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Rete telefonica
Rete telefonica intelligente
La rete telefonica digitale offre vari servizi aggiuntivi alla semplice rete analogica. (vedi slides) Questo e' stato possibile grazie alla creazione di una rete di controllo separata dalla rete di trasporto dati (voce in questo caso).
- Data plane: trasporto voce a commutazione di circuito
- Control plane: rete separata (segnalazione out-of-band) a commutazione di pacchetto dedicata a messaggi di controllo, che forma il sistema di segnalazione numero 7 (SS7). Questo e' utilizzato sia dalla rete telefonica analogica sia da quella cellulare. Gli elementi di controllo (nodi) della rete di controllo sono ridondanti, perche' un guasto della rete di controllo e' molto piu' grave di un guasto del Data Plane.
segnalazione out-of-band (SS7)
Vantaggi:
- maggiore velocita'
- segnalazione possibile in qualunque momento (non solo all'inizio / fine della connessione)
- le segnalazioni sono possibili tra qualunque coppia di commutatori
- sicurezza: gli utenti non hanno accesso al Control plane. Prima di questa separazione, avvenivano fenomeni di phreaking (anni 70-80), che facevano hijacking dei messaggi di controllo tra nodi a piacere (anche a lunga distanza, molto costose). (vedi: episodio blue boxes)
- commutazione di pacchetto (a differenza del Data plane) che ha un suo stack di protocolli (diversi da quelli di Internet). E' uno standard internazionale che permette di avere un'ottima interoperabilita'. (vedi slides per acronimi)
Acronimi (non importanti ai fini dell'esame)
- SSP (signaling switching point): Nodi vicini all'utente finale, inviano e ricevono messaggi di segnalazione (basso carico)
- SCP (signaling control point): Nodi che contengono l'intelligenza della rete di controllo. Quindi l'accesso agli SCP avviene solo quando il servizio non e' una semplice chiamata, ma un servizio aggiuntivo (numero verde...) (vedi slides)
- STP (signaling transfer point): si occupano del routing di messaggi.
(vedi slides per esempio di procedura di chiamata)
ATM
Architettura standard ad alta velocita' (fino a 622Mbps, anche oltre). B-ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network). Questo e' entrato in concorrenza con TCP/IP, che poi si e' evoluto nel diventare Internet globale (deprecando ATM definitivamente). Era orientata al transporto end-to-end integrato di voce, dati e video.
Caratteristiche
- Circuiti virtuali permanenti, fissi o dinamici (allocati a richiesta).
- Commutazione di pacchetto a velocita' fissa, detti "celle" (53 bytes), sui circuiti virtuali.
- Rispetto dei requisiti di QoS di voce, video (in contrasto con il best effort di Internet). Negli anni '90 la QoS era un argomento molto trattato, soprattutto perche' Internet non aveva ancora le capacita' odierne.
Circuiti virtuali (VC)
Caratteristiche:
- Instaurazione / Terminazione della connessione prima e dopo il flusso dati (costoso)
- Ogni cella contiene l'identificativo del VC (che non e' l'id della destinazione, come e' IP) che cambiano da circuito a circuito (complesso)
- Ogni switch sul percorso sorgente-destinazione deve mantenere uno stato per ogni connessione attiva.
- Risorse di link / switch possono essere allocate a un VC, per ottenere prestazioni simili a un circuito.
Permanent VCs
Connessioni a lunga durata e canali permanenti tra due endpoint.
Switched VCs (VC commutati)
(vedi slides)
Celle
Ogni cella e' composta di 53 Bytes:
- 5 di controllo
- 48 di dati
Il motivo e' la cancellazione dell'eco (soprattutto negli USA dove le distanze erano maggiori).
VC Forwarding table
L'instradamento avviene usando gli ID dei VC, che in una forwarding table viene memorizzato e associato a un link (e un circuito) in uscita. (vedi slides)
Segnalazione ATM (Stateful)
Con la connessione era necessario effettuare numerose segnalazioni, che permettevano:
- punto-punto e multicast (punto-multipunto) (multicast su IP non e' possibile)
- requisiti di banda simm/asimm
- QoS
- Controllo e recupero degli errori
Le segnalazioni di ATM sono dette hard-state, cioe' gestita da timers (10 lato utente, 10 lato rete) tutti atti a mantenere e controllare lo stato della connessione. Lo stato e' la forwarding table dei router, che e' necessaria a far transitare i pacchetti da un nodo all'altro. Lo stato riguarda anche le regole di QoS.
Problematiche
- La rottura di un link su ATM richiede la riscrittura di tutte le forwarding tables dei link del circuito.
- Crash di un nodo utente (mittente, destinatario) durante la connessione, quindi senza che la rete se ne accorga. Con un circuito virtuale, le risorse sono attive (sprecate).
Reti Cellulari (wireless)
Richiami sulle reti wireless
Punti chiave:
- Mobilita' dei nodi di comunicazione
- Limitate risorse energetiche dei dispositivi utente
- Errori e Bit Error Rate (BER) molto maggiore rispetto alla trasmissione via cavo
- Natura broadcast del mezzo radio (il multicast e' gratuito, il che puo' essere un pro ma anche un contro: alta possibilita' di interferenza)
Reti a infrastruttura fissa
Tutti i nodi comunicano su Internet tramite un access point, di solito gateway o router. (reti cellulari, wifi con infrastruttura (locali)) Molto utilizzate per la comodita' e la facilita' della gestione. Le reti cellulari sono a infrastruttura fissa.
Reti a infrastruttura ad-hoc
Tutti i nodi comunicano tra loro senza un'infrastruttura fissa. La rete "magliata" deve quindi organizzarsi e gestirsi da se. Esistono reti ad hoc in cui un nodo fa comunque da access point. Poco utilizzate, a parte per applicazioni militari o reti di emergenza.
Problematiche delle reti wireless
Portata trasmissiva / interferenza
-
La portata trasmissiva e' la massima distanza a cui si riceve correttamente l'informazione trasmessa. Il segnale si attenua molto con la distanza, con la presenza di edifici/interferenze (citta' soprattutto).
-
L'interference range e' di solito maggiore della portata trasmissiva: anche se non riesco a trasmettere i dati correttamente, posso comunque disturbare altri dispositivi piu' lontani. L'interferenza e' la somma di tutti i singoli disturbi generati dai dispositivi all'interno dell'interference range. Interferenze dovute a vari rumori (onde em, forni a microonde, motori a scoppio...)
Signal to noise (interference) Ratio (SNR / SNIR)
Il signal to noise ratio e':
SNR = S/(sum(Ii)+N) dove la somma e' la somma di tutte le i interferenze (Ii) e N e' un rumore di fondo.
Il SNR e' misurato in dB (SNRdB = 10log10(SNR)) o in dBm (decibel per metro).
Path Loss
La perdita di potenza del segnale dovuta alla distanza (vedi portata trasmissiva). Nello spazio libero l'intensita' del segnale si attenua rispetto al quadrato della distanza.
Propagazione su piu' cammini
Una parte delle onde si riflette su oggetti, terreno, compiendo cammini di diversa distanza tra trasmittente e ricevente (se arrivano con un phase shift, si puo' creare un'interferenza distruttiva o fading).
Tecniche di accesso multiplo
Il canale wireless e' condiviso da piu' utenti / dispositivi. Varie tecniche spartiscono il canale (FDMA, TDMA, CDMA, SDMA o space division multiple access, utilizza il fading del segnale per condividere il canale).
Molto importante e' anche il CDMA (code division multiple access) (vedi slides) che codificano i segnali (spesso con codici ortogonali) e permettono al ricevitore di recuperare i dati correttamente per ogni trasmissione. Questo funziona perche' il prodotto scalare tra un codice e un'altro ortogonale da 0.
- 2G utilizza un misto tra FDMA e TDMA (divide sia sulle frequenze che sui tempi).
- Le reti cellulari ora utilizzano molto SDMA, che grazie alle grandi distanze permette di utilizzare stesse frequenze in punti opportunamente distanti.
Rete Cellulare: Definizioni
- Rete con copertura geografica divisa in celle fisse, adiacenti e/o sovrapposte, che suddividono il territorio.
- Un utente si puo' muovere da una cella a un'altra mentre utilizza il servizio cellulare, che e' possibile grazie all'handover (o handoff), che presuppone che la rete si comporti in modo trasparente e l'utente non si accorga di nulla. Questo e' molto complesso nel caso di chiamate o trasferimenti di grandi files, che presuppongono un servizio continuativo.