MODI DI TRASFERIMENTO DELL INFORMAZIONE

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1 MODI DI TRASFERIMENTO DELL INFORMAZIONE Dalle dispense di SISTEMI DI COMMUTAZIONE della Prof. Carla Raffaelli 1 PRINCIPALI REQUISITI DEI SERVIZI Integrità dell informazione o trasparenza semantica del trasferimento: riguarda le differenze che possono insorgere tra l informazione trasmessa e l informazione ricevuta. Le comunicazioni dati devono fornire elevata integrità informativa. I requisiti di integrità informativa richiedono di attuare procedure di recupero da situazioni di errore che possono insorgere nella rete. Il tasso di errore richiesto dipende dall applicazione: orientativamente, il tasso binario di errore residuo per la rete di trasporto deve essere non superiore a

2 PRINCIPALI REQUISITI DEI SERVIZI Trasparenza temporale del trasferimento: un trasferimento è temporalmente trasparente quando la variabilità dei ritardi di transito è nulla o di entità trascurabile (figura a). I servizi che richiedono la trasparenza temporale per la corretta interpretazione dell informazione sono detti isocroni Servizi isocroni sono, tipicamente quelli che si ottengono per conversione analogico/digitale, ad esempio il servizio telefonico. Se il trasferimento non è temporalmente trasparente (figura b) ma introduce ritardi a basso valore medio e con scostamenti rispetto a questo contenuti, è possibile operare una compensazione dei ritardi in ricezione e rendere il trasferimento adatto a servizi isocroni. Per certi servizi è anche importante il valore di picco del ritardo di transito. Tale valore deve essere tanto più basso quanto maggiori sono le esigenze di interattività della comunicazione. Nel caso telefonico per esempio deve essere limitato a circa 300 ms. 3 PRINCIPALI REQUISITI DEI SERVIZI 4 2

3 MODI DI TRASFERIMENTO DELL INFORMAZIONE La modalità di trasferimento dell'informazione in una rete integrata deve essere in grado di supportare efficientemente l'ampia varietà di servizi adattarsi alla evoluzione dei requisiti stessi Fino ad ora sono stati utilizzati due modi di trasferimento dell'informazione: a circuito e a pacchetto 5 MODO DI TRASFERIMENTO A CIRCUITO (CTM: Circuit Transfer Mode) + trasparenza temporale - scarsa flessibilità nell'allocazione della banda - scarsa flessibilità nel trattamento di nuovi servizi - scarsa efficienza per comunicazioni con burstiness elevata 6 3

4 MODO DI TRASFERIMENTO A PACCHETTO (PTM: Packet Transfer Mode) - ritardi variabili + flessibilità nell'allocazione di banda + adattabilità a trattare servizi nuovi + efficienza (multiplazione statistica) Esistono altri modi di trasferimento che si possono collocano in posizioni intermedie tra CTM e PTM. 7 DEFINIZIONE DI MODO DI TRASFERIMENTO Un modo di trasferimento è definito dai seguenti tre aspetti: schema di multiplazione identifica la modalità di utilizzazione di un canale di comunicazione all'interfaccia utente-rete e tra due nodi di rete principio di commutazione definisce i principi secondo i quali l'informazione viene instradata all'interno dei nodi di commutazione architettura del protocollo definisce la stratificazione delle funzioni operate dai terminali e dai nodi della rete sull'informazione 8 4

5 DEFINIZIONE DI MODO DI TRASFERIMENTO I modi di trasferimento si possono collocare su una linea continua ai cui estremi stanno CTM e PTM verso PTM si ha una maggiore flessibilità nell allocazione della banda verso CTM si ha una maggiore trasparenza temporale nel trasferimento 9 DEFINIZIONE DI MODO DI TRASFERIMENTO CTM- Circuit Transfer Mode FPS- Fast Packet Switching FCS- Fast Circuit Switching FR - Frame Relaying BS- Burst Switching PTM - Packet Transfer Mode ATD-Asynchronous Time Division 10 5

6 SCHEMA DI MULTIPLAZIONE Ha lo scopo di rendere efficiente ed economico l'uso delle connessioni fisiche Classificazione degli schemi di multiplazione a divisione di tempo Criteri: modalità di gestione dell'asse dei tempi modalità di assegnazione della banda In base alla gestione dell'asse dei tempi: 11 SCHEMA DI MULTIPLAZIONE 12 6

7 SOLUZIONE SLOTTED suddivide l'asse dei tempi in intervalli di durata prefissata adotta tipicamente unità informative aventi tutte la stessa lunghezza ogni time slot è dimensionato per il trasporto di una singola unità informativa richiede procedure di sincronizzazione per consentire in ricezione il riconoscimento delle unità informative consente una definizione implicita delle unità informative l' overhead sul canale è molto ridotto 13 SOLUZIONE UNSLOTTED banda del canale indivisa a priori unità informative di lunghezza non necessariamente fissa è necessario un sistema di delimitazione esplicito (flag: HDLC) 14 7

8 SOLUZIONI FRAMED gli slot vengono strutturati in trame (frame) una trama contiene un numero intero di slot e un preambolo per l'allineamento di trama al ricevitore (parola di allineamento) effettuata la sincronizzazione di trama gli slot temporali vengono riconosciuti essendo nota la struttura della trama in questo caso potrebbero anche aversi strutture di trama contenenti slot di durata diversa 15 SOLUZIONI UNFRAMED gli slot si susseguono senza una struttura sovraimposta occorre un sistema di sincronizzazione di slot, ad esempio basato sull inserimento di particolari sequenze di bit (unità di sincronizzazione) negli slot non utilizzati 16 8

9 ASSEGNAZIONE STATICA DELLA BANDA la banda globale del canale è suddivisa in sottocanali di capacità fissa a valori in un insieme discreto alla chiamata uno di questi sottocanali viene allocato per le esigenze di trasferimento della chiamata la durata della allocazione è uguale alla durata della chiamata l'assegnamento statico può essere effettuato solo nel caso di soluzione framed: c'è una associazione logica tra slot nella stessa posizione in frame diversi la capacità globale del canale può essere al più divisa tra tanti sottocanali quanti sono gli slot temporali nel frame (segue) 17 ASSEGNAZIONE STATICA DELLA BANDA Ci sono poi 2 possibilità: single-slot: l'unità informativa prodotta da una singola sorgente viene trasferita su un singolo sottocanale multi-slot: la sorgente può accedere a un insieme di sottocanali disponendo così di una banda maggiore multipla di quella base Le unità informative vengono pertanto trasferite periodicamente con ritardo costante ogni periodo è uguale alla durata del frame e può contenere una o più unità informative in accordo con l ordine di molteplicità nell'assegnamento degli slot Come conseguenza di questa periodicità si parla di S-TDM = Synchronous Time Division Multiplexing 18 9

10 ASSEGNAZIONE DINAMICA DELLA BANDA A-TDM (Asynchronous Time Division Multiplexing) Non c'è allocazione fissa di canali alle chiamate E opzionale nel caso slotted, è obbligatoria nel caso unslotted La capacità del canale può essere vista come un servitore cui si accede mediante una procedura di controllo opportuna La presenza di unità informative di una stessa sorgente sul canale non è più necessariamente periodica Possono insorgere situazioni di contesa per l utilizzo del canale Occorre definire: Le modalità di assegnazione della banda Le modalità di gestione delle situazioni di contesa 19 MODALITA DI ASSEGNAZIONE DINAMICA DELLA BANDA Si possono avere diverse modalità di assegnazione dinamica della banda: assegnamento della banda media: le chiamate possono condividere la stessa capacità di linea se la somma delle velocità medie è inferiore a una frazione prefissata della capacità globale (multiplazione statistica) elevata efficienza nell'utilizzazione della banda ammette condizioni di sovraccarico durante le quali si ha degrado di prestazioni 20 10

11 MODALITA DI ASSEGNAZIONE DINAMICA DELLA BANDA assegnamento della banda di picco: le chiamate possono condividere la stessa capacità di linea se la somma delle velocità di picco non supera la capacità globale numero inferiore di connessioni contemporanee rispetto al caso precedente efficienza più bassa garanzia di qualità di servizio assegnamento della banda equivalente: si definisce una banda convenzionale associata al servizio che tiene conto sia dei parametri di traffico che dei requisiti di prestazioni e si accettano nuove connessioni fino a che la somma delle relative bande equivalenti non supera una prefissata frazione dlla capacitàdisponibile consente di ottenere buona efficienza insieme al rispetto dei parametri di qualitàdi servizio 21 GESTIONE DELLE CONTESE Si deve effettuare tra unità informative di chiamate diverse qualora contendano contemporaneamente per la stessa risorsa: in relazione al ritardo con memorizzazione delle unità informative in attesa della disponibilità della risorsa: i ritardi possono essere variabili perdita di isocronismo necessità di ri-sincronizzazione ai capi della rete o nel terminale ricevente in relazione alla perdita non modifica l'isocronismo comporta perdita di informazione La scelta dell'una o dell'altra dipende dal tipo di servizio

12 IDENTIFICAZIONE DELLE UNITA INFORMATIVE Sia per S-TDM che per A-TDM occorre introdurre un sistema di identificazione delle unità informative: esplicito implicito 23 IDENTIFICAZIONE DELLE UNITA INFORMATIVE A-TDM ogni unità informativa deve contenere una etichetta l'etichetta contiene l'indirizzo completo o un riferimento alla chiamata a seconda del sistema di instradamento prende il nome di labelled multiplexing A-TDM è il sistema di multiplazione utilizzato dai modi di trasferimento orientati al pacchetto 24 12

13 IDENTIFICAZIONE DELLE UNITà INFORMATIVE S-TDM unità informativa è associata a una chiamata in base alla posizione fisica dello una slot nel frame non è necessaria l'identificazione esplicita è necessario uno scambio preliminare di informazioni di segnalazione tra le entità comunicanti per stabilire l'associazione logica tra slot e chiamata prende il nome di unlabelled multiplexing S-TDM è il sistema di multiplazione utilizzato dai modi di trasferimento orientati al circuito. 25 LA FUNZIONE DI COMMUTAZIONE La funzione di commutazione viene svolta dai nodi della rete e consente di associare uno o piùingressi a una o piùuscite del nodo a seconda del tipo di comunicazione La funzione di commutazione si realizza mediante le seguenti funzioni: instradamento (routing): è la funzione decisionale che ha lo scopo di stabilire verso quale uscita deve essere inoltrata l'unità informativa viene attuata mediante gli algoritmi di instradamento inoltro (forwarding): è la funzione di attuazione del trasferimento dell'unità informativa tra un ingresso e un'uscita del nodo di rete; può essere svolta con: connessione diretta ingresso-uscita ritardo di inoltro costante store&forward ritardo variabile 26 13

14 PRINCIPI DI COMMUTAZIONE 27 PRINCIPI DI COMMUTAZIONE La classificazione dei principi di commutazione viene fatta secondo i seguenti criteri: tipo di servizio di trasferimento strategie di assegnazione delle risorse relazioni temporali tra gli orologi nei nodi 28 14

15 SERVIZIO DI TRASFERIMENTO Connection oriented prevede l assegnazione preliminare di un percorso tra gli estremi della rete coinvolti nella comunicazione (apertura della connessione) il percorso è costituito da una associazione temporanea di rami e di nodi che vengono assegnati alla comunicazione in modo fisico o virtuale è necessaria una fase di rilascio delle risorse utilizzate al termine della comunicazione (chiusura della conn.) la connessione che viene instaurata può essere commutata o semipermanente 29 SERVIZIO DI TRASFERIMENTO Connectionless la comunicazione non comporta l instaurazione di una connessione le unitàinformative consegnate dagli utenti alla rete vengono trattate come unità indipendenti 30 15

16 MODALITA DI ASSEGNAZIONE DELLE RISORSE Per realizzare la funzione di instradamento i nodi di rete utilizzano risorse di elaborazione. In relazione ai momenti in cui tali risorse vengono impiegate risultano differenti modalità di assegnazione delle risorse di nodo. 31 ASSEGNAZIONE FISICA la decisione relativa all instradamento viene presa precedentemente alla comunicazione. Successivamente non vengono più utilizzate risorse di elaborazione con scopi decisionali la assegnazione delle risorse avviene per quantizzazione della banda disponibile in associazione alla modalità di multiplazione senza etichetta (S-TDM) la connessione ingresso-uscita all interno del nodo avviene utilizzando tecniche a divisione di spazio e di tempo il ritardo di inoltro è conseguentemente costante 32 16

17 ASSEGNAZIONE LOGICA DI RISORSE ha lo scopo di realizzare l allocazione dinamica delle risorse di un nodo le funzioni di elaborazione vengono in parte (nel caso connection-oriented) o completamente (nel caso connection-less) svolte nella fase di trasferimento dell informazione. è normalmente attuato con una multiplazione con etichetta che identifica la associazione logica dell informazione alle risorse di nodo connection oriented: l etichetta contiene solo un riferimento alla chiamata (circuito virtuale) connection less: l etichetta contiene l intero indirizzo della destinazione si può attuare anche nella multiplazione senza etichetta, congiuntamente a una segnalazione a canale comune la funzione di inoltro si basa sulla tecnica a memorizzazione ed inoltro (store&forward) 33 RELAZIONI TEMPORALI nella allocazione fisica a divisione di tempo i flussi entranti e uscenti relativi a un nodo devono essere posti in corrispondenza temporale trasparente. Devono quindi essere supportati da segnali di sincronismo aventi tutti la stessa frequenza nella allocazione logica possono essere adottate tecniche sincrone o asincrone le tecniche sincrone richiedono, come nel caso precedente, la sincronizzazione completa della rete le tecniche asincrone non richiedono la sincronizzazione completa in quanto in ciascun nodo può avvenire l adattamento delle velocità senza perdita di informazione 34 17

18 CUT-THROUGH Per la riduzione del ritardo di nodo si può introdurre la tecnica cut-through: è un misto di allocazione logica e fisica se l'unità informativa trova la linea occupata nel nodo, tutto va come nell'assegnamento logico se la linea è libera, tutto va come nell'assegnamento fisico; occorre però che siano soddisfatti i vincoli di sincronizzazione tra i nodi come nell'assegnamento fisico 35 ARCHITETTURA DEI PROTOCOLLI L'architettura dei protocolli riguarda il modello di riferimento per la realizzazione di un modo di trasferimento specifico descrive la stratificazione adottata per le funzioni di comunicazione e alloca tali funzioni nei singoli apparati di rete prendiamo in considerazione un utente della rete ISDN per individuare l'allocazione delle funzioni di multiplazione e commutazione che caratterizzano un collegamento nel CTM (Circuit Transfer Mode) 36 18

19 CTM (Circuit Transfer Mode) i nodi di accesso e di transito sono trasparenti le funzioni di gestione dell'informazione vengono svolte ai terminali multiplazione e commutazione risiedono nello strato fisico 37 PTM (Packet Transfer Mode) la multiplazione (multipl. Statistica) è considerata una funzione di livello 3 per cui gli strati 1,2,3 devono essere presenti in ciascun nodo la commutazione viene effettuata nello strato 3 sotto forma di routing 38 19

20 ARCHITETTURA DEI NUOVI MODI DI TRASFERIMENTO A PACCHETTO Obiettivo: progetto di una rete con capacità di trasporto indipendente dal servizio necessità di migrazione delle funzioni più complesse e onerose dal punto di vista dei tempi verso strati alti (controllo di flusso, recupero da errore, ri-sequenzializzazione) conseguente forte semplificazione dei nodi di transito diminuzione del ritardo di inoltro e aumento del throughput di nodo allocazione delle funzioni di commutazione e multiplazione a livelli più bassi 39 ARCHITETTURA DEI NUOVI MODI DI TRASFERIMENTO A PACCHETTO introduzione di due nuovi strati: strato di adattamento: contiene funzioni dipendenti dal servizio che hanno lo scopo di adattare il flusso di informazioni specifico del servizio al supporto di trasferimento offerto dalla rete strato di modo di trasferimento: contiene funzioni di trasferimento e di multiplazione 40 20

21 ESEMPI DI MODI DI TRASFERIMENTO Circuit Oriented Transfer Modes Packet Oriented Transfer Modes Modo di trasferimento Circuit Transfer Mode Fast Circuit Switching Burst Switching Asynchronous Time Division Fast Packet Switching Frame Relaying Packet transfer mode (VC) Packet transfer mode (Datagram) Schema di multiplazione Unlabeled Multiplexing Framed Mutiplexing Dynamc slot ass. Slotted Unframed Multiplexing Unslotted Multiplexing Principio di commutazione Physical Resource Assignement Logical resource Assignement Synchronous Operation Logical resource Assignement Asynchronous Operation Connectonless Architettura del protocollo Phisical Layer Transfer Mode Layer Data Link Layer Network Layer 41 MODO DI TRASFERIMENTO A CIRCUITO Schema di multiplazione: senza etichetta (S-TDM) Esempio: multiplazione PCM con unità informative di 8 cifre binarie e canali con capacità di trasferimento 64 Kbit/s Principio di commutazione: servizio di trasferimento orientato alla connessione con assegnamento fisico delle risorse e funzionamento sincrono (detto a circuito) Architettura protocollare: la multiplazione e la commutazione sono funzioni di strato 1 (segue) 42 21

22 MODO DI TRASFERIMENTO A CIRCUITO Nel caso di una comunicazione punto-punto su base chiamata il trasferimento dell informazione avviene su una connessione fisica commutata da utente a utente. L instaurazione della chiamata e il suo abbattimento avvengono mediante lo scambio di informazioni di segnalazione nell ambito della rete. 43 COMMUTAZIONE DI CIRCUITO MULTI-RATE serve per aumentare la flessibilità della rete utilizza lo stesso sistema trasmissivo della commutazione di circuito a singola velocità a una connessione vengono attribuiti n canali: esempio: videofonia N-ISDN si basa su H261 che opera a velocità multiple di 64 Kbit/s problemi per l applicazione in ambiente multiservizio Sincronizzazione scelta della velocità base 44 22

23 COMMUTAZIONE DI CIRCUITO VELOCE (Fast Circuit Switching) Consente un efficiente utilizzo della banda in presenza di traffico bursty le risorse non vengono allocate alla chiamata ma solo quando c'è informazione da trasmettere sulla base di una connessione instaurata mediante un sistema di segnalazione veloce a canale comune criticità nella velocità di instaurazione del circuito gestione complessa realizza un modo di trasferimento a circuito senza etichetta con assegnazione logica delle risorse 45 BURST SWITCHING Se anzichè una segnalazione a canale comune si utilizza una modalità basata su una intestazione che precede il trasferimento della informazione utile si ha la modalità burst switching: per ogni chiamata in ogni commutatore lungo il percorso viene annotata la banda richiesta e la destinazione realizza un modo di trasferimento a pacchetto 46 23

24 ASYNCHRONOUS TIME DIVISION (ATD) ATD è il modo di trasferimento adottato dallo standard ATM Schema di multiplazione: slotted con suddivisione dell asse dei tempi in intervalli di durata costante. Le unità informative sono pertanto di lunghezza fissa Principio di commutazione: con assegnamento logico delle risorse e funzionamento asincrono Permette di costruire matrici di commutazione autoinstradanti Architettura del protocollo: basata sullo strato di modo di trasferimento Le onerose funzioni di linea vengono svolte solo edge-to-edge 47 FAST PACKET SWITCHING (FPS ) FPS differisce da ATD in quanto utilizza uno schema di multiplazione unslotted e quindi è basato su unità informative di lunghezza variabile Rende più difficile la realizzazione delle matrici di commutazione 48 24

25 FRAME RELAY vengono realizzate linea per linea solo le funzioni basilari del livello 2: trasparenza delimitazione di trama controllo d'errore le funzioni che richiedono più elaborazione come: recupero d'errore controllo di flusso vengono realizzate solo end-to-end 49 FRAME RELAY Alleggerimento dei protocolli di linea e maggiore velocità di trasferimento dell'informazione: 50 25

26 MODO DI TRASFERIMENTO A PACCHETTO (PTM: Virtual Circuit e Datagram) Schema di multiplazione: con etichetta (A-TDM) unità informative di lunghezza variabile trasferite con asse dei tempi indiviso; trattamento delle contese nella utilizzazione orientato al ritardo; nel caso di servizio a chiamata virtuale, controllo di accettazione di chiamata attuato con assegnazione della banda media; Principio di commutazione con servizi di trasferimento: senza connessione, a datagrammi, con assegnamento di risorse a domanda con connessione, a circuito virtuale, e assegnamento logico di risorse in entrambi i casi il trasferimento è di tipo store&forward e funzionamento asincrono Architettura protocollare: la multiplazione e la commutazione sono funzioni di strato 3 51 MODO DI TRASFERIMENTO A PACCHETTO (segue) Nel caso connection oriented una chiamata predispone, mediante lo scambio di informazioni all apertura, una associazione logica tra origine e destinazione detta circuito virtuale, attuata in ogni nodo coinvolto mediante una corrispondenza tra canale virtuale entrante e canale virtuale uscente. In ogni nodo è presente una tabella con cui viene identificata la corrispondenza tra canali entranti e canali uscenti mediante una coppia di numeri

27 CONFRONTO TRA MODI PACKET ORIENTED Nella tabella vengono riassunte le principali differenze nelle funzioni di livello 2 svolte nei tre tipi di modi di trasferimento considerati, risultando chiaro l alleggerimento delle funzioni di livello 2 ottenibile con ATD: Ritrasmissione del pacchetto Delimitazione di trama Controllo di errore Commutazione di pacchetto Frame Relay Asynchronous Time Division X - - X X - X X