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1 Voice over IP e Telephony over IP architetture, protocolli e quality of service B

2 Codifica segnale nelle reti POTS Richiami sulle reti di TLC Convertitore A/D Segnale analogico Segnale Digitale Fusso di bit Campionamento e quantizzazione Codifica n.ro campioni/sec Bits per sample Bit Rate = * 8 = 64 kbit/s

3 Requisiti di banda Richiami sulle reti di TLC Servizi Narrowband telemetria voce and fax Dati interattivi videoconferenza... < 10 kbit/s 64 kbit/s kbit/s kbit/s Servizi Broadband Immagini fisse 1-10 Mbit/s TV commerciale Mbit/s TV alta definizione Mbit/s...

4 Tecniche di multiplazione Richiami sulle reti di TLC MUX WDM (Wavelenght Division Multiplexing) Divisione di Tempo (Numerica) FDM (Frequency Division Multiplexing) CDM (Code Division Multiple Access) Sincrona (circuito) Asincrona (pacchetto) TDM (Time Division Multiplexing) Slotted (e.g. ATM) Unslotted (IP, FR X.25)

5 Commutazione Richiami sulle reti di TLC Come vengono trattate le unità informative? Divisione di tempo Switching Circuito (connection oriented) Pacchetto Divisione di spazio Circuito Virtuale (X.25, FR, ATM) (connection-oriented) Datagramma (IP,..) (connectionless)

6 Richiami sulle reti di TLC ISO-OSI OSI Concetti ed architetture Servizio cosa cosa fa uno strato? Un servizio definisce quali operazioni il livello può eseguire per conto di un utente del servizio, ma non specifica il modo in cui queste operazioni sono implementate Interfaccia come si accede al servizio? Interfaccia Protocollo come è realizzato il servizio? Un Protocollo è un Protocollo insieme di regole relative al formato, al significato delle PDU (Protocol Data Unit) che le peer-entities si scambiano (Entità dello stesso livello o paritarie, su sistemi diversi, sono dette peer-entities) OSI Application Presentation Internet Protocol Suite User Application Session Transport Network Data Link Physical Transport Internetwork Accesso alla rete

7 Relazione tra protocolli Richiami sulle reti di TLC Service Mapping & Protocol Translation Principles of Protocol Relationship 4. Protocol views of NGN Protocol A Protocol X Service Mapping & Adaptation Protocol B Peering Relationship Layering Relationship

8 Richiami sulle reti di TLC Commutazione di Pacchetto: Tipi di connessione Architetture di comunicazione Connectionless (Datagramm) Ogni pacchetto contiene tutte le informazioni necessarie per l instradamento in rete ed è trattato in maniera indipendente dai pacchetti che lo precedono o che lo seguono Connection oriented (Circuito Virtuale) l instradamento è definito durante la fase di apertura della connessione, prima della effettiva trasmissione delle informazioni. Tutte le unità informative seguono lo stesso percorso sulla rete mediante l assegnazione di un CANALE LOGICO

9 La rete Internet e la suite TCP/IP Suite TCP/IP La tecnologia che consente l interconnessione tra reti eterogeneee realizzate con diverse tecnologie è INTERNETWORKING La rete Internet fa riferimento ad un sistema di comunicazione globale (rif. Federal Networking Council (FNC)) logicamente connesso sulla base di un unico sistema di indirizzamento definito dal protocollo IP La famiglia TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) è la suite dei protocolli utilizzati per realizzare l internetworking e presente in tutti i SO. L architettura di rete TCP/IP non specifica i protocolli di livello 1 e 2, necessari solo per il trasferimento delle informazioni, ma utilizza quelli disponibili e conformi agli standard

10 Host e router Suite TCP/IP Un indirizzo IP individua in Internet l interfaccia tramite la quale il dispositivo, Host - è l elemento che dotato di indirizzo IP può fungere da sorgente e da destinazione e può accedere alla rete internet tramite varie tipologie di rete di accesso. Dispone quindi della funzionalità per comprendere un unico livello di rete È in grado dicomprendere i protocolli dilivello 1 e 2 dipendentidalla rete diaccessointerfacciata dall host La qualità diservizio è demandata agli host Router - dispongono delle interfacce di rete (min. 2) per instradare leunità informative IP comprende il protocollo di rete e consente l Internetworking. Il router instrada verso la rete di destinazione e non verso l host di destinazione; sono i protocolli della rete di destinazione ad indirizzare il pacchetto verso l host specifico Comprende i protocolli 1 e 2 dipendenti dal tipo di reti interfacciate si connette ad una specifica rete host RETE INTERNET router Physical net host

11 La rete Internet Suite TCP/IP Server di posta WEB Server Client s Peer Peer Server FTP 1 O MODELLO 2 O MODELLO NETWORK CORE altre reti HOST HOST HOST HOST HOST Wide Area Net Rete fissa FDDI END SYSTEMS LAN Sottorete Utenti WEB Concentratori IP

12 Client-Server vs. Peer to Peer Suite TCP/IP

13 Suite TCP/IP Internet e protocolli della suite TCP/IP La rete Internet è una rete a commutazione di pacchetto Lo strato IP svolge funzioni di rete; si occupa dell instradamento dei pacchetti in modalità connectionless ed offre un servizio inaffidabile (servizio di tipo best effort ). La rete è utilizzata solo per il trasporto, e l affidabilità è garantita dai livelli superiori L identificazione dell applicazione è affidata ai protocolli di livello superiore (TCP o UDP) Applicazioni Trasporto dei pacchetti host-host TCP IP UDP Instradamento dei pacchetti Accesso alla Rete link physical

14 Protocolli ed incapsulamento Suite TCP/IP payload messaggio User data Application segmento Application header User data TCP, UDP datagramma TCP header Application data IP IP header TCP segment trama PHYSIC Ethernet header IP Datagram Ethernet trailer

15 Suite TCP/IP INTERNETWORKING: ARCHITETTURA TCP/IP Host Client Router SERVER Host Sottorete di origine Sub-net 1 Application Transport Network Link Fisico Mezzo Fisico Sottorete 1 NODO DI TRANSITO Network Link Fisico Mezzo Fisico Sottorete 2 Application Transport Network Link Fisico Sottorete di destinazione Sub-net 2 application: supporting network applications (ftp, smtp, http,..) transport: application-application data transfer service network:host-host data transfer service (ip, protocolli di routing) link: trasferimento dati tra elementi di rete adiacenti (ppp, ethernet) physical: bits on the wire

16 La rete internet Suite TCP/IP Nessun vincolo sulle architetture dei client e nessun adeguamento hardware per l adozione di nuove applicazioni e nuovi protocolli Protocolli relativamente semplici. L host riconosce un unico protocollo di routing e non tanti quante sono le reti con cui dialoga Processo di incapsulamento piuttosto che di traduzione dei protocolli nel passare da una rete ad un altra Molte funzionalità di rete (trasporto, commutazione, elaborazione,..) sono proprie di internet (presenti negli host) e non del gestore pubblico che offre il servizio Disponibilità spesso gratuita di applicazioni nel modello Client-Server

17 Famiglia dei Protocolli TCP/IP Suite TCP/IP HTTP (HyperText Transfer Protocol) FTP (File Transfer Protocol) SMTP (Simple Main. Transfer Protocol) POP (Post Office Protocol). SNMP (Simple Network Management Protocol) TFTP (Trivial File Transfer Protocol) TCP UDP ICMP OSPF-RIP IP IGMP ARP Data Link RARP

18 Il protocollo IP Suite TCP/IP Individua la direzione che il pacchetto deve percorrere Definisce l unità base per il trasferimento dei dati Consegna BEST EFFORT dei pacchetti Gestisce lo schema di indirizzamento della rete Internet Specifica le regole che host e router devono seguire per processare le unità dati Attiva il protocollo IPSEC con l introduzione di AH Header

19 Suite TCP/IP Il protocollo TCP (Transmission Control Protocol) Coinvolge solo gli host Servizio affidabile senza errori (controllo degli errori con richiesta di ritrasmissione, Controllo a livello di byte) Consegna Connection Oriented dei dati (3 segmenti per il set-up e 4 per il rilascio) Frammenta/riassembla dati applicazioni (Segmenti di dimensioni non superiori ai 1500 caratteri inseriti in un datagramma IP. Segmenta e riassembla i dati secondo le sue necessità) Mux/Demux dati tra le applicazioni (identificazione e connessione fra due applicazioni end-to-end tramite il numero di porta )

20 Il protocollo UDP (User Datagram Protocol) Suite TCP/IP Servizio connectionless (utilizzato quando non è richiesta l'affidabilità di TCP) Mux/Demux dati tra le applicazioni (identificazione e connessione fra due applicazioni end-to-end tramite il numero di porta ) Controllo degli errori (non è prevista la correzzione degli errorinon essendo prevista la ritrasmissione dei pacchetti corrotti) Basso Overhead (identificazione e connessione fra due applicazioni tramite il numero di porta )

21 Suite TCP/IP TCP vs. UDP TCP Fruizione dei dati a trasferimento concluso Richiesta di ritrasmissione Utilizza il max della banda disponibile Controllo della congestione Posta, web, download + IDONEO Trasferimenti di file Emulazione terminale WAN Unicast Fruizione per ogni pacchetto ricevuto Assenza di ritrasmissioni Bit rate costante Controllo del bit rate a carico delle applicazioni Traffico in real-time Richiede meno banda e meno CPU di TCP + IDONEO Applicazioni multimediali LAN Multicast UDP

22 Traffico Dati vs. Traffico Voce Introduzione a VoIP/ToIP Traffico dati discontinuo sia per la banda utilizzata sia per i tempi di utilizzo del link I servizi di trasmissione dati sono sensibili alla perdita dei pacchetti ma non ai ritardi (sono accettate momentanee congestioni di rete) Il traffico voce (campioni di pochi bit) pur presentando un bit rate relativamente costante, viceversa, è sensibile ai ritardi ma non alla perdita dei pacchetti

23 Quality of Service - QoS Il termine QoS (Qualità del Servizio) indica un insieme di architetture, protocolli, algoritmi e tecnologie il cui obiettivo è: Garantire i requisiti di qualità del servizio Classificare e differenziare il traffico (Classi di Servizio) Allocare in modo ottimizzato le risorse trasmissive Prevenire e gestire la congestione Introduzione a VoIP/ToIP

24 Introduzione a VoIP/ToIP Question.. Per il trasporto della voce E importante l overheard? (Header UDP = 8 Byte Header TCP = 20 Byte) SI Ritrasmissione a causa di pacchetti scartati? (e quindi processo di trasmissione più lento) E importante il riscontro di un pacchetto a causa di un errore/pacchetto perso? NO NO UDP

25 Introduzione a VoIP/ToIP Question.. per l adozione di VoIP Riduzione dei costi (ottimizzazione della banda) SI Uso di una singola rete (telefonia intranet ed internet) SI Creazione nuove applicazioni commerciali (voice mail, e_mail, fax) SI Integrazione voce-dati-video Aumento produttività SI SI VoIP

26 VoIP Introduzione a VoIP/ToIP VoIP (Voice over Internet Protocol) - Definisce Definisce il trasporto del traffico voce tramite pacchetti, utilizzando la rete IP. Nessuna garanzia di QoS (connectionless, ritardo variabile) Scarso controllo del network design Servizio Best Effort VoIP riferito all adozione di protocolli per l accesso ai servizi di telefonia IP è presentato come servizio commerciale. VoIP riferito all integrazione tra la rete internet ed il mondo della telefonia è trattato con la convergenza dei servizi e delle reti

27 Considerazioni su VoIP Le informazioni del pacchetto VoIP subiscono elaborazioni differenti : Traffico voce trasporto mediante UDP (protocollo stateless che svincola le unità di elaborazione a tenere traccia dello stato della connessione) Segnalazione (Call set-up) mediante TCP Introduzione a VoIP/ToIP trasporto TCP (protocollo più affidabile per la tipologia dell informazione trattata) VoIP usa pacchetti di piccole dimensioni generati ad intervalli variabili, funzione del DSP e del CODEC utilizzati

28 Struttura del pacchetto VoIP Introduzione a VoIP/ToIP Pacchetto VoIP VoIP Header (40 Bytes) Voice Payload RTP Header UDP Header IP Header x Bytes 12 Bytes 8 Bytes 20 Byte (codec based) (40 Byte con IPV6)

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