Evoluzione delle reti di telecomunicazione

Presentazione sul tema: "Evoluzione delle reti di telecomunicazione"— Transcript della presentazione:

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

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
LAN B-ISDN MAN MAN LAN LAN

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

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

8 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

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

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

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

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 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

15 Accesso multiplo - circuito
TDMA FDMA CDMA

16 Traffico a pacchetto multiplazione accesso multiplo TDM statistico

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

18 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

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

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

21 curve di traffico smaltito
curva ideale 1 capacità instabilità G

22 TOKEN RING D token libero A C B

23 TOKEN RING D A C dati B

24 TOKEN RING D dati A C token libero B

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

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

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

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

29 FDDI - “single token” 1 2 4 3

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

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

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

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

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

35 FDDI Accesso al mezzo

36 FDDI Accesso al mezzo 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 estensione > 100 Km integrazione di servizi (priorità, servizio isocrono) ambiente pubblico

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

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

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

43 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

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

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

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

50 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

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 CL dati CO isocrono livello DQBD livello fisico

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

54 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.

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

56 AFFIDABILITA’ BUS A BUS B

57 AFFIDABILITA’ BUS A BUS B

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

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

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

61 Bus A Bus B busy bit request bit

62 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

63 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

64 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

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

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

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

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

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

70 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 - RQ 1 RQ RQ 1 RQ CD RQ

71 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

72 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

73 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

74 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

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 l’arrivo 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 l’abbattimento dei circuiti virtuali sono in fase di definizione

78 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

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
DMPDU header (2 ottetti) Segmentation unit (44 ottetti) DMPDU trailer (2 ottetti) Payload_length (6 bit) Payload_CRC (10 bit)

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

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

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 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.

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

86 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

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 l’efficacia

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 access control field ACF segmento 1 ottetto 52 ottetti
busy SL_type PSR reserved request 1 bit bit bit bit bit

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 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

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

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

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

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

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

109 Esempio: lo star coupler
TX RX i

110 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.

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

112 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

113 Reti fotoniche magliate con instradamento a lunghezza d’onda

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