1. Fondamenti sulle reti di telecomunicazioni 1.1 Servizi e reti di telecomunicazioni Giacomo Morabito Dipartimento di Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni Università di Catania http://www.diit.unict.it/users/gmorabi 1
1.1.1 - Servizi di telecomunicazioni Definizione: Un servizio di telecomunicazioni è un insieme di procedure che rendono possibile trasportare e utilizzare a distanza informazioni Conoscere le esigenze del cliente per fornire un servizio su misura: migliorare ulteriormente non implica la disponibilità del cliente a pagare ulteriormente Le esigenze dipendono dalle tipologie di informazione coinvolte nel servizio 2
Tipologie di informazione Esistono una gran quantità di tipologie di informazione Tuttavia una classificazione di base: Audio: Tutto ciò che viene utilizzato dall orecchio Video: Tutto ciò che viene utilizzato dall occhio Dati: Tutte le altre In base ai tipi di informazione coinvolti in un servizio distinguiamo: Servizi monomediali: Coinvolgono una solo tipologia di informazioni Servizi multimediali: Coinvolgono più tipologie di informazioni Attenzione a non confondere. Esempio: Televisione 3
Caratterizzazione delle comunicazioni Un servizio di telecomunicazioni è anche caratterizzato da tre proprietà: Configurazione Punto-punto (unicast): Il servizio si svolge tra soli due utenti Multipunto (multicast): Il servizio si svolge tra più di due utenti Diffusivo (broadcast): L informazione è disponibile a tutti gli utenti della rete Direzione Unidirezionale: un solo flusso informativo da una sorgente a/agli utilizzatore/i Bidirezionale: ogni utente è sorgente e utilizzatore di informazione Simmetrico: i parametri di tutte le sorgenti sono uguali, e.g., chiamata telefonica Asimmetrico: i parametri sono diversi, e.g., accesso al web Inizializzazione Su base chiamata: Ogni volta che il servizio viene utilizzato, ci sono tre fasi: Richiesta del servizio Utilizzazione delle risorse necessarie al servizio Rilascio delle risorse occupate dal servizio Su base contratto: Il servizio è (quasi) sempre disponibile all utente 4
Tassonomia dei servizi di telecomunicazione (1/2) Tassonomia definita dall International Telecommunication Union (ITU) Servizi di telecomunicazioni Servizi interattivi Servizi distributivi Servizi di conversazione Servizi di messagistica Servizi di consultazione Con controllo di presentazione Senza controllo di presentazione 5
Tassonomia dei servizi di telecomunicazione (2/2) Servizi interattivi: interazione tra sorgenti e utilizzatori dell informazione Servizi di conversazione: interazione in tempo reale (e.g., chiamata telefonica) Servizi di messagistica: interazione in differita Necessità di unità di memoria (e.g., email) Servizi di consultazione: interazione tra utente e un centro servizi (content provider), l utente regola il trasferimento di informazione (e.g., web) Servizi distributivi: comportamento della sorgente indipendente dall utilizzatore Con controllo di presentazione: gli utenti possono controllare l ordine di presentazione delle informazioni ricevute (e.g., Televideo) Senza controllo di presentazione: gli utenti non possono controllare l ordine di presentazione delle informazioni ricevute (e.g., TV) 6
Caratteristiche dei servizi di telecomunicazioni Tipo di servizio Configurazione Direzione Inizializz. Puntopunto Multi punto Diff. Bidir. Simm. Bidir. Asim. Unidir. Chiam. Contr. Interattivo conversazionale Interattivo di messagistica Interattivo di consultazione Distributivo con controllo di pres. Distributivo senza controllo di pres. 7
Caratterizzazione delle sorgenti di informazione Possiamo distinguere due classi di sorgenti di informazione in base all andamento temporale della frequenza di cifra r(t): Costant bit rate (CBR): generano informazione con una frequenza di cifra costante. La funzione r(t) assume valori costanti. Variable bit rate (VBR): generano informazione con una frequenza di cifra variabile. La funzione r(t) varia nel tempo. r(t) r(t) VBR t t 8
Parametri caratterizzanti una sorgente VBR Frequenza di picco (peak bit rate): P Frequenza media (mean bit rate): A Burstiness (intermittenza): B = P/A r(t) P A B = P/A = 2 t 9
Frequenza di bit media di alcuni servizi di telecomunicazione Classe di servizi Bassa velocità Media velocità Alta velocità 0.0001 0.001 0.005 0.1 0.001-0.1 0.1 1 0.1 1 0.1 10 1 5 10 50 Frequenza media (Mbps) 10 1000 Servizio Telemetria/POS Voce Dati/Immagini Suono alta fedeltà Videoconferenza Dati/Immagini TV compresso TV non compresso Dati/Immagini 10
Burstiness e frequenza di picco di alcuni servizi di telecomunicazione Burstiness, B 1 1e-1 1e-2 Dati Terminale Host Voce Videoconf. Videotel. Realtime video Video realtime ad alta definizione 1e-3 Audio 1e3 1e5 1e7 1e9 Frequenza di picco, P (bps) 11
Requisiti dei servizi di telecomunicazione Parametri di caratterizzazione dei requisiti: Probabilità di blocco: probabilità che la richiesta di un servizio venga rifiutata dall operatore Tempo di ritardo: il tempo che la rete impiega a trasportare le informazioni. Indici: (valore medio, varianza, distribuzione di probabilità, ecc.). Importante jitter. Velocità media: velocità media di cifra con cui la rete trasporta le informazioni Probabilità di perdita/errore: quota parte dei bit emessi dalla sorgente che non arrivano o arrivano sbagliati alla destinazione 12
Esempi di requisiti di servizi di telecomunicazioni Paramtro Telefonia Dati interattivi E-mail Video-ondemand Probabilità di blocco < 1% 0 0 0 Ritardo (medio) < 500 ms O(1 s) O(1 min) O(1 s) Velocità media 64 kbps 9.6 64 kbps O(1 bps) O(Mbps) Probabilità di perdita/errore O(1%) 0 0 O(1%) 13
1.1.2 Reti di Telecomunicazioni Definizione: Una rete di telecomunicazioni è l insieme degli apparati e dispositivi di rete atti al trasferimento di informazioni necessarie alla realizzazione di un servizio di telecomunicazioni Una rete di telecomunicazioni è caratterizzata da: Topologia Estensione 14
Topologia della rete (1/2) Una rete può essere rappresentata tramite un grafo costituito da nodi e rami. Nodo: un nodo è un punto di emissione, destinazione, o smistamento delle unità informative verso le rispettive destinazioni Ramo: il sistema trasmissivo che consente il trasporto di informazioni da nodo a nodo Il trasporto di informazioni supportato da un ramo può essere: Simplex (o unidirezionale): il trasporto delle informazioni avviene sempre lungo la stessa direzione. Half-duplex (o bidirezionale alternato): il trasporto delle informazioni può avvenire in entrambe le direzioni ma in momenti diversi. Full-duplex (o bidirezionale contemporaneo): il trasporto delle informazioni può avvenire in entrambe le direzioni contemporaneamente. 15
Topologia della rete (2/2) Maglia Albero Anello Stella Bus 16
Costo delle diverse topologie Parametri: N: numero di nodi della rete C: fattore costo α: costo unitario di un ramo E: numero di rami β: costo degli apparati 17
18 Sistemi e apparati di rete Cap. 1.1 - GM 2007 Topologia a maglia Maglia completa Caso generico: 1 min = L ( ) 2 1 2 = = = N N N E C α α α ( ) 2 1 N N E N 1 L min
Topologia ad albero Fattore costo della rete C = α E = α N ( 1) Inferiore rispetto alle reti con topologia a maglia Più nodi devono essere attraversati: L min Raramente utilizzata 1 19
Topologia ad anello Fattore di costo: C = α E = α N Due percorsi alternativi tra ogni coppia di nodi Aumenta la robustezza ai malfunzionamenti La distanza minima tra due nodi qualunque è 1 Lmin Molto usata nella realtà N 2 20
Topologia a stella Costo: C = α N + Distanza tra due nodi: β node L = 2 21
Topologia a bus Costo: C = α N + Distanza tra due nodi: β bus L = 2 22
Tassonomia delle reti in base all estensione (1/2) Reti geografiche (Wide Area Networks, WAN) Distanze: centinaia di chilometri Esempi: reti satellitari, dorsali ATM, dorsali ottiche Reti metropolitane (Metropolitan Area Networks, MAN) Distanze: dell ordine di qualche chilometro Esempi: Wireless Mesh Networks, IEEE 802.16 Reti locali (Local Area Networks, LAN) Distanze: dell ordine dei 100 m Esempi: Ethernet, IEEE 802.11 Reti personali (Personal Area Networks, PAN) Distanze: dell ordine dei 10 m Esempi: Bluetooth 23
Tassonomia delle reti in base all estensione (2/2) 1e10 Frequenza di cifra (bps) 1e9 1e8 1e7 1e6 1e5 1e4 1e3 Bluetooth Ethernet IEEE 802.11 ADSL Connessione via modem ATM Reti satellitari 1 1e1 1e2 1e3 1e4 1e5 1e6 1e7 1e8 1e9 Estensione (m) 24
Schema generale di una rete Rete di trasporto Rete di accesso 25