Trasporto
Servizio di trasporto
z Modalità operativa per trasferire informazione attraverso la rete
logica;
z È richiesto per lo svolgimento di una comunicazione a favore di
due o più utenti;
z Deve trattare l’informazione emessa nell’ambito della
comunicazione, gestendo:
Modi di Trasferimento
¾ l’attuazione di una specifica strategia di assegnazione delle risorse
di trasferimento condivise;
¾ la risoluzione delle contese di pre-assegnazione e di utilizzazione
(ove presenti)
M. Carli
Fondamenti di Internet 2007
M.Carli – FI -2007
Trasporto
2
Trasporto
Servizio di trasporto
Servizio di trasporto
z Componenti:
Informazioni trattate:
¾ multiplazione;
¾ commutazione;
¾ architettura protocollare.
z Raggruppamento di Cifre Binarie (RCB).
z Ogni sorgente emette informazione sotto forma di stringhe di
cifre binarie:
z Prestazioni:
¾ flussi intermittenti, (messaggi);
¾ flusso continui, (stream);
¾ flessibilità di accesso
¾ integrità informativa
¾ trasparenza temporale.
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3
M.Carli – FI -2007
4
1
Trasporto
Multiplazione
z Obiettivo: condividere uno stesso sistema trasmissivo tra più
flussi informativi d'utente (es. segnali telefonici), mantenendone
la separabilità
accesso di tipo centralizzato
il multiplatore riceve dalle sorgenti
tributarie gli RCB è provvede a formare il
flusso multiplato
Multiplazione
accesso di tipo distribuito
le sorgenti tributarie gestiscono
collettivamente la formazione del flusso
multiplato
6
M.Carli – FI -2007
Trasporto
Trasporto
Multiplazione
Multiplazione
z Per una risorsa trasmissiva, definisce il modo secondo cui le UI
condividono logicamente la capacità di trasferimento
z Svolta in modo cooperativo da due entità (multiplatore
demultiplatore) operanti alle estremità del canale multiplato:
¾ la risorsa trasmissiva può essere logica (coincidente con il
servizio di trasferimento offerto dallo strato sottostante) o fisica (il
canale trasmissivo)
¾ viene svolta dalle entità alla pari estreme alla risorsa stessa
¾ il multiplatore deve provvedere affinché le UI emesse accedano al
canale multiplato in modo ordinato (senza collisioni) e in accordo
ad opportune strategie di assegnazione della risorsa ai singoli
flussi (flussi tributari)
¾ il demultiplatore deve essere in grado di identificare le UI che gli
pervengono (funzione di identificazione e indirizzamento)
z In generale tale funzione può essere vista come la multiplazione
di più flussi all’interno di un unico flusso (flusso multiplato)
z Si applica ogni qualvolta
¾ un strato deve inviare su una uscita UI ricevute da ingressi
differenti
¾ uno strato deve gestire più flussi di strato superiore (relativi a
protocolli differenti o ad un unico protocollo)
MUX
DEMUX
z La maggior parte dei protocolli offrono questa funzionalità
¾ e.g. PCM/PDH, SDH, Ethernet, IP, TCP, UDP
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M.Carli – FI -2007
8
2
Trasporto
Multiplazione
Trasporto
Tecniche di multiplazione – Livello fisico
z Tecnica a divisione di spazio (SDM)
z Nel caso di protocolli di strato fisico (PH) si possono
distinguere i seguenti schemi di multiplazione:
¾ ad ogni flusso informativo è assegnato un singolo portante fisico (es.
doppino telefonico)
¾ Time Division Multiplexing (TDM)
z Tecnica a divisione di frequenza (FDM)
¾ Ad ogni flusso informativo è assegnata una banda di frequenze
(all’interno della banda passante del canale multiplato) disgiunta
rispetto alle bande di frequenze utilizzate dagli altri flussi
¾ Space Division Multiplexing (SDM)
¾ Frequency Division Multiplexing (FDM)
Px(f)
FDMA (TACS)
¾ Code Division Multiplexing (CDM)
f
9
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t
10
M.Carli – FI -2007
Trasporto
Multiplazione
Trasporto
Multiplazione
z BANDE di GUARDIA
z Tecnica a divisione di tempo (TDM)
¾ l’occupazione del canale multiplato del flusso informativo di una
sorgente tributaria avviene in intervalli di tempo che non si
sovrappongono con quelli emessi da altre sorgenti tributarie.
¾ es.: multiplazione PCM, numerica asincrona e sincrona
4 KHz
f
4 KHz
f
4 KHz
f
z Tecnica mista TDM/FDM
FDMA-TDMA (GSM)
Px(f)
f
t
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M.Carli – FI -2007
12
3
Trasporto
Trasporto
Multiplazione
Multiplazione CDM
¾ Consiste nel trasmettere simultaneamente e nella stessa banda di
frequenza un insieme di N segnali:
z Tecnica a divisione di codice (CDMA)
¾ Spread-Spectrum (SS), nata per applicazioni militari, ora molto diffusa
nelle reti radiomobili (ad es. UMTS).
¾ La banda impiegata dal sistema trasmissivo è molto maggiore (almeno
un ordine di grandezza) rispetto alla banda di Nyquist del segnale utile
• moltiplicando ciascuno per una sequenza di codice, scelta tra un
insieme di sequenze (pseudo)ortogonali (DS, Direct Sequence)
• cambiando velocemente la frequenza portante più volte in ogni
tempo di simbolo secondo un sequenza prestabilita e diversa per
ciascun segnale (FH, Frequency Hopping)
CDM (UMTS)
Px(f)
f
t
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M.Carli – FI -2007
Trasporto
Trasporto
Spreading
CDM dede-spreading
Ampiezza
Media sul
periodo di bit
+1
SEQUENZA
D’INFORMAZIONE
Ampiezza
TEMPO
Ampiezza
TEMPO
-1
CODICE CORRETTO
TEMPO
Ampiezza
CODICE
DELL’UTENTE
Sequenza ricevuta
Media sul
periodo di bit
TEMPO
CANALE IDEALE
SEGNALE PRODOTTO
CODICE ERRATO
SF=Fattore di espansione=Lunghezza del codice=Numero di chip per codice
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M.Carli – FI -2007
16
4
Trasporto
Trasporto
Multiplazione
Multiplazione
z Nel caso di protocolli di livello superiore al PH, si considerano in
genere solo schemi di multiplazione TDM
z Si possono evidenziare 2 differenti approcci TDM:
¾ Multiplazione statica (sincrona)
• i flussi vengono multiplati in modo sincrono (con una cadenza
temporale regolare)
• esempi, PCM/PDH, SDH
¾ l’occupazione della risorsa da parte di una UI avviene in un
intervallo di tempo che non si sovrappone con quelli relativi alle
altre UI
¾ Eventuali contese di utilizzazione possono essere risolte tramite
code di attesa (buffer + algoritmi di scheduling) o perdita
Trama # i - 1
A
B
Trama # i
A
C
B
Trama # i + 1
A
C
B
C
t
17
M.Carli – FI -2007
18
M.Carli – FI -2007
Trasporto
Trasporto
Multiplazione
Canale multiplato
RB
RA
bit/s
B
C
A
B
A
A
C
C B
C
RC
bit/s
CM
bit/s
CM > RA + RB + RC
bit/s
B
A1
t
A2
B2
B1
C2
C1
z Alla strategia di multiplazione può essere legata la funzione di
identificazione delle UI (indirizzamento)
A1
• multiplazione sincrona → identificazione/indirizzamento implicito
• multiplazione asincrona → identificazione esplicita (indirizzi)
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DEMUX
A
MUX
¾ Multiplazione dinamica (asincrona/statistica)
• i flussi vengono multiplati tra loro senza una precisa cadenza
temporale
– strategia FIFO
– strategie WFQ/CBQ
19
B1
C1
A2
M.Carli – FI -2007
C2
B2
20
5
Trasporto
Commutazione
z E’ la funzione che permette alle UI di attraversare i nodi di rete
(nodi di commutazione), seguendo un percorso di rete dal
terminale sorgente al terminale/i di destinazione
z Consiste nell'associazione logica tra una terminazione d'ingresso
e una particolare terminazione d'uscita del nodo per la durata
necessaria al trasferimento della UI stessa
Commutazione
Nodo di
commutazione
22
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Trasporto
Nodi di commutazione
Commutazione
z Si compone di due funzioni:
z Schema generale di un commutatore a divisione di tempo
¾ INSTRADAMENTO (Routing), funzione decisionale (intelligente) che ha lo
scopo di stabilire il ramo di uscita verso cui deve essere inoltrata la UI
pervenuta da un ramo d’ingresso
• avviene attraverso la consultazione di opportune tabelle di instradamento
(tabelle di routing)
• tali tabelle possono essere configurate staticamente o dinamicamente
• l’istradamento dipende dalla UI (in genere dipende dal destinatario/i della UI)
• tale funzione può introdurre un ritardo di elaborazione
Controllo
Linee di ingresso
Linee di uscita
.
.
.
MEMORIA
¾ ATTRAVERSAMENTO (Forwarding), funzione attuativa (più “meccanica”,
spesso implementata in HW), che ha lo scopo di trasferire una UI da un
ramo d’ingresso ad uno di uscita in accordo a quanto deciso dalla funzione
di instradamento
• può avvenire direttamente (tramite un percorso interno), o attraverso un
immagazzinamento e rilancio (ogni UI viene memorizzata prima di essere
rilanciata verso l’uscita)
• è caratterizzato da un ritardo di attraversamento che può essere costante o
variabile
.
.
.
Linee di ingresso
M.Carli – FI -2007
Trasporto
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M.Carli – FI -2007
24
6
Trasporto
Commutazione
Trasporto
Esempio di Commutazione CL (a datagramma)
datagramma)
A3
z La funzione di instradamento può essere effettuata:
2
1) durante la fase di instaurazione della chiamata (per servizi di
trasferimento orientati alla connessione)
2) indipendentemente per ciascuna UI (per servizi ti trasferimento
senza connessione)
N3
1
1
3
N5
2
4
A1→A2
A1
z Ciò corrisponde a due differenti modalità di commutazione
2
2
N1
1
4
N4
A1→A2
3
3
A1→A2
A1→A2
1
1) Commutazione CO (utilizzata solo da protocolli CO)
2) Commutazione CL
1
3
2
N2
A1→A2
4
5
1
4
N6
A2
2
2
1
3
N7
3
4
A4
z Nel caso di commutazione CO
¾ a seguito della funzione di istradamento il risultato viene
memorizzato in una tabella di switching (commutazione),
consultata durante la fase di attraversamento delle UI
¾ nel caso di multiplazione statistica le UI vengono identificate
mediante identificatori di circuito virtuale (VCI, Label, etichette),
associati alle UI link per link (label switching)
RoutingTable N1
RoutingTable N2
RoutingTable N4
RoutingTable N6
Dest Next-hop
Dest Next-hop
Dest Next-hop
Dest Next-hop
A1
A2
A3
A4
A1
A2
A3
A4
A1
A2
A3
A4
A1
N2
N3
N2
25
M.Carli – FI -2007
N1
N2
N1
N7
N2
N6
N3
N7
Commutazione
A3
N3
1
3
2
1
A1
N4
44
3
4
1
3
2
1
8
27
¾ Routing Table
2
2
N1
3
z La funzione di instradamento (routing) viene in genere effettuata
tramite consultazione di opportune tabelle (di instradamento)
N5
4
12
1
4
N2
16
4
z Un aspetto importante legato all’istradamento è la modalità con
cui le tabelle vengono calcolate e aggiornate
5
N6
A2
2
2
1
3
N7
¾ routing statico
• le tabelle sono create e mantenute staticamente su base gestione
della rete (spesso attraverso una configurazione manuale delle
stesse)
¾ routing dinamico
• le tabelle sono aggiornate automaticamente dai nodi sulla base di
informazione di routing scambiata periodicamente dai nodi stessi
(protocolli di routing)
3
4
A4
SW Table N1
SW Table N2
SW Table N4
SW Table N6
In
Out
label link label link
In
Out
label link label link
In
Out
label link label link
In
Out
label link label link
12
27
1
27 4
1
8
2
8
1
44 3
44
26
Trasporto
Esempio di Commutazione CO
2
N4
A2
N5
N7
M.Carli – FI -2007
Trasporto
1
A1
A2
A3
A4
2
16 5
z Esempi di protocolli di routing:
M.Carli – FI -2007
27
¾ Spanning Tree (Ethernet),
¾ RIP, OSPF (IP)
M.Carli – FI -2007
28
7