Qualità di Servizio nelle Reti di Telecomunicazione

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1 Qualità di Servizio nelle Reti di Telecomunicazione

2 Sorgenti di informazione analogiche: voce, video caratterizzate dalle loro caratteristiche spettrali (occupazione in banda, correlazione,...) numeriche (o numerizzate): dati, voce (numerizzata),, video (numerizzato) caratterizzate dalla velocità di cifra e dalla loro impulsività (burstiness)

3 Sorgenti numeriche a velocità costante (Constant( Bit Rate - CBR) + voce numerizzata (64 kb/s, 32 kb/s) + videoconferenza (n x 64 kb/s) a velocità variabile (Variable( Bit Rate - VBR) + video MPEG (ordine dei Mb/s) + file transfer (da kb/s a Mb/s)

4 Caratterizzazione Sorgenti CBR + velocità + durata (b/s) (s) + processo di generazione delle chiamate

5 Caratterizzazione Sorgenti VBR + velocità di picco + velocità media oppure (b/s) (b/s) + grado di intermittenza = velocità di picco / velocità media + durata (s) + processi di generazione delle chiamate

6 Caratterizzazione delle sorgenti V 1 L token bucket sorgente V 2 rete

7 Tipi di informazione diversi richiedono alla rete prestazioni diverse Indici di qualità ritardo (valor medio, percentile,, tempo reale) velocità probabilità di errore probabilità di blocco

8 Esempio: la telefonia (CBR) ritardo massimo pari a qualche decimo di secondo - tempo reale velocità 64 kb/s (o meno) probabilità di errore non superiore a qualche % probabilità di blocco bassa

9 Esempio: la posta elettronica (VBR) ritardo massimo fino a diversi minuti velocità bassa probabilità di errore trascurabile probabilità di blocco trascurabile

10 Esempio: il video su richiesta ritardo massimo fino a qualche secondo - tempo reale velocità di decine di Mbit/s probabilità di errore non superiore a qualche % probabilità di blocco molto bassa

11 Modi di trasferimento nelle Reti di Telecomunicazione

12 Condivisione di canale tra diversi flussi di informazione in una rete di TLC Multiplazione se tutti i flussi sono disponibili in un unico punto Accesso multiplo se i flussi accedono al canale da punti differenti

13 f Per eseguire queste funzioni si possono utilizzare Frequenza (FDM - FDMA) Tempo Codice Spazio (TDM - TDMA) (CDM - CDMA) canale t

14 Multiplazione di frequenza (FDM - FDMA) Separazione ottenuta usando bande di frequenza diverse Servono bande di guardia f t

15 Multiplazione di tempo (TDM - TDMA) Separazione ottenuta usando intervalli di tempo diversi Servono trame temporali che si ripetono Servono tempi di guardia f t

16 c Multiplazione di codice (CDM - CDMA) Separazione ottenuta usando codici diversi Servono codici riconoscibili L asse dei codici NON e` ortogonale a tempo e frequenza f t

17 Multiplazione di spazio Le reti permettono di sfruttare la diversità spaziale del sistema per far coesistere più flussi di informazione in punti diversi L instradamento può cercare di sfruttare una multiplazione di spazio per aumentare la capacità di una rete Il progetto della topologia della rete può cercare di aumentare la diversità spaziale Le celle sono un esempio di diversita` spaziale

18 Multiplazione statistica La multiplazione nelle dimensioni tempo, frequenza (o lunghezza d onda), codice e spazio può essere predeterminata (sulla scala temporale della dinamica delle connessioni) o statistica (funzione delle variazioni istantanee di traffico)

19 Condivisione di un nodo tra diversi flussi di informazione in una rete di TLC Commutazione di circuito se i flussi sono continui (telefonia) Commutazione di pacchetto e cella se i flussi sono intermittenti (trasmissione dati)

20 ITU-T Commutazione: il processo di interconnessione di unità funzionali, canali di trasmissione o circuiti di telecomunicazione per il tempo necessario per il trasferimento di segnali

21 Commutazione: il processo di allocazione delle risorse di rete necessarie per il trasferimento dell informazione

22 Commutazione di circuito La rete usa le risorse disponibili per allocare un circuito a ogni richiesta di servizio Un circuito costituisce un collegamento fisico tra i due terminali di utente

23 Commutazione di circuito Il circuito è di uso esclusivo dei due utenti per tutta la durata della comunicazione Le risorse sono rilasciate solo al termine della comunicazione, su indicazione degli utenti

24 U1 N1 N2 U2 Commutazione di circuito impegno trasferimento dati svincolo t t t t

25 Struttura di nodo di rete a commutazione di circuito interfaccia di ingresso Rete di connessione interfaccia di uscita comando Segnalazione Sistema di comando Segnalazione

26 Co m m utazione di circuito Vantaggi: ritardi di trasferimento costanti trasparenza del circuito (formati, velocità, protocolli) bassi ritardi nell attraversamento dei nodi

27 Commutazione di circuito Svantaggi: risorse dedicate a una comunicazione efficienza buona solo per sorgenti non intermittenti nessuna conversione di formati, velocità, protocolli tariffazione in base al tempo di esistenza del circuito

28 Commutazione di pacchetto Non si allocano risorse per l uso esclusivo di due o più utenti. Studiata espressamente per sorgenti intermittenti. Funzionamento analogo al sistema postale.

29 Commutazione di pacchetto Funzionamento analogo al sistema postale. INDIRIZZO P.T. P.T. P.T.

30 L informazione da trasferire è organizzata in unità dati (PDU) che comprendono informazione di utente e di controllo PCI SDU PDU PCI SDU = protocol data unit (unità dati) = protocol control information (controllo) = service data unit (informazione di utente)

31 Le unità dati vengono consegnate alla rete Ogni nodo memorizza il pacchetto elabora il pacchetto e determina il canale su cui inoltrarlo mette il pacchetto in coda per la trasmissione sul canale funzionamento store and forward

32 store-and and-forward occorre disporre dell intestazione prima di poter effettuare l instradamento l instradamento richiede tempo occorre qualche forma di protezione da errori sull intestazione le diverse capacità dei mezzi trasmissivi non vengono suddivise in canali uguali

33 Struttura di un nodo di rete a commutazione di pacchetto interfaccia di ingresso Memoria Code di uscita interfaccia di uscita memorizzazione Elaborazione alle uscite agli ingressi mista

34 L informazione di utente può dover essere frazionata in molti pacchetti PCI SDU

35 U1 N1 N2 U2 t t t t

36 La lunghezza dei pacchetti è determinata da possibilità di parallelizzazione pacchetti brevi favoriscono la trasmissione in parallelo su canali diversi di pacchetti di una stessa comunicazione

37 La lunghezza dei pacchetti è determinata da possibilità di parallelizzazione ritardo di pacchettizzazione pacchetti brevi riducono il ritardo di pacchettizzazione

38 La lunghezza dei pacchetti è determinata da possibilità di parallelizzazione ritardo di pacchettizzazione percentuale di informazione di controllo pacchetti lunghi riducono la percentuale di informazione di controllo

39 Pacchetti lunghi riducono la percentuale di informazione di controllo PCI di dimensione p bit SDU di dimensione s bit frazione di informazione di controllo p s + p

40 La lunghezza dei pacchetti è determinata da possibilità di parallelizzazione ritardo di pacchettizzazione percentuale di informazione di controllo probabilità di errore pacchetti corti riducono la probabilità di errore

41 Pacchetti corti riducono la probabilità di errore pacchetti di n bit canale con errori indipendenti probabilità di errore p probabilità che un pacchetto sia corretto ( 1 n p)

42 Commutazione di pacchetto Vantaggi rispetto alla commutazione di circuito utilizzazione efficiente delle risorse anche in presenza di traffico intermittente possibilità di controllo di correttezza lungo il percorso possibilità di conversioni di velocità, formati, protocolli tariffazione in funzione del traffico trasmesso

43 Commutazione di pacchetto Svantaggi rispetto alla commutazione di circuito elaborazione di ogni pacchetto in ogni nodo ritardo di trasferimento variabile

44 Modi di trasferimento in una rete a commutazione di pacchetto datagram (senza connessione) circuito virtuale (con connessione)

45 Servizio su circuiti virtuali (con connessione) la comunicazione è suddivisa in tre fasi apertura connessione trasferimento dati chiusura connessione esiste un accordo preliminare tra i due interlocutori e il fornitore del servizio pacchetti diversi con uguale sorgente e destinazione seguono tutti lo stesso percorso

46 Servizio erogato in modalità datagram (senza connessione) non esiste una suddivisione della comunicazione in tre fasi perchè non c è alcun accordo preliminare sulla fornitura del servizio pacchetti diversi con uguale sorgente e destinazione possono seguire percorsi diversi

47 Il servizio su circuito virtuale in reti a pacchetto non è equivalente al servizio in reti a circuito perchè non si allocano staticamente risorse a una comunicazione

48 Servizio su circuito virtuale (con connessione) (s)vantaggi rispetto al datagram mantenimento della sequenza minor variabilità dei ritardi instradamento solo in fase di apertura di connessione

49 Commutazione di pacchetto (s)vantaggi rispetto alla commutazione di circuito utilizzazione efficiente delle risorse anche in presenza di traffico intermittente possibilità di controllo di correttezza lungo il percorso possibilità di conversioni di velocità, formati, protocolli

50 Commutazione di pacchetto (s)vantaggi rispetto alla commutazione di circuito tariffazione in funzione del traffico trasmesso elaborazione di ogni pacchetto in ogni nodo ritardo di trasferimento variabile

51 Informazione di indirizzamento nel caso datagram occorre identificare in ogni pacchetto la coppia sorgente/destinazione (quindi utilizzare identificatori globali) nel caso di circuiti virtuali è sufficiente identificare il circuito virtuale (anche con identificatori locali ad ogni tratta)

52 Tecniche di commutazione commutazione = allocazione di risorse commutazione di circuito = allocazione totale al flusso di informazione commutazione di pacchetto = nessuna allocazione al flusso di informazione pacchetto con circuiti virtuali = allocazione parziale di risorse (canali, memoria, instra- damenti) al flusso di informazione

53 Tecniche di commutazione commutazione di circuito = commutazione posizionale commutazione di pacchetto = commutazione di etichetta (label( label)

54 Tecniche di commutazione commutazione di circuito = multiplazione (statistica) sulla scala temporale delle chiamate/connessioni commutazione di pacchetto = multiplazione (statistica) sulla scala temporale delle unità dati

55 Tecniche di commutazione commutazione = allocazione di risorse commutazione di circuito = allocazione preventiva delle risorse necessarie ad un trasferimento di informazione commutazione di pacchetto = allocazione progressiva delle risorse necessarie ad un trasferimento di informazione

56 Tecniche di commutazione commutazione = allocazione di risorse allocazione preventiva delle risorse necessarie ad un trasferimento di informazione allocazione progressiva delle risorse necessarie scarto della richiesta e rilascio delle risorse impegnate quando l allocazione non è possibile per evitare il rischio di deadlock

57 Tecniche di commutazione e qualità di servizio (QoS( QoS) la commutazione di pacchetto (datagram) non prevede allocazione preventiva di risorse fenomeni di congestione portano a degrado di prestazioni e perdita delle unità dati un flusso di informazioni non subisce una fase di richiesta / accettazione (Call Admission Control - CAC)

58 Tecniche di commutazione e qualità di servizio (QoS( QoS) nel caso datagram un flusso di informazioni non subisce una fase di Call Admission Control l attivazione di nuovi flussi può aumentare la congestione, deteriorando la QoS di flussi esistenti per garantire qualche forma di QoS occorre un meccanismo di CAC e di riconoscimento dei flussi (classificazione)

59 Tecniche di commutazione e qualità di servizio (QoS( QoS) La tecnica dei circuiti virtuali, abbinata a forme di CAC e di classificazione consente di garantire qualche forma di QoS Internet non prevede circuiti virtuali: i nuovi router cercano di fare una classificazione dei flussi

60 Commutazione di pacchetto e tariffazione Tipi di tariffazione: a tempo: non adatta alla commmutazione di pacchetto a volume: non accettabile senza QoS abbonamento ( flat flat-rate ): è compatibile con forme di QoS? è compatibile con servizi non dati?

61 Tecniche di Segnalazione

62 Tecniche di segnalazione ITU-T Segnalazione: lo scambio di informazioni che riguardano l apertura e il controllo di connessioni e la gestione di una rete di telecomunicazione

63 Si distinguono: segnalazione di utente - scambio di informazioni tra utente e nodo segnalazione internodale (di rete) - scambio di informazioni tra nodi associata al canale - in banda - fuori banda a canale comune

64 Segnalazione associata al canale: esiste una corrispondenza biunivoca tra canale controllante (informazioni di segnalazione) canale controllato (informazioni di utente) 1 2 k informazioni d utente 1 2 k associati segnalazione

65 Segnalazione associata al canale: in banda (canale controllante controllato coincidono - sono usati in tempi diversi) segnalazione 1 2 k

66 1 2 k 1 2 k Segnalazione associata al canale: fuori banda (canale controllante e controllato distinti) informazioni d utente segnalazione Segnalazione associata al canale: usata in reti a circuito per telefonia o per dati di vecchia tecnologia

67 Segnalazione a canale comune: un canale di segnalazione controlla più canali di informazioni di utente il canale di segnalazione funziona a pacchetto 1 2 k informazione d utente 1 k segnalazione

68 Segnalazione a canale comune: usata nelle reti con tecnologie avanzate standard ITU-T T Sistema di segnalazione n. 7 (SS n. 7)

69 L uso della segnalazione a canale comune nelle nuove reti a circuito porta alla definizione di una rete di segnalazione Tra le informazioni di segnalazione hanno particolare rilevanza gli indirizzi di utente: INDIRIZZI E NUMERAZIONE

70 Tecniche di Gestione

71 Controllo e gestione di reti Il Network Management normalmente consiste di diverse funzioni: gestione della configurazione (Configuration Management) gestione delle prestazioni (Performance Management) gestione dei guasti (Fault Management) gestione della sicurezza (Security Management) gestione della tariffazione (Accounting Management)

72 Gestione di reti Per avere buone prestazioni (p. es. SONET/SDH può recuperare situazioni di guasto in 60 ms) le funzioni di gestione vengono sovente realizzate in modo distribuito e non centralizzato. Il mondo Internet basa l ambiente di gestione sul protocollo Simple Network Management Protocol (SNMP). Il mondo dei gestori pubblici sta convergendo verso un contesto di gestione detto Telecommunications Management Network (TMN), utilizzando il protocollo Common Management Information Protocol (CMIP) e utilizzando basi di dati distribuite dette Management Information Base (MIB).