Evoluzione delle reti di telecomunicazione

1
Evoluzione delle reti di telecomunicazione
X.25
frame relay
reti locali
prestazioni
reti telefoniche
servizi
scalabilità
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 dellinformazione in reti a
larga banda
Logical Link Control Medium Access Control
7
RETI LOCALI

• alta velocità di trasmissione
• bassi tassi derrore
• estensione geografica contenuta
• rete privata
• costi contenuti

8
RETI LOCALISTANDARD IEEE 802
802.1 INTERNETWORKING
INTERNETWORKING LOGICAL LINK MEDIA
ACCESS PHYSICAL
802.2 LOGICAL LINK CONTROL
802. 6 MEDIUM ACCESS
802.4 MEDIUM ACCESS
802.5 MEDIUM ACCESS
802.3 MEDIUM ACCESS
802.1 ARCHITECTURE
802.6 PHYSICAL
802.5 PHYSICAL
802.3 PHYSICAL
802.4 PHYSICAL
9
Mezzo trasmissivocondiviso

• è più facile controllare e sincronizzare
• serve un protocollo daccesso multiplo

10
ETHERNET IEEE 802.3
Carrier Sense Multiple Access (CSMA)
11
ETHERNET IEEE 802.3
collisione
protocollo daccesso casuale
12
Protocolli di accesso casuale

• Aloha
• S-Aloha
• CSMA
• CSMA p persistente
• CSMA / CD

13
Condivisione di risorse
multiplazione problema concentrato access
o multiplo problema distribuito
14
MULTIPLAZIONE

• Divisione di
• Tempo (TDM)
• Frequenza (FDM)
• Codice (CDM)
• Spazio

t
i1 i2 i1 i3
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
• dellintera rete a chi trasmette
• protocolli efficienti per reti
• piccole rispetto alla durata delle
• trasmissioni

18
Parametro fondamentale
Esempio Ethernet
50?s

a
0.06

1000 x 8 bit x 0.1 ?s/bit
19
Prestazioni LAN
traffico smaltito

• throughput (S)
• ritardo daccesso dalla voglia di
• trasmettere alla trasmissione

traffico smaltibile
20
CSMA - traffico smaltito
G traffico offerto Ps probabilità di successo
21
curve di traffico smaltito
S
curva ideale
1
capacità
instabilità
G
0 1 2 3
22
TOKEN RING
D
token libero
C
A
B
23
TOKEN RING
D
C
A
dati
B
24
TOKEN RING
D
dati
C
A
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
Alte velocità e grandi estensioni
numeratore più grande
a troppo grande
denominatore più piccolo
nuovi protocolli daccesso
28
HIGH SPEED LAN

• FDDI token ring turbo
• protocollo single token
• temporizzazioni
• semplificazione dellimplementazione
• 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 gtgt 10 Mbit/s
• estensione gt 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 daccesso

• prestazioni non dipendenti da
• velocità e dimensione
• servizi isocroni e priorità
• equità

43
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
• ...

50
STANDARD 802.6

• 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 diprotocolli di DQDB
dati CL dati CO isocrono
livello DQBD
livello fisico
53
TOPOLOGIA DQDB
BUS A
Gener. di trame
nodo
. . .
Gener. di trame
BUS B
trama di 125 ?s
Velocità 34 Mbit/s, 43 Mbit/s, 155 Mbit/s,
622 Mbit/s
54
Collegamenti ai bus
BUS A
BUS A
lettura scrittura
Unità daccesso
scrittura lettura
BUS B
BUS B
Due ricevitori e due trasmettitori per
nodo. Instradamento binario.
55
TOPOLOGIA DQDB
BUS A
Gener. di trame
. . .
Gener. di trame
BUS B
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 daccesso
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 52 ottetti
Busy SL_type PSR Reserv.
Request
1 bit 1 bit 1 bit
2 bit 3 bit
60
PROTOCOLLO DACCESSO

• realizza una coda distribuita di richieste
• daccesso
• basato su contatori allinterno dei nodi
• instradamento binario

61
(No Transcript)
62
STATO DI IDLE
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
Bus A Bus B
- slot vuoto
count down
request counter
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
1 2 3 4 5
RQ 0
RQ 0
RQ 0
66
prenotazione del nodo 5
BUS A BUS B
1 2 3 4 5
RQ 1
RQ 1

1
67
prenotazione del nodo 2
BUS A BUS B
1 2 3 4 5
RQ 1
RQ 0
CD 1

1
68
prenotazione del nodo 3
BUS A BUS B
1 2 3 4 5
RQ 1
CD 1
RQ 0
CD 1

1
69
trasmissione del nodo 5
0
BUS B
- - - -
1 2 3 4 5
RQ 1
CD 0
RQ 0
CD 0
70
trasmissione del nodo 2
1
0
BUS A BUS B
-
1 2 3 4 5
RQ 1
RQ 0
CD 0
71
CODA DISTRIBUITAil nodo non deve trasmettere
SLOT
BUS A
. . .
. . .
LIB.
libera una richiesta per ogni slot vuoto
REQ REQ REQ
accoda le richieste che vede passare
BUS B
. . .
. . .
REQ
SLOT
72
CODA DISTRIBUITAil nodo deve trasmettere
SLOT
BUS A
. . .
. . .
B / F
libera una richiesta per ogni slot vuoto
REQ REQ REQ
S-REQ
1. accoda una autorichiesta 2. carica una
richiesta sul primo campo libero
BUS B
. . .
. . .
REQ
SLOT
73
CODA DISTRIBUITAil nodo attende di trasmettere
SLOT
BUS A
. . .
. . .
B / F
libera una richiesta per ogni slot vuoto
REQ REQ REQ REQ REQ
non più di una autorichiesta in coda
S-REQ
accoda le richieste che vede passare
BUS B
. . .
. . .
REQ
SLOT
74
CODA DISTRIBUITAil nodo trasmette
SLOT
BUS A
OCC.
libera una autorichiesta
carica il segmento
lo slot diventa occupato
S-REQ
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 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_CRC (10 bit)
Payload_length (6 bit)
81
FORMATO SEGMENTO
segment header (4 ottetti)
segment payload (48 ottetti)
payload type (2 bit)
segment priority (2 bit)
VCI (20 bit)
HCS (8 bit)
82
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
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
A
B
Se B inizia dopo a trasmettere, ottiene uno
slot ogni 8.
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
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
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 slotModifiche 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 lineariManhattan Street Network
sorgente
destinazione
104
Manhattan Street Network

• topologia regolare
• accesso slottizzato
• instradamento a deflessione

Equità ? Servizi isocroni ?
105
Topologie non lineariATM

• 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 linformazione nel
dominio ottico dalla sorgente alla destinazione
e/o
nuvola di vetro
e/o
108
RETI FOTONICHE

• divisione di tempo
• divisione di frequenza (lunghezza donda)
• divisione di codice
• divisione di spazio

109
Esempio lo star coupler
TX RX
i
110
i
Rete fotonica a stella con divisione di
lunghezza donda. Ricevitori e trasmettitori
accordabili.
j
Caso più semplice ricevitori accordabili,
trasmettitori fissi. Per ascoltare una certa
sorgente occorre sintonizzare il ricevitore sulla
opportuna lunghezza donda.
111
ANELLI FOTONICI
a divisione di frequenza, spazio e tempo
controllo elettronico
112
Reti fotoniche magliate con instradamento a
lunghezza donda
113
Reti fotoniche magliate con instradamento a
lunghezza donda
1 5 1 2 6 2 3
7 3 4 8 4
114
la tecnologia ottica è nella sua infanzia le
reti fotoniche sono in fase di concepimento