori indipendenti probabilità di errore p probabilità che un pacchetto sia corretto

I servizi di una rete a commutazione di pacchetto possono essere datagram (senza connessione) circuito virtuale (con connessione)

Servizio circuito virtuale (con connessione) la comunicazione è suddivisa in tre fasi apertura connessione trasferimento dati chiusura connessione esiste un accordo preliminare tra i due interlocutori e il fornitore del servizio pacchetti diversi con uguale sorgente e destinazione seguono tutti lo stesso percorso

Servizio datagram (senza connessione) non esiste una suddivisione della comunicazione in tre fasi perchè non c’è alcun accordo preliminare sulla fornitura del servizio pacchetti diversi con uguale sorgente e destinazione possono seguire percorsi diversi

non si allocano staticamente risorse a Il servizio circuito virtuale in reti a pacchetto non è equivalente al servizio in reti a circuito perchè non si allocano staticamente risorse a una comunicazione

Servizio circuito virtuale (con connessione) vantaggi rispetto al datagram mantenimento della sequenza minor variabilità dei ritardi instradamento solo in fase di apertura di connessione

Commutazione di pacchetto vantaggi rispetto alla commutazione di circuito utilizzazione efficiente delle risorse anche in presenza di traffico intermittente

Commutazione di pacchetto vantaggi rispetto alla commutazione di circuito possibilità di controllo di correttezza lungo il percorso

Commutazione di pacchetto vantaggi rispetto alla commutazione di circuito possibilità di conversioni di velocità, formati, protocolli

Commutazione di pacchetto vantaggi rispetto alla commutazione di circuito tariffazione in funzione del traffico trasmesso

Commutazione di pacchetto svantaggi rispetto alla commutazione di circuito elaborazione di ogni pacchetto in ogni nodo

Commutazione di pacchetto svantaggi rispetto alla commutazione di circuito ritardo di trasferimento variabile

Modelli di nodo in reti a commutazione di circuito

Il progetto di reti a commutazione di circuito usa le formule di Erlang

- arrivi secondo un processo di Poisson ( Esempio: - centrale con 100 utenti - ogni utente genera un traffico pari 0.1 Erlang - P {blocco} = 5% (se non posso memorizzare) - P {coda} = 5% (se posso memorizzare) Ipotesi: - arrivi secondo un processo di Poisson ( - servizi con ddp esponenziale negativa () - m risorse indistinguibili

Modelli di reti a commutazione di pacchetto reti di code

Ipotesi: - N nodi M canali (il canale i ha velocità Ci bit/s; Ci è la capacità del link) - pacchetti la cui lunghezza ha ddp esponenziale negativa con valor medio bit; è il tempo medio di trasmissione di un pacchetto sul canale i

- generazione di pacchetti al nodo i con destinazione al nodo j secondo un processo di Poisson a velocità i j bit/s - disciplina FIFO per le trasmissioni su ogni canale - instradamento fisso o statico - memoria illimitata nei nodi

- canali che non introducono errori - tempi di elaborazione e propagazione trascurabili - indipendenza delle lunghezze dei pacchetti ai vari canali

- indipendenza delle lunghezze dei pacchetti ai vari canali

Il valor medio del ritardo dei pacchetti nella rete è con velocità totale di arrivo alla rete intensità di traffico sul canale i

RETI DI CODE NELLA COMMUTAZIONE DI PACCHETTO E’ importante osservare che in generale le code interconnesse non sono più descrivibili da statistiche indipendenti, ma bensì attraverso una distri- buzione di probabilità congiuntà P(n)=P(n1,n2,n3…nM) dove n è il vettore di stato che ha come componenti il numero di clienti in attesa in ciascuna coda. I tempi di interarrivo per il traffico proveniente da altre code sono inoltre in generale fortemente correlati con i tempi di servizio di quest’ultime.

“Product Form Solution” Una importante semplificazione si ha quando vale la cosiddetta PFS. In tal caso: P(n)=P(n1)P(n2)P(n3)…..P(nM) dove con P(nj) si è indicata la probabilità stazionaria che vi siano nj pacchetti (“clienti”) nella coda j. In questo caso le code possono essere studiate come indipendenti. E’ quindi importante studiare le ipotesi che garantiscono che per un determinato tipo di rete valga la PFS.

Teorema di Burke Sotto le ipotesi: Gli arrivi dall’esterno della rete sono descrivibili come processi di Poisson indipendenti; 2) I tempi di servizio di ogni coda sono indipendenti tra loro e dai tempi di interarrivo esterni e sono distribuiti esponenzialmente; 3) I flussi scorrono solo in avanti (non vi sono ritorni su una coda già attraversata); LA DISTRIBUZIONE STAZIONARIA CONGIUNTA E’ DI TIPO PFS. SI PUO’ TRATTARE OGNI CODA COME SE FOSSE INDIPENDENTE DALLE ALTRE. IL PROCESSO CONPLESSIVO IN INGRESSO AD OGNI CODA E’ DI POISSON (SOMMA DI ARRIVI DALL’ESTERNO E DI USCITE DA ALTRE CODE)

Teorema di Jackson Il flusso in una coda dove è presente una retroazione non è più di Poisson a causa della correlazione tra i vari arrivi. Se valgono le ipotesi: Arrivi dall’esterno di Poisson e indipendenti; Tempi di servizio esponenziali e indipendenti tra loro e dai tempi di in- terarrivo INDIPENDENTEMENTE DA COME SCORRE IL FLUSSO LE CODE INTER- CONNESSE POSSONO ESSERE TRATTATE COME INDIPENDENTI, CIOE’ TUTTO VA COME SE IL FLUSSO COMPLESSIVO IN INGRESSO AD OGNI CODA FOSSE DAVVERO DI POISSON (anche se non può esserlo). QUINDI E’ ANCORA POSSIBILE TROVARE UNA Product Form Solution

Finora abbiamo considerato Reti aperte: nelle quali i clienti possono entrate ed uscire dalla rete stessa. Nel caso di Reti chiuse : nelle quali i clienti sono in numero costante e possono solo circolare tra le varie code, un risultato analogo a quello del Teorema di Jackson è espresso dal Teorema di Gordon e Newell. Anche per questo tipo di reti, è possibile quindi trovare una Product Form Solution.

Tecniche di segnalazione CCITT Segnalazione: lo scambio di informazioni che riguardano l’apertura e il controllo di connessioni e la gestione di una rete di telecomunicazione

Si distinguono: segnalazione di utente - scambio di informazioni tra utente e nodo segnalazione internodale - scambio di informazioni tra nodi

Segnalazione associata al canale - in banda - fuori banda a canale comune

Segnalazione associata al canale: esiste una corrispondenza biunivoca tra canale controllante (informazioni di segnalazione) canale controllato (informazioni di utente) 1 2 k informazioni d’utente segnalazione associati

1 2 k Segnalazione associata al canale: in banda (canale controllante e controllato coincidono - sono usati in tempi diversi) segnalazione 1 2 k

Segnalazione associata al canale: fuori banda (canale controllante e controllato distinti) 1 2 k informazioni d’utente segnalazione

Segnalazione associata al canale: usata in reti a circuito per telefonia o per dati di vecchia tecnologia

Segnalazione a canale comune: un canale di segnalazione controlla più canali di informazioni di utente il canale di segnalazione funziona a pacchetto informazione d’utente 1 2 k 1 k segnalazione

Segnalazione a canale comune: usata nelle reti con tecnologie avanzate

Segnalazione a canale comune: standard CCITT Sistema di segnalazione n. 7 (SS n. 7)

L’uso della segnalazione a canale comune nelle nuove reti a circuito porta alla definizione di una rete di segnalazione

Nella rete di segnalazione si identificano punti di segnalazione (SP - signalling point) punti di trasferimento della segnalazione (STP - signalling transfer point) collegamenti di segnalazione

Nella rete di segnalazione si identificano punti di segnalazione (sorgenti) punti di trasferimento della segnalazione (nodi) collegamenti di segnalazione (canali)

Tra le informazioni di segnalazione hanno particolare rilevanza gli indirizzi di utente

Tra le informazioni di segnalazione hanno particolare rilevanza gli indirizzi di utente NUMERAZIONE

Un piano di numerazione definisce la struttura degli indirizzi in una rete pubblica

CCITT Raccomandazione E.164 Piano di numerazione per l’era ISDN

CC NDC SN numero significativo nazionale NSN numero internazionale NI indicativo dello stato codice di destinazione nazionale Numero d’utente CC NDC SN numero significativo nazionale NSN numero internazionale NI Prefisso internazionale (00) Prefisso nazionale (0)

CC indicativo dello stato L’indicativo dello stato può comprendere 1, 2 o 3 cifre Esempi: USA 1 Italia 39 Portogallo 351

NDC codice di destinazione nazionale Il codice di destinazione nazionale - può avere lunghezza variabile - può essere formato da due sottocampi * indicativo di area * rete di destinazione

Numero d’utente Il numero di utente può avere lunghezza variabile

Un piano di numerazione può essere chiuso semichiuso semiaperto aperto a seconda della variabilità delle dimensioni di NDC e SN

3+7 piano di numerazione chiuso Un piano di numerazione è chiuso se: - NDC ha lunghezza costante - SN ha lunghezza costante quindi NSN ha lunghezza costante

1+7 2+6 Piano di numerazione semichiuso Un piano di numerazione è semichiuso se: - NDC ha lunghezza variabile - SN ha lunghezza variabile - NSN = NDC + SN ha lunghezza costante

1+8 0+8 Piano di numerazione semiaperto Un piano di numerazione è semiaperto se: - SN ha lunghezza costante - NDC ha lunghezza variabile quindi NSN ha lunghezza variabile

1+8 max 2+7 max 3+6 max Piano di numerazione aperto Un piano di numerazione è aperto se: - SN ha lunghezza variabile - NDC ha lunghezza variabile - NSN ha lunghezza variabile

Piano di numerazione italiano 232 distretti telefonici - 2 a 1 cifra - 28 a 2 cifre - 202 a 3 cifre lunghezza massima di NSN = NDC + SN = 9

In futuro il piano di numerazione italiano diventerà CHIUSO con lunghezza NSN = NDC + SN = 10