Università degli Studi di Enna Kore

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1 Università degli Studi di Enna Kore Facoltà di Ingegneria, Architettura delle Scienze Motorie Fondamenti di Reti di Telecomunicazioni AA Prof. Silvana Greco Polito

2 Obiettivo Illustrare le caratteristiche e i principi di base di funzionamento delle reti di telecomunicazioni

3 Orario Martedì: 9-12 Giovedì: 11-14

4 Contenuti SERVIZI DI TELECOMUNICAZIONI E TOPOLOGIE DI RETI LE PILE PROTOCOLLARI PER LE RETI DI TELECOMUNICAZIONI LE RETI DATI IN AREA GEOGRAFICA (WAN): RETI A COMMUTAZIONE DI PACCHETTO E RETI A COMMUTAZIONE DI CIRCUITO MECCANISMI DI CONTROLLO DI ERRORE E DI FLUSSO MECCANISMI DI ROUTING RETI DATI IN AREA LOCALE (LAN): ETHERNET TOKEN RING PS: il programma attuale è provvisorio. Il programma definitivo verrà fornito alla fine del corso.

5 Libro di testo Reti di Telecomunicazioni, Achille Pattavina, McGraw-Hill Per la realizzazione degli slide del corso è stato usato il " materiale didattico fornito unitamente al " libro Reti di Telecomunicazioni di Achille Pattavina"

6 DEFINIZIONI Comunicazione Telecomunicazione Rete di telecomunicazione

7 DEFINIZIONI Comunicazione: Trasferimento di informazioni secondo regole prestabilite Telecomunicazione: qualsiasi trasmissione e ricezione di segnali che rappresentano segni, scrittura immagini e suono, informazioni di qualsiasi natura, attraverso cavi, radio o altri sistemi ottici e elettromagnetici (ITU-T I.112) Rete di telecomunicazione: un insieme di nodi e canali che fornisce un collegamento tra due o piu punti per permettere la telecomunicazione tra essi

8 Standardizzazione e interoperabilità ITU(InternationalTelecommunicationUnion) è un organismo internazionale che si occupa di regolamentare le telecomunicazioni a livello mondiale. ITU-T (*-telecommunications) si occupa degli aspetti legati alla standardizzazione dei servizi, degli apparati e dei sistemi di telecomunicazione ITU-R (*-radiocommunication) invece si occupa della occupazione delle frequenze radio

9 Standardizzazione e interoperabilità ETSI (European Telecommunications Standards Institute) We produce globally applicable standards for Information & Communications Technologies including fixed, mobile, radio, broadcast, internet, aeronautical and other areas 3GPP(3rd Generation Partnership Project) The original scope of 3GPP was to produce Technical Specifications and Technical Reports for a 3G Mobile System based on evolved GSM core networks and the radio access technologies that they support (i.e., Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) both Frequency Division Duplex (FDD) and Time Division Duplex (TDD) modes) later..!

10 Chi controlla Internet? Non una sola organizzazione IETF - Internet Engineering Task Force Definisce protocolli e specifiche per standardizzazione. Comunità internazionale Scambio di opinioni via mailing e meeting quadrimestrali Organizzata in aree e working groups Attivate dinamicamente per ogni nuovo oggetto di studio IESG (Internet Engineering Steering Group) si occupa di coordinare i gruppi Anche le industrie contribuiscono alla definizione degli standard

11 IETF credo We reject kings, presidents and voting. We believe in rough consensus and running code David Clark (MIT), 1992

12 RETE DI TELECOMUNICAZIONE RETE DI TELECOMUNICAZIONE NODO CANALE NODO: punto in cui avviene la commutazione CANALE: mezzo di trasmissione

13 Commutazione La funzione di commutazione si svolge nei nodi di rete con lo scopo di far transitare il segnale dalla linea di ingresso al nodo alla linea di uscita RETE DI TELECOMUNICAZIONE NODO CANALE

14 Trasferimento La trasmissione di segnali attraverso nodi e canali per raggiungere una destinazione RETE DI TELECOMUNICAZIONE NODO CANALE

15 Quali informazioni transitano nella rete? Flusso informativo o dati Flusso di segnalazione: Segnalazione di utente Segnalazione di gestione

16 Segnalazione di utente Es: Apertura e chiusura del circuito per una chiamata

17 Segnalazione di gestione.di rete : allacciamento nuovi utenti evoluzione tecnologica riconfigurazione per guasti..di utente: Il gestore deve presentare il conto al cliente: registrazione delle risorse utilizzate addebito fatturazione"

18 Servizi di telecomunicazione

19 Caratterizzazione di un servizio di telecomunicazione Tipi di informazione: Voce Video Dati Servizio monomediale: trasporta un solo tipo di informazione Servizio multimediale: trasporta almeno due tipi di informazioni

20 Caratterizzazione delle comunicazioni: configurazione Punto-punto: la comunicazione avviene tra un punto sorgente e un punto destinazione (es. servizio telefonico punto a punto) Multipunto: una sola sorgente emette informazioni per piu destinazioni (es. conferenza telefonica) Broadcast: è un tipo particolare di configurazione multipunto in cui tutti gli utenti della rete sono possibili destinatari (es. servizio televisivo)

21 Caratterizzazione delle comunicazioni: configurazione Unidirezionali: un solo flusso informativo che va dalla sorgente ad uno o piu destinatari Bidirezionali: ogni utente agisce sia da sorgente che da destinazione. Servizio simmetrico: la caratteristiche dei due flussi nelle due direzioni sono uguali Servizio asimmetrico: la caratteristiche dei due flussi nelle due direzioni sono diverse

22 Caratterizzazione delle comunicazioni: inizializzazione Su base chiamata: (es. telefonia pubblica) ogni volta che si vuole utilizzare il servizio si deve: Richiedere le risorse di comunicazione Usare le risorse Rilasciare le risorse Su base contrattuale: (es. servizio connessione dati), il cliente sottoscrive un contratto con il fornitore che gli permette di usare il servizio in modo semipermanente

23 Caratterizzazione dei servizi: serv. interattivi e serv. distributivi Servizi interattivi: i destinatari interagiscono con le sorgenti con messaggi informativi relativi al tipo di servizio richiesto Servizi di conversazione Servizi di messaggistica (es. posta elettronica) Servizi di consultazione (es. VoD, accesso banche dati) Servizi distributivi: la sorgente agisce indipendentemente dalla destinazione Servizi senza controllo di preselezione (es. TV) Servizi con controllo di preselezione (es. televideo)

24 Requisiti dei servizi di telecomunicazione OSS: le prestazioni di trasporto per un servizio dipendono fortemente dal tipo di servizio Parametri di caratterizzazione: Probabilità di blocco Tempo di ritardo Velocità media Probabilità di perdita o errore

25 Parametri Probabilità di blocco: probabilità che il fornitore del servizio non accetti richieste Tempo di ritardo: tempo che la rete impiega per trasportare le unità informative dalla sorgente alla destinazione Velocità media: frequenza di cifra con cui la rete trasporta le informazioni Probabilità di perdita o errore: parte del traffico emesso dalla sorgente che viene perso in rete o arriva con errori alla destinazione

26 Parametri per i diversi tipi di servizi Parametro telefonia Probabilità di blocco < 1% Ritardo medio <100 ms O (1 m) Probabilità di perdita/errore O (1%)

27 Topologia

28 Topologia fisica di rete La disposizione di nodi e canali definisce la topologia di una rete di telecomunicazione. Essa è rappresentata attraverso un grafo

29 Esempi tipologie di rete

30 Caratteristiche: Maglia completamente connessa Alta tolleranza ai guasti Elevato numero di canali C=N(N-1)/2

31 Caratteristiche: maglia Tolleranza ai guasti e numero dei canali selezionabile a piacere Topologia non regolare N-1<C<N(N-1)/2

32 Caratteristiche: anello Puo essere mono e bi-direzionale È molto usata nelle reti locali e metropolitane C=N nel caso unidiezionale C=2N nel caso bidirezionale

33 Caratteristiche: albero Vulnerabilità ai guasti (solo un percorso fra due nodi) Basso numero di canali C=N-1

34 Caratteristiche: stella Basso numero di canali Vulnerabilità ai guasti del nodo centrale C=N

35 Caratteristiche: BUS Molto usata in reti locali e metropolitane C=1

36 Grafo di una rete fisica Rami: vie per il trasferimento dei segnali Nodi: punti di trasmissione e/o ricezione dei segnali

37 Dalla rete fisica alla rete logica La rete logica è sede di funzioni aventi come fine la fornitura di servizi di trasferimento Su una rete fisica possono essere implementate piu tipologie logiche: Es: rete fisica a stella ->rete logica ad anello Es: rete fisica a stella -> rete logica a bus

38 Rete di accesso e rete di trasporto

39 RETE: SEZIONE DI ACCESSO E SEZIONE INTERNA RETE DI TELECOMUNICAZIONE A NODO T T A T A CANALE A NODI DI ACCESSO: si pongono ai bordi della rete e si interfacciano con gli utenti NODI DI TRANSITO: permettono l instradamento all interno della Dr. Greco rete, Polito non Silvana hanno interfaccia diretta con gli utenti

40 Rete interna Ha il ruolo di trasferire l informazione tra nodi di accesso, utilizzando, se necessario, anche nodi di transito " E la sede di risorse condivise(di trasferimento e di elaborazione) " E supportata da una rete fisica oggi prevalentemente orientata ad un uso, sempre piu esteso, delle fibre ottiche " E detta anche Rete di trasporto"

41 Rete di accesso Ha il ruolo di consentire l accesso alla rete da parte dei suoi utenti " Relativamente al suo supporto fisico presenta svariate modalitàdi realizzazione " E la sede di risorse che in alcuni casi sono indivise e che in altri casi sono condivise" Comprende l interfaccia utente-rete"

42 Esempi rete di accesso con linea di utente individuale Rete ISDN, Rete ADSL Rete telefonica analogica tradizionale.

43 SORGENTI DI TRAFFICO NELLE RETI DI TELECOMUNICAZIONE: NODO DI RETE CHE EMETTE TRAFFICO DESTINATO A ALTRI NODI

44 Premessa Qualche unità di misura Il bit [bit]..per misurare la dimensione di un dato Il bit rate [bit/s]. Per misurare la frequenza di emissione delle informazioni dalla sorgente ossia il numero di bit emessi al secondo La Capacità [bit/s] (o banda) per misurare la capacità di trasmissione di un canale ossia il numero di bit che possono essere trasmessi al secondo in un canale

45 Premessa bit, byte e multipli bit " bit" 2^0= 1 byte" Kilobyte" Megabyt e" 2^3= 8 byte" - 2^0= 1 2^13= ^10= 1024 Kilobyte" - - 2^0= 1 Megabyt e" Gigabyte" 2^23= ^20= ^10= ^0= 1 Gigabyte" Terabyte" Petabyte" Exabyte" Zettabyt e" Yottabyte" Terabyte"

46 Premessa.bit/s e multipli bps " O" bit/s " kbps " O" kilobit/s " Mbps " O" Megabit/s " Gbps " O" Gigabit/s " Tera " 1 bps " O" bit/s " kbps " O" kilobit/s " Mbps " O" Megabit/s " 10^3 10^6 10^9-1 10^3 10^ ^3 Gbps " O" Gigabit/s " Tera " Peta " Exa " Zetta.." Yotta " Peta " Exa " Zetta.." Yotta "

47 CLASSIFICAZIONE SORGENTI PER TIP0 DI INFORMAZIONE Messaggi testuali Files " SORGENTI DIGITALI Flussi vocali Flussi audio in genere Flussi video SORGENTI ANALOGICHE

48 NATURA DIGITALE DELL INFORMAZIONE Nelle reti moderne l informazione è scambiata in forma digitale come sequenza di cifre binarie 0 e 1 I segnali non intrinsecamente numerici vengono trasformati in segnali numerici prima di entrare in rete

49 NATURA DIGITALE DELL INFORMAZIONE Sorgente digitale: Rete TLC Computer Computer Sorgente analogica: V voce Trasduttore (microfono ) A/D t Rete TLC V voce Riproduttore (altoparlante ) A/D t

50 Elementi Trasduttore: trasforma il flusso analogico emesso dalla sorgente in segnale elettrico analogico Riproduttore: trasforma il segnale elettrico analogico nel flusso originale Convertitore analogico/digitale e digitale/ analogico: trasforma il segnale analogico in segnale digitale e viceversa

51 Trasmissione nei mezzi trasmissivi Al livello fisico sui canali di trasmissione il segnale viaggia sempre come forma d onda elettromagnetica e quindi in forma analogica Cavi in rame: segnale elettrico (es. livello di tensione) Trasmissione via radio: segnale elettromagnetico Fibra ottica: segnale ottico

52 Trasmissione nei mezzi trasmissivi Nodo di rete Informazione processata e trasmessa in forma digitale Nodo di rete Informazione ricevuta e processata in forma digitale modulatore TX RX demodulatore CANALE TRASMISSIVO Forma d onda elettromagnetica analogica sul canale Modulazione: trasformazione del segnale digitale in forma d onda elettromagnetica

53 OSSERVAZIONE IN questo corso trascureremo l aspetto legato alla trasmissione fisica del segnale sui canali e considereremo che un segnale numerico viaggia in forma numerica. Nella nostra astrazione il segnale numerico entra ed esce dai nodi in forma numerica e viene processato dai nodi della rete in forma esclusivamente numerica. "

54 Sorgenti: caratteristiche di emissione bir rate= tasso di emissione dei bit= =bit emessi dalla sorgente nell unità di tempo [bit/s] " P,A Bit rate (bit/s) tempo

55 Sorgenti CBR e VBR Sorgenti a ritmo binario costante (ConstantBit Rate, CBR) P,A Bit rate (bit/s) Sorgenti a ritmo binario variabile (VariableBit Rate, VBR)" P Bit rate tempo A tempo

56 Parametri di emissione Paramtri della sorgente:" Frequenza di picco=p= frequenza di picco di emissione della sorgente" Frequenza media=a= frequenza media di emissione della sorgente" Fattore di bustness=b=a/p" P,A Bit rate (bit/s) tempo

57 Sorgenti CBR Paramtri della sorgente:" Frequenza di picco=p= frequenza di picco di emissione della sorgente" Frequenza media=a= frequenza media di emissione della sorgente" Fattore di bustness=b=a/p" P,A Bit rate (bit/s) P=A B=A/P=1 tempo

58 Sorgenti VBR generiche il ritmo di emissione varia tra un valore massimo (valore di picco) e un valore minimo che puo essere nullo P Bit rate A tempo A<P B=A/P<1

59 Sorgenti VBR di tipo ON-OFF (sorgenti ON-OFF) Proprietà: Gli intervalli di tempo di permanenza negli stati di attività e di non attività sono costanti e uguali rispettivamente a Ton e Toff P A Bit rate Ton Toff tempo

60 Esercizi Se una sorgente ON-OFF emette dati con periodo Ton=Toff=5ms e P=1Mbit/s, quanti byte sono emessi in un periodo Ton? Assumendo che una sorgente ON-OFF con periodo Ton=0,2 ms, emetta 800 bit in un periodo Ton, calcolare il bit rate della sorgente. Esercizio con profilo variabile

61 Esercizio: Dimostrare che in una sorgente di tipo ON/ OFF il fattore di burstness è pari a B=ton/(ton+toff)

62 Analisi dei tempi: -tempo di trasmissione -tempo di propagazione

63 UN ESEMPIO Date due stazioni A e B sono collegate con un canale di Capacità 1 Mbps e lunghezza 2 km. Quanto tempo è necessario per trasferire un dato di 10 bit da A a B? -- Due principali componenti di tempo: tempo di trasmissione; tempo di propagazione

64 Tempo di trasmissione Tempo necessario per trasmettere i bit del dato nel canale Dimensione dato [bit]/capacità [bit/s]

65 Tempo di propagazione Tempo necessario per attraversare il canale Lunghezza canale [m]/v [m/s] V= velocità di propagazione nel mezzo. E una costante che dipende dal tipo di mezzo fisico v 2*10 8 m/s nel rame v=3 *10 8 m/s nell aria