Reti di Telecomunicazioni

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1 Reti di Telecomunicazioni Soluzioni di esercizi selezionati

2 Capitolo

3 Soluzioni esercizi capitolo Soluzioni esercizi capitolo Esercizio.. Disegnare il profilo di traffico di una sorgente ON-OFF caratterizzata dai seguenti parametri: frequenza media, =0 5 bit/s, capacità di un blocco dati (dati emessi nello stato di sorgente attiva), L = 500 byte, periodi di inattività, T OFF =0 ms. Poiché non si conosce nessuno dei parametri P,, T ON, nessuna delle due Equazioni. e. può essere risolta singolarmente. Esse possono dunque essere combinate per consentirci di ricavare uno dei parametri incogniti, per esempio la durata del periodo di inattività, sapendo che T ON = L/P attraverso la relazione P L = = 00 L T OFF kbit/s L Equazione. (oppure la stessa relazione T ON = L/P ) fornisce ora la durata del periodo di attività, T ON = 0 ms, ricavando così il profilo di traffico riportato in Figura E.. C [Mbit/s] 0, 0, 0, t [ms] Figura E.. Profilo di traffico dell Esercizio.. Con un approccio alternativo, si può fare riferimento al solo traffico medio per ricavare T ON, considerando che la sorgente emette L byte in un tempo T ON +T OFF alla frequenza media, e cioè ( T ON + T OFF ) = L, da cui si ricava L T T OFF ON = = 0 ms Esercizio.4. Disegnare il profilo di traffico di una sorgente ON-OFF caratterizzata dai seguenti parametri: rapporto tra durata dei periodi di attività e di inattività, R = T ON /T OFF = 4, intervallo di tempo che intercorre tra due transizioni consecutive della sorgente dallo stato di ON allo stato di OFF, T =50 ms, quantità totale di dati emessi in un intervallo di t = 50 ms, L tot = 50 kbyte, Il rapporto R consente di ricavare il fattore di burstiness T ON R = = = 0, 8 T ON + T OFF R +

4 4 Capitolo e da questo la durata dei periodi di attività e di inattività T ON = T ( ON + T OFF ) = T = 40 ms T OFF = T T ON = 0 La frequenza media si ricava immediatamente come = L tot t = 8 Mbit/s, che fornisce la frequenza di picco P = = 0 Mbit/s. Il profilo di traffico risultante è dunque mostrato in Figura E. ms C [Mbit/s] t [ms] Figura E.. Profilo di traffico dell Esercizio.4.

5 Soluzioni esercizi capitolo 5 Soluzioni esercizi capitolo Esercizio.. Si vuole determinare lo spettro S(f) del segnale mostrato in Figura E.. s t [ms] T ms Figura E.. Segnale periodico per gli Esercizi. e.. Data la frequenza di cifra di 8 kbit/s del segnale numerico, e un periodo uguale al tempo di trasmissione di 8 bit, il segnale si ripeterà indefinitamente con frequenza di khz, che rappresenta quindi l armonica fondamentale. Lo spettro complessivo del segnale, riportato in Figura E., mostra che vi è una componente continua, data dallo sbilanciamento dei simboli e 0 in un periodo (vi sono cinque simboli 0 e tre simboli ) e che sono presenti tutte le componenti armoniche multiple della frequenza base f = khz. Figura E.. Spettro S(f) del segnale periodico s(t) riportato in Figura E.. Esercizio.. Si determini l andamento del segnale ricevuto in uscita da un canale di comunicazione ideale di larghezza di banda [0,W] cui si offre in ingresso il flusso periodico rappresentato in Figura E. con istante di inizio trasmissione a t = 0 nel caso di W =,5,,5, 7,5, 5,5,,5 khz.

6 6 Capitolo I valori di larghezza di banda assegnati corrispondono a consentire il transito attraverso il canale della solo armonica fondamentale per W =,5 khz, e delle prime, 7, 5, armoniche per W =,5, 7,5, 5,5,,5 khz, rispettivamente. Il corrispondente segnale in uscita dal canale, riportato in Figura E., mostra che all aumentare del numero delle armoniche trasmesse il segnale di uscita diventa sempre più simile all onda quadra trasmessa in ingresso, rendendo quindi più semplice la ricostruzione del flusso numerico trasmesso. W =,5 khz W =,5 khz Segnale 0 Segnale ,5 0,50 0,75,0,5,5,75,0 Tempo [ms] 0 0,5 0,50 0,75,0,5,5,75,0 Tempo [ms] W = 7,5 khz W = 5,5 khz Segnale 0 Segnale ,5 0,50 0,75,0,5,5,75,0 Tempo [ms] 0 0,5 0,50 0,75,0,5,5,75,0 Tempo [ms] W =,5 khz Segnale 0-0 0,5 0,50 0,75,0,5,5,75,0 Tempo [ms] Figura E.. Segnale in uscita da un canale di larghezza di banda W con segnale di ingresso riportato in Figura E.. Esercizio.5. Si determini la lunghezza l di una fibra ottica occupata dalla porzione del segnale luminoso che rappresenta un byte trasmesso con una frequenza di cifra C =,5 Gbit/s assumendo una codifica di tipo 45. lla frequenza di cifra C corrisponde un tempo di trasmissione di bit T =/C = 0,4 ns, indipendentemente dalla codice di linea adottato. Un byte viene trasmesso in un tempo t =, ns e quindi, data la velocità di propagazione v 0 8 m/s del segnale su fibra ottica, il segnale avrà percorso una distanza l = 64 cm.

7 Soluzioni esercizi capitolo 7 Esercizio.6. Determinare la frequenza associata alla lunghezza d onda centrale di ognuna delle tre finestre che caratterizzano le fibre ottiche. Considerando la velocità di propagazione v = 0 8 m/s, alle lunghezze d onda λ = 850 nm, λ =00 nm e λ = 550 nm, in virtù dell equazione che lega lunghezza d onda e frequenza di un segnale v λ = - f corrispondono le frequenze f =5, THz, f = 5,9 THz e f = 9 THz, rispettivamente.esercizio.9. Determinare il numero di bit per simbolo di un segnale che sarebbero necessari per trasmettere alla capacità teorica di un canale con banda [500, 00] khz e rapporto segnale rumore SNR d =. Esercizio.9. Determinare il numero di bit per simbolo di un segnale che sarebbero necessari per trasmettere alla capacità teorica di un canale con banda [500, 00] khz e rapporto segnale rumore SNR d =. La larghezza di banda del segnale risulta essere W =,-0,5 =,7 khz e al rapporto segnale rumore di d corrisponde un valore SNR = 00. Quindi la massima capacità del canale secondo Shannon (Equazione.9) è C = Wlog ( + SNR ) =, 7 0 log 0 = 0, 66 kbit/s Il numero M di livelli che sarebbero necessari per conseguire questa capacità è dato dall equazione C = Wlog M che fornisce M = C W 5 che corrispondono a b = log M = 4 bit per simbolo. Esercizio.. Si determini il codice a blocchi che fornisce la stessa codifica del codice MI, fornendo anche la relativa tabella di corrispondenza. Poiché al simbolo binario corrispondono alternativamente un segnale positivo e uno negativo, mentre l assenza di segnale è associata al simbolo binario 0, il codice MI può essere rappresentato anche come codice a blocchi T. In questo caso l alternanza tra segnali che codificano il simbolo binario è ottenuta definendo due stati, come indicato in Tabella E.; il simbolo ternario trasmesso è quello dato da stati diversi (0 e ) per occorrenze consecutive dello stesso simbolo binario in ingresso.. Tabella E.. Regole di codifica nel codice T per l Esercizio.. In Out Stato Out Stato

8 8 Capitolo Soluzioni esercizi capitolo Esercizio.. partire dall espressione del tempo medio T speso in una coda M/D/ riportato in ppendice (Equazione.6), ricavare l espressione del numero medio di UI nel multiplatore utilizzata nel grafico di Figura.9. Utilizzando la formula di Little applicata al tempo medio speso nel sistema a coda si ricava direttamente il numero medio di utenti nel sistema, cioè K λ T λ ρ ρ( ρ) = = = µ ( ρ) ( ρ) Esercizio.. partire dalla probabilità di perdita di una coda M/M//L riportata in ppendice (Equazione.), derivarne l espressione con carico offerto o = Erl. L espressione della probabilità di perdita della coda M/M//L si ricava semplicemente applicando il teorema di L Hospital ottenendo Π p = L + Esercizio.4. Graficare la funzione che rappresenta il fattore di sovradimensionamento S in funzione del numero di sorgenti N di un multiplatore statistico per i valori di traffico offerto per sorgente os =0,, 0,, 0,, 0,4, 0,5 con una probabilità di perdita Π p non superiore all % utilizzando le equazioni.5 e.6; si giustifichi l andamento ottenuto. Il grafico mostrato in Figura E. si ottiene utilizzando le Equazioni.5-.6 calcolando per tentativi per ogni occorrenza di N il più grande valore di c tale che la corrispondente Π p non ecceda l %. L andamento crescente della funzione S per un dato valore di N indica che all aumentare del numero di sorgenti la capacità richiesta sul canale in uscita dal multiplatore aumenta in misura inferiore. L andamento a dente di sega è dovuto al fatto che il numero di sorgenti N che soddisfa il vincolo richiesto è un numero intero e a seconda dei casi esso può dare luogo a probabilità di perdita più o meno distanti dal valore obiettivo. Esercizio.8. Determinare l espressione simbolica analoga all Equazione.9 che fornisce il tempo di ritardo totale richiesto per trasmettere e ricevere (completamente) una sequenza di N pacchetti di uguale lunghezza lungo una via che attraversa H nodi. Tutti i nodi sono caratterizzati dagli stessi parametri T t, T p, così come tutti i collegamenti caratterizzati dallo stesso ritardo τ. Si assume che i nodi abbiano capacità di memorizzazione infinita e nessun altra unità dati attraversi i nodi. Il ritardo totale è determinato dal tempo richiesto per la trasmissione dalla sorgente di tutte le unità dati eccetto l ultima, cui si aggiunge il tempo di trasmissione e di propagazione sui collegamenti utilizzati dall ultima unità e il tempo di elaborazione nei nodi attraversati. Quindi questo ritardo è dato da T = ( N )T t + T t + τ + HT ( p + T t + τ) = ( N+ H)T t + HT p +( H + )τ Esercizio.0. Si consideri una cascata di nodi, e C a commutazione di pacchetto collegati via cavo e caratterizzati dai seguenti parametri: f = 0 Mbit/s, d = 00 km, f = 0 Mbit/s, d = 00 km. Il nodo emette pacchetti di lunghezza costante L = 500 byte alla frequenza di 000 pacchetti/s. Ipotizzando che il

9 Soluzioni esercizi capitolo 9 5 Π= os =0. Fattore di sovradimensionamento, S os =0. os =0. os =0.4.5 os = Numero di sorgenti, N Figura E.. Fattore di sovradimensionamento in un multiplatore statistico per l Esercizio.4. nodo inizi a ritrasmettere un pacchetto immediatamente dopo averlo ricevuto completamente, si chiede di calcolare il ritardo complessivo per la trasmissione da a C di pacchetti. Considerando che i collegamenti in cavo determinano una velocità di propagazione del segnale v = km/s, i tempi di trasmissione e di propagazione lungo i due collegamenti in uscita dai nodi e sono dati da τ = d v = 500 µs, T = L f = 400 µs, τ = d v = ms, T = L f = 00 µs, Il nodo emette pacchetti alla frequenza P = 000 pacchetti/s, cui corrisponde un intervallo tra gli istanti di inizio di trasmissione di pacchetti consecutivi dato da /P = ms. La Figura E. mostra la successione dei tempi di ricezione, di trasmissione e di propagazione visti dai diversi nodi, e C. Quindi il ritardo complessivo per la trasmissione da a C di tre pacchetti è dato da T = -- + τ P + T + τ + T = 4, ms

10 0 Capitolo C f f Spazio /P /P τ T τ T τ T Tempo τ T Figura E.. Diagramma spazio-tempo per l Esercizio.0.

11 Soluzioni esercizi capitolo 4 Soluzioni esercizi capitolo 4 Esercizio 4.. Due stazioni e sono collegate da un sistema di trasmissione dati bidirezionale il cui protocollo di linea RQ sia caratterizzato dai seguenti parametri: dimensione fissa delle trame: L f = 80 byte, dimensione fissa dei riscontri: L a = 40 byte, tempo di elaborazione di trama e di riscontro trascurabile: T p 0. La trasmissione dati tra le due stazioni è realizzata mediante un sistema radio che rende disponibile un canale di comunicazione così caratterizzato: distanza tra le due stazioni: d = 5 km, velocità di propagazione del segnale: c = 0 8 m/s, capacità del collegamento: C = 4,68 Mbit/s. Sia inoltre operante un meccanismo di controllo di flusso a finestra con parametri apertura della finestra di trasmissione: W s = 7 trame, finestra di ricezione di apertura arbitrariamente grande, time-out per inizio di ritrasmissione: T o = 500 µs. Si considera la trasmissione da a di un segmento dati di lunghezza L tot = byte. Si chiede dapprima di valutare il tempo totale di trasferimento del segmento dati e il throughput conseguito con il protocollo Stop & Wait in assenza di errori di trasmissione. Si considera dopo un protocollo di tipo Go-back-n con soli riscontri positivi, in cui cioè il trasmettitore interpreta come riscontro negativo (NCK) lo scadere del timeout senza che sia stato ricevuto il riscontro atteso. Con questo protocollo si chiede di valutare il tempo totale di trasferimento del segmento dati e il throughput conseguito nel caso che la trama numero trasmessa da veda persa per errore. Si chiede anche di valutare l apertura ottima della finestra di trasmissione che massimizza il throughput sul collegamento. Dato che ogni trama può contenere fino a L f byte, il numero N f delle trame da trasmettere è dato da L N tot 8000 f = = = 00 L f 80 Si determinano prima di tutto i valori numerici dei tempi di trasmissione e di propagazione T f L f 80 8 = ---- = C 4, = 65, 8 µs T a τ L a 40 8 = = C 4, = 9, µs d 5 0 = -- = c 0 8 = 6, 67 µs Il tempo totale di trasferimento con il protocollo Stop & Wait si ricava semplicemente come N f volte il tempo T richiesto alla trasmissione con riscontro di una trama. Dato che T = T f + T a + τ = 07, 8 µs, allora si ottiene T S&W = N f T = 0, 78 ms

12 Capitolo THR S&W L = tot = T SW 0, 78 0 = 7, 8 Mbit/s Dato che W s T f = 456,6 > 07,8 = T [µs], l apertura della finestra non rende discontinuo il flusso delle trame dati emesse dalla stazione. Con il protocollo GN che consente solo riscontri positivi (CK), l assenza di riscontro della trama numero viene accertata allo scadere del time-out, cosa che avviene quando la finestra di trasmissione si è completamente chiusa., poiché W s T f =456,6<500=T o [µs]. La Figura E4. mostra la successione dei tempi in gioco. T O ,7,8,9,40,4,4,4,44,45,46 [ms] Figura E4.. Ritrasmissione di trame a seguito di errore per l Esercizio 4.. Il tempo totale di trasferimento del segmento dati è quindi espresso dalla seguente equazione T GN = T f + T o + 80T f + T a + τ = 7, ms da cui si ricavano l espressione di throughput conseguito sul collegamento THR L = tot = T GN 7, 0 = 0, 56 Mbit/s Infine l apertura ottima della finestra di trasmissione che massimizza il throughput si ricava per mezzo dell espressione T W f + T a + τ s ott = = T ---- = 5 T f T f Esercizio 4.5. Due stazioni e sono collegate da un sistema di trasmissione dati bidirezionale. Il protocollo di linea, che controlla la trasmissione delle trame su questo collegamento, sia di tipo HDLC Go-backn. Nella Figura E4. è rappresentato lo scambio di trame tra le due stazioni con queste caratteristiche: le due stazioni funzionano regolarmente e il collegamento dati è stato già instaurato,

13 Soluzioni esercizi capitolo 4 solo la stazione invia trame alla stazione e il buffer di trasmissione non è mai vuoto; quindi la stazione invia solo trame di riscontro (positivo e negativo), il mezzo trasmissivo è soggetto a errore che può colpire ogni tipo di trama; si ipotizza che nella figura si verifichi un solo errore, la finestra in trasmissione abbia la massima apertura possibile in base alle caratteristiche del protocollo RQ, il tempo di elaborazione di trama T p si considera nullo. Figura E4.. Trasmissione di trame con il protocollo HDLC nell Esercizio 4.5. Si chiede di: associare ad ogni trama della figura il tipo seguito dalla numerazione relativa a quel tipo di trama (per esempio la sequenza I,, indica una trama informativa con N(S) = e N(R) = ), sapendo che I,0,0 è la prima trama inviata dalla stazione, determinare il numero minimo b di bit per la numerazione di trama consistente con la figura, determinare l apertura minima W s-min della finestra in trasmissione e W r-min della finestra in ricezione (compatibili con il numero b individuato al punto precedente), richiesta dall esempio mostrato. Dalla mancanza di invio di riscontro a fronte della ricezione della terza trama da parte della stazione si deduce che questa è andata perduta e quindi il successivo riscontro è di tipo negativo (REJ) che richiede la ritrasmissione della terza trama (trama numero ); le trame informative successive vengono scartate in quanto la loro ricezione non è consentita dalla finestra di ricezione, che per il protocollo GN ha apertura unitaria. La numerazione delle trame risultante è mostrata nella Figura E4.a. Nell esempio in questione la trama supervisiva REJ, viene ricevuta dalla stazione quando questa ha già trasmesso la trama numero 5, avendo dunque nel buffer di ritrasmissione 4 trame. Quindi sono necessari almeno b = bit per numerare le trame informative e l apertura minima della finestra in trasmissione è W s min = 4 trame. Per definizione la finestra in ricezione ha apertura unitaria W r = W r min =. Esercizio 4.6. Ripetere l Esercizio 4.5 per il protocollo HDLC Selective repeat. differenza dell esercizio precedente che considera il protocollo GN, ora la ricezione da parte della stazione di un riscontro negativo (SREJ) implica la sola ritrasmissione della trama richiesta in quanto la stazione non ha scartato le successive ricevute correttamente, anche se non riscontrate. Quindi a fronte della

14 4 Capitolo I,0,0 I,0,0 I,,0 I,,0 I,,0 RR, RR, I,,0 I,,0 I,,0 RR, RR, I,4,0 I,5,0 REJ, I,4,0 I,5,0 SREJ, I,,0 I,,0 I,,0 I,4,0 I,5,0 RR, RR,4 I,6,0 I,7,0 I,8,0 RR,6 RR,7 (a) (b) Figura E4.. Trasmissione di trame e relativa numerazione con il protocollo HDLC GN (a) e SR (b) per l Esercizio 4.5. corretta ricezione della trama numero, la stazione invia un riscontro cumulativo per tutte le trame ricevute correttamente, cioè fino alla trama numero 5 (RR, 6). La numerazione delle trame risultante è mostrata nella Figura E4.b. Questa volta il numero di trame nel buffer di ritrasmissione in attesa di riscontro è 6, in quanto la trama di riscontro cumulativo viene ricevuta durante la trasmissione della trama numero 7. Dato che nel protocollo SR l apertura delle due finestre in trasmissione e in ricezione è la stessa, ne consegue che l apertura minima delle due finestre è W s min = W r min = 6 trame. Quindi sono necessari almeno b = 4 bit per numerare le trame informative. Esercizio 4.7. Un ricevitore che implementa la procedura di bit destuffing del protocollo HDLC riceve la seguente sequenza di bit: Si chiede di individuare eventuali flag e eventuali bit di stuffing inseriti dal trasmettitore La stringa 00 che rappresenta il flag occorre nei bit 5-, -0, 54-6, poiché solo in queste stringhe si ritrovano 6 bit consecutivi. Il bit 0 di stuffing occorre invece nei bit 9 e 9, in quanto solo questi sono preceduti da cinque bit posti a. I bit 6-67 posti a rivelano l occorrenza di un errore di linea in quanto non possono essere parte di un flag (il bit 6 è l ultimo bit del flag precedente), ne risulta applicata la procedura di bit stuffing. Esercizio 4.9. In un collegamento di tipo HDLC tra le stazioni e la stazione riceve una trama il cui contenuto, dopo l eliminazione dei flag e a valle dell operazione di bit destuffing, è la stringa di 5 bit Sapendo che il polinomio divisore è D(X)=X 5 +X 4 +X +, si chiede di determinare se la stringa ricevuta indica l occorrenza di errori di trasmissione o meno.

15 Soluzioni esercizi capitolo 4 5 L occorrenza di errori richiede di effettuare la divisione in aritmetica modulo- del polinomio P(X) ricavato dalla stringa binaria ricevuta per il polinomio D(X). X 4 + X + X 8 +X 7 + X 5 + X + X X 5 +X 4 +X + X 4 +X + X + X X 9 +X 8 +X 6 +X 4 +X +X X +X +X + X 9 +X 8 +X 7 + X 5 + X + X X +X + X 0 + X X +X 0 +X 9 + X 7 + X 5 + X + X X +X 0 + X 8 + X X 9 +X 8 +X 7 +X 6 +X 5 + X + X X 9 +X 8 + X 6 + X X 7 + X 5 +X 4 +X + X X 7 +X 6 + X 4 + X X 6 +X 5 + X +X +X X 6 +X 5 + X + X X Poiché il resto è diverso da 0, si deduce l occorrenza di un errore durante la trasmissione in linea.

16 6 Capitolo Soluzioni esercizi capitolo 5 Esercizio 5.. Si consideri una rete a maglia completa di N = nodi con collegamenti bidirezionali in rame di lunghezza 00 km alla frequenza di cifra di C = 4 Mbit/s; la rete adotta la tecnica di instradamento flooding con identificazione dei pacchetti basata sul nodo sorgente e sulla numerazione progressiva dei pacchetti emessi dal nodo. Ipotizzando che la tecnica di inoltro sia di tipo cut-through con tempo di elaborazione nel nodo trascurabile, si calcoli il numero K i di pacchetti in transito in rete al tempo t i con t = ms, t =,5 ms e t = 5 ms, se la trasmissione di un pacchetto di lunghezza L=000 byte inizia al tempo t =0. Trattandosi di collegamenti in rame, il tempo di propagazione su ogni collegamento τ = d/v = ms avendo assunto la velocità di propagazione di v = km/s. Inoltre il tempo di trasmissione del pacchetto è semplicemente dato da T t = L/C = ms. Quindi, al primo salto il pacchetto è presente in rete nell intervallo [0,] ms, al secondo salto nell interarrivo [,4] ms dato che la modalità di commutazione cut-through prevede che il pacchetto venga ritrasmesso non appena ricevuto. Ogni nodo diverso dal nodo sorgente, ricevuta la seconda copia, non procede alla ritrasmissione in accordo all algoritmo flooding di instradamento. Quindi a partire dal tempo t = 4 ms nessuna trasmissione o propagazione ha luogo. Quindi K = N-+(N-)(N- ) = al tempo t = ms, K = (N-)(N-) = 0 al tempo t =,5 ms; naturalmente K =0 al tempo t = 5,5 ms. Esercizio 5.5. Nella topologia di rete a commutazione di pacchetto con servizio circuito virtuale rappresentata in Figura E5. sono attive le seguenti connessioni virtuali H---C-H H---C-D-H H-F-C-D-H H-E--C-D-H- H-D-C---H H-E---H Si riempiano le tabelle di inoltro seguenti ipotizzando che le connessioni sono state instaurate nell ordine della lista l identificatore di circuito virtuale ha a disposizione bit il numero di circuito virtuale assegnato da ogni nodo/host sia quello più piccolo disponibile. C D F E Figura E5.. Topologia di rete per l Esercizio 5.5.

17 Soluzioni esercizi capitolo 5 7 Le tabelle di inoltro dei singoli nodi si riempiono semplicemente assegnando identificatori di circuiti virtuali crescenti a partire dal valore 0 per ogni ramo uscente. Si ottiene quindi la Tabella E5. Nodo Nodo Nodo C Nodo D Nodo E Nodo F IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT H C 0 0 H 0 C 0 H 0 H 0 0 H 0 C 0 H C D 0 C H H 0 H 0 E 0 C F 0 D C H H C 0 0 D H 0 C 0 E D 0 0 Figura E5.. Tabelle di inoltro per l Esercizio 5.5. Esercizio 5.7. pplicare l algoritmo di instradamento distance vector alla rete di Figura E5. e ricavare le tabelle di instradamento dei sei nodi della rete al terzo passo di aggiornamento, assumendo che i vettori delle distanze siano trasmessi tra nodi negli stessi istanti e che l aggiornamento in ogni nodo avvenga una volta sola per passo considerando i vettori di tutti i nodi adiacenti. C 5 6 D F E Figura E5.. Rete a sei nodi con relative distanze per l Esercizio 5.7. L applicazione dell algoritmo di instradamento distance vector da luogo alle tabelle di instradamento mostrate in Figura E5.4. Esercizio 5.. SI consideri una rete a sei nodi i cui LSP sono quelli indicati in Figura E5.5. Si vuole applicare l algoritmo di Dijkstra per il nodo ricavandone l albero dei cammini minimi. partire dagli link state packet forniti si determinano le tabelle di instradamento applicando l algoritmo di Dijkstra, ricavando le tabelle mostrate in Figura E5.6. Esercizio 5.. pplicare l algoritmo di Dijkstra alla rete rappresentata in Figura E5.7, i cui costi dei rami sono indicati nella figura stessa, ricavando l albero dei cammini minimi per il nodo H. L applicazione dell algoritmo di Dijkstra determina l albero mostrato con tratto spesso in Figura E5.8, dove si mostra accanto a ogni nodo raggiunto dall albero il costo dalla radice (nodo H). Esercizio 5.5. Si consideri una sorgente VR, la cui attività per un periodo di s sia quella riportata nella Figura E5.9 e così caratterizzata:

18 8 Capitolo Node Node C Dest. Cost Rout. Dest. Cost Rout. Node Dest. Cost Rout. - C 4 D 6 F E 4 F - C C D 4 F E F F F Dest. Cost Rout. C 4 D E E E F - 4 C - D D E D F 4 Dest. Cost Rout. 4 F F C D D D E - F F Node D Dest. Cost Rout. 6 C 4 E C C D - E E F E Node F Node E Figura E5.4. Tabelle di instradamento per l Esercizio 5.7. #Seq F #Seq C E 5 F C #Seq D D #Seq C E F 6 E #Seq 5 D F F #Seq D 6 E Figura E5.5. Link state packet emessi dai 6 nodi di rete per l Esercizio 5.. Dest. M={} M={,} M={,,F} M={,,C,F} M={,,C,D,F} M={,,C,D,E,F} Cost Route Cost Route Cost Route Cost Route Cost Route Cost Route C C C C C C C D 7 F 5 C 5 C 4 F E 5 E 5 E F F F F F F F F F F F Figura E5.6. Tabella di instradamento del nodo costruita con l algoritmo di Dijkstra per l Esercizio 5.. frequenza di picco della sorgente, P s = Mbit/s, periodi di attività e inattività a durata costante, T ON = 0.8 s e T OFF = s,

19 Soluzioni esercizi capitolo G F 7 6 I H C D 4 E Figura E5.7. Rete a sei nodi per l Esercizio 5.. G d= F d= d= I d= 4 8 H d=6 C d=9 D d=7 4 E d=5 Figura E5.8. lbero dei cammini minimi per l Esercizio 5.. pacchetti emessi dalla sorgente a lunghezza fissa, L p = byte. Si chiede di ricavare l andamento del flusso in uscita da un leaky bucket e da un token bucket in modalità store and forward così caratterizzati frequenza in uscita dal bucket, P b = Mbit/s, frequenza di arrivo dei permessi,ν =,5 (s - ), istante di primo arrivo del permesso, t 0 =00 ms, capacità del cestino nel leaky bucket, W = 0 pacchetti, capacità del cestino nel token bucket, W = 0 permessi. La capacità massima di accesso alla rete è bmax 500 kbit/s. L andamento della trasmissione dei pacchetti in uscita dal leaky bucket e dal token bucket è riportato in Figura E5.0. Esercizio 5.6. Si consideri la sorgente di tipo VR, la cui frequenza di emissione dei pacchetti f in è riportata nella Figura E5., che alimenta un leaky bucket così caratterizzato: tempo di interarrivo dei permessi, /ν = 0 ms, dimensione della memoria (buffer) dei pacchetti, W = 00 pacchetti,

20 0 Capitolo C [Mbit/s] Figura E5.9. ttività di una sorgente VR nell Esercizio 5.5. t [s] C [Mbit/s] t [s] (a) C [Mbit/s] t [s] (b) Figura E5.0. Frequenza in uscita dal leaky bucket (a) e dal token bucket (b) nell Esercizio 5.5. Si chiede di ricavare il diagramma temporale che rappresenta la frequenza in uscita f out dal dispositivo, il livello di riempimento della memoria L b, nonché il numero di pacchetti persi N p. f in [pacchetti/s] t [s] Figura E5.. Frequenza di picco della sorgente per l Esercizio 5.6.

21 Soluzioni esercizi capitolo 5 Il tempo di interarrivo dei permessi determina una frequenza (massima) in uscita f out = 00 pacchetti/s. Quindi i pacchetti ricevuti in eccesso nell intervallo -4 [s] entrano nel buffer che quindi satura, con la conseguenza che i pacchetti ricevuti nell intervallo 4-5 [s] in eccesso rispetto a f out vengono persi, e cioè N p = 00. Per il primo periodo di attività della sorgente quindi il flusso in uscita dura s oltre la fine di attività della sorgente in quanto si svuota il buffer. Nel secondo periodo di attività della sorgente si ricevono in eccesso 00 pacchetti rispetto alla frequenza f out nell intervallo 0- [s]. Questi entrano nel buffer e vengono trasmessi quando la frequenza di ingresso scende al di sotto della frequenza f out. Il livello di riempimento del buffer in questo caso si determina come l area sottesa tra la curva che specifica la frequenza di ingresso f in e il livello f out = 00. Le due curve sono mostrate in Figura E5.. f out [pacchetti/s] (a) t [s] L b [pacchetti] t [s] Figura E5.. Frequenza in uscita dal leaky bucket (a) e livello di riempimento del buffer (b) per l Esercizio 5.6.

22 Capitolo Soluzioni esercizi capitolo 6 Esercizio 6.. Ipotizzando che il traffico offerto ad un nodo modellato con una coda di tipo M/M/L sia arbitrariamente grande, determinare il valore asintotico del tempo medio di ritardo T normalizzato al tempo medio di servizio T s richiesto per attraversare il nodo, giustificando il risultato così ottenuto. Quando il traffico offerto cresce arbitrariamente, allora la coda si porterà in condizione di saturazione costante nel tempo. Ciò implica che ogni utente accolto entra nell ultima posizione libera in fila di attesa e quindi il suo ritardo sarà dato dal tempo richiesto per arrivare in testa alla coda e iniziare il servizio, in aggiunta al tempo di servizio stesso. Poiché ogni passo di avanzamento richiede un tempo dato dal tempo di servizio, allora il tempo medio di ritardo T n normalizzato al tempo medio di servizio T s sarà dato da T T n = ---- = L +. T s Esercizio 6.. Determinare l espressione del numero medio di pacchetti in coda per un nodo di rete a commutazione di pacchetto modellato con una coda di tipo M/M//L cui sia offerto un traffico di intensità o =. La soluzione dell esercizio richiede di fare riferimento direttamente all espressione del numero medio K di utenti in un sistema a coda M/M//L ricavato in ppendice L + K kp k ( L + ) L + L + o o + ( L + ) o = = (6.) L + o k = o Per un traffico offerto o = questa espressione presenta una forma indeterminata. Dopo avere applicato due volte il teorema di L Hospital, si perviene al risultato K L + = Esercizio 6.4. Si consideri un nodo generico di una rete a commutazione di pacchetto che riceve traffico da N s = 5 sorgenti di traffico, ognuna della quali offre un traffico Poissoniano caratterizzato da λ s = 00 pacchetti/s e lunghezza dei pacchetti esponenziale con valore medio L p = 500 byte. Si assume che il tempo di elaborazione richiesto per l instradamento sia dato da un valore costante T p = 400 µs, nonostante ciò, si ipotizza sempre che la statistica dei tempi di interarrivo nel buffer di uscita sia esponenziale. Inoltre le due linee di uscita, O a e O b, operano a velocità C a = 5 Mbit/s e C b = 0 Mbit/s e la prima viene scelta per il 0% dei pacchetti instradati. ssumendo buffer di capacità infinita, calcolare il tempo medio di attraversamento del nodo e il traffico smaltito dal nodo stesso. Il nodo può essere modellato come la cascata di due sistemi a coda, il primo di tipo M/D/ per la funzione di instradamento del pacchetto, e il secondo di tipo M/M/, per la sua trasmissione in uscita. Il traffico offerto alla prima coda è dato da o = λ tot T p = N s λ s T p = 0, Erl e il tempo medio richiesto per l elaborazione del pacchetto si ricava utilizzando il primo sistema a coda M/ D/, il cui tempo di ritardo è fornito dall Equazione.6, e cioè