Reti Geografiche e Internetworking. Mario Baldi

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1 Reti Geografiche e Internetworking Silvano GAI sgai[at]ip6.com Mario Baldi WAN - 1 Copyright: si veda nota a pag. 2

2 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slide (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori indicati a pag. 1. Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slide. In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deve essere riportata anche in utilizzi parziali. WAN - 2 Copyright: si veda nota a pag. 2

3 Scopi Fornire una tassonomia delle reti geografiche, considerando: tipologia dei circuiti analogici digitali modalità trasmissiva plesiocrona sincrona modalità di commutazione di circuito di pacchetto di trama di cella WAN - 3 Copyright: si veda nota a pag. 2

4 Le necessità Durata Servizio [s] 10 5 HDTV Audio Hi-Fi Video on Demand Videoconferenza Telemetria Trasmissione Dati a Bassa Velocita Telefonia Fax LQ Video Telefono Fax HQ Trasmissione Dati ad Alta Velocita Bit Rate [bps] WAN - 4 Copyright: si veda nota a pag. 2

5 Le relazioni tra le varie tecnologie telefonia analogica CDA digitalizzazione Commutazione telefonia digitale CDN trama pacchetto fonia + dati ISDN larga banda B-ISDN DQDB cella SMDS cella ATM TDM cella + + core-edge Frame Relay core-edge X.25 WAN - 5 Copyright: si veda nota a pag. 2

6 Telefonia Per fare T.D. su telefonia classica (analogica o digitale) si utilizzano i modem Schemi di modulazione sempre più sofisticati: V bps V.22 bis bps V bps V.32 bis bps V.32 terbo bps V bps Compressione dei dati e correzione degli errori: MNP, V.42 (correzione) e V.42 bis (compressione) Linguaggio di comandi unificato: Hayes WAN - 6 Copyright: si veda nota a pag. 2

7 ISDN: Integrated Service Digital Network TELEFONO TERMINALE TELEX ISDN COMPUTER TERMINALE MULTISERVIZIO FACSIMILE GRUPPO 4 VIDEOTELEFONO WAN - 7 Copyright: si veda nota a pag. 2

8 ISDN Dati + Fonia + Videotelefonia + FAX G4 Anche il terminale d utente diventa digitale 2B + D o accesso base 2 canali dati a 64 kbps 1 canale segnalazione a 16 kbps totale 144 kbps sino a casa dell utente 30B + D o accesso primario 30 canali dati a 64 kbps 1 canale segnalazione a 64 kbps totale 2 Mbps sino a casa dell utente WAN - 8 Copyright: si veda nota a pag. 2

9 ISDN Videoconferenza Telefono ISDN Bus S NT1 ISDN Exchange PC con ISDN Fax G.4 c/o UTENTE c/o PTT WAN - 9 Copyright: si veda nota a pag. 2

10 Numerazione utente La numerazione ISDN è numero telefonico attuale. un estensione del Una componente aggiuntiva opzionale consiste nel sottoindirizzo, che serve ad distinguere tra vari terminali. Codice di accesso Codice di nazione Codice di distretto Numero utente Sottocodice ISDN WAN - 10 Copyright: si veda nota a pag. 2

11 Canali Diretti Canali Diretti Analogici (CDA) ormai obsoleti velocità da 2400 bps a 64Kbps Canali Diretti Numerici (CDN) rete nazionale molto capillare nodi che realizzano una commutazione di circuito RED (Ripartitori Elettronici Digitali) circuiti PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) 64 Kbps N * 64 Kbps 2 Mbps 34 Mbps WAN - 11 Copyright: si veda nota a pag. 2

12 Reti Private basate su TDM TDM (Time Division Multiplexer) suddividono la banda in sottobande Basate sulla disponibilità di canali E1/T1 (eventualmente frazionati) Ogni servizio vede la propria sottobanda come un canale sincrono a velocità fissa I router e i bridge li vedono come dei CDN La parte di banda non utilizzata da un servizio ad un dato momento va persa e non viene riutilizzata da altri servizi WAN - 12 Copyright: si veda nota a pag. 2

13 Tecnologia TDM Switch Switch BANDA WAN - 13 Copyright: si veda nota a pag. 2

14 PDH e SDH Gerarchie PDH Gerarchie SDH Europa USA USA: SONET Europa: SDH E Mbps T1 - DS Mbps OC-1c / STS-1c Mbps E Mbps T3 - DS Mbps OC-3c / STS-3c Mbps STM Mbps E Mbps OC-12c / STS-12c Mbps STM Mbps OC-48c / STS-48c 2.4 Gbps WAN - 14 Copyright: si veda nota a pag. 2 STM Gbps

15 Architettura fisica Section: collegamento in fibra ottica tra transceiver Line: sequenza di sezioni tra dispositivi che operano a livello di trama Path: circuito diretto numerico end-to-end T T T SONET/SDH MUX Repeater Add/Drop MUX Repeater SONET/SDH MUX T T T Section Line Section Section Line Section Path WAN - 15 Copyright: si veda nota a pag. 2

16 Architettura protocollare Photonic Layer: fibra, laser Section Layer: trame, OAM (Operation Administration and Management) Line Layer: sincronizzazione, multiplazione, commutazione, OAM Path Layer: trasferimento dati (bytes) end-to-end Terminal Repeater Multiplexer Terminal Higher Layer Higher Layer Path Layer Line Layer Section Layer Envelope STS-N / STM-N Block Frame Section Layer Line Layer Section Layer Path Layer Line Layer Section Layer Photonic Layer Photonic Layer Photonic Layer Photonic Layer Light WAN - 16 Copyright: si veda nota a pag. 2

17 Formato delle trame (frame) STS-1: 810 ottetti ogni 125 μs Mbps 0 μs 3 octets 90 octets Synchronous Payload Environment (SPE) 87 octets A1 A2 C1 J1 B1 E1 F1 B3 D1 D2 D3 C2 9 octets H1 B2 D4 H2 K1 D5 H3 K2 D6 Payload G1 F2 H4 Payload D7 D8 D9 Z3 D10 D11 D12 Z4 Z1 Z2 E2 Z5 Section Overhead Line Overhead Path Overhead 125 μs WAN - 17 Copyright: si veda nota a pag. 2

18 I vari livelli di tecnologie X.25 Frame Relay SMDS ATM Commutazione di Pacchetto PDH Commutazione di Cella SDH WAN - 18 Copyright: si veda nota a pag. 2

19 Commutazione di Pacchetto L'informazione viene suddivisa in pacchetti di lunghezza variabile L'instradamento dei paccheti avviene a livello 3 (OSI) Lo standard è X.25 Servizio pubblico: in Italia ITAPAC Accessi standard d'utente a 9600b/s o 64kb/s WAN - 19 Copyright: si veda nota a pag. 2

20 Una rete X.25 DTE DCE DTE Rete X.25 DCE DCE DTE DCE DTE WAN - 20 Copyright: si veda nota a pag. 2

21 Il livello 2 Sincronizzazione della trasmissione Rilevazione e conseguente recupero di errori LAPB (Link Access Procedure, tipo B) di derivazione SDLC/HDLC Flag Address 001P0011 FCS Flag Esempio di pacchetto DISC WAN - 21 Copyright: si veda nota a pag. 2

22 Il livello 3 Livello 3 Flag Address Control Header User data FCS Flag Livello 2: LAPB (Link Access Procedure B) Instaurazione dei circuiti virtuali Gruppo di Canale Logico (GCL) Numero di Canale Logico (NCL) presenti nell'intestazione dei pacchetti Trasferimento dati dell utente WAN - 22 Copyright: si veda nota a pag. 2

23 Tipi di connessioni PVC (circuito virtuale permanente) : connessione logica fissa tra due DTE adatto a chi si connettersi frequentemente e per lunghi periodi di tempo con un corrispondente fisso SVC (circuito virtuale commutato) : connessione logica temporanea tra due DTE adatta chi deve comunicare con diversi corrispondenti il campo Call User Data (CUD) specifica il protocollo di livello superiore che transiterà sulla connessione WAN - 23 Copyright: si veda nota a pag. 2

24 X.25 e internetworking Si possono collegare bridge tramite circuiti X.25 B rete X.25 B Grazie al campo CUD si possono collegare router multiprotocollo un circuito virtuale per ogni protocollo due buste di livello 3 Corrispondenza tra indirizzi di livello rete e X.121 normalmente mediante configurazione R R rete X.25 WAN - 24 Copyright: si veda nota a pag. 2

25 X.25 Vantaggi e Svantaggi Ogni pacchetto viene completamente verificato in ogni nodo intermedio della rete: A livello 2 usa LAPB (derivato di HDLC) Adatta a linee lente con errori Alto tempo di attraversamento della rete Rete adatta solo a trasmissione dati no video o voce interconnessione di LAN WAN - 25 Copyright: si veda nota a pag. 2

26 Evoluzione della commutazione Packet Switching Circuiti trasmissivi digitali Bassi tassi di errore Velocità più elevata Ridotta necessità di correggere errori Commutazione a livello 2 Pacchetti corti di lunghezza fissa Frame Switching Cell Switching WAN - 26 Copyright: si veda nota a pag. 2

27 Lo standard Frame Relay È uno standard di interfaccia DCE-DTE che permette di far convivere diversi circuiti virtuali sulla stessa linea simile a X.25 È uno standard puramente di livello 2 X.25 ha un suo livello 3 Approccio Core-Edge alla correzione degli errori X.25 corregge gli errori su ogni tratta pensato per linee veloci ed affidabili WAN - 27 Copyright: si veda nota a pag. 2

28 Rete Frame Relay DTE DCE DTE DCE Rete Frame Relay DCE DTE DCE Circuiti Virtuali DTE WAN - 28 Copyright: si veda nota a pag. 2

29 Applicazioni di Frame Relay Standard per interfacciare apparecchiature di rete locale (router, bridge, gateway) a reti per trasmissione di dati Permette di richiedere la banda necessaria Disponibile sulle reti a commutazione di frame e di cella e sulle MAN WAN - 29 Copyright: si veda nota a pag. 2

30 LAPF Link Access Procedure to Frame mode Bearer Services Protocollo derivato da HDLC Il LAPF è diviso in due parti: DL-Core (Data Link Core Protocol) definito dalla raccomadazione I Frame Mode Bearer Services DL-Control (Data Link Control Protocol) - la rimanente parte di LAPF WAN - 30 Copyright: si veda nota a pag. 2

31 Fi Pacchetto o trama? Link-by-link X.25 ES Error and Flow Control X.25 ES Higher Level Protocols Higher Level Protocols L3 X.25 L3 Prot. X.25 Relaying Entity X.25 L3 Prot. L2 LAPB LAPB LAPB LAPB L1 PHY PHY PHY PHY X.25 Switch FR ES FR ES L2 Higher Level Protocols Edge Core On demand End-to-end Error Control and Flow Control FR Relaying Entity Higher Level Protocols Edge Core PHY PHY PHY PHY FR Switch WAN - 31 Copyright: si veda nota a pag. 2

32 Pacchetto o Trama? Pacchetto X.25 Flag Control Address Information FCS Flag L2 Header L3-PDU Pacchetto F.R. L2-Trailer Flag Address Control Information FCS Flag DL- core DL- control DL- core WAN - 32 Copyright: si veda nota a pag. 2

33 Commutazione di Trama Trame di lunghezza variabile simile alle reti a pacchetto Le trame vengono commutate a livello 2 nelle reti a pacchetto la commutazione avviene livello 3 Correzione degli errori: approccio core-edge : gli errori si correggono solo mediante ritrasmissione ai bordi (edge) della rete e non nei nodi intermedi (core) Necessità di linee trasmissive di elevata qualità: velocità classiche da 64kbps a 2Mbps WAN - 33 Copyright: si veda nota a pag. 2

34 CIR: Committed Information Rate Bc: committed burst size Massima burstiness Tc=Bc/CIR Intervallo in cui il CIR è verificato Si possono trasmettere fino a Bc bit alla velocità del collegamento fisico in ogni intervallo di durata Tc Velocità di accesso Servizio non garantito Bc CIR Servizio garantito WAN - 34 Copyright: si veda nota a pag. 2 Tc

35 F.R.: Vantaggi e Svantaggi Le prestazioni migliori: mezzi trasmissivi affidabili approccio core-edge Il ritardo introdotto minore: 2 ms per un nodo frame relay da 5 a 20 ms per un nodo X.25 ritardi comunque variabili non idoneo alla trasmissione della voce Il servizio Frame Relay standard per collegare su base geografica apparati di internetworking di LAN (router, bridge, gateway) WAN - 35 Copyright: si veda nota a pag. 2

36 Frame Relay Disponibilità immediata di prodotti A livello fisico utilizza canali da 64 kb/s a 2 Mb/s (E1) Previsto in futuro a velocità superiori (E3) Disponibile su router IBM, DEC, CISCO, ecc. Disponibile su reti Fast-Packet e X.25 Disponibile sulle MAN Alcatel e Siemens In Italia: rete pubblica CLAN rete Itapac rete ATMosfera WAN - 36 Copyright: si veda nota a pag. 2

37 Esempio di rete Frame Relay Rete Fast-Packet Switching Router Frame Relay Router Frame Relay Router Frame Relay MAN DQDB Router Frame Relay WAN - 37 Copyright: si veda nota a pag. 2

38 B-ISDN La grande sfida si chiama B-ISDN Broadband ISDN Fornire servizi ISDN a larga banda Il B-ISDN si basa su: Trasmissione principalmente su Fibra Ottica Trasmissione sincrona SONET/SDH ATM Il B-ISDN sarà una realtà nel 2000 Prima qualche sperimentazione su particolari servizi WAN - 38 Copyright: si veda nota a pag. 2

39 Le definizioni Broadband Un servizio o un sistema che richiede una velocità trasmissiva superiore a quella dell accesso primario ISDN B-ISDN Utilizzato per enfatizzare la caratteristica Broadband dell ISDN Esisterà comunque un solo ISDN comprensivo dei servizi Broadband e Narrowband ATM (Asynchronous Transfer Mode) La tecnologia di trasporto per la realizzazione di B-ISDN ITU-T raccomandazioni I.113 e I.121 WAN - 39 Copyright: si veda nota a pag. 2

40 I servizi Servizi Interattivi Servizi di conversazione Servizi di messaggeria Servizi di retrieval Servizi di distribuzione Senza controllo dell utente Servizi Broadcast Con controllo dell utente WAN - 40 Copyright: si veda nota a pag. 2

41 La tecnica di trasferimento ATM Architettura dei protocolli Core & Edge Celle Innovazioni sistemistiche Reti di connessione asincrone ATM Tecnologie abilitanti Fibre ottiche VLSI (CMOS) WAN - 41 Copyright: si veda nota a pag. 2

42 ATM: caratteristiche generali Commutazione di celle di lunghezza fissa 53 byte Mezzi trasmissivi veloci (purchè con basso tasso di errore) tipicamente 150 Mb/s Bassi ritardi idoneo per dati, voce e immagini video Tecnica di trasferimento adatta a realizzare LAN e WAN Tecnica di trasferimento scelta per la B- ISDN WAN - 42 Copyright: si veda nota a pag. 2

43 Caratteristiche Generali Segnalazione sofisticata: Gestione di connessioni multiparty o puntomultipunto Meccanismi sofisticati per il controllo di flusso (i tradizionali meccanismi a finestra non sono efficienti) Allocazione di banda dinamica Granulosità fine nell assegnazione della banda Supporto anche di traffico di tipo bursty Adattabilità sia ad applicazioni sensibili al ritardo che a quelle sensibili alla perdita delle celle WAN - 43 Copyright: si veda nota a pag. 2

44 Canali Virtuali Rete ATM 4 Mbps (Conferenza a 3) 50 Mbps (Trasferimento di Immagini) ATM Switch WAN - 44 Copyright: si veda nota a pag. 2

45 Commutazione di cella ATM Switch 5 48 Cella = 53 Ottetti WAN - 45 Copyright: si veda nota a pag. 2

46 Multiplazione statistica A A C B C Multiplex ATM A C B C A WAN - 46 Copyright: si veda nota a pag. 2

47 Tecnologia ATM Switch Switch BANDA Switch ATM Switch ATM WAN - 47 Copyright: si veda nota a pag. 2

48 La cella ATM Header Payload GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC User Data (48 octets) UNI Cell WAN - 48 Copyright: si veda nota a pag. 2

49 Terminologia GFC: General Flow Control VPI: Virtual Path Identifier VCI: Virtual Channel Identifier PT: Payload Type CLP: Congestion Loss Priority HEC: Header Error Control WAN - 49 Copyright: si veda nota a pag. 2

50 ATM Le celle vengono trasmesse una dopo l'altra inserendo eventualmente celle vuote Ogni cella è marcata con un identificatore di connessione VCI/VPI: Virtual Channel/Path Identifier Correzione degli errori: approccio core-edge come nel frame relay Controllo di flusso più sofisticato delle sole window dovendo considerare: i tipi diversi di traffico l effetto memoria del canale WAN - 50 Copyright: si veda nota a pag. 2

51 Nodo ATM Look-up port #2 Port Label i D 1 C B A C n i m D VCI/VPI varia ogni volta che si attraversa un multiplex ATM WAN - 51 Copyright: si veda nota a pag. 2

52 ATM: Caratteristiche Generali Protocolli : principio del Core and Edge nei nodi sono eseguite solo le funzioni essenziali (commutazione e multiplazione) a livello ATM (1-2 della pila OSI) le funzionalità residue, specifiche per i diversi tipi di servizio, sono svolte agli estremi Protocolli di livello superiore Edge ATM Controllo di errore (solo per alcuni servizi e su richiesta) ATM (core) PHY PHY PHY Protocolli di livello superiore Edge ATM PHY Terminale Utente Nodo di Commutazione ATM Terminale Utente WAN - 52 Copyright: si veda nota a pag. 2

53 B-ISDN Reference Model Management Plane Control Plane User Plane Higher Layer Protocols Higher Layer Protocols ATM Adaption Layer ATM Layer Layer Management Physical Layer WAN - 53 Copyright: si veda nota a pag. 2

54 AAL 5 e SAR AAL: ATM Adaptation Layer SAR: Segmentation and Reassembly L3-PDU USER BITS 0 to 65,000 Bytes PAD Ctrl/Length CRC Bytes SEGMENTATION REASSEMBLY WAN - 54 Copyright: si veda nota a pag. 2

55 Esempio di una rete ATM Bridge / Router Private UNI Private UNI Private ATM Network Private NNI Public UNI Public UNI Public NNI Public UNI Bridge / Router Private UNI Private UNI Public ATM Network Public UNI Public UNI WAN - 55 Copyright: si veda nota a pag. 2

56 ATM LAN Emulation Workstation ATM SWITCH ATM BUS Apparato di accesso Server LES Apparato di accesso WAN - 56 Copyright: si veda nota a pag. 2

57 ATM LAN Emulation Workstation ATM A SWITCH ATM Apparato di accesso B Stazione Ethernet Higher Layer LLC LAN em AAL ATM PHY Signalling AAL ATM PHY Bridging LAN em AAL MAC ATM PHY PHY Higher Layer LLC MAC PHY Gli apparati di accesso operano come bridge WAN - 57 Copyright: si veda nota a pag. 2

58 IP over ATM: Modello Classico H1 vuole comunicare con H2 In fase iniziale H1 impara l indirizzo di A H1 invia un ARP-Request ad A con H2-IP A invia un ARP-Response con l indirizzo H2-ATM H1 richiede alla rete ATM la connessione con H2 IP Subnet A H1 ARP Server A R IP Subnet B ARP Server B H2 H3 WAN - 58 Copyright: si veda nota a pag. 2

59 IP over ATM: Modello Classico H1 vuole comunicare con H3 H1 invia un ARP-Request ad A con R-IP A invia un ARP-Response con l indirizzo R-ATM H1 richiede alla rete ATM la connessione con R e invia il pacchetto per H3 R invia un ARP-Request a B con H3-IP B invia un ARP-Response con l indirizzo H3-ATM R richiede alla rete ATM la connessione con H3 IP Subnet A H1 ARP Server A R IP Subnet B ARP Server B H2 H3 WAN - 59 Copyright: si veda nota a pag. 2

60 IP over ATM: Next Hop Resolution Protocol H1 vuole comunicare con H3 H1 invia un NHRP-Request ad A con H3-IP A la inoltra a B che gestisce quella sottorete B invia un NHRP-Response ad A, A ad H1, con H3-ATM Logical Address Group A H1 NHRP Server A Logical Address Group B NHRP Server B H2 H3 WAN - 60 Copyright: si veda nota a pag. 2

61 Conclusioni Il passato della trasmissione dati è: CDN X.25 Frame Relay ISDN Il presente della trasmissioni dati sarà: CDN Frame Relay ISDN (soprattutto come backup) ATM Il futuro saranno CDN o canali ottici come portanti interni alle reti in tecnologia SONET/SDH o ottica pura WAN - 61 Copyright: si veda nota a pag. 2