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1: Introduzione 16
La Core Network
Maglia di router interconnessiDomanda fondamentale: come vengono trasferiti i dati attraverso la rete?
o Commutazione di circuito:circuito dedicato ad ogni chiamata: rete telefonica
o Commutazione di pacchetto: i dati sono spediti attraverso la rete in quantità discrete chiamate pacchetti
1: Introduzione 17
La Core Network: commutazione di circuitoRisorse riservate per una
chiamata “End-end”Larghezza di banda dei canali, capacità dei commutatoriRisorse dedicate: nessuna condivisionePrestazioni garantiteRichiesta fase di stabilimento di chiamata e prenotazione risorse
1: Introduzione 18
La Core Network: commutazione di CircuitoRisorse di rete (e.g.,
larghezza di banda) divise in “pezzi”pezzi allocati a chiamatePezzi di risorse sono idle(inattivi) se non in uso da parte della chiamata (non si condividono)Divisione della larghezza di banda di un canale in “pezzi”
o Divisione di frequenzao Divisione di tempo
Divisione della larghezza di banda di un canale in “pezzi”o Divisione di
frequenza (FDMA)o Divisione di tempo
(TDMA)
1: Introduzione 19
Commutazione di circuito: FDMA e TDMAFDMA
frequenza
tempoTDMA
frequenza
tempo
4 utentiEsempio:
1: Introduzione 20
La Core Network: commutazione di PacchettoOgni flusso dati end-end diviso in
pacchettiI pacchetti degli utenti A e B condividono risorse di reteOgni pacchetto usa tutta la larghezza di banda del canaleRisorse usate quando sono necessarie
Contesa delle risorse:La richiesta aggregata di risorse può eccedere l’ammontare disponibilecongestione: I pacchetti si accodano ed attendono l’uso del canalestore and forward: pacchetti ricevuti interamente prima di essere spediti
Divisione della larghezza di banda in “pezzi”
Allocazione DedicataPrenotazione di risorse
1: Introduzione 21
La core Network: commutazione di pacchetto
Commutazione di pacchetto vs commutazione di circuito: analogia esseri umani ristoranteDomanda: Altre analogie umane?
A
B
C10 MbsEthernet
1.5 Mbs
45 Mbs
D E
statistical multiplexing
Coda di pacchetti in attesa del canale
di uscita
1: Introduzione 22
La core Network: commutazione di pacchetto Commutazione di pacchetto:
store and forwardUn messaggio viene diviso in parti più piccole chiamate pacchettiStore-and-forward: il commutatore attende fino a quando il pacchetto è stato ricevuto interamente, in seguito lo instrada al prossimoDomanda: che succede se si spedisce il messaggio senza suddividerlo?
Canali a 1.5 Mbs, messaggio 7.5Mb
1: Introduzione 23
Commutazione di pacchetto vscommutazione di circuito
Canale ad 1 MbitOgni utente:
o 100Kbps quando “attivo”o attivo 10% del tempo
Commutazione di circuito:
o 10 utentiCommutazione di pacchetto:
o con 35 utenti, probabilità > 10 attivi minore di 0.0004
La commutazione di pacchetto permette a più utenti di usare la rete!
N utenticanale 1 Mbps
1: Introduzione 24
Commutazione di pacchetto vscommutazione di circuito
Molto efficiente per dati “bursty”o Condivisione di risorseo Senza fase di chiamata
Congestione eccessiva: ritardo e perdite di pacchettio protocolli necessari per trasferimento dati
affidabile, controllo di congestione
La commutazione di pacchetto è l’ideale?
1: Introduzione 25
Reti a commutazione di pacchetto: routing
Obiettivo: spostare pacchetti tra router, dal host sorgente all’ host destinatario
o Vedremo nel dettaglio gli algoritmiReti datagram:
o L’indirizzo destinazione determina il prossimo passoo Le strade (route) possono variare durante le sessioni o analogia: guidare, richiesta di direzioneo I router NON mantengono informazioni sullo stato delle
connessioni Reti a circuiti virtuali:
o Ogni pacchetto contiene un identificativo del circuito virtuale (tag), il tag determina il prossimo passo
o Il cammino dalla sorgente alla destinazione è fisso e determinato durante la fase di chiamata; non cambia durante le sessioni
o I router mantengono informazioni sullo stato di ogni connessione
1: Introduzione 26
Reti di accesso e mezzi trasmissiviDomanda: come si connettono gli
host agli edge router?Reti di accesso residenziale (da casa)Reti di accesso istituzionali (scuole, università, aziende)Reti di accesso mobili
Caratteristiche: Larghezza di banda (bit al secondo) delle reti di accessoCondivise o dedicate?
1: Introduzione 27
Accesso Residenziale: accesso point to point
Connessione telefonica via modemo Fino a 56Kbps di accesso diretto ad
un router (in teoria)ISDN: integrated services digitalnetwork: connessione completamente digitale a 128Kbps verso un routerADSL: asymmetric digital subscriberline
o Fino a 1 Mbps casa-routero Fino a 8 Mbps router-casao Diffusione ADSL: in corso
1: Introduzione 28
Accesso Residenziale: cable modems
HFC: hybrid fiber coaxo asimmetrico: fino a 10Mbps router-casa, 1
Mbps casa-routerrete di cavi and fibre connettono abitazioni ai router di ISPo Accesso condiviso tra le abitazioni al routero problemi: congestione, dimensionamento
diffusione: disponibile, in USA, dalle compagnie di TV via cavo
1: Introduzione 29
Accesso Istituzionale: local area networksLa local area network (LAN) di aziende, università, connette host ad un edge routerEthernet:
o Cavo condiviso o dedicato connette gli host ed il router
o 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet
diffusione: istituzioni, LAN casalinghe, attualeLAN: forse vedremo Ethernet
1: Introduzione 30
Reti di accesso Wireless
Una rete condivisa di accesso wirelessconnette host a routerwireless LAN:
o Spettro radio sostituisce il cavo
o e.g., Lucent Wavelan 11 Mbps
Accessi wireless in area geografica
o CDPD: accesso wireless al router di un ISP attraverso la rete cellulare
stazionebase
hostmobili
router
1: Introduzione 31
Reti residenzialiComponenti tipiche:
Modem ADSL o per cavorouter/firewallEthernetPunto di accesso wireless
Punto di accesso
wireless
portatilewireless
router/firewall
cablemodem
da / versocable
headend
Ethernet
1: Introduzione 32
Mezzi trasmissivi
Canali fisici: bit di dati trasmessi si propagano lungo il canaleMezzi ad onde guidate:
o segnali si propagano in mezzi solidi: rame, fibra
Mezzi ad onde non guidate:
o Segnali si propagano liberamente, e.g., radio
Twisted Pair (TP)Due cavi di rame isolati ed intrecciati
o Categoria 3: doppino telefonico, 10 Mbps Ethernet
o Categoria 5 TP: 100Mbps Ethernet
1: Introduzione 33
Mezzi trasmissivi: cavi coassiali, fibra
Cavo coassiale:Conduttore rame (portante segnale)Strato di plastica isola il conduttore da uno schermo di metallo intrecciato (per bloccare interferenze esterne)bi-direzionaleUso tipico per 10Mbs Ethernet
Cavo in fibra ottica:Fibra di vetro che trasporta impulsi otticiOperazioni ad alta velocità:
o 100Mbps Etherneto Alta velocità di
trasmissione punto-punto (e.g., 5 Gps)
Bassa probabilità di errore
1: Introduzione 34
Mezzi trasmissivi: radio
Segnale trasportato nello spettro elettromagneticoNessun cavo fisicobi-direzionaleEffetti dell’ambiente sulla propagazione:
o riflessione o ostruzione (oggetti
ostacolo)o interferenza
Tipi di canali radio:microonde
o e.g. fino a 45 MbpsLAN (e.g., WaveLAN)
o 2Mbps, 11MbpsArea geografica (e.g., cellulare)
o e.g. CDPD, 10 Kbpssatellite
o fino a 50Mbps
1: Introduzione 35
Ritardi nelle reti a commutazione di pacchettoI pacchetti avvertono un
ritardo sul cammino sorgente-destinazionequattro sorgenti di ritardo ad ogni hop (routervisitato)
Elaborazione del router: o Controllo dei bit di erroreo Determinazione del canale
di uscitaaccodamento
o Tempo d’attesa al canale di uscita per la trasmissione
o Dipende dal livello di congestione del router
A
B
propagazione
trasmissione
elaborazionedel router accodamento
1: Introduzione 36
Ritardi nelle reti a commutazione di pacchettoRitardo di Trasmissione:
R=larghezza di banda del canale (bps)L=lunghezza del pacchetto (bits)Tempo per spedire i bit lungo il canale = L/R
Ritardo di Propagazione:d = lunghezza del canale fisico (m)s = velocità di propagazione nel mezzo (~2x108 m/sec)Ritardo di propagazione = d/s
A
B
propagazione
trasmissione
elaborazionedel router accodamento
Nota: s ed R sono quantità MOLTO diverse!
1: Introduzione 37
Ritardo di accodamento
R=larghezza di banda del canale (bps)L=lunghezza del pacchetto (bits)a=velocità media di arrivo di pacchetti
intensità di traffico = L a / R
L a / R ~ 0: ritardo medio di accodamento piccoloL a / R -> 1: ritardo medio di accodamento diventa grandeL a / R > 1: il “lavoro” che arriva è più di quello che può essere svolto, il ritardo medio diventa infinito!