Introduzione alle Reti Telematiche

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1 Copyright Introduzione alle reti telematiche Gruppo Reti TLC Quest opera è protetta dalla licenza Creative Commons NoDerivs-NonCommercial. Per vedere una copia questa licenza, consultare: oppure inviare una lettera a: Creative Commons, 559 Nathan bbott Way, Stanford, California 94305, US. This work is licensed under the Creative Commons NoDerivs-NonCommercial License. To view a copy of this license, visit: or send a letter to Creative Commons, 559 Nathan bbott Way, Stanford, California 94305, US. Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 1 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 2 Reti telefoniche: cronologia 1837: coce Morse 1876: brevetto del telefono ell 1891: brevetto selettore Strowger 1894: prima centrale elettromeccanica 1895: esperimenti rao Marconi 1923: primo servizio interurbano automatico elettromeccanico (aviera - Siemens) Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 3 Reti telefoniche: cronologia 1938: relè anni 60: elaboratori elettronici per il controllo delle centrali (a programma registrato) 1964: prima centrale a controllo elettronico (Succasunna - US - ESS1) 1975: prima centrale interamente elettronica (Chicago - ESS4) anni 80: segnalazione a canale comune, ISDN, telefonia cellulare analogica anni 90: rete intelligente, Internet, telefonia cellulare numerica Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 4 Reti per dati: cronologia 1969: RPNET (primo RFC: Host software) 1971: RPNET: 15 no e 23 host. Posta elettronica. 1973: Prima specifica FTP 1973: Prima specifica TCP 1976: Ethernet ed X : OSI 1982: Token ring IM 1982: TCP e IP sono definiti come protocolli riferimento Internet (operativi da 1/1/83) Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 5 Reti per dati: cronologia 1984: Introdotti DNS e USENET 1985: FDDI 1990: Tim erners-lee (CERN) presenta documento (ignorato) sull Information Management attraverso ipertesti. Il nome del progetto va scelto tra Information Mine, Information Mesh e World Wide Web 1993: il traffico Web è solo l 1% del traffico totale Internet... Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 6 Pag. 1

2 Reti per dati: cronologia 1997: nasce Internet2, per la sperimentazione applicazioni e tecnologie rete avanzate 1999: applicazioni peer-to-peer per lo scambio file (MP3, video) rettamente tra utenti (senza passare da server): Napster, Gnutella, Kazaa Servizi e funzioni nelle reti Gruppo Reti TLC nome.cognome@polito.it Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 7 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 8 Formalizziamo ciò che sappiamo già Diamo qualche definizione tratta dal lue ook del CCITT (Raccomandazione I.112) CCITT: The International Telegraph and Telephone Consultative Committee della International Telecommunication Union (ITU). Dal 1994 il CCITT ha preso il nome ITU-T ITU-T Comunicazione: trasferimento informazioni secondo convenzioni prestabilite Telecomunicazione: qualsiasi trasmissione e ricezione segnali che rappresentano segni, scrittura immagini e suono, informazioni qualsiasi natura, attraverso cavi, rao o altri sistemi ottici e elettromagnetici Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 9 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 10 Esempio Gli apparecchi telefonici sono terminali utente collegati a una rete che fornisce servizi RETE DI TLC ITU-T: definizioni Servizio : ciò che viene offerto da un gestore pubblico o privato ai propri clienti al fine sodsfare una specifica esigenza Funzioni in una rete telecomunicazioni: operazioni svolte all interno della rete al fine offrire i servizi Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 11 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 12 Pag. 2

3 Sollevando il microtelefono si inca alla rete l inizio una procedura chiamata isogna poi attendere il tono centrale TU - TU Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 13 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 14 Meante il sco combinatore o la tastiera si inca alla rete l interlocutore desiderato Funzioni: segnalazione utente Il trasferimento delle informazioni controllo tra utente e rete si chiama SEGNLZIONE DI UTENTE Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 15 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 16 Definizione ITU-T Segnalazione: lo scambio informazioni che riguardano l apertura, il controllo e la chiusura connessioni e la gestione una rete Funzioni: commutazione La rete invidua le risorse necessarie per collegare i due utenti e stabilisce un circuito Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 17 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 18 Pag. 3

4 Definizione ITU-T Commutazione: il processo interconnessione unità funzionali, canali trasmissione o circuiti per il tempo necessario per il trasferimento segnali Funzioni: segnalazione rete La costruzione un circuito richiede scambio informazioni controllo internamente alla rete Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 19 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 20 gli albori della telefonia la segnalazione avveniva via voce e la commutazione era manuale gli albori della telefonia la segnalazione avveniva via voce e la commutazione era manuale Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 21 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 22 gli albori della telefonia la segnalazione avveniva via voce e la commutazione era manuale Funzioni: trasmissione I due utenti possono comunicare Ciao, come stai Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 23 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 24 Pag. 4

5 Definzione ITU-T Trasmissione: il trasferimento segnali da un punto a uno o più altri punti l termine della conversazione il circuito viene rilasciato Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 25 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 26 Funzioni: gestione llacciamento nuovi utenti: mofica o aggiunta apparati e/o canali Evoluzione tecnologica: sostituzione apparati Riconfigurazione per guasti Monitoraggio prestazioni Controllo apparati Funzioni in una rete SEGNLZIONE COMMUTZIONE TRSMISSIONE GESTIONE Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 27 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 28 Rete Topologie delle reti Gruppo Reti TLC nome.cognome@polito.it Definizione: un insieme no e canali che fornisce un collegamento tra due o più punti per permettere la tra essi Si chiama nodo un punto in cui avviene la commutazione Si chiama canale un mezzo trasmissione Il canale può essere unirezionale birezionale Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 29 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 30 Pag. 5

6 Tipi canale Canale Punto-Punto Due soli no collegati agli estremi del canale che viene utilizzato in modo paritetico Tipi canale Canale Multi-Punto Più no collegati ad un unico canale: un nodo master e numerosi slave Master Slave Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 31 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 32 Tipi canale Canale roadcast Un unico canale comunicazione, conviso da tutti i no L informazione inviata da un nodo è ricevuta da tutti gli altri I dati trasmessi devono contenere l'inrizzo del nodo destinazione Topologie delle reti La sposizione no e canali definisce la topologia della rete Una topologia rete è definita da un grafo G=(V,) V = insieme dei vertici (raffigurati da cerchi - no) = insieme degli archi (raffigurati da segmenti - canali) Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 33 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 34 Topologie delle reti Topologie a maglia completa Gli archi possono essere: retti (segmenti orientati - canali unirezionali) non retti (segmenti non orientati - canali birezionali) Definiamo: N= V C= C = N(N-1)/2 Vantaggio: tolleranza ai guasti (molti percorsi tra due no) Svantaggio: elevato numero canali Esistono molti percorsi alternativi, ma un solo percorso retto (1 solo canale) Esiste una scelta ovvia percorso a minima stanza È usata solo quando i no sono pochi (no commutazione nazionali nella rete telefonica) E D C Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 35 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 36 Pag. 6

7 Topologia ad albero Topologia a maglia C = N-1 Svantaggio: vulnerabilità ai guasti (solo un percorso tra due no) Vantaggio: basso numero canali È usata per ridurre i costi e semplificare la stesura dei canali Esiste una sola scelta percorso tra ogni coppia no E D C N-1 < C < N(N-1)/2 Svantaggio: topologia non regolare Vantaggio: tolleranza ai guasti e numero canali selezionabile a piacere Instradamento complesso: esiste un elevato numero percorsi alternativi È la più usata (Internet, telefonia) E D C Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 37 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 38 Topologia ad anello Può essere unirezionale o birezionale Topologia ad anello C=N/2 per l anello unirezionale C=N per l anello birezionale È molto usata in reti locali e metropolitane e per costruire topologie magliate (SDH) Esistono uno o due percorsi possibili per ogni coppia no Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 39 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 40 Topologia a bus Topologia logica e fisica C=N-1 per il bus attivo (caso particolare albero) C=1 per il bus passivo Esiste una sola scelta possibile percorso tra ogni coppia no Usata in reti locali e metropolitane E D C isogna stinguere: topologia logica: definisce l interconnessione tra no meante canali topologia fisica: tiene conto del percorso dei mezzi trasmissivi Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 41 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 42 Pag. 7

8 Topologia fisica Topologia logica C D C D Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 43 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 44 Convisione canale Mo trasferimento nelle reti telecomunicazioni Gruppo Reti TLC nome.cognome@polito.it Convisione canale tra versi flussi informazione in una rete TLC Multiplazione: se tutti i flussi sono sponibili in un unico punto ccesso multiplo: se i flussi accedono al canale da punti fferenti Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 45 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 46 Convisione canale Per eseguire queste funzioni si possono f utilizzare: Frequenza (FDM - FDM) Tempo (TDM - TDM) Coce (CDM - CDM) Spazio canale Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 47 t Multiplazione frequenza (FDM FDM) Separazione ottenuta usando bande frequenza verse Servono bande guara f Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 48 t Pag. 8

9 Multiplazione tempo (TDM TDM) Separazione ottenuta usando intervalli tempo versi Servono trame temporali che si ripetono Servono tempi guara f Multiplazione coce (CDM CDM) Separazione ottenuta usando coci versi Servono coci riconoscibili c f Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 49 t Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 50 t f Multiplazione coce (CDM CDM) t Multiplazione coce (CDM) La separazione tra i flussi è ottenuta usando cofiche verse Servono coci riconoscibili (ortogonali) I flussi non vengono separati né nel tempo né in frequenza, ma sfruttando segnali ortogonali. Si ottiene migliore protezione dai sturbi. L operazione ricezione è il prodotto scalare tra segnale ricevuto e sequenza coce, normalizzando rispetto al numero bit della sequenza coce Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 51 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 52 Multiplazione spazio Le reti permettono sfruttare la versità spaziale del sistema per far coesistere più flussi informazione in punti versi L instradamento può cercare sfruttare una multiplazione spazio per aumentare la capacità una rete Il progetto della topologia della rete può cercare aumentare la versità spaziale Le celle sono un esempio versità spaziale Multiplazione statistica La multiplazione nelle mensioni tempo, frequenza (o lunghezza d onda), coce e spazio può essere predeterminata (sulla scala temporale della namica delle connessioni) o statistica (funzione delle variazioni istantanee traffico) Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 53 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 54 Pag. 9

10 Convisione un nodo Convisione un nodo tra versi flussi informazione in una rete TLC: Commutazione circuito: se i flussi sono continui (telefonia) e cella: se i flussi sono intermittenti (trasmissione dati) Commutazione Definizione ITU-T: il processo interconnessione unità funzionali, canali trasmissione o circuiti per il tempo necessario per il trasferimento segnali E il processo allocazione delle risorse rete necessarie per il trasferimento dell informazione Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 55 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 56 Commutazione circuito La rete usa le risorse sponibili per allocare un circuito a ogni richiesta servizio Un circuito costituisce un collegamento fisico tra i due terminali utente Commutazione circuito Il circuito è uso esclusivo dei due utenti per tutta la durata della comunicazione Le risorse sono rilasciate solo al termine della comunicazione, su incazione degli utenti Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 57 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 58 Commutazione circuito impegno trasferimento dati svincolo U1 N1 N2 U2 Commutazione circuito Esempio: rete telefonica Un circuito costituisce un collegamento fisico tra i due terminali utente 5. Trasmette dati 6. Riceve dati 4. Chiamata accettata 3. ccetta chiamata 1. Inizia chiamata 2. Chiamata in ingresso t t t t Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 59 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 60 Pag. 10

11 Struttura nodo rete a commutazione circuito interfaccia ingresso Rete connessione comando interfaccia uscita Commutazione circuito Vantaggi: banda costante garantita ritar trasferimento costanti trasparenza del circuito (formati, velocità, protocolli) bassi ritar nell attraversamento dei no Segnalazione Sistema comando Segnalazione Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 61 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 62 Commutazione circuito Svantaggi: risorse decate a una comunicazione efficienza buona solo per sorgenti non intermittenti tempo apertura del circuito nessuna conversione formati, velocità, protocolli tariffazione in base al tempo esistenza del circuito Non si allocano risorse per l uso esclusivo due o più utenti. Stuata espressamente per sorgenti intermittenti. Funzionamento analogo al sistema postale. Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 63 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 64 Funzionamento analogo al sistema postale. INDIRIZZO P.T. P.T. L informazione da trasferire è organizzata in unità dati (PDU) che comprendono informazione utente e controllo PDU = protocol data unit (unità dati) PCI = protocol control information (controllo) SDU = service data unit (informazione utente) P.T. PCI SDU Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 65 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 66 Pag. 11

12 Unità dati è una terminologia ISO. ltri termini utilizzati: Pacchetto (packet) Cella (cell) Datagramma (datagram) Segmento (segment) Messaggio (message) Trama (frame) Store and forward Modo funzionamento dominante: occorre sporre dell intestazione prima poter effettuare l instradamento l instradamento richiede tempo occorre qualche forma protezione da errori sull intestazione le verse capacità dei mezzi trasmissivi non vengono sudvise in canali uguali Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 67 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 68 Nascono delle contese Si risolvono tramite memorizzazione Sistema postale Se il furgone è pieno, il pacco rimane in ufficio (e parte con il prossimo furgone) In caso congestione la rete scarta pacchetti Occorre prevedere dei meccanismi ritrasmissione per offrire servizi affidabili Commutatore Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 69 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 70 Commutazione in Internet risoluzione delle contese nel dominio tempo, basata su multiplazione statistica, memorizzazione e perte un pacchetto occupa (per intero) un solo canale per volta 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 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 71 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 72 Pag. 12

13 Struttura nodo rete a commutazione pacchetto interfaccia ingresso Memoria Code uscita interfaccia uscita L informazione utente può dover essere frazionata in molti pacchetti Pacchetti mensione fissa o variabile Memorizzazione: alle uscite agli ingressi mista Elaborazione PCI SDU Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 73 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 74 U1 N1 N2 U2 La lunghezza dei pacchetti è determinata da possibilità parallelizzazione (pipeline) ritardo pacchettizzazione percentuale informazione controllo probabilità errore Pacchetti corti riducono la probabilità errore t t t t Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 75 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 76 Vantaggi rispetto alla commutazione circuito utilizzazione efficiente delle risorse anche in presenza traffico intermittente possibilità controllo correttezza lungo il percorso possibilità conversioni velocità, formati, protocolli tariffazione in funzione del traffico trasmesso Svantaggi rispetto alla commutazione circuito fficile ottenere garanzie banda elaborazione ogni pacchetto in ogni nodo ritardo trasferimento variabile Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 77 Copyright Gruppo Reti Politecnico Torino INTRODUZIONE LLE RETI TELEMTICHE - 78 Pag. 13