RETI DI CALCOLATORI Lucidi delle Lezioni Capitolo I

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1 Prof. Giuseppe F. Rossi Homepage: UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PAVIA A.A. 2007/08 - II Semestre RETI DI CALCOLATORI Lucidi delle Lezioni Capitolo I Introduzione alle reti di telecomunicazione Capitolo I 1/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

2 Struttura del capitolo Perchè si costruiscono reti di TLC? Il servizio di comunicazione offerto da una rete di TLC 2 fondamentali problematiche delle reti di TLC Instradamento Commutazione Studio del sistema rete di TLC Criteri di classificazione di una generica rete di TLC Il concetto di multiplazione delle comunicazioni in un generico sistema rete di TLC Capitolo I 2/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

3 Struttura del capitolo (cont.) Studio del sistema rete di TLC (cont.) Studio del più semplice sistema rete di TLC: il canale di trasmissione Classificazioni dei canali di trasmissione La multiplazione fisica Le 2 fondamentali tipologie di reti di TLC Reti a commutazione di circuito Reti a commutazione di pacchetto Capitolo I 3/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

4 A cosa servono le reti di telecomunicazione...? Per far comunicare persone tra loro attraverso l'uso di vari dispositivi (telefoni, calcolatori,... ) interconnessi tra loro Capitolo I 4/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

5 Come far comunicare dispositivi tra loro? Le topologie delle reti di TLC PROBLEMA Come é possibile interconnettere i dispositivi d'utente (a volte chiamati end-system, terminali, end-station, nodi finali,... ) affinché possano comunicare? Tale problema impone la definizione di una topologia delle interconnessioni, aspetto che viene formalmente studiato attraverso una branca della Ricerca Operativa chiamata Teoria dei grafi Dispositivi di rete -> Nodi del grafo Canali trasmissivi -> Archi del grafo Un esempio di grafo che descrive la topologia di una Rete di TLC 6 4 Capitolo I 5/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

6 Come far comunicare dispositivi tra loro? Le topologie delle reti di TLC Le topologie di interesse per le reti di TLC possono essere suddivise in queste 2 macrofamiglie Topologia connessa a maglia completa (per ogni coppia di end-system esiste un canale di trasmissione che li collega direttamente) Topologia connessa a maglia non completa (esistono coppie di end-system, che devono poter comunicare tra loro, che non sono connessi direttamente da un canale di trasmissione ma devono basarsi sull'attraversamento di 1 o più nodi detti nodi intermedi) Grafo di una Rete a maglia completa Numero_di_nodi = n Numero_di_archi = n(n-1)/2 Grafo di una Rete a maglia non completa Numero_di_nodi = n Numero_di_archi < n(n-1)/2 Capitolo I 6/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

7 Le topologie delle reti di TLC Topologia a maglia completa 1 canale di trasmissione diretto per ogni coppia di dispositivi d'utente 2 soli tipi di elementi Nodi mittenti e destinatari (end-system) Canali di trasmissione (o link) Spesso é una soluzione antieconomica e complessa (troppi collegamenti, troppe interfacce,... ) Rete di Telefoni Rete di Calcolatori Capitolo I 7/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

8 Le topologie delle reti di TLC Topologia a maglia non completa Esistono coppie di dispositivi d'utente che non sono connessi direttamente da un canale di trasmissione ma devono basarsi sull'attraversamento di 1 o più nodi intermedi 3 tipi di elementi Nodi mittenti e destinatari (end-system) Canali di trasmissione Nodi intermedi Capitolo I 8/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

9 Le topologie delle reti di TLC Topologia a maglia non completa L'insieme dei nodi intermedi costituisce una struttura che di norma prende il nome di dorsale o backbone in cui il nodo intermedio collegato all'end-system si chiama nodo d'accesso alla rete La dorsale, a sua volta, può avere una struttura molto complessa formata dall'interconnessione di varie dorsali (talvolta anche chiamate sottodorsali) Dorsale (o Backbone) Capitolo I 9/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

10 Esempi di reti di TLC Centr. Centr. Centr. Reti Telefoniche Centr. Centr. Calcol. Calcol. Calcol. Calcol. Reti Dati Calcol. Capitolo I 10/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

11 Le reti di TLC Una rete di telecomunicazione (rete di TLC) è definibile come un'insieme di nodi (nodi intermedi e nodi finali), canali trasmissivi e procedure mediante le quali due o più dispositivi d'utente possono scambiarsi delle informazioni La dorsale che mette in comunicazione i dispositivi d'utente fornisce a questi ultimi una serie servizi di telecomunicazione attraverso quella che prende il nome di interfaccia Utente-Rete Tipo di informazione scambiata Suoni (Voce, Musica,... ) Dati (Testi,... ) Immagini... Capitolo I 11/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

12 Le reti di TLC Una rete di TLC può fornire un servizio di comunicazione in 2 modalità Servizio sempre attivo Servizio attivato/disattivato su base richiesta (generata dagli end-system) Quando necessario un end-system richiede l'attivazione di un servizio di comunicazione Sono necessarie procedure di segnalazione tra Utente e Rete (cioè una comunicazione "di servizio" tra l'end-system e il nodo d'accesso alla dorsale) per inoltrare le richieste Segnalazione Segnalazione Servizio di Comunicazione Interfaccia Utente-Rete Dorsale di TLC Servizio di Comunicazione Interfaccia Utente-Rete Capitolo I 12/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

13 Problematiche generali nelle reti di TLC Sia data una generica rete di TLC -system mittente e end-system destinatario in generale non sono direttamente connessi da un canale di trasmissione, quindi per comunicare può risultare necessario 'attraversare' alcuni nodi intermedi Dorsale (o Backbone) Capitolo I 13/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

14 Problematiche generali nelle reti di TLC Instradamento & Commutazione Quando un flusso comunicativo (più avanti verrà specificato meglio cosa si intende per flusso comunicativo) entra nella rete sorgono 2 problematiche fondamentali Decidere il percorso che deve essere seguito dal flusso comunicativo attraverso i nodi intermedi per giungere al destinatario Questa operazione prende il nome di instradamento (o routing) L'instradamento può essere eseguito seguendo i più svariati criteri di scelta (es. percorso più corto, percorso più libero, 1 percorso disponibile scelto a caso,... ) Procedere all'inoltro del traffico sul percorso scelto Questa operazione prende il nome di commutazione (o switching o talvolta anche forwarding) In una rete di TLC la commutazione viene effettuata da ogni nodo appartenente al percorso da seguire (eccetto evidentemente il nodo destinatario) Capitolo I 14/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

15 Problemi generali nelle reti di TLC L'operazione di commutazione (switching) Commutazione (switching) da parte di un nodo di rete Trasferimento di 1 flusso comunicativo verso 1 o più canali di uscita Nel caso più generale é un'operazione effettuata da tutti i nodi del percorso, escluso il destinatario Canale Canale Canale Canale Canale Canale Canale Capitolo I 15/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

16 Studio del sistema rete di TLC Si consideri una rete di TLC (di qualunque tipo). Come visto in precedenza, essa é formata da 2 elementi fondamentali Nodi -system: sorgente o destinatario della comunicazione Intemedio: né sorgente né destinatario della comunicazione (viene 'attraversato') Canali di trasmissione, chiamati spesso anche link, di vario tipo (si veda più avanti) Una rete di TLC può essere studiata tramite l'analisi di varie caratteristiche Servizio di comunicazione offerto (sperimentabile "ai morsetti esterni" dagli end-system) Topologie... Capitolo I 16/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

17 Studio del sistema rete di TLC Un'approccio interessante consiste nello studiare una rete di TLC come sistema (semplice o complesso) che interconnette tra loro i vari end-system Tale sistema complesso può essere visto come formato dall'unione di sistemi più semplici che quindi possono essere chiamati sotto-sistemi Ogni sotto-sistema componente può eventualmente a sua volta essere visto come formato dall'unione di ulteriori sotto-sotto-sistemi ancor più semplici per giungere quindi fino ai sistemi più elementari: i canali di trasmissione I nodi intermedi svolgono pertanto il ruolo di dispositivi per l'interconnessione tra i vari sottosistemi che formano un sistema rete di TLC Sistema Rete di TLC Capitolo I 17/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

18 Studio del sistema rete di TLC Esempi di sistemi componenti un sistema rete di TLC Il sistema elementare canale di trasmissione Dorsale Un sistema complesso Sistema formato dall'interconnessione di 2 sistemi elementari Capitolo I 18/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

19 Studio del sistema rete di TLC Esempi di sistemi componenti un sistema rete di TLC (cont.) Un sistema molto complesso formato dall'interconnessione di più sistemi (semplici e complessi) Dorsale Dorsale Capitolo I 19/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

20 Studio del sistema rete di TLC Criteri di classificazione Un sistema rete di TLC (semplice o complesso) può essere studiato e classificato secondo numerosi criteri (a volte alcune tassonomie derivano dall'applicazione di più criteri) Servizi di comunicazione offerti all'esterno (vedasi prossime slide) Altre classificazioni Sistema Rete di TLC Una generica rete di TLC, complessa a piacere, con N end-system connessi che ne sfruttano i servizi di comunicazione Capitolo I 20/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

21 Studio del sistema rete di TLC Classificazioni in base al "servizio offerto" Applicando ad una rete di TLC il criterio di classificazione secondo il "servizio offerto" da tale sistema, ci si rende subito conto che si tratta di un criterio troppo generico Il criterio del "servizio offerto" in effetti contiene al suo interno una serie di criteri più specifici Classificazione in base alla possibilità di invio di una stessa comunicazione a 1 o più destinatari contemporanei (nell'ipotesi in cui il numero di end-system connessi sia >2) Classificazione in base alla direzione in cui possono avvenire le comunicazioni... Dorsale Servizio sperimentato "ai morsetti esterni" del sistema Capitolo I 21/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

22 Studio del sistema rete di TLC Classificazioni in base al "servizio offerto" Sia data una rete di TLC semplice o complessa che collega tra loro N end-system. La classificazione in base alla possibilità da parte della rete di invio di una stessa comunicazione a 1 o più destinatari contemporanei porta alla seguente tassonomia Servizio di comunicazione unicast Comunicazione da 1 end-system mittente a un solo end-system destinatario Servizio di comunicazione multicast Comunicazione da 1 end-system mittente a D end-system destinatari (con 1 D N) I D end-system destinatari si dicono costituenti un gruppo di multicast Servizio di comunicazione anycast Comunicazione da 1 end-system mittente a 1 solo end-system destinatario facente parte di un insieme di D end-system (potenzialmente) destinatari (con 1 D N) I D end-system destinatari si dicono costituenti un gruppo di anycast Servizio di comunicazione broadcast Comunicazione da 1 end-system mittente a N (cioé tutti) end-system destinatari Capitolo I 22/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

23 Studio del sistema rete di TLC Classificazioni in base al "servizio offerto" Il criterio di classificazione in base alla direzione in cui possono avvenire le comunicazioni conduce allo schema indicato qui sotto Si considerino 2 end-system collegati attraverso una rete di TLC. Si danno le seguenti definizioni Servizio di comunicazione simplex La comunicazione può avvenire in un sol senso Servizio di comunicazione half-duplex La comunicazione può avvenire nei 2 sensi ma non contemporaneamente Servizio di comunicazione full-duplex La comunicazione può avvenire nei 2 sensi anche contemporaneamente Capitolo I 23/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

24 Studio del sistema rete di TLC Classificazioni in base al "servizio offerto" Un altro criterio di classificazione, utile nello studio delle forme più semplici di reti di TLC (i canali di trasmissione), suddivide tali sistemi in base al tipo di segnale che trasferiscono Sistemi che trasferiscono un segnale analogico Definizione di segnale analogico: segnale a tempo continuo e a valori continui Sistemi che trasferiscono un segnale numerico (o digitale) Definizione di segnale numerico: segnale a tempo discreto e a valori discreti i(t) t i(k) 1 0 k Funzioni matematiche (segnali) v(t) t v(t) V+ V- t Possibili andamenti nel tempo della grandezza fisica v(t) Capitolo I 24/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

25 Studio del sistema rete di TLC Classificazioni in base al "servizio offerto" Una classificazione molto usata Combinando alcune classificazioni precedenti, i sistemi reti di TLC vengono suddivisi nelle seguenti tipologie Sistema Point-to-Point (la rete di TLC ammette il collegamento di 2 soli end-system) Sistema Multiple Access (la rete di TLC ammette il collegamento di N end-system, con N > 2) Sistema Broadcast Multiple Access (BMA) La rete di TLC permette comunicazioni broadcast tra gli N end-system Sistema Non-Broadcast Multiple Access (NBMA) La rete di TLC non permette comunicazioni broadcast tra gli end-system La presente tassonomia è importante in quanto viene correntemente utilizzata all'interno della comunità tecnico-scientifica Capitolo I 25/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

26 Studio del sistema rete di TLC Il concetto generale di multiplazione Sia dato un sistema rete di TLC: di norma risulta necessario trasportare N flussi comunicativi attraverso di esso Con multiplazione delle comunicazioni (multiplexing) si intende l'operazione svolta da un sistema rete di TLC, attraverso la quale N flussi comunicativi distinti vengono mantenuti tali durante il trasferimento dall'ingresso all'uscita della rete (come se avessero utilizzato N sistemi separati) Flusso 1 Flusso 1 Flusso 2 Flusso Sistema Rete di TLC Flusso 2 Flusso Flusso N Flusso N Schematizzazione del principio generale della multiplazione delle comunicazioni Capitolo I 26/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

27 Studio del sistema rete di TLC Applicazione dei concetti generali Le classificazioni e i concetti fin qui esposti a livello generale possono essere applicati ai casi specifici in cui il sistema rete di TLC è un sistema semplice o complesso Il più semplice sistema rete di TLC è quello costituito da un solo canale di trasmissione (o link) che collega direttamente gli end-system Nelle slide che seguono si applicheranno a tale sistema semplice i concetti precedentemente visti a livello generale Ciò che ne deriverà sarà un'interessante (e molto utilizzata) classificazione dei diversi tipi di canali di trasmissione Capitolo I 27/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

28 Il sistema canale di trasmissione Un canale di trasmissione può essere fisicamente costituito di vari materiali Rame (utilizzato nei doppini telefonici, nei cavi coassiali,... ) Materiali vitrei/plastici (utilizzati nelle fibre ottiche) Aria / Vuoto (utilizzati nelle comunicazioni "senza fili" o "wireless") Conductor insulation Aluminum sleeve PVC or Teflon jacket Copper center conductor Un cavo coassiale costituisce un esempio di canale di trasmissione Capitolo I 28/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

29 Il sistema canale di trasmissione Criteri di classificazione e tipologie Classificazione dei canali di trasmissione in base alla direzione in cui possono avvenire le comunicazioni Canali simplex Il canale può trasferire il segnale in un sol senso (un nodo del canale può sempre solo o trasmettere o ricevere) Canali half-duplex Il canale può trasferire il segnale nei 2 sensi ma non contemporaneamente (un nodo del canale può sia trasmettere che ricevere ma non contemporaneamente) Canali full-duplex Il canale può trasferire il segnale nei 2 sensi contemporaneamente (un nodo del canale può sia trasmettere che ricevere contemporaneamente) Capitolo I 29/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

30 Il sistema canale di trasmissione Criteri di classificazione e tipologie Classificazione dei canali di trasmissione in base al numero di nodi che sono in grado di collegare Canali ad accesso multiplo (multiple access) Collegano direttamente N nodi tra loro Canali multipunto (multipoint) Collegano direttamente N nodi tra loro, con alcuni vincoli sulle comunicazioni possibili Possono essere visti come un caso particolare dei canali ad accesso multiplo Canali punto-a-punto (point-to-point) Collegano direttamente 2 soli nodi tra loro Possono essere visti come un caso particolare sia dei canali ad accesso multiplo che dei canali multipunto Capitolo I 30/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

31 Il sistema canale di trasmissione Canali ad accesso multiplo Collegano direttamente N nodi di rete tra loro. In generale ogni nodo può comunicare con un qualunque altro nodo (esempio indicato sotto: stazioni elettricamente collegate in parallelo sulla stessa coppia di conduttori) Su questi tipi di link è evidentemente necessario regolamentare l'accesso al canale condiviso. Ciò viene effettuato attraverso insiemi di regole che prendono il nome di protocolli d'accesso ad un canale condiviso (questa problematica verrà affrontata nel dettaglio nei prossimi capitoli) conduttori elettrici A E Canale ad accesso multiplo D Esempio di calcolatori collegati tramite un canale ad accesso multiplo costituito da una coppia di conduttori elettrici (doppino) B C F Schema generale di canale ad accesso multiplo Capitolo I 31/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

32 Il sistema canale di trasmissione Canali multipunto Quando le comunicazioni su un canale ad accesso multiplo non possono avvenire tra una qualunque coppia di nodi (talvolta per scelta di chi utilizza il canale) ma solo tra uno specifico nodo (master o primario) e uno qualunque dei restanti (slave o secondari), allora il canale spesso viene chiamato canale multipunto (o canale punto-multipunto) Essendoci in ogni caso il problema della possibile trasmissione contemporanea di 2 o più stazioni, il nodo master governa l'accesso al link attraverso le regole del protocollo d'accesso (che quindi anche in questo caso risulta essere necessario) A B Master, Primario,... Canale multipunto C E D Schema generale di un canale multipunto Capitolo I 32/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

33 Il sistema canale di trasmissione Canali punto-a-punto Nel caso in cui un canale ad accesso multiplo ammetta la connessione di 2 soli nodi (N=2), allora tale link prende il nome di canale punto-a-punto Canali punto-a-punto simplex Un nodo é sempre mittente e l'altro é sempre destinatario Non serve un protocollo d'accesso al canale Canali punto-a-punto half-duplex I 2 nodi possono comunicare in entrambi i sensi ma non contemporaneamente E' necessario regolamentare l'accesso al canale tramite un protocollo d'accesso Canali punto-a-punto full-duplex E' formato dall'unione di 2 canali punto-a-punto simplex opposti e contemporanei Non serve un protocollo d'accesso al canale A Link Point-to-Point B Full Duplex = Simplex <= Simplex => Capitolo I 33/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

34 Il sistema canale di trasmissione Criteri di classificazione e tipologie Come anticipato nella parte generale, il sistema canale di trasmissione é classificabile in base al tipo di segnale tramesso Canali di trasmissione analogici Sono in grado di trasferire un segnale analogico s(t) Canali di trasmissione numerici (o digitali) Sono in grado di trasferire un segnale numerico s(k) Nelle prossime slide si riassumeranno brevemente le differenze tra i 2 tipi di canali (per una analisi più rigorosa ed approfondota si rimanda ai Corsi di Teoria dei Segnali) Capitolo I 34/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

35 Il sistema canale di trasmissione Canali analogici Trasferiscono un segnale analogico s(t) (segnale continuo a tempo continuo) Grandezze caratterizzanti il canale Banda trasmissiva Distorsione Ritardo Rumore Capitolo I 35/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

36 Il sistema canale di trasmissione Canali numerici Trasferiscono un segnale numerico s(k) (segnale discreto a tempo discreto) Grandezze caratterizzanti il canale Velocità (meglio chiamarla Capacità di canale) Ritmo con il quale vengono trasmessi i simboli (di norma bit) sul canale Unità di misura più frequentemente utilizzata: bit-per-second (bps) Ritardo (a volte chiamato latenza) Tempo τ di propagazione di un simbolo sul canale Unità di misura utilizzate: sottomultipli (s, ms, µs, ns) dei secondi Tasso d'errore (BER = Bit-Error-Rate) Capitolo I 36/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

37 Il sistema canale di trasmissione Canali numerici I canali numerici costituiscono l'elemento di base delle moderne Reti di TLC Qui sotto si riportano le definizioni delle grandezze fondamentali caratterizzanti un canale numerico (concetti che verranno ripresi nel capitolo Analisi prestazionale delle Reti di TLC) Diagramma temporale di trasferimento di un messaggio lungo M bit attraverso un canale numerico avente capacità C e ritardo τ Fine canale ( B) C = τ = t - t = t T Def Def M M = t - t t - t trasmissio ne _ di _ M 4 - t 2 Def 3 = t 2 - t = 1 M C Inizio canale ( A) 'A' M = lunghezza del messaggio inviato sul canale (in bit) C = velocità (o capacità) del canale T trasmissione_di_m = tempo necessario per trasmettere sul canale l'intero messaggio M t 1 t 2 t 3 t 4 M bit 'B' T Capitolo I 37/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

38 Il sistema canale di trasmissione La multiplazione fisica I canali di trasmissione sono i sistemi che permettono di collegare i nodi di una rete di TLC Nelle reti di TLC reali è spesso necessario collegare una coppia di nodi attraverso più di un canale di trasmissione (si parla di fasci di canali) Dal punto di vista pratico la cosa viene realizzata applicando ad un canale di trasmissione (fisico) la tecnica della multiplazione (multiplazione fisica), ottenendo così N canali di trasmissione, completamente separati ed indipendenti tra loro, sullo stesso supporto fisico Canale 1 Canale 1 Canale 2 Canale 3 Canale Fisico Canale 2 Canale 3 Schematizzazione del principio della multiplazione fisica Canale 4 Canale 4 Capitolo I 38/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

39 Il sistema canale di trasmissione La multiplazione fisica La multiplazione fisica viene realizzata attraverso varie tecniche (per l'approfondimento di questi concetti si rimanda ai Corsi di Teoria dei Segnali) FDM (Frequency Division Multiplexing) Multiplazione nel dominio delle frequenze TDM (Time Division Multiplexing) Multiplazione nel dominio del tempo CDM (Code Division Multiplexing) Multiplazione nel dominio dei codici (non verrà trattata) WDM (Wavelength Division Multiplexing) Multiplazione nel dominio delle lunghezze d'onda Capitolo I 39/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

40 Il sistema canale di trasmissione La multiplazione fisica - FDM Un canale di trasmissione fisico può essere caratterizzato da una banda B di frequenze utilizzabili comprese tra fmin e fmax La banda complessiva del mezzo fisico può essere divisa in sotto-bande disgiunte a ciascuna delle quali viene associato un sottocanale da multiplare B = banda del canale fisico fmin fmax Frequenza B1 B2 B3 B4 fmin Banda di guardia fmax Frequenza Capitolo I 40/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

41 Il sistema canale di trasmissione La multiplazione fisica - FDM Il segnale relativo ad un sottocanale viene trattato mediante tecniche di modulazione in modo da associarlo e trasmetterlo attraverso ciascuna sotto-banda Modulatore Modulatore Modulatore Modulatore B1 B2 B3 B4 fmin B fmax Frequenza Capitolo I 41/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

42 Il sistema canale di trasmissione La multiplazione fisica - TDM PRINCIPIO A turno e per un certo tempo, si assegna il canale di trasmissione fisico ad ogni sottocanale da multiplare Questa tecnica, nella pratica, viene utilizzata in presenza di canali numerici Sia dato un canale numerico avente capacità di C bps (l'intervallo di tempo tra i bit é pari a 1/C) Si definisce una struttura ripetitiva a trame consecutive costituite da N slot numerati Ogni sottocanale da multiplare viene assegnato ad 1 (o più) slot con lo stesso numero (Esempio: gli slot 1 e 2 al primo sottocanale, lo slot 3 al secondo sottocanale, lo slot 4 al terzo sottocanale, lo slot 5 al quarto sottocanale) Slot Trama Tempo Capitolo I 42/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

43 Il sistema canale di trasmissione La multiplazione fisica - TDM Definizioni e relazioni tra le grandezze (si ipotizza che ogni sottocanale multiplato venga assegnato ad 1 solo slot) Trama (N Slot) Slot (m bit) Tempo 1/C Relazioni tra le grandezze: b = C/N Intervallo_di_Canale = m(1/c) = m/c Tempo_di_Adattamento = N(m/C) = m/b GRANDEZZE C = capacità del canale fisico b = capacità risultante del singolo sottocanale multiplato N = numero di Slot in una trama m = numero di bit che costituiscono uno Slot Intervallo_di_Canale = durata (in s) di uno Slot Tempo_di_Adattamento = durata della trama Capitolo I 43/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

44 Il sistema canale di trasmissione La multiplazione fisica - WDM E' uguale a FDM Prende il nome di WDM per ragioni storiche legate allo sviluppo della fibra ottica La banda disponibile su un canale "fibra ottica" é elevatissima ma non riesce ad essere utilizzata a causa dei limiti dei circuiti elettronici Tecnica WDM Si utilizzano diverse portanti ottiche trasmesse sulla stessa fibra Ciascuna portante ottica viene modulata ai limiti delle velocità elettroniche (ordine di grandezza: decina di Gbit/s) La capacità utilizzabile delle fibre viene ad essere nella pratica 'moltiplicata' per il numero delle lunghezze d'onda impiegate Capitolo I 44/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

45 Le 2 fondamentali tipologie di reti di TLC I concetti finora esposti fondamentalmente si possono applicare a qualunque tipo di rete di TLC Tuttavia le reti di TLC si dividono in 2 grosse famiglie in funzione del principio utilizzato dai nodi intermedi per effettuare la commutazione dei flussi comunicativi Reti a commutazione di circuito E' il principio di funzionamento delle tradizionali Reti Telefoniche Reti a commutazione di pacchetto E' il principio di funzionamento delle reti di calcolatori (cioè le reti in cui calcolatori end-system possono comunicare tra loro attraversando una dorsale di calcolatori intermedi) Esempio: la rete Internet Capitolo I 45/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

46 Commutazione di circuito Principio Dato un nodo intermedio, il flusso comunicativo oggetto di commutazione è univocamente identificato dal canale di ingresso da cui proviene L'intero contenuto di un canale in ingresso viene commutato su un (riservato) canale d'uscita Circuito attivo tra 2 end-system: sequenza di associazioni tra canale in ingresso e canale in uscita (ai "morsetti esterni" il circuito equivale ad un canale punto-a-punto) di accesso Fascio di N canali di accesso di accesso Capitolo I 46/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

47 Commutazione di circuito Il nodo di commutazione Ogni comunicazione utilizza un servizio dedicato (1 canale di trasm. per ogni coppia di nodi) Per trasferire N comunicazioni contemporanee tra 2 nodi adiacenti servono N canali N canali di trasmissione Intermedio di Commutazione Intermedio di Commutazione Intermedio di Commutazione Intermedio di Commutazione Intermedio di Commutazione Capitolo I 47/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

48 Commutazione di circuito L'attivazione dei circuiti Circuiti dedicati (o permanenti) Il circuito è sempre attivo Circuiti attivi su richiesta (o su base chiamata) Il circuito viene attivato su richiesta di un end-system In questo caso sono necessarie delle procedure di segnalazione per l'instaurazione (circuit setup) e l'abbattimento (circuit termination) del circiuito Segnalazione tra end_system e nodo_di_accesso Segnalazione tra nodo_intermedio e nodo_intermedio Capitolo I 48/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

49 Commutazione di circuito Le reti reali Le reti di TLC a commutazione di circuito vengono realizzate interconnettendo i vari nodi attraverso canali di trasmissione punto-a-punto (full-duplex) Le reti telefoniche dei vari Gestori sono un classico esempio di reti a commutazione di circuito Le reti telefoniche attuali sono costruite impiegando sulla dorsale canali di trasmissione di tipo digitale, mentre agli accessi i canali possono essere sia analogici sia digitali (vedasi oltre) Una simile struttura è possibile in quanto la Teoria dei Segnali ha dimostrato che è sempre possibile, sotto ben precise condizioni, convertire un segnale analogico in un segnale numerico e viceversa (Teorema del campionamento) Dunque di norma un Gestore possiede un'unica rete digitale con accessi sia analogici che digitali di accesso Conversione A/D e D/A canale numerico canale analogico di accesso Rete di TLC a comm. di circuito di accesso canale analogico Capitolo I 49/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

50 Commutazione di circuito Le reti reali Reti a commutazione di circuito analogiche (canali intermedi di tipo analogico) Con accesso analogico (canale d'accesso di tipo analogico) Esempio: sono le vecchie reti telefoniche da tempo non più in uso Reti a commutazione di circuito numeriche (canali intermedi di tipo numerico) Con accesso analogico (canale d'accesso di tipo analogico) Esempio: la connessione (alla rete telefonica) commercialmente chiamata PSTN (Public Switched Telephone Network) Accesso numerico (canale d'accesso di tipo numerico) Esempio: la connessione (alla rete telefonica) commercialmente chiamata ISDN (Integrated Services Digital Network) Capitolo I 50/63 Copyright Ing. Giuseppe F. Rossi,

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