Elementi di Reti per Telecomunicazioni

Elementi di Reti per Telecomunicazioni (Parte I) Corso di Telecomunicazioni Anno Accademico 2004/2005

Contenuti Introduzione ai sistemi di TLC. Definizione e struttura dei modelli funzionali in reti di sistemi di TLC. Funzioni di un processo di Comunicazione. Stratificazione ed elementi Architetturali di reti di sistemi di TLC. Livelli di astrazione ed archittetura a strati (Pila ISO/OSI). Interconnessione di sistemi di trattamento dell informazione.

Introduzione Flusso di Dati Comunicazione: trasferimento dell informazione da sorgente a destinatario in maniera sicura. Potenza dell informazione: essa deve essere essere disponibile dove e quando l utente desidera.

Modelli Funzionali Per la comunicazione tra due o più parti è necessario: a.) assicurare il rispetto di opportune regole procedurali nel trasferimento dell informazione e negli adempimenti richiesti per la sua utilizzazione; b.) mettere in atto provvedimenti protettivi per fronteggiare impedimenti di varia natura (ad es. disturbi trasmissivi, errori procedurali, guasti di apparecchiature, diversità di linguaggi, etc.) che potrebbero compromettere lo scambio di informazione. E quindi necessaria una descrizione astratta delle modalità di comunicazione tra due o più parti in posizioni tra loro remote e attraverso un infrastruttura di rete.

Definizione dei Modelli Funzionali Definizione di: 1.) oggetti utilizzati per descrivere il processo di comunicazione; 2.) relazioni generali tra questi oggetti; 3.) vincoli generali tra questi tipi di oggetti e di relazioni. Definizione dell architettura della comunicazione, incluse: 1.) funzioni da svolgere per consentire le comunicazioni; 2.) modalità organizzative per permetterne uno svolgimento coordinato. Descrizione dettagliata dei protocolli di comunicazione che consista nella specificazione delle procedure operative che debbono essere seguite per ognuna delle interazioni tra le parti in gioco nell architettura della comunicazione.

Protocolli Elementi caratterizzanti un protocollo sono: temporizzazione: sequenze temporali di emissione dei comandi e delle risposte; sintassi: struttura dei comandi e delle risposte; semantica: insieme dei comandi, delle azioni conseguenti e delle risposte attribuibili alle parti. L architettura di un sistema di telecomunicazione viene identificata con il nome di Stack Protocollare

Funzioni di un processo di Comunicazione Funzioni orientate al trasferimento: - Connessione fisica; - Trasmissione; - Controllo d'errore trasmissivo; - Multiplazione e commutazione; - Controllo di flusso; - Controllo della qualità di servizio. Funzioni orientate all utilizzazione: - Gestione del dialogo; - Adattamento sintattico; - Adempimenti semantici. Dove i termini trasferimento e utilizzazione hanno come oggetto comune l informazione da scambiare nel corso del processo

Gerarchizzazione di Funzioni Dati 3 sottoinsiemi di funzioni A, B e C appartenenti ad un insieme generico I, essi si dicono in ordine gerarchico crescente se: lo svolgimento di B presuppone la preventiva esecuzione di A; l unione di A e di B costituisce il presupposto per l esecuzione di C. Se i sottoinsiemi di funzioni A, B e C sono in ordine gerarchico crescente: il sottoinsieme B offre un servizio a C e, per questo scopo, opera in modo da aggiungere valore al servizio che gli è offerto da A; il servizio offerto a C si presenta quindi con caratteristiche arricchite rispetto a quello offerto a B. Il raggruppamento Funzioni simili per logica e per tecnologia realizzativa sono raggruppate in sottoinsiemi funzionali omogenei.

Stratificazione (1/2) Nelle architetture a strati l insieme I delle funzioni è suddiviso in sottoinsiemi funzionali, secondo il criterio del raggruppamento, operanti in un ordine gerarchico. In quest'ordine ogni sottoinsieme funzionale è identificato da un numero crescente al crescere del livello gerarchico. Inoltre l insieme I è suddiviso e organizzato in modo che ciascun sottoinsieme funzionale possa: - interagire solo con i sottoinsiemi gerarchicamente adiacenti; - comportarsi nei confronti di questi secondo il principio del valore aggiunto; - svolgere le sue funzioni con modalità indipendenti dagli analoghi svolgimenti negli altri sottoinsiemi.

Stratificazione (2/2) Nelle architetture a strati quindi ogni sottoinsieme funzionale: - riceve servizio dal sottoinsieme che gli è immediatamente inferiore nell ordine gerarchico; - arricchisce questo servizio con il valore derivante dallo svolgimento delle proprie funzioni; - offre il nuovo servizio a valore aggiunto al sottoinsieme che gli è immediatamente superiore nell ordine gerarchico. Un processo di comunicazione è quindi frazionato in un insieme di problemi più semplici, ognuno dei quali si riferisce ad un particolare sottoinsieme.

Elementi Architetturali sistema A sistema B sistema C sistema D applicazione connessione mezzi di trasmissione I sistemi sono capaci di effettuare trattamento e/o trasferimento di informazione in vista di specifiche applicazioni. Le applicazioni svolgono il trattamento dell'informazione. I mezzi trasmissivi rappresentano la struttura fisica di interconnessione tra i sistemi

Livelli di astrazione I sistemi di comunicazione sono organizzati in strati (layer), ciascuno dei quali svolge un set di funzioni per comunicare con altri sistemi. Entità: gruppi di funzioni appartenenti al medesimo strato. Protocolli: regole attraverso cui le entità di sistemi diversi, ma appartenenti allo stesso strato, comunicano tra loro. Sistema A Sistema B Layer n+1 Entità n+1 Entità n+1 Layer n+1 Layer n Entità n Entità n Layer n Layer n-1 Entità n-1 Protocollo Entità n-1 Layer n-1

Sottosistemi e Strati Sottosistemi: ogni sistema è visto come logicamente composto da una successione ordinata di sottosistemi, ad ognuno dei quali è associato un sottoinsieme funzionale. Ogni sottosistema interagisce solo con i sottosistemi di rango immediatamente superiore e immediatamente inferiore. Ad ogni sottosistema è associato un rango, che è pari al numero del sottoinsieme funzionale corrispondente nell organizzazione gerarchica dell insieme I. Strati: uno strato è l unione di tutti i sottosistemi omologhi, ovvero di ugual rango, appartenenti a sistemi interconnessi. Ciascuno strato presenta un operatività che è indipendente da quella degli altri strati dell architettura.

Service Access Point Sistema A Sistema B (N)-SAP (N)-strato (N-1)-SAP (N)-entita' (N-1)-entita' (N+1)-(N)-interfaccia (N)-protocollo (N)-entita' (N-1)-SAP (N)-SAP (N-1)-entita' (N+1)-servizio (N)-servizio (N)-SAP (Service Access Point): è l interfaccia logica tra una (N)-entità e una (N+1)- entità. Può essere servito da una sola (N)-entità ed essere utilizzato da una sola (N+1)-entità; tuttavia una (N)-entità può servire vari (N)-SAP ed una (N+1)-entità può utilizzare vari (N)-SAP. (N)-protocollo: insieme di regole che riguardano l (N)-strato e che governano l interazione tra (N)-entità alla pari. Per ogni strato dell architettura sono quindi definiti uno o più protocolli, che sono specifici per quello strato.

Layer n+1 Architettura a strati Sistema A Sistema B Entità n+1 Entità n+1 Layer n+1 Layer n Entità n Entità n Layer n Layer n-1 Entità n-1 Protocollo Entità n-1 Layer n-1 Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Network Network Data Link Data Link Physical Physical

Pila ISO-OSI Application Presentation Session Organizzano e presentano i dati in maniera user-friendly per l utente finale Transport Network Data Link Physical Si occupa di come instradare i messaggi sulla rete Si interfacciano direttamente con il mezzo trasmissivo.

Strato Fisico Ha lo scopo di rendere invisibile allo strato superiore il tipo di mezzo trasmissivo utilizzato. Fornisce i mezzi meccanici, elettrici, funzionali e procedurali per attivare, mantenere, disattivare le connessioni fisiche. Effettua il trasferimento fisico delle cifre binarie scambiate dalle entità collegate. La definizione del protocollo di strato fisico include la definizione dei livelli dei segnali. Forme d'onda impiegate per la trasmissione e formati di modulazione. Temporizzazione. Recupero del sincronismo.

Strato di Collegamento Fornisce i mezzi funzionali e procedurali per il trasferimento delle unità di dati tra entità di rete. Fornisce i mezzi funzionali e procedurali per: - sincronizzazione; - controllo degli errori (detection & recovery); - controllo del flusso informativo; - suddivisione del flusso informativo proveniente dallo strato superiore (strato di rete) su più canali fisici.

Strato di Rete Fornisce i mezzi per instaurare, mantenere ed abbattere le connessioni di rete tra le entità dello strato di trasporto e per trasferire le unità di dati tra dette entità. Risolve tutti i problemi relativi a: - accesso dei sistemi terminali alla rete di comunicazione; - instradamento; - tariffazione; - controllo della congestione; - utilizzazione di eventuali reti di transito. Rende invisibile allo strato di trasporto il modo in cui sono utilizzate le risorse di rete. Le funzioni messe a disposizione da questo strato includono - indirizzamento; - identificazione dei nodi terminali; - selezione del singolo servizio richiesto; - controllo del flusso delle unità di dati.

Strato di Trasporto Fornisce alle entità di sessione una connessione di trasporto intesa come risorsa virtuale per il trasferimento delle unità di dati. Il trasferimento risulta: - ottimizzato rispetto all'uso del servizio di rete; - trasparente; - indipendente dalle operazioni di instradamento delle unità di dati e di commutazione; - con una qualità del servizio possibilmente costante e pari a quella richiesta nel momento in cui la connessione di trasporto viene instaurata. Le funzioni dello strato di trasporto sono organizzate in classi di servizio caratterizzate da indici di qualità come: - capacità; - ritardo di trasferimento; - tasso d'errore residuo; - disponibilità della connessione.

Strato di Sessione La sessione è una connessione che consente a due unità di presentazione di colloquiare provvedendo alla strutturazione e alla sincronizzazione dello scambio dati in modo da poterlo sospendere, riprendere e terminare in modo ordinato. Una connessione di sessione è sempre in corrispondenza con una connessione tra applicazioni e quindi non gestisce funzioni di multiplazione o di suddivisione che sono invece realizzate dagli strati sottostanti. Il colloquio tra due entità di presentazione è strutturato in attività: - definite in base alle finalità dello scambio informativo; - si articolano in unità di colloqui.

Strato di Presentazione Lo strato di presentazione consente il colloquio tra due entità di applicazione facendosi carico dei problemi di trasformazione della sintassi dei dati ma preservandone il significato. Pertanto esso: Provvede alla strutturazione, sincronizzazione e gestione del dialogo tra entità di applicazione. Risolve problemi di compatibilità rispetto alla rappresentazione dei dati da trasferire. A tale scopo può fornire allo strato superiore anche funzioni di: - codifica di sorgente (compressione dei dati); - cifratura.

Strato di Applicazione Include tutte le funzioni utilizzate nelle comunicazioni tra sistemi non espletate dagli strati inferiori tra cui: - instaurazione di connessioni tra processi applicativi e loro identificazione; - verifica delle risorse necessarie alla comunicazione; - determinazione della qualità del servizio richiesta; - determinazione della sintassi di trasferimento; - trasferimento delle informazioni; - abbattimento delle connessioni.

Sistemi Interconnessi Sistema terminale: è origine o destinazione finale delle informazioni. Comprende, di norma, tutti i ranghi dell architettura. Sistema intermedio: provvede alla concatenazione di varie tratte di connessione fisica, in modo da assicurare la connettività tra due o più sistemi terminali. Comprende di norma solo un sottoinsieme dei ranghi dell architettura. Ogni sistema comprende una successione ordinata di sottosistemi, con rango che va dal valore più basso della gerarchia ad un valore massimo, che non è necessariamente quello più elevato dell architettura

Sistema Intermedio Il numero di sottosistemi in un sistema intermedio è solitamente inferiore a quello di un sistema terminale. Il numero di sottosistemi inclusi in un sistema intermedio dipende quindi dalla scelta architetturali di quale sia lo strato in cui svolgere la funzione di rilegamento. Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Stack protocollare Network Network Data Link Data Link Physical Physical Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical

Ruolo dei Sistemi Un sistema terminale può essere: -emittente, ovvero il sistema è origine di informazioni; -ricevente, ovvero il sistema è destinazione di informazioni. Un sistema intermedio svolge le funzioni di sistema: -emittente e ricevente sempre e contemporaneamente. Il ruolo è di ricevente in relazione al flusso di informazione entrante e di emittente in relazione al flusso uscente. Indipendentemente dal loro ruolo, i sistemi (terminali o intermedi) hanno il compito di trattare l informazione loro consegnata. Il trattamento nei sistemi terminali ha lo scopo di trasferire e utilizzare l informazione, mentre quello nei sistemi intermedi riguarda solo aspetti di trasferimento.