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GSM
Aree del gsm
- Ogni MSC ha sotto di se varie location areas, ossia le arree in cui gli utenti vengono localizzati. Queste sono dette MSC/VLR service areas.
- PLMN Service area: le aree di servizio degli operatori telefonici. (slides per grafico aree)
MSC - Mobile Switching Centre
- Alloca risorse e crea connessioni con i nodi (MS).
- GMSC (gateway msc) e' anche punto di partenza per la ricerca delle MS nella rete cellulare. I GMSC sono utilizzati per instradare le chiamate, le chiamate esterne sono instradate per prima cosa dal GSMC dell'operatore. -> GSMC = entry point.
HLR - Home Location Register
Memorizza le informazioni riguardanti riguardo agli utenti iscritti. Tra queste:
- IMSI: international mobile subscriber identity - utilizzato per instradare chiamate, e' interno alla rete, univoco e associato all'operatore. Questo perche' il numero di telefono e' portabile tra operatori, l'IMSI no.
- Codice sim card
L'HLR memorizza anche informazioni volatili:
- L'indirizzo del VLR presso cui l'utente puo' essere reperito (cambia quando l'area di servizio MSC/VLR cambia)
- Parametri temporanei per crittografia e identificazione
VLR - Visitor location Register
(vedi slides)
- TMSI: identificatore temporaneo (aggiornato ogni location update) che viene utilizzato al posto dell'IMSI per questioni di sicurezza (IMSI e' dato sensibile). Il TMSI viene mandato al terminale mobile crittografato, e memorizzato nella sim.
EIR - Equipment Identity Register
Registro di terminali utente, divisa in white list (terminali autorizzati), gray list (terminali sospetti / difettosi), black list (terminali rubati / non autorizzati).
AUC - Authentication center
Genera chiavi crittografiche per autenticare gli utenti.
OMC - Operation and Mantainance Center
Centro di controllo che gestisce tariffazione, traffico, carico, errori sulla rete. Effettua operazioni dinamiche di reallocazioni di celle (picchi di traffico), manutenzione del sistema.
Architettura del GSM (2G)
Gsm vuol dire essenzialmente voce. IMPORTANTE: Indirect Routing
4 parti:
- Terminali che si collegano via radio alle base stations (BTS)
- BTS che si collegano al relativo MSC
- MSC che si collega al relativo GMSC, e tramite questo si instrada nella rete pubblica. (slide 39: instradamento chiamate nel GSM)
GSM: handoff
MSC in comune
L'handoff e' il passaggio da una base station ad un'altra dovuto alla mobilita' dell'utente. La difficolta' dell'handoff sta nell'evitare la perdita di connessione, perche' si verifica in un contesto di connessione attiva (chiamata in corso).
Funzionamento:
- La vecchia BTS (base station) verifica la qualita' del segnale trasmesso all'utente. Se e' troppo bassa, inizia il processo di handoff. (vedi slide 41 per steps) Concetto importante: l'allocazione delle risorse sulla nuova base station avviene prima che l'utente riceva l'ordine di migrare. Questo permette alla migrazione effettuata con tutte le risorse allocate, di avere un tempo ~ms (nell'ordine dei millisecondi).
MSC differente
Caso piu' raro: nel passaggio da una cella all'altra si attraversano i confini dell'MSC, generando una catena di MSC:
- L'MSC originale fa da ancora (anchor). Nota: si mantiene il routing indiretto, vedi slide 42)
- Nuove MSC si aggiungono in catena all'anchor, mentre il terminale si sposta. Questo processo e' costoso ma molto raro. E' anche possibile ridurre la lunghezza della catena, per ottimizzare le risorse (escludendo un msc non utilizzato dalla catena).
Architettura dell'UMTS (3G)
Notevole e' la separazione della rete dati dalla rete voce, che permette l'instradamento dell'una all'internet pubblico, dell'altra alla rete telefonica pubblica. (vedi slides)
Termini chiave:
- UTRAN - Universal Terrestrial Radio Access Network: rete di accesso radio
- GPRS - General Packet radio network
(vedi slides)
Architettura dell'LTE (4G)
Lte sta per Long Term Evolution. Raccoglie sotto di se una serie di standard pensati per durare nel tempo. Importante e' il miglioramento tecnologico, mentre l'architettura della rete e' molto simile al 3G.
- Ancora piu' importante e' l'integrazione voce+dati all'interno di IP, rimuovendo quindi la separazione tipica del 3G.
- Serving gateway: si interfaccia con la rete di connessione all'utente. (vedi slide 45)
- Packet (data network) gateway: si interfaccia con l'internet pubblico.
- eNodeB: base station
- MME: Mobility management Entity
- HSS: Home Subscriber Server, che ha le funzionalita' di HLR
Nota: IP Bearer: sono tunnel portatori di pacchetti IP che connettono eNodeB - Packet Gateway con lo scopo di mantenere una certa qualita' di servizio alle diverse connessioni (dati/voce).
Parentesi: tunneling
Il tunneling e' costruire un pacchetto IP e inserirlo in un altro pacchetto IP. Questo per forzare il pacchetto interno ad attraversare dei tunnel. Raggiunta la destinazione forzata, il pacchetto IP esterno viene rimosso e il pacchetto e' inviato alla destinazione originale.
Nel caso dell'LTE, il tunnel viene costruito dall'eNodeB, che inserisce il pacchetto costruito dal terminale mobile. Tramite PDCP, il pacchetto viene inserito e mandato al PGW, che estrae il pacchetto e lo manda sulla rete pubblica.
QoS LTE
Due classi di servizio:
- GBR; max/min rate garantiti
- noGBR
12 valori di QCI, tra cui la voce ha priorita' molto alta, ma anche un alto PELR (packet error loss rate). Questo per dare priorita' al video/streaming. Il QCI con priorita' peggiore riguarda i protocolli TCP (www, email, ftp). (vedi slide 49)
Segnalazione, piano di controllo e architettura
Su varie architetture, principale argomento del corso. Fino ad ora trattata in ambito mobile, ora:
Segnalazione in Internet
E' principalmente fatta dai protocolli di routing, che vengono utilizzati come segnali.
- Soft state (se ne parlera')
- Segnalazione host-rete: IGMP
- SIP
- SDN: software defined networking (parentesi, molto in voga come nuova filosofia del piano di controllo in Internet).
Principi architetturali di Internet
(vedi slides per principi architetturali di internet, Clark '88, leggi articolo su moodle)
Punti chiave (per importanza): (completi su slides)
- Survivability (resistenza al guasto del singolo link/nodo, comunicazione garantita)
- Supporto a molteplici tipi di servizi
- Permettere gestione distribuita
All'inizio, l'efficenza della rete (in termini di costi) aveva bassissima priorita', come anche tariffazione e monitoraggio del traffico. Il problema della sicurezza non e' nemmeno considerato. Non c'era il bisogno di mettere la rete in sicurezza, essendo che non c'erano use cases illeciti.
Priorita' diverse portano ad architetture diverse. Motivo per cui lo stesso Clark nel 2013 ha riscritto l'articolo dove queste priorita' erano definite, dando maggiore priorita' a sicurezza, convenienza economica. E' importante pero' considerare che questa nuova visione non puo' essere attuata appieno, in quanto la rete e' stata costruita e non puo' essere ricostruita da zero.
Sopravvivenza
Continuare ad operare anche in caso di perdita di componenti della rete. Questo implica:
- Trasparenta del guasto interno ai nodi terminali
- fate sharing: la morte del nodo terminale e' l'unica evenienza in cui la rete non puo' consegnare il pacchetto.
Queste decisioni hanno portato a mantenere un solo stato, a livello di trasporto, nei nodi terminali. Questo elimina il problema gella gestione dell'inconsistenza dello stato.
Tipi di servizio
Una rete IP (datagram) difficilmente supporta diversi tipi di servizio: per questo TCP e UDP astraggono il datagram, che diventa un comune denominatore su cui servizi diversi possono essere costruiti. La differenziazione del servizio a livello rete IP fu considerata (IP ha il campo ToS) ma mai adottata su larga scala.
Varieta' di reti integrate
IP ha avuto un grande successo perche' ha requisiti minimali, approccio best-effort, riesce a integrarsi su varie tecnologie (ARPANET, X.25, etc). La situazione e' quindi IP che gestisce una varieta' di protocolli superiori (TCP e UDP) ed e' integrato in diversi protocolli Link layer (ethernet, satellite, etc). (vedi slide 156 per diagramma hourglass (clessidra) di IP)
Altri obbiettivi
- Efficienza era obbiettivo secondario, anche ora non si tende ad ottimizzare la rete per prestazioni. Si preferisce aumentare la capacita' e la potenza.
- Basso costo per attaccare un nuovo host nella rete: non e' mai stato un punto di forza, specialmente rispetto alla connessione telefonica.
- Tariffazione: complicato se non impossibile, monitoring e' complesso e non fattibile nel caso di cifrature.