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

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

RETI PER DATI ISO/OSI IS 7498

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

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

Tecniche di trasporto dell’informazione in reti a larga banda 3 2 1 rete collegamento fisico LLC MAC Logical Link Control Medium Access

RETI LOCALI alta velocità di trasmissione bassi tassi d’errore estensione geografica contenuta rete privata costi contenuti

RETI LOCALI STANDARD IEEE 802 802.1 INTERNETWORKING INTERNETWORKING LOGICAL LINK MEDIA ACCESS PHYSICAL 802.2 LOGICAL LINK CONTROL 802.3 MEDIUM ACCESS 802.4 MEDIUM ACCESS 802.5 MEDIUM ACCESS 802. 6 MEDIUM ACCESS 802.1 ARCHITECTURE 802.3 PHYSICAL 802.4 PHYSICAL 802.5 PHYSICAL 802.6 PHYSICAL

Mezzo trasmissivo condiviso è più facile controllare e sincronizzare serve un protocollo d’accesso multiplo

Carrier Sense Multiple Access ETHERNET IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access (CSMA)

protocollo d’accesso casuale ETHERNET IEEE 802.3 collisione protocollo d’accesso casuale

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

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

MULTIPLAZIONE i1 i2 Divisione di: i3 Tempo (TDM) i1 i2 i1 i3 t Frequenza (FDM) Codice (CDM) Spazio i1 i2 i1 i3 t i1 i2 i3 i2 f “0” “1” t t

Accesso multiplo - circuito TDMA FDMA CDMA

Traffico a pacchetto multiplazione accesso multiplo TDM statistico

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

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

Prestazioni LAN ritardo d’accesso = dalla voglia di traffico smaltito “throughput” (S) = ritardo d’accesso = dalla voglia di trasmettere alla trasmissione traffico smaltibile

CSMA - traffico smaltito S G G S 1 - PS Tx ritardo + G = traffico offerto Ps = probabilità di successo

curve di traffico smaltito curva ideale 1 capacità instabilità G 0 1 2 3

TOKEN RING D token libero A C B

TOKEN RING D A C dati B

TOKEN RING D dati A C token libero B

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

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

Evoluzione delle LAN a = Alte velocità e grandi estensioni: numeratore più grande a = = troppo grande denominatore più piccolo nuovi protocolli d’accesso

HIGH SPEED LAN FDDI = token ring “turbo” protocollo “single token” temporizzazioni semplificazione dell’implementazione 100 Mbit/s 100 Km

FDDI - “single token” 1 2 4 3

FDDI - “single token” 1 2 4 trasmissione T1 3

FDDI - “single token” 1 2 4 token trasmissione T1 3

FDDI - “single token” 1 trasmissione T1 2 4 trasmissione T2 3

FDDI - “single token” 1 trasmissione T2 trasmissione T1 2 4 token 3

FDDI - “single token” 1 2 4 token trasmissione T2 3

FDDI Accesso al mezzo

FDDI Accesso al mezzo T nessuno può trasmettere !

FDDI Accesso al mezzo T nessuno può trasmettere !

FDDI Accesso al mezzo

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

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

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

MAN - protocolli d’accesso prestazioni non dipendenti da velocità e dimensione servizi isocroni e priorità equità

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

RETI A SLOT mezzi trasmissivi unidirezionali con inserzioni attive

RETI A SLOT le topologie lineari consentono facilmente dei servizi isocroni

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

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

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

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

STANDARD 802.6 DQDB - Distributed Queue Dual Bus rete metropolitana su doppio bus unidirezionale protocollo a slot con controllo d’equità a coda distribuita DQDB - Distributed Queue Dual Bus

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

Architettura di protocolli di DQDB dati CL dati CO isocrono livello DQBD livello fisico

. . . TOPOLOGIA DQDB Velocità: BUS A Gener. di trame nodo . . . Gener. di trame BUS B 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

Collegamenti ai bus Due ricevitori e due trasmettitori per nodo. BUS A BUS A lettura scrittura Unità d’accesso scrittura lettura BUS B BUS B Due ricevitori e due trasmettitori per nodo. Instradamento binario.

. . . TOPOLOGIA DQDB Velocità: BUS A Gener. di trame . . . Gener. di trame BUS B 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

AFFIDABILITA’ BUS A BUS B

AFFIDABILITA’ BUS A BUS B

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

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

PROTOCOLLO D’ACCESSO realizza una coda distribuita di richieste basato su contatori all’interno dei nodi instradamento binario

Bus A Bus B busy bit request bit

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

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

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

ESEMPIO DI ACCESSO BUS A BUS B 1 2 3 4 5 RQ RQ RQ RQ RQ

prenotazione del nodo 5 BUS A BUS B 1 2 3 4 5 RQ 1 RQ 1 RQ 1 RQ 1 RQ 1 2 3 4 5 RQ 1 RQ 1 RQ 1 RQ 1 RQ CD + + + + 1

prenotazione del nodo 2 BUS A BUS B 1 2 3 4 5 RQ CD RQ 2 RQ CD 1 RQ 1 1 2 3 4 5 RQ CD RQ 2 RQ CD 1 RQ 1 RQ 1 + 1

prenotazione del nodo 3 BUS A BUS B 1 2 3 4 5 RQ CD RQ 3 RQ 1 CD 1 RQ 1 2 3 4 5 RQ CD RQ 3 RQ 1 CD 1 RQ CD 1 RQ 1 + + 1

trasmissione del nodo 5 BUS B 1 2 3 4 5 - - - - RQ 2 RQ RQ 1 CD RQ CD 1 BUS B 1 2 3 4 5 - - - - RQ 2 RQ RQ 1 CD RQ CD RQ

trasmissione del nodo 2 BUS A BUS B 1 2 3 4 5 - RQ 1 RQ RQ 1 RQ CD RQ 1 BUS A BUS B 1 2 3 4 5 - RQ 1 RQ RQ 1 RQ CD RQ

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

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

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

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

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

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

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 l’abbattimento dei circuiti virtuali sono in fase di definizione

INTERFACCIA CON IL LIVELLO 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

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

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

FORMATO SEGMENTO segment header (4 ottetti) segment payload VCI (20 bit) payload type (2 bit) segment priority (2 bit) HCS (8 bit)

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

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

PRESTAZIONI DI DQDB Ma i ritardi di propagazione rendono tra di loro inconsistenti le code locali, per cui l’equità 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.

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

ALCUNE OSSERVAZIONI a basso carico non serve controllare l’equità le reti non lavorano mai al 100% di carico l’effetto principale dei ritardi di propagazione è una perdita di granularità nel controllo

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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

Riutilizzo di slot Modifiche al protocollo d’accesso 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

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

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

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

Reti non lineari: Manhattan Street Network sorgente destinazione

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

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

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

Le reti fotoniche mantengono l’informazione nel dominio ottico dalla sorgente alla destinazione e/o nuvola di vetro e/o

RETI FOTONICHE divisione di tempo divisione di frequenza (lunghezza d’onda) divisione di codice divisione di spazio

Esempio: lo star coupler TX RX i

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

ANELLI FOTONICI a divisione di frequenza, spazio e tempo controllo elettronico

Reti fotoniche magliate con instradamento a lunghezza d’onda 0.0 0.1 0.2 0.3 1.0 1.1 1.2 1.3 2.0 2.1 2.2 2.3 3.0 3.1 3.2 3.3

Reti fotoniche magliate con instradamento a lunghezza d’onda 1 5 1 2 6 2 3 7 3 4 8 4

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