Tecniche di commutazione

1. Tecniche di commutazione CCITT Commutazione: il processo di interconnessione di unità funzionali, canali di trasmissione o circuiti di telecomunicazione per il tempo necessario per il trasferimento di segnali

2. Commutazione • di circuito • di pacchetto

3. Commutazione • di circuito • nata con le reti telefoniche • di pacchetto • nata con le reti di calcolatori

4. Commutazione di circuito: la rete usa le risorse disponibili per allocare un circuito a ogni richiesta di servizio

5. Commutazione di circuito: la rete usa le risorse disponibili per allocare un circuito a ogni richiesta di servizio Un circuito costituisce un collegamento fisico tra i due terminali di utente

6. Il circuito è di uso esclusivo dei due utenti per tutta la durata della comunicazione

7. Il circuito è di uso esclusivo dei due utenti per tutta la durata della comunicazione. Le risorse sono rilasciate solo al termine della comunicazione, su indicazione degli utenti

8. Il circuito è di uso esclusivo dei due utenti per tutta la durata della comunicazione. Le risorse sono rilasciate solo al termine della comunicazione, su indicazione degli utenti

9. Tre fasi: • impegno • trasferimento dati • svincolo

10. U1 N1 N2 U2 t t t t

11. Struttura di nodo di rete a commutazione di circuito interfaccia di uscita Rete di connessione interfaccia di ingresso comando Sistema di comando Segnalazione Segnalazione

12. Vantaggi: • ritardi di trasferimento costanti • trasparenza del circuito (formati, • velocità, protocolli)

13. Svantaggi: • risorse dedicate a una comunicazione • efficienza buona solo in caso di • sorgenti non intermittenti • nessuna conversione di formati, • velocità, protocolli • tariffazione in base al tempo di • esistenza del circuito

14. Commutazione di pacchetto: non si allocano risorse per l’uso esclusivo di due o più utenti. Studiata espressamente per sorgenti intermittenti. Funzionamento analogo al sistema postale.

15. P.T. INDIRIZZO P.T. Commutazione di pacchetto: Funzionamento analogo al sistema postale. P.T.

16. L’informazione da trasferire è organizzata in unità dati che comprendono informazione di utente e di controllo PCI SDU PCI = protocol control information (informazione di controllo) SDU = service data unit (informazione di utente)

17. Le unità dati vengono consegnate alla rete • ogni nodo • memorizza il pacchetto • elabora il pacchetto e determina il • canale su cui inoltrarlo • mette il pacchetto in coda per la • trasmissione sul canale funzionamento “store and forward”

18. Struttura di un nodo di rete a commutazione di pacchetto interfaccia di uscita Code di uscita interfaccia di ingresso Memoria Elaborazione

19. L’informazione di utente può dover essere frazionata in molti pacchetti PCI SDU

20. U1 N1 N2 U2 t t t t

21. La lunghezza dei pacchetti è determinata da • possibilità di parallelizzazione • ritardo di pacchettizzazione • percentuale di informazione di controllo • probabilità di errore

22. La lunghezza dei pacchetti è determinata da • possibilità di parallelizzazione • ritardo di pacchettizzazione • percentuale di informazione di controllo • probabilità di errore pacchetti brevi favoriscono la trasmissione in parallelo su canali diversi di pacchetti di una stessa comunicazione

23. La lunghezza dei pacchetti è determinata da • possibilità di parallelizzazione • ritardo di pacchettizzazione • percentuale di informazione di controllo • probabilità di errore pacchetti brevi riducono il ritardo di pacchettizzazione

24. La lunghezza dei pacchetti è determinata da • possibilità di parallelizzazione • ritardo di pacchettizzazione • percentuale di informazione di controllo • probabilità di errore pacchetti lunghi riducono la percentuale di informazione di controllo

25. Pacchetti lunghi riducono la percentuale di • informazione di controllo • PCI di dimensione p bit • SDU di dimensione s bit • frazione di informazione di controllo

26. La lunghezza dei pacchetti è determinata da • possibilità di parallelizzazione • ritardo di pacchettizzazione • percentuale di informazione di controllo • probabilità di errore pacchetti corti riducono la probabilità di errore

27. Pacchetti corti riducono la probabilità • di errore • pacchetti di n bit • canale con errori indipendenti • probabilità di errore p • probabilità che un pacchetto sia corretto

28. I servizi di una rete a commutazione di • pacchetto possono essere • datagram (senza connessione) • circuito virtuale (con connessione)

29. Servizio circuito virtuale (con connessione) • la comunicazione è suddivisa in tre fasi • apertura connessione • trasferimento dati • chiusura connessione • esiste un accordo preliminare tra i due • interlocutori e il fornitore del servizio • pacchetti diversi con uguale sorgente e • destinazione seguono tutti lo stesso • percorso

30. Servizio datagram (senza connessione) • non esiste una suddivisione della • comunicazione in tre fasi perchè non c’è • alcun accordo preliminare sulla fornitura • del servizio • pacchetti diversi con uguale sorgente e • destinazione possono seguire percorsi • diversi

31. Il servizio circuito virtuale in reti a pacchetto non è equivalente al servizio in reti a circuito perchè non si allocano staticamente risorse a una comunicazione

32. Servizio circuito virtuale (con connessione) • vantaggi rispetto al datagram • mantenimento della sequenza • minor variabilità dei ritardi • instradamento solo in fase di • apertura di connessione

33. Commutazione di pacchetto • vantaggi rispetto alla commutazione • di circuito • utilizzazione efficiente delle risorse • anche in presenza di traffico • intermittente

34. Commutazione di pacchetto • vantaggi rispetto alla commutazione • di circuito • possibilità di controllo di correttezza • lungo il percorso

35. Commutazione di pacchetto • vantaggi rispetto alla commutazione • di circuito • possibilità di conversioni di velocità, • formati, protocolli

36. Commutazione di pacchetto • vantaggi rispetto alla commutazione • di circuito • tariffazione in funzione • del traffico trasmesso

37. Commutazione di pacchetto • svantaggi rispetto alla commutazione • di circuito • elaborazione di ogni pacchetto • in ogni nodo

38. Commutazione di pacchetto • svantaggi rispetto alla commutazione • di circuito • ritardo di trasferimento variabile

39. Modelli di nodo in reti a commutazione di circuito

40. Il progetto di reti a commutazione di circuito usa le formule di Erlang

41. Esempio: - centrale con 100 utenti - ogni utente genera un traffico pari 0.1 Erlang - P {blocco} = 5% (se non posso memorizzare) - P {coda} = 5% (se posso memorizzare) Ipotesi: - arrivi secondo un processo di Poisson ( - servizi con ddp esponenziale negativa () - m risorse indistinguibili

42. Modelli di reti a commutazione di pacchetto reti di code

43. Ipotesi: • - N nodi • M canali (il canale i ha velocità Cibit/s; Ci è la capacità • del link) • - pacchetti la cui lunghezza ha ddp esponenziale • negativa con valor medio bit; • è il tempo medio di trasmissione di un • pacchetto sul canale i

44. - generazione di pacchetti al nodo i con destinazione al nodo j secondo un processo di Poisson a velocità i j bit/s - disciplina FIFO per le trasmissioni su ogni canale - instradamento fisso o statico - memoria illimitata nei nodi

45. - canali che non introducono errori - tempi di elaborazione e propagazione trascurabili - indipendenza delle lunghezze dei pacchetti ai vari canali

46. - indipendenza delle lunghezze dei pacchetti ai vari canali

47. Il valor medio del ritardo dei pacchetti nella rete è velocità totale di arrivo alla rete con intensità di traffico sul canale i

48. RETI DI CODE NELLACOMMUTAZIONE DI PACCHETTO E’ importante osservare che in generale le code interconnesse non sono più descrivibili da statistiche indipendenti, ma bensì attraverso una distri- buzione di probabilità congiuntà P(n)=P(n1,n2,n3…nM) dove n è il vettore di stato che ha come componenti il numero di clienti in attesa in ciascuna coda. I tempi di interarrivo per il traffico proveniente da altre code sono inoltre in generale fortemente correlati con i tempi di servizio di quest’ultime.

49. “Product Form Solution” Una importante semplificazione si ha quando vale la cosiddetta PFS. In tal caso: P(n)=P(n1)P(n2)P(n3)…..P(nM) dove con P(nj) si è indicata la probabilità stazionaria che vi siano nj pacchetti (“clienti”) nella coda j. In questo caso le code possono essere studiate come indipendenti. E’ quindi importante studiare le ipotesi che garantiscono che per un determinato tipo di rete valga la PFS.

50. Teorema di Burke • Sotto le ipotesi: • Gli arrivi dall’esterno della rete sono descrivibili come processi di • Poisson indipendenti; • 2) I tempi di servizio di ogni coda sono indipendenti tra loro e dai tempi • di interarrivo esterni e sono distribuiti esponenzialmente; • 3) I flussi scorrono solo in avanti (non vi sono ritorni su una coda già • attraversata); • LA DISTRIBUZIONE STAZIONARIA CONGIUNTA E’ DI TIPO PFS. • SI PUO’ TRATTARE OGNI CODA COME SE FOSSE INDIPENDENTE • DALLE ALTRE. • IL PROCESSO CONPLESSIVO IN INGRESSO AD OGNI CODA E’ DI • POISSON (SOMMA DI ARRIVI DALL’ESTERNO E DI USCITE DA ALTRE • CODE)