Reti a commutazione di circuito

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1 Prof. Roberto De Prisco TEORIA - Lezione 5 Reti a commutazione di circuito Università degli studi di Salerno Laurea e Diploma in Informatica Commutazione 2 Trasmissione di dati al di fuori di un area locale avviene tramite la commutazione Fra i due nodi che devono comunicare ci sono vari altri nodi, detti appunto di commutazione La comunicazione avviene tramite l ausilio dei nodi di commutazione In pratica i dati seguono un percorso costituito da uno o più nodi di commutazione fra i due nodi che devono comunicare 1

2 Commutazione di circuito 3 Viene stabilito un percorso dedicato fra i due nodi Il percorso è costituito da una sequenza di linee di trasmissione e nodi di commutazione che collegano sorgente e destinazione Su ogni linea ed in ogni nodo vengono riservate delle risorse Larghezza di banda sulla linea Capacità commutativa nel nodo Le risorse sono garantite per tutta la durata della comunicazione Commutazione 4 2

3 Instaurazione del circuito 5 Circuito deve essere stabilito prima che inizi la comunicazione La stazione A richiede al nodo 4 una connessione con la stazione E (tipicamente la linea da A a 4 è dedicata, quindi quella parte della connessione esiste già) Il nodo 4 deve trovare il ramo successivo di un percorso che conduca al nodo 6 (E è collegato direttamente al nodo 6) Il nodo 4 può, ad esempio, selezionare il nodo 7 e riservare una parte della capacità trasmissiva per questa comunicazione Il nodo 7 può selezionare il nodo 6 Il nodo 6 contattarà la stazione E per verificarne la disponibilità Quindi viene stabilito il circuito A E Trasferimento dei dati, chiusura 6 Stabilito il circuito i dati possono essere scambiati I dati partono dalla stazione A, e procedono nel percorso A E fino ad arrivare ad E Generalmente i canali sono full-duplex: i dati da E ad A seguono il percorso inverso I dati possono essere sia analogici che digitali L evoluzione delle reti sta portando verso reti digitali Disconnessione del circuito Quando il trasferimento dei dati è terminato la connessione viene chiusa Segnali di controllo inviati dalle stazioni ai nodi di commutazione 3

4 Il sistema telefonico 7 Commutazione di circuito è tipica della rete telefonica Fra i due telefoni viene stabilito un circuito Il circuito passa per varie centrali telefoniche (che operano la commutazione) Viene riservata una larghezza di banda sufficiente a trasportare la voce Tale larghezza di banda è garantita per tutta la durata della telefonata Rete telefonica 8 4

5 Nodo di commutazione 9 L elemento fondamentale è il nodo di commutazione La sua funzione è connettere, in modo trasparente, una qualunque coppia di dispositivi connessi al nodo stesso I due dispositivi da connettere avranno a disposizione una connessione diretta dedicata Il nodo deve essere capace di connettere più coppie contemporaneamente Nodo di commutazione 10 Interfaccia di rete Hardware necessario a connettere il nodo con i dispositivi (altri nodi o stazioni terminali) ad esso collegati. Può avere funzioni di conversione analogico-digitale per connettere dispositivi sia analogici che digitali I nodi moderni sono digitali Commutatore numerico Ha la funzione di trasportare il segnale fra i due punti collegati Unità di controllo Instaura le connessioni gestendo il commutatore numerico Gestisce più connessioni in modo trasparente alla singola connessione Disconessione della connessione 5

6 Nodo di commutazione digitale 11 Blocking 12 Blocco: si verifica quando la rete non è in grado di collegare due stazioni poiché tutti i percorsi sono non disponibili La rete telefonica è bloccante Non capita quasi mai, perché le telefonate sono di breve durata e quindi è difficile che venga esaurita la capacità della rete In una rete di computer sarebbe inaccettabile Tali reti devono essere non blocking Garantire comunque la connessione, magari a scapito della velocità di tutte le altre connessioni (cosa non accettabile per una conversazione telefonica) 6

7 Commutazione a divisione di spazio 13 Ogni collegamento richiede l instaurazione di un percorso fisico attraverso il commutatore Il percorso fisico è riservato esclusivamente ai due punti terminali Si realizzano tramite Crosspoint (punto di incrocio) Incrocio fra due linee fisiche Gate (porta) Che abilita o disabilita la connessione sull incrocio Ogni stazione è collegata al nodo con una linea di ingresso ed una di uscita Esempio Connessione fra nodo 4 e nodo 7 (full duplex) Connessione fra nodo 2 e nodo 6 (full duplex) (slide animata) 7

8 Limitazioni crossbar 15 Il numero di incroci è quadratico rispetto al numero di stazioni collegate È molto costoso per commutatori grandi Malfunzionamento di una gate pregiudica la connessione fra i due dispositivi che si incrociano in quel punto Gli incroci sono utilizzati in maniere inefficiente Quando tutti i dispositivi collegati sono connessi se ne utilizzano una piccola frazione Per ovviare a queste limitazioni Commutatori a stadi 16 Vengono usati più crossbar in cascata Il numero totale di incroci è minore e quindi la percentuale di utilizzo è maggiore Più di un percorso fra due terminali Aumenta l affidabilità Prezzo da pagare Schema di controllo è più complesso Per stabilire un collegamento anziché abilitare una singola porta occorre trovare un percorso attraverso stadi successive, che risulti libero, ed abilitare le porte opportune 8

9 Esempio 17 Commutazione a divisione di tempo 18 Il commutatore rende attive le varie connessioni richieste a turno Per ogni input attivo viene letto un blocco di dati ed i blocchi letti vengono messi in sequenza e trasmessi in un unico flusso Un modo semplice per realizzarlo Ogni dispositivo è collegato full-duplex Ad ogni linea di ingresso è assegnato un turno Quando arriva il turno viene abilitata la porta opportuna permettendo l invio di un blocco di dati Per ottenere la comunicazione nei due sensi si usa un turno in un senso ad il successivo nell altro 9

10 Commutatore a tempo 19 Comunicazioni attive: Nodi 1 e 9 Nodi 5 e 13 Turno 1: da 1 a 9 Turno 2: da 5 a 13 Turno 3: da 9 a 1 Turno 4: da 13 a 5 Turno 5: da 1 a 9 (slide animata) Routing (ricerca del circuito) 20 All inizio della comunicazione occorre trovare un circuito che sarà la strada (route) usata per trasferire i dati Efficienza della rotta Numero di nodi intermedi Velocità di trasmissione end-to-end Robustezza possibilità di rotte alternative qualora ce ne fosse bisogno 10

11 Routing L approccio più semplice è l organizzazione ad albero 21 Per realizzare un percorso Si percorre l albero prima verso l alto fino al primo antenato in comune Poi verso il basso fino al nodo destinazione Per incrementare la robustezza si aggiungono collegamenti diretti fra alcuni nodi Routing dinamico 22 La scelta della rotta è influenzata dalle condizioni del traffico sulla rete L instradamento è più complesso ma più flessibile Un esempio: routing alternato Le rotte possibili sono predefinite Le rotte sono in ordine di preferenza L insieme di rotte predefinite può essere Sempre lo stesso (routing alternato fisso) Variare nel tempo (instradamento alternato dinamico) 11

12 Diagramma di routing alternato 23 Segnali di controllo 24 I segnali di controllo servono a gestire la rete Vengono usati per instaurare, mantenere e chiudere le chiamate Servono a far scambiare informazione tra i vari nodi (commutatori) della rete Quindi sono vitali per il corretto funzionamento della rete Lo schema per la segnalazione di controllo è abbastanza complesso 12

13 Esempio (rete telefonica) 25 Comunicazioni udibili dall utente Composizione dei numeri a tono, lo squillo, il segnale di occupato Trasmissione del numero composto alle centrali di commutazione Segnale di attivazione squillo alla destinazione Segnale per la tassazione (scatti) Segnale di controllo che specifica che la chiamata non può essere completata Trasmissione di dati relativi alla diagnostica ed ai guasti Riepilogo 26 Reti a commutazione di circuito Circuito e nodi di commutazione Commutatori a divisione di spazio Crossbar semplici ed in cascata Commutatori a divisione di tempo Routing (ricerca del circuito) Riferimento: Stallings, Capitolo 9 13