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Reti di CalcolatoriProtocolli datalink layer per reti WAN
Gerarchie di multiplazione per reti pubbliche• L’attuale infrastruttura delle reti pubbliche di trasporto su cui  vengono ...
Plesiochronous Digital Hierarchy• Prima dell’introduzione di SONET/SDH,  Plesiouchonous Digital Hierarchy (PDH) era lo  st...
Portante T124 canali vocali campionati, codificati e multiplati in un singolo canale TDM PCM                              ...
T1 T2 T3 …..Si possono commutare più portanti T1 in un canale T2 e così via …                   4 flussi T1               ...
Gerarchie di multiplazione            1.544 Mbps                              6.312 Mbps            aggregate out of      ...
Gerarchie T- ed E-Livello    America        Europe        Japan             (T-)           (E-)  0         0.064 Mb/s    0...
PDH• Sistema di trasmissione digitale (T-carrier, E-  carrier) che multipla flussi di velocità più bassa in  flussi a velo...
PDH - Sincronizzazione    Trama1             2      3        Sorgente      Bit Stuffing1            2                 Nodo...
PDH - Sincronizzazione• Per risolvere il problema si adotta il meccanismo del  Positive Stuffing:   • I dati vengono scrit...
Problematiche di PDH• Mancanza di flessibilità: è impossibile identificare  un flusso a velocità più bassa in un aggregato...
Da PDH a SONET/SDH• SONET: Synchronous Optical Network: sistema di  trasmissione e multiplazione in America• SDH: Synchron...
Che cosa è SONET/SDH• Insieme di Raccomandazioni ITU-T (le prime sono del  1989) che coprono:   • la definizione di una ge...
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Gerarchia SONET/SDHOC level     STS level   SDH level    Mbit /s OC-1        STS-1                     51.84 OC-3        S...
Stratificazione SONET/SDH• Path layer (simile al livello 3 - Network - di OSI)   • Responsabile di connessioni end-to-end ...
Stratificazione SONET/SDH               standard ITU-T G.78x path                                     path layer          ...
SONET Physical Layer• Il livello fisico SONET è completamente di tipo ottico• Le più importanti raccomandazioni sono:    •...
Framing SONET• SONET e SDH transmettono un sequenza continua di bit ad  una certa velocità• La multiplazione dei diversi f...
Struttura delle trama STS-1                          1 frame = 810 Byte in 125s   1     2           3      4        5    ...
Struttura delle trama STS-1           3 Bytes         87 Bytes                                                 SPE dalla t...
Multiplazione di ordine superiore    STS-1 #1         STS-1 #2               STS-1 #39                          MUX       ...
Virtual Tributary (VT)• I VT sono posizionati nelle trame con puntatori contenuti nei  bit di overhead della trama   • Un ...
Gerarchia SONET  • Un esempio di multiplazione SONET       • SONET è stato sviluppato per essere compatibile con il traspo...
SONET Overheads                                                       Path                              Line              ...
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SONET overhead - SOH                                               A1      framing bytes—Indicano l’inizio di una trama ST...
Overheads SONET• Line Overhead:   •   Usato, elaborato e generato da Line Terminal Equipment (LTE)   •   Localizzazione de...
SONET overhead - LOH                                                         STS payload pointer (H1 and H2)—Questi due by...
Puntatori in SONET• Uno dei problemi della multiplazione è gestire flussi tributari a velocità  leggermente differenti    ...
Positive stuffing •    Velocità di una SPE più piccola     • Periodicamente, quando lo SPE è       un byte in ritardo, i b...
Negative stuffing   • Velocità di una SPE più alta      • Periodicamente, quando il        frame dello SPE è un byte in   ...
Trama SDH• SDH usa una terminologia differente, ma i principi sono identici a  quelli di SONET• Elemento base in SDH è la ...
Trama STM-1 in SDH                                 administrative unit                   270 byte         9 byte          ...
SONET Network Elements• Lo standard Sonet definisce diversi apparati di  rete, differenziati per le loro funzionalità   • ...
SONET/SDH layering     • Riprendiamo la pila di riferimento, indicando       espressamente gli apparati path              ...
SONET Network Elements: PTE• Multiplexer and demultiplexer: si occupano di  aggregare traffico da tributari differenti   •...
SONET Network Elements: Regen• Rigeneratore  • È il più semplice elemento. Opera una rigenerazione 3R  • Usato per superar...
SONET Network Elements: ADM• Add-Drop multiplexer: si occupa di multiplexing e  instradamento in topologie ad anello   • M...
SONET Network Elements: DCS• Digital cross-connect: si occupa di multiplexing e  instradamento in topologie magliate   •  ...
SONET Network Configurations• Configurazione punto-punto   • È la più semplice topologia   • Il link punto punto parte e t...
SONET Network Configurations• Configurazione Punto-Multipunto (linear add-drop)   •    Ancora una topologia lineare   •   ...
SONET Network Configurations• Configurazione “Hub network”   • Per concentrare traffico, tipicamente alla centrale operati...
SONET Network Configurations• SONET Rings  • È la configurazione più usata, che usa due o quattro fibre e un    ADM in ogn...
Network Survivability/Fault Management•   Survivability: la possibilità della rete di continuare a fornire un servizio    ...
Survivability in SONET• Diverse tecniche sono usate in SONET per  Survivability, Protection e Restoration• Una degli appro...
1:1 protection                      Funzionante                   Funzionante          ADM                              AD...
1+1 protection                                                    Funzionante            ADM       Funzionante          AD...
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LAPB       56
X.25 PAD      57
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RACCOMANDAZIONE I.113•   Broadband: Servizio o sistema che richiede canali di trasmissione capaci di    supportare velocit...
RACCOMANDAZIONE I.121•   Crescente richiesta di servizi a larga banda;•   Disponibilitá di tecnologie di trasmissione, com...
Passaggio ad ATM• Passaggio dalla commutazione di circuito a quella di  pacchetto   • Necessità di nuovi commutatori ad al...
Caratteristiche di ATM• ATM è orientato alla connessione   • il principio di commutazione adotta un instradamento connecti...
ATM – Principi di baseTrasferimento dellinformazione• ATM e definito come modo di trasferimento packet-oriented basato sul...
ATM – Principi di baseRisorse• Le risorse possono essere attibuite in modo semi-permanente o per la durata della chiamata ...
ATM – Principi di baseControllo dei parametri di utente• Linserimento dellinformazione di utente in rete e limitato unicam...
ATM – Principi di baseSegnalazione• La negoziazione utente-rete per lattribuzione di risorse (VCI/VPI, throughput, QOS) si...
Asynchronous Time Division (ATD)• E’il modo di trasferimento adottato dallo standard ATM• Schema di multiplazione: con sud...
Modello di riferimento ATM• Il modello di architettura di rete ATM è diverso da quello TCP/IP e  ISO-OSI• E’ strutturato i...
Modello di riferimento ATMIl modello di riferimento comprende:• user plane: gestisce il flusso delle informazioni di utent...
Livello fisico ATM•   Le celle ATM possono essere spedite     •   direttamente sul mezzo fisico (fibra in genere)     •   ...
ATM Framing• CCITT individua tre tipi di approcci per specificare  il formato della trama fisica: PDH, SDH e celle   • ATM...
ATM Framing (continua)• ATM basato su SDH  Caratteristiche del mezzo fisico:  • Il mezzo fisico consigliato e la fibra ott...
ATM Framing (continua)• ATM basato su celle   Caratteristiche del mezzo fisico   • Sono le stesse della modalita basata su...
Gestione errori (HEC)• Il controllo di errore sullintestazione si basa su 8 bit• il ricevitore puo trovarsi in uno dei due...
Livello ATM• Gestisce le funzioni relative allintestazione della  cella ATM• e indipendente dal mezzo e comune a tutti i t...
Le celle ATMLe informazioni sono trasmesse in pacchetti (celle) di 53 byte• 5 byte di intestazione e 48 byte di dati;• son...
Le celle ATM (continua)•   GFC (Generic Flow Control): composto di 4 bit e si usa per gestire il controllo di    flusso di...
Le celle ATM (VPI e VCI)•   VCI (Virtual Channel Identifier) - 16 bit e VPI (Virtual Path Identifier) 8 bit forniscono il ...
Circuiti virtuali• ATM è gestito con commutazione di pacchetto ma ha un  comportamento analogo alla commutazione di circui...
Routing su circuiti virtuali                     H2                     H3                                  H4     commuta...
Vantaggi dei circuiti virtuali• Circuiti virtuali    • La banda viene effettivamente usata quando ci sono i dati    • Una ...
Indirizzamento ATM•   L’identificativo di una sorgente o destinazione (ATM address) può avere tre    possibili formati:   ...
Commutatori ATM• Un commutatore ha linee di entrata e di uscita    • In genere sono in numero uguale (linee bidirezionali)...
Specifiche dei commutatori• Un commutatore di percorso commuta percorsi virtuali trattando  in modo trasparente i canali v...
Code in uscita                                           in coda            ciclo 1              ciclo 2                  ...
Interfaccia ATM• I programmi applicativi interagiscono con lo strato ATM  attraverso lo strato di adattamento (ATM Adaptat...
Livello di Adattamento (AAL)•   AAL (ATM Adaptation Layer) ha il compito di arricchire il servizio fornito dallo    strato...
Classi di servizio per AAL• I servizi vengono classificati in 4 classi in relazione a tre parametri:    • relazione tempor...
Tipi di AdattamentoSono previste 4 tipi di AAL:• AAL 1: supporta la classe A di servizio• AAL 2: supporta la classe B di s...
ATM AAL1•   I servizi a bit rate costante (CBR) richiedono il trasferimento di informazioni a bit rate    costante dopo ch...
ATM AAL1 (SAR e CS)•   Il sottostrato SAR accetta blocchi di 47 ottetti da CS e aggiunge un ottetto per    formare la SAR-...
ATM AAL2• AAL 2 fornisce servizio di trasferimento di informazione con bit rate  variabile.• E possibile in questo caso ch...
ATM AAL3/4Fornisce il servizio di adattamento per trasferimenti dati sensibili allaperdita ma non al ritardo.Vengono defin...
ATM AAL3/4 SAR•   T:      segment type e un campo di 2 bit per indicare di quale parte di CS-PDU si tratta: prima (Begin  ...
ATM AAL5•   E’ lo strato di adattamento per la trasmissione dati a pacchetto•   Accetta pacchetti di lunghezza variabile d...
Segnalazione – ATM SAAL• La segnalazione è gestita in accordo allo standard ITU Q.2931  attraverso il Signalling Adaptatio...
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  1. 1. Reti di CalcolatoriProtocolli datalink layer per reti WAN
  2. 2. Gerarchie di multiplazione per reti pubbliche• L’attuale infrastruttura delle reti pubbliche di trasporto su cui vengono veicolate e multiplate le altre tecnologie di rete geografica (dati e fonia), è in larga misura basata sulle gerarchie sincrone, evoluzioni delle gerarchie plesiocrone (PDH - Plesiochronous Digital Hierarchy): • SONET - Synchronous Optical NETwork (segnali ottici multipli della velocità base di segnale di 51.84 Mbit/s) • SDH - Synchronous Digital Hierarchy (equivalente europeo ed internazionale di SONET) • STS - Synchronous Transport Signal (standard corrispondente per i segnali elettrici) • La topologia è sovente ad anelli per motivi di affidabilità. 2
  3. 3. Plesiochronous Digital Hierarchy• Prima dell’introduzione di SONET/SDH, Plesiouchonous Digital Hierarchy (PDH) era lo standard per reti telefoniche digitali • Espressamente pensata per il trasferimento di canali vocali digitali a 64Kb/s • NON si usa Store-and-Forward: occorre una stretta sincronizzazione tra TX e RX. Tale esigenza è soddisfatta con un sistema quasi-sincrono (plesio- synchronous) • Standard diversi in USA/Europa/Giappone • Complessità di interfacciamento 3
  4. 4. Portante T124 canali vocali campionati, codificati e multiplati in un singolo canale TDM PCM 193 bit / frame (125 s) canale canale canale canale canale 1 2 3 4 24 1 0 bit 24 x 8 + 1 Codice di 7 bit pacchetto campione bit di segnalazione Velocità = 193 x 8000 = 1,544 Mbps Il bit aggiuntivo è usato per la sincronizzazione (010101010….) Per uso dati: 23 canali + 1 per la sincronizzazione 4
  5. 5. T1 T2 T3 …..Si possono commutare più portanti T1 in un canale T2 e così via … 4 flussi T1 6 flussi T2 4 0 5 1 4:1 76 5 43 2 1 0 6:1 6 2 7 3 44,736 Mbps 1,544 Mbps 6,312 Mbps T3 T1 T2•4 canali T1 corrispondono a 6,176 MbpsI bit in più sono per suddividere i frame e per il controllo•E’ difficile identificare un singolo canale dentro uno stream: ogni voltaoccorre demultiplare tutti i livelli per estrarre/inserire altri canali•E’ difficile mantenere due canali in perfetta sincronia: si usa un bit stuffingper avere un sistema quasi sincrono 5
  6. 6. Gerarchie di multiplazione 1.544 Mbps 6.312 Mbps aggregate out of aggregate the mux24 users, allat 64 kbpsinto themultiplexer 6
  7. 7. Gerarchie T- ed E-Livello America Europe Japan (T-) (E-) 0 0.064 Mb/s 0.064 Mb/s 0.064 Mb/s 1 1.544 Mb/s 2.048 Mb/s 1.544 Mb/s 2 6.312 Mb/s 8.488 Mb/s 6.312 Mb/s 3 44.736 Mb/s 34.368 Mb/s 32.064 Mb/s 4 274.176 Mb/s 139.264 Mb/s 97.928 Mb/s 7
  8. 8. PDH• Sistema di trasmissione digitale (T-carrier, E- carrier) che multipla flussi di velocità più bassa in flussi a velocità maggiore• Ogni apparato ha un suo clock privato (non c’è sincronizzazione globale)• I clock locali hanno derive che portano a errori di sincronizzazione• Problema risolto avendo la possibilità di inserire e rimuovere bit di riempimento (bit-stuffing) 8
  9. 9. PDH - Sincronizzazione Trama1 2 3 Sorgente Bit Stuffing1 2 Nodo Nodo più veloce1 2 Dest 9
  10. 10. PDH - Sincronizzazione• Per risolvere il problema si adotta il meccanismo del Positive Stuffing: • I dati vengono scritti in un buffer temporaneo • Tale buffer viene letto a velocità superiore per trasmettere sul canale (a bitrate maggiore) • Ogni volta che il buffer si sta per svuotare, inibisco la trasmissione di dati, che vengono sostituiti da bit di riempimento • Segnalo al ricevitore la presenza di bit di stuffing tramite un canale di segnalazione punto-punto ricavato in TDM.• Si usa quindi una trama trasmissiva diversa da quella logica PCM. Complica le funzionalità di mux/demux. 10
  11. 11. Problematiche di PDH• Mancanza di flessibilità: è impossibile identificare un flusso a velocità più bassa in un aggregato superiore• Mancanza di efficienza: • Non esistono standard per il monitoring delle prestazioni del canale • Non c’è un canale di management• Mancanza di “mid-fiber meet” • Non esiste standard a livello fisico – ogni produttore ha suo standard (NNI non standard) 11
  12. 12. Da PDH a SONET/SDH• SONET: Synchronous Optical Network: sistema di trasmissione e multiplazione in America• SDH: Synchronous Digital Hierarchy: sistema di trasmissione e multiplazione in Europa e Giappone• Standardizzazione di SONET e SDH avvenuta a fine anni 80• I gestori di rete realizzarono che • Il sistema PDH non era scalabile abbastanza per supportare le aspettative di crescita di traffico • Le tecnologie ottiche iniziano a essere appetibili, e incominciano a capirsi le loro potenzialità • I sistemi di trasmissione ottica, tutti proprietari, non possono interoperare tra loro 12
  13. 13. Che cosa è SONET/SDH• Insieme di Raccomandazioni ITU-T (le prime sono del 1989) che coprono: • la definizione di una gerarchia di multiplazione molto strutturata • la definizione di tecniche di gestione di rete e di protezione dai guasti • le modalità di interfacciamento verso il mezzo fisico (fibre e componenti ottici) • la definizione di interfacce verso altri protocolli che possono lavorare sopra SONET/SDH 13
  14. 14. Obbiettivi di SONET/SDH• I principali obbiettivi degli standard sono: • Affidabilità della rete, compatibile con i requisiti di carrier nazionali e internazionali (99.999% - five nines - availability) • Interoperabilità tra apparati di diversi costruttori • Flessibilità dei formati per supportare diverse architetture di rete e possibili migrazioni • Articolate funzioni di controllo e monitoraggio (monitoring) delle prestazioni e del traffico (recupero di guasti singoli in 50 ms) 14
  15. 15. Gerarchia SONET/SDHOC level STS level SDH level Mbit /s OC-1 STS-1 51.84 OC-3 STS-3 STM-1 155.52OC-12 STS-12 STM-4 622.08OC-24 STS-24 STM-8 1244.16OC-48 STS-48 STM-16 2488.32OC-192 STS-192 STM-64 9953.28OC-768 STS-768 STM-256 39813.12OC-3072 STS-3072 STM-1024 159252.48 15
  16. 16. Stratificazione SONET/SDH• Path layer (simile al livello 3 - Network - di OSI) • Responsabile di connessioni end-to-end • Controlla e gestisce lo stato delle connessioni• Line Layer • Multiplazione di più connessioni di path-layer tra due nodi • Protezione e recupero guasti• Section Layer • Definisce lungo la tratta le operazioni svolte dai rigeneratori e tra i rigeneratori • I livelli Line e Section in SONET corrispondono al livello 2 (Data Link) OSI• Physical Layer (identico al livello 1 OSI) • Definisce come i bit vengono trasmessi sulle fibre 16
  17. 17. Stratificazione SONET/SDH standard ITU-T G.78x path path layer layer connessione line line line layer layer layersection section section section layer layer layer layerphysical physical physical physical layer layer layer layerterminale ADM terminale SDH SDH SDH rigeneratore add/drop mux 17
  18. 18. SONET Physical Layer• Il livello fisico SONET è completamente di tipo ottico• Le più importanti raccomandazioni sono: • ITU-T G.957: Optical interfaces for equipments and systems relating to the synchronous digital hierarchy • Single span, single channel link without optical amplifiers • ITU-T G.691: Optical interfaces for single-channel STM-64, STM-256 and other SDH systems with optical amplifiers • Single channel, single or multi span, optically amplified links at 622 Mbit/s, 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s • ITU-T G.692: Optical interfaces for multichannel systems with optical amplifiers • Multi channel, single or multi span, optically amplified • Definition of the ITU frequency grid• Le raccomandazioni coprono diversi tipi di canali, da very short-haul interoffice links fino a ultra-long haul, WDM backbone links • Tutti i parametri di trasmettitori e ricevitori sono completamente specificati 18
  19. 19. Framing SONET• SONET e SDH transmettono un sequenza continua di bit ad una certa velocità• La multiplazione dei diversi flussi di informazione è ottenuta con un complesso schema a divisione di tempo (TDM) • Anche se complessa, l’architettura di multiplazione è stata progettata in modo da consentire efficienti implementazioni VLSI• Una trama (frame) SONET è una sequenza organizzata di bit • Per un certo livello di multiplazione, ogni flusso tributario di ingresso diventa un Synchronous Payload Envelope (SPE) • Un insieme di bit, chiamato Path Overhead, viene aggiunto al SPE, realizzando funzioni di controllo, di monitoring, ecc. • SPE + Path Overhead formano un Virtual Tributary (VT) 19
  20. 20. Struttura delle trama STS-1 1 frame = 810 Byte in 125s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 STS-1 OC-1 rappresentazione in righe e colonne 0 µs 3 Bytes 87 Bytes (1st bit) SOH Path Overhead: 3 rows resta con il payload finchè9 rows SPE non viene 6 rows LOH demultiplata 125 µs (last bit) Transport Payload Overhead 20
  21. 21. Struttura delle trama STS-1 3 Bytes 87 Bytes SPE dalla trama precedente può SOH estendersiFrame #1 attraverso LOH SPE frontiere di SPE trama) SOHFrame #2 810 Bytes/trama LOH SPE 8 bit/campione SP 810 campioni/trama SOH o 9x90 Bytes/tramaFrame #3 8000 trame/secondo LOH SPE 8 bit/Byte SPE o SOH 51,840 Mb/s LOH 21
  22. 22. Multiplazione di ordine superiore STS-1 #1 STS-1 #2 STS-1 #39 MUX Byte interleaver 3x3 3x879 22
  23. 23. Virtual Tributary (VT)• I VT sono posizionati nelle trame con puntatori contenuti nei bit di overhead della trama • Un puntatore dice quale è la posizione di inizio di un dato VT all’interno della trama• La struttura è ricorsiva: un VT può contenere diversi VT più piccoli Pointer Pointer VT VT• Questo approccio consente di multiplare flussi a velocità VT anche molto differenti in una trama molto ben strutturata 23
  24. 24. Gerarchia SONET • Un esempio di multiplazione SONET • SONET è stato sviluppato per essere compatibile con il trasporto di formati diversi, quali ad esempio ATM (Asynchronous Transfer Mode) x4 Ogni VT group porta DS1 (1.544) VT1.5 un solo tipo di VT e x3 occupa 12 colonneFlussi PDH E1 (2.048) VT2 x2 VT group del SPEa velocità DSIC (3.152) VT3 x1inferiore Si può combinare VT DS2 (6.3122) VT6 x7 group diversi in uno stesso SPE STS-1 DS3 (44.736) SPE STS-1 STS-1 xN ATM (48.384) STS-N E4 (139.264) SPE STS-3c STS-3c xN/3 ATM (149.760) Byte interleaved multiplexing 24
  25. 25. SONET Overheads Path Line Line Section Section Section Section Digital Path Path Crossconnect Terminating Regenerator Regenerator Terminating o Add/Drop Element Element Multiplexer Section • Differenti tipi di overheadoverhead • Sezione: usato per la comunicazione tra due apparati adiacenti • Linea: per segnalazione di STS-N tra multiplatori Line • Path: end-to-end, aggiunto al flusso SPE quandooverhead viene mappato in un VT • Funzioni differenti • Multiplazione Path Transport • Gestione e mantenimento overhead Overhead • Allocazione di canali 25
  26. 26. Intestazioni (overheads) SONET• Section Overhead: • Usato, elaborato e generato da Section Terminal Equipments (STE) • Monitoraggio delle prestazioni sulla trama • Canale di comunicazione dati per operation, administration and maintenance (OAM) • Framing 26
  27. 27. SONET overhead - SOH A1 framing bytes—Indicano l’inizio di una trama STS-1. Usati per A2 sincronizzazione. section trace (J0)/section growth (Z0)—Questi byte, presenti in ogni N STS-1 in un flusso N-STS sono usatii o come J0 section trace byte (nel primo STS–1 del STS–N), o come section growth byte (dal secondo fino all’ultimo STS–1s). section bit-interleaved parity code (BIP–8) byte—Codice a controllo di parità (even parity), usato perB1 rilevare errori di trasmissione su una sezione. E’ definito su tutti i bit della trama STS-N precedente dopo l’operazione di scrambling e quindi inserito in B1 prima dello scrambling.E1 section orderwire byte—Fornisce un canale vocale a 64Kbit/s per la comunicazione di operatori.F1 section user channel byte— Non definito il suo scopo. Può essere letto e scritto da ogni apparato di sezione. section data communications channel (DCC) bytes—Insieme formano un canale a 192Kbit/s usato perD1, messaggi di OAM&P tra i due apparati di sezione. Il canale è usato per segnali, controllo, monitoraggio, gestione eD2, altri tipi di segnalazione. E’ possibile avere messaggi generati dagli apparati, manualmente, oppure specificati daD3 formato proprietario del costruttore. 27
  28. 28. Overheads SONET• Line Overhead: • Usato, elaborato e generato da Line Terminal Equipment (LTE) • Localizzazione dei VT nella trama • Multiplexing/instradamento • Monitoraggio delle prestazioni • Commutazione per protezione • Gestione della tratta• STS Path Overhead: • Usato, elaborato e generato da Path Terminal Equipment (PTE) • Monitoraggio end-to-end delle prestazioni dei VT SPE • Stato e gestione della connessione 28
  29. 29. SONET overhead - LOH STS payload pointer (H1 and H2)—Questi due byte contengono H1 il puntatore che indica l’offset in byte tra il puntatore stesso e il H2 primo byte dello SPE in questo STS. pointer action byte (H3)—Questo pointer action byte è usato H3 nelle fasi di risincronizzazione. H3 trasporta il byte extra nel caso di aggiustaementi negativi del puntatore. line bit-interleaved parity code (BIP–8) byte—Codice di parità usato per identificare errori di trasmissione sulla linea. Usa codice di B2 parità even ed è calcolato su tutti i bit del line ooverhead e del SPE della trama precedente.K1 automatic protection switching (APS channel) bytes—Questi due byte sono usati per la trasmissione diK2 segnalazione in caso di attivazione di procedure di protezione da malfunzionamenti.D4 line data communications channel (DCC) bytes—9 byte che formano un canale a 576Kbit/s per trasferimentoD12 di segnalazione OAM&P tra entità di livello linea. synchronization status (S1)— S1 è presente nel primo STS–1 di un STS–N, e i bit da 5 a 8 sono allocati perS1 trasportare elementi di sincronizzazione tra gli apparati di rete a livello STS-N.Z1 growth (Z1)— Libero, per futuri usi. STS–1 REI–L (M0)—M0 è definito solo per un STS–1 trasportato in un OC–1. Bit da 5 a 8 sono allocati perM0 funzioni di segnalazione di errore remoto.M1 STS–N REI–L (M1)— Usato per funzionalità REI–L (restoration)Z2 growth (Z2)—Libero, per futuri usi.E2 orderwire byte—Fornisce un canale vocale a 64Kbit/s per la comunicazione di operatori. 29
  30. 30. Puntatori in SONET• Uno dei problemi della multiplazione è gestire flussi tributari a velocità leggermente differenti • Si usano puntatori per compensare variazione di frequenza e fase dei clock • I puntatori consentono un allineamento di fase dinamico e flessibile • Evitano buffer di compensazione per la sincronizzazione Section overhead Separate clocks with almost same timing (plesiochronous) Line H1 H2 overhead SPE SPEBit Stuffing per la sincronizzazione in PDH: 125 µs quando la velocità della trama del SPE è lenta rispetto a STS-1, si inserisce un byte extra quando la velocità della trama del SPE è veloce rispetto a STS-1, si rimuove un byte che viene posto nell’overhead 30
  31. 31. Positive stuffing • Velocità di una SPE più piccola • Periodicamente, quando lo SPE è un byte in ritardo, i bit dispari nella parola del puntatore sono invertiti, per segnalare un positive stuffing • Un byte aggiuntivo è inserito nel VT, permettendo uno slittamento dell’allineamento del VT stesso • Il byte aggiuntivo viene sempre messo a lato del byte H3 (nello SPE stesso) • Il puntatore è incrementato di uno nel frame successivo, e i frame seguenti conterranno il nuovo valore. 31
  32. 32. Negative stuffing • Velocità di una SPE più alta • Periodicamente, quando il frame dello SPE è un byte in anticipo, i bit pari del puntatore sono invertiti, indicando un negative stuffing • L’inizio del contenitore virtuale viene anticipato, e il byte “sovrascritto” viene spostato in H3 • Il puntatore è quindi decrementato di uno nel prossimo frame • Devono esserci almeno 3 frame nei quali il puntatore rimane costante prima di poter operare un’altra operazione di stuffing 32
  33. 33. Trama SDH• SDH usa una terminologia differente, ma i principi sono identici a quelli di SONET• Elemento base in SDH è la trama STM-1, con periodo di ripetizione 125 s• La trama è costituita da 19440 bit, corrispondenti a una velocità di 155.520 Mbit/s• L’informazione è organizzata in byte su 9 righe da 270 byte ciascuna• Il virtual container (VC) è la sezione utile al trasporto dati (261 x 9 = 2349 byte)• L’administrative unit (AU) è l’insieme di VC e dei relativi puntatori 33
  34. 34. Trama STM-1 in SDH administrative unit 270 byte 9 byte 261 byte0 s Framing Puntatori overhead virtual container 125 s 34
  35. 35. SONET Network Elements• Lo standard Sonet definisce diversi apparati di rete, differenziati per le loro funzionalità • Multiplexer and demultiplexer • Rigeneratori • Add-Drop multiplexers • Digital cross-connects• Sono tutti apparati di rete “elettronici”, nessuna operazione viene realizzata direttamente in ottica 35
  36. 36. SONET/SDH layering • Riprendiamo la pila di riferimento, indicando espressamente gli apparati path path layer layer connessione line line line layer layer layersection section section section layer layer layer layerphysical physical physical physical layer layer layer layerterminale ADM terminale rigeneratore add/drop mux 36
  37. 37. SONET Network Elements: PTE• Multiplexer and demultiplexer: si occupano di aggregare traffico da tributari differenti • Il Path Terminating Element (PTE) • Versione minima di multiplexer path-terminating terminal • Funzionalità di concentratore di DS–1, e di generazione dei segnali del tributario • Due terminal multiplexer connessi da una fibra sono il più semplice collegamento SONET (section, line, path sullo stesso link) STS-3 STS-3 STS-3c DS-1 DS-1 VT OC-N OC-N DS-3 DS-3 STS-1 37
  38. 38. SONET Network Elements: Regen• Rigeneratore • È il più semplice elemento. Opera una rigenerazione 3R • Usato per superare vincoli di distanza • Si sincronizza sul segnale in ingresso, e rigenera il section overhead prima di trasmettere il segnale. Non altera il Line e Path overhead (diverso da repeater in ethernet) OC-N Tx Tx OC-N Rx Rx 38
  39. 39. SONET Network Elements: ADM• Add-Drop multiplexer: si occupa di multiplexing e instradamento in topologie ad anello • Multipla diversi tributari in un segnale OC–N • In un nodo add/drop, solo i segnali che devono essere estratti sono processati e estratti/inseriti • Il traffico in transito viene trasmesso attraverso l’apparato senza particolari trattamenti. Ha funzionalità di instradamento alternativo in caso di guasti STS-N BUS OC-N OC-N OC-N STS-N VT STS-1 OC- N OC-N DS-1 DS-3 OC-N DS-1 DS-3 39
  40. 40. SONET Network Elements: DCS• Digital cross-connect: si occupa di multiplexing e instradamento in topologie magliate • Accetta diverse velocità di linea • Accede ai segnali STS-1 • Commuta tutto a questo livello • Usato per interconnettere tanti accessi STS-1 • Cross-connect a larga banda sono usati per aggregare traffico efficientemente Transparent Switch Matrix (DS1 Switch Matrix) STS-N STS-1 DS1 DS3 (VT1.5) (DS1) (DS1) (DS1) STS-N STS-1 DS1 DS3 (STS-N) (DS3) (DS1) (DS3) STS-N STS-1 ATM DS1 DS3 40
  41. 41. SONET Network Configurations• Configurazione punto-punto • È la più semplice topologia • Il link punto punto parte e termina da un Path Terminal Equipments, che si occupa di multiplazione e demultiplazione dei tributari • Non si usa instradamento e demultiplazione lungo il sistema • Si usano rigeneratori per superare problemi trasmissivi PTE REG REG REG REG PTE 41
  42. 42. SONET Network Configurations• Configurazione Punto-Multipunto (linear add-drop) • Ancora una topologia lineare • ADM (e rigeneratori) sono usati lungo la linea • Gli ADM inseriscono ed estraggono canali lungo il percorso • Gli ADM sono specificatamente pensati per questo scopo, e hanno una struttura significativamente più semplice di un generico cross-connect (non occorre demultiplare per poi rimultiplare) PTE REG ADM REG REG ADM REG PTE 42
  43. 43. SONET Network Configurations• Configurazione “Hub network” • Per concentrare traffico, tipicamente alla centrale operativa principale • È una configurazione che fa uso di Digital Cross connect (DCS) a alta velocità • DCS sono molto più complessi di un ADM: devono essere in grado di multiplare connessioni arbitarie tra differenti tributari, sia livello SONET che dei singoli tributari REG Mux Mux REG DCS REG Mux Mux REG 43
  44. 44. SONET Network Configurations• SONET Rings • È la configurazione più usata, che usa due o quattro fibre e un ADM in ogni nodo. Bidirezionale • Realizza funzionalità di protezione (sempre due percorsi) ADM SONET Ring Architecture ADM ADM ADM 44
  45. 45. Network Survivability/Fault Management• Survivability: la possibilità della rete di continuare a fornire un servizio usando capacità in eccesso in caso di guasti È una necessità sulle reti di backbone, il cui malfunzionamento deve essere minimo• Restoration: approccio più complicato, tipico di reti genericamente magliate. Per reagire a guasti, la rete è in grado di auto-riconfigurarsi lentamente.• Protection: Risposta “immediata” (automatica) della rete dopo un guasto, per instradare il traffico su percorso alternativo Survivability Restoration Protection Self-healing Reconfiguration Mesh Network Architectures Protection Switching Linear Architectures Ring Architectures 45
  46. 46. Survivability in SONET• Diverse tecniche sono usate in SONET per Survivability, Protection e Restoration• Una degli approcci più comuni è basato su anelli bidirezionali, che sfruttano le loro capacità di protezione • La formazione di due loopback nei nodi adiacenti il guasto ADM permette di connettere tutti i nodi • La topologia logica dopo la riconfigurazione è un anello ADM monodirezionale, che attraversa ogni nodo due volte ADM Rottura della fibra 46
  47. 47. 1:1 protection Funzionante Funzionante ADM ADM Backup WorkingADM ADM ADM Fibra rottaDue nodi adiacenti al guasto sono responsabili dellacommutazione del traffico sull’anello di protezione 47
  48. 48. 1+1 protection Funzionante ADM Funzionante ADM Working Working Idle ActiveADM ADM ADM Fibra rotta I segnali dati sono trasmessi su entrambi i percorsi. Ogni ADM in ogni nodo decide quale segnale è corretto e lo seleziona. 48
  49. 49. Protection and Restoration• Il recupero dei guasti in SONET è molto veloce: • meno di 50ms• Il restoration time • Nelle reti PDH è spesso dell’ordine dei minuti • Nelle reti IP è dell’ordine dei minuti • Nelle reti ethernet è dell’ordine della decina di secondi (60 secondi per riconfigurare lo spanning tree) 49
  50. 50. X.25 - Generalità• X.25 è una tecnologia di commutazione di pacchetto operante su scale geografica (WAN) creata dal CCITT per il mondo Telco nel 1976• Sviluppata per linee a bassa velocità e di bassa qualità è disegnata esplicitamente per essere: • Sicura: prevede l’uso di crittografia e il controllo dell’identificativo del chiamante • Affidabile: prevede l’uso di meccanismi di flow-control e di error recovery a livello 2 • Altamente tracciabile: consente di realizzare funzioni sofisticate di profilazione traffico e billing 50
  51. 51. X.25 – Elementi PrincipaliLa rete X.25 è costituita da tre componenti fondamentali: •il DTE X.25 che è il dispositivo utente connesso (end-system) •il DCE X.25 che realizza l’interfaccia del DTE alla rete X.25 •La PSE (Packet switching Exchange) che costituisce il nodo di commutazione della rete X.25 51
  52. 52. X.25 – Servizi di connettivitàLa rete X.25 opera in accordo a una logica store and forwardRealizza servizi di circuito virtuale semipermanante (PVC) o dinamico(SVC) basati sul concetto di Logical Channel Number (LCN) asignificato locale che identifica ogni connessione. 52
  53. 53. X.25 – Il modello di rete• Il livello 3 (X.25 PLP) è responsabile della gestione dei circuiti virtuali e dei LCN e sovraintende alla multiplazione e demultiplazione delle virtual-call sullo stesso mezzo fisico, alla gestione della priorità e dell’indirizzamento.• Il livello 2 è governato dal protocollo LAPB (link access procedure balanced), variante di HDLC. Gestisce error-recovery e flow control• X.25 supporta diverse tecnologie ed interfacce al livello fisico le più note sono X.21 e RS-232/449 53
  54. 54. X.25 Call SetupLa procedura di call set-up riportata a destra costituisce ilprincipale task layer-3 della rete X.25 (gestito a livello PLP) 54
  55. 55. X.25 – Indirizzamento X.121• Standard ITU-T di numerazione pubblica per reti dati• Da 4 a 10 cifre (aka International Data Numbering)• Usato solo per stabilire circuiti virtuali dinamici (SVC) 55
  56. 56. LAPB 56
  57. 57. X.25 PAD 57
  58. 58. N-ISDN e B-ISDNN-ISDN (Narrow ISDN: a banda stretta) • Nasce nel 1984 dalla riunione delle maggiori società mondiali di comunicazione • L’idea è quella di avere una pipe digitale virtuale tra l’utente e la società di comunicazione. È formato da canali a 64kbps per voce o dati.B-ISDN (Broadband ISDN: a banda larga) • Si basa su ATM • Come la N-ISDN ma con canali virtuali di 155Mbps 58
  59. 59. N-ISDN • Integrated Services Digital Network (ISDN) • Voce – Servizi - Dati Ufficio del cliente Società telefonica Telefono ISDN Condotto digitale di bit T U Scambio NT1 ISDN Scheda rete ISDN Punto di Terminatore di rete Doppino/fibra accesso Apparecchiature del cliente Apparecchiature della società telefonica• Al terminatore NT1 si può collegare un cavo a BUS passivo su cui si possono connettere fino a 8 dispositivi ISDN 59
  60. 60. N-ISDN uso professionaleVersione estesa che usa più canali Ufficio del cliente Società telefonica Condotto digitale S di bit T U Scambio Terminale ISDN PBX NT1 ISDN S ISDN NT2 Punto di Terminatore di rete Doppino/fibra accesso Apparecchiature della società telefonica Telefono ISDN Private Branch eXchange LAN LAN gateway Apparecchiature del cliente 60
  61. 61. Canali ISDN• Il condotto ISDN supporta canali multipli in TDM• I canali standardizzati sono • A – canale telefonico analogico a 4 KHz • B – canale digitale PCM a 64 kbps per voce o dati • C – canale digitale a 8 o 16 kbps • D – canale digitale a 16 kbps per segnalazione fuori banda • E – canale digitale a 64 kbps per segnalazioni interne • H – canale digitale a 384 (6x64), 1536 (24x64) o 1920 (30x64) kbps 61
  62. 62. Canali ISDN• Combinazioni di canali standardizzate • Tasso base: 2B + 1D • Ogni canale B gestisce un canale voce (8000 campioni/s 8 bit/campione) • La segnalazione è su un canale separato per rendere pienamente disponibili per l’utente i due canali B • Service provider di Internet forniscono un adattatore che permette di utilizzare i tre canali per la connessione ad Internet a 144 kbps • Tasso primario: 30B + 1D (Europa) • Utile per collegamento con PBX • Ibrido: 1A + 1C• N-ISDN non ha avuto il successo aspettato • E’ stata progettata B-ISDN (155 Mbps) basata su tecnologia ATM 62
  63. 63. RICHIESTE PER LA B-ISDN• Servizio: Supporto di segnali a banda larga e stretta, inclusi video da bassa ad alta definizione; gestione di connessioni punto-punto e punto-multipunto;• Rete: Compatibilitá con modello OSI; gestione di diversi tipi di traffico e diverse modalitá di instradamento; stessa numerazione per tutti i servizi ad ogni accesso di utente; unico canale di segnalazione per accesso utente;• Commutazione: Supporto di connessioni multirate commutate e non;• Trasmissione: Larghezza di banda di canale fino a 140Mbps per servizio (HDTV compresso); velocitá del circuito di utente tra 140-565Mbps;• Utenza: Allocazione dinamica degli accessi;• Operative: Gestione e manutenzione semplice; semplici procedure di estensione e riconfigurazione; massimo sfruttamento delle infrastrutture esistenti. 63
  64. 64. STANDARD B-ISDN1988: ITU-T emette le prime 2 raccomandazioni relative a B-ISDN come serie I per ISDN:• I.113: Vocabulary of terms for Broadband Aspects of ISDN;• I.121: Broadband Aspects of B-ISDN 64
  65. 65. RACCOMANDAZIONE I.113• Broadband: Servizio o sistema che richiede canali di trasmissione capaci di supportare velocitá maggiori del flusso primario;• Il termine B-ISDN è usato per riferirsi ed enfatizzare gli aspetti a larga banda di ISDN. Lo scopo comunque è di avere una definizione piú generale di ISDN che comprenda servizi a larga banda e non;• ATM (Asynchronous Transfer Mode) è la modalitá di trasferimento per la realizzazione della B-ISDN ed è indipendente dai supporti fisici e dal livello fisico;• B-ISDN si baserá su concetti sviluppati per ISDN ed evolverá incorporando progressivamente e direttamente nella rete funzioni B-ISDN aggiuntive che abilitano nuovi ed avanzati servizi;• Siccome B-ISDN si basa su concetti globali ISDN, la configurazione di riferimento ISDN è anche la base per quella B-ISDN. 65
  66. 66. RACCOMANDAZIONE I.121• Crescente richiesta di servizi a larga banda;• Disponibilitá di tecnologie di trasmissione, commutazione e processamento dei segnali ad alta velocitá;• Incremento di capacitá computazionali per dati e immagini disponibili presso l’utente;• Necessitá di integrazione dei servizi interattivi e distributivi;• Necessitá di integrare in unica rete universale e a larga banda le modalitá di trasferimento a circuito e a pacchetto;• Necessitá di soddisfare le richieste di flessibilitá sia dell’utenza sia del gestore; 66
  67. 67. Passaggio ad ATM• Passaggio dalla commutazione di circuito a quella di pacchetto • Necessità di nuovi commutatori ad alta velocità • Si possono utilizzare le dorsali preesistenti 67
  68. 68. Caratteristiche di ATM• ATM è orientato alla connessione • il principio di commutazione adotta un instradamento connection-oriented; la funzione di inoltro e basata su operazioni store&forward con assegnamento logico delle risorse e funzionamento asincrono • Per iniziare il flusso si invia un messaggio di inizio connessione • Stabilita la connessione tutte le celle seguono lo stesso cammino • La consegna delle celle non è garantita ma lo è l’ordine• Lo schema di multiplazione e labelled con capacita di trasporto slotted• La segnalazione e le informazioni di utente sono trasportate su canali virtuali separati In particolare: • Il flusso informativo multiplato e organizzato in unita informative di lunghezza fissa denominate celle 68
  69. 69. ATM – Principi di baseTrasferimento dellinformazione• ATM e definito come modo di trasferimento packet-oriented basato sulla multiplazione asincrona a divisione di tempo di celle di lunghezza fissa.• Le celle vengono trasferite attraverso la rete in modo trasparente. Non viene effettuato il controllo di errore allinterno della rete.• ATM puo trasportare qualunque tipo di servizio. A tale scopo si introducono vari tipi di strati di adattamento per soddisfare le diverse esigenze dei diversi servizi.Instradamento• ATM e di tipo connection-oriented: a tale scopo utilizza percorsi e canali virtuali. Un percorso virtuale puo essere visto come una aggregazione di canali virtuali. Allinterno di ciascun canale virtuale viene preservata lintegrita della sequenza.(segue) 69
  70. 70. ATM – Principi di baseRisorse• Le risorse possono essere attibuite in modo semi-permanente o per la durata della chiamata ed eventualmente negoziate durante la chiamata stessa.• Le risorse possono essere espresse in termini di bit rate o di qualita di servizio.Throughput• Ad ogni connessione virtuale viene attribuita una porzione di banda che dipende dal numero di connessioni multiplate, dalla burstiness del traffico trasportato e dalla qualita di servizio richiesta.• CCITT ha stabilito fino ad ora lutilizzo della bit rate di picco come parametro sulla base del quale attribuire la banda disponibile.Qualita di servizio• La qualita di servizio di una connessione viene espressa in termini di perdita di cella, ritardo, variazione del ritardo.• Per la gestione della perdita si puo utilizzare lindicazione CLP (Cell Loss Priority): si distingue tra due livelli di tasso di perdita su una stessa connessione virtuale e in caso di congestione si scartano le celle con priorita piu bassa.(segue) 70
  71. 71. ATM – Principi di baseControllo dei parametri di utente• Linserimento dellinformazione di utente in rete e limitato unicamente dalla velocita fisica del mezzo trasmissivo.• Tuttavia poiche le connessioni virtuali condividono le stesse risorse fisiche, mezzi trasmissivi e buffer, occorre evitare una eccessiva occupazione da parte di alcuni utenti.• A tale scopo si definisce la funzione UPC (Usage Parameter Control) che effettua il monitoraggio del comportamento degli utenti allinterfaccia utente-rete per garantire che siano rispettate le modalita di trasmissione previste dal contratto.• E importante che i parametri di traffico scelti a tale scopo possano essere controllati in tempo reale.(segue) 71
  72. 72. ATM – Principi di baseSegnalazione• La negoziazione utente-rete per lattribuzione di risorse (VCI/VPI, throughput, QOS) si realizza su un canale virtuale separato con protocollo derivante da un ampliamento di quello usato per la segnalazione nella N-ISDN.• Deve prevedere linstaurazione di connessioni punto-punto, punto-multipunto.Controllo di flusso• In linea di principio non si utilizza controllo del flusso di informazioni nellambito dello strato ATM allinterno della rete pubblica B-ISDN.• In alcuni casi e pero necessario controllare il flusso di traffico tra terminale e rete. Cio e reso possibile allinterfaccia utente rete dal campo GFC (General Flow Control) dellintestazione delle celle ATM. 72
  73. 73. Asynchronous Time Division (ATD)• E’il modo di trasferimento adottato dallo standard ATM• Schema di multiplazione: con suddivisione dell’asse dei tempi in intervalli di durata costante• Principio di commutazione: con assegnamento logico delle risorse e funzionamento asincrono• Architettura del protocollo: basata sullo strato di modo di trasferimento 73
  74. 74. Modello di riferimento ATM• Il modello di architettura di rete ATM è diverso da quello TCP/IP e ISO-OSI• E’ strutturato in accordo a più livelli e piani ortogonali fra loro Gestione delle risorse Coordinamento dei livelli Gestione della Gestione del piano connessione Gestione del livello Piano di controllo Piano utente sottolivelli Livelli superiori Livelli superiori Trasporto dei dati Controllo di flusso Convergenza Funzioni utente CS Livello di adattamento ATM Segmentazione e SAR riassemblaggio Livello ATM Convergenza della trasmissione TC Livello fisico Dipendente dal PMD Mezzo fisico 74
  75. 75. Modello di riferimento ATMIl modello di riferimento comprende:• user plane: gestisce il flusso delle informazioni di utente• control plane: fornisce le funzioni per il controllo della chiamata; tratta il flusso di segnalazione per attivare una chiamata, variarne le caratteristiche e rilasciarla.• management plane: e suddiviso in 2 porzioni: • plane management: ha una struttura non stratificata e si occupa della gestione e del coordinamento tra i vari piani • layer management: fornisce funzioni di gestione delle risorse residenti in ciascuno strato e gestisce i flussi di informazioni di gestione della rete• Due strati forniscono funzioni specifiche del modo ATM: • strato ATM: fornisce la capacita di trasferimento di celle per tutti i tipi di servizio • strato di adattamento ATM: fornisce funzioni di piu alto livello dipendenti dal servizio 75
  76. 76. Livello fisico ATM• Le celle ATM possono essere spedite • direttamente sul mezzo fisico (fibra in genere) • incapsulate all’interno del carico utile di un pacchetto spedito con altro standard• Le connessioni sono sempre punto-a-punto • host-commutatore o commutatore-commutatore • Sono unidirezionali (il full-duplex richiede una coppia di linee)• Lo strato fisico consiste di due sottostrati: • trasporto fisico (PMD) • convergenza di trasmissione (TC)• Il sottolivello PMD interfaccia direttamente la trasmissione sul cavo • Trasferimento, Temporizzazione e Codifica • Accesso fisico alla rete• Il sottolivello TC converte i bit letti in celle ATM ed effettua: • adattamento al framing di trasmissione del flusso di celle • generazione e recupero del framing di trasmissione • generazione e verifica della sequenza di controllo dellerrore sullintestazione HEC (Header Error Check). Si dicono celle valide quelle per cui lheader non e modificato in questa fase • delimitazione di cella: prepara il flusso di celle in modo che il ricevitore riconosca nel flusso le celle • disaccoppiamento della velocita: inserimento e soppressione di celle non attive per adattare la velocita delle celle valide al payload di trasmissione 76
  77. 77. ATM Framing• CCITT individua tre tipi di approcci per specificare il formato della trama fisica: PDH, SDH e celle • ATM basato su PDH Caratteristiche del mezzo fisico • Utilizza linfrastruttura di rete esistente Caratteristiche della convergenza di trasmissione • Viene utilizzata la struttura delle trame della gerarchia plesiocrona alla quale vengono aggiunti ottetti speciali per realizzare funzioni di manutenzione e monitoraggio di prestazioni. 77
  78. 78. ATM Framing (continua)• ATM basato su SDH Caratteristiche del mezzo fisico: • Il mezzo fisico consigliato e la fibra ottica. • Al punto di riferimento TB si considera la bit rate 155.520 Mbit/s in entrambe le direzioni. • La bit rate 622.080 Mbit/s puo essere sia simmetrica che asimmetrica. • L interfaccia puo essere di tipo ottico o elettrico Caratteristiche della convergenza di trasmissione • Le celle vengono organizzate nella struttura STM-1 e precisamente si utilizza il Virtual Container 4. • Il payload puo avere un offset dallinizio del frame che viene specificato da un puntatore nelloverhead di linea • Poiche la capacita del payload (2340 ottetti) non e multipla della lunghezza dlla cella ATM (53 byte) una cella puo attraversare il confine del payload. Un puntatore nel path overhead indica quanti byte precedono il primo confine dopo la locazione del puntatore (H4): il range di questo puntatore va da 0 a 52 78
  79. 79. ATM Framing (continua)• ATM basato su celle Caratteristiche del mezzo fisico • Sono le stesse della modalita basata su SDH Caratteristiche della convergenza di trasmissione • Non viene di fatto imposto nessun framing di livello fisico • linterfaccia consiste in un flusso continuo di celle, eventualmente vuote • e necessaria una modalita di sincronizzazione che si effettua per mezzo della intestazione HEC • Il vantaggio di questo approccio sta nella semplicita dellinterfaccia in quanto sia la trasmissione che il modo di trasferimento sono basati sulla stessa struttura 79
  80. 80. Gestione errori (HEC)• Il controllo di errore sullintestazione si basa su 8 bit• il ricevitore puo trovarsi in uno dei due stati seguenti: • Correzione: rivela e corregge singoli bit errati - se viene rivelato almeno un errore su una intestazione il ricevitore si porta nello stato rivelazione • Rivelazione: il ricevitore scarta le celle in cui rivela errore sullintestazione - il ricevitore si riporta nello stato correzione quando riceve una cella senza errori sullintestazione si possono correggere errori singoli e rivelare errori multipli sullintestazione Il codice utilizzato e di tipo polinomiale con polinomio generatore x8+x2+x+1 80
  81. 81. Livello ATM• Gestisce le funzioni relative allintestazione della cella ATM• e indipendente dal mezzo e comune a tutti i tipi di servizio• multiplazione e demultiplazione di celle di canali virtuali differenti in un unico flusso di celle• generazione ed estrazione dellintestazione di cella• traduzione del canale virtuale 81
  82. 82. Le celle ATMLe informazioni sono trasmesse in pacchetti (celle) di 53 byte• 5 byte di intestazione e 48 byte di dati;• sono previsti due diversi formati allinterfaccia utente-rete (UNI) e allinterno della rete (NNI);• Il formato NNI differisce dal formato UNI per la mancanza del campo GFC e per il diverso numero di bits dedicati allidentificazione del percorso virtuale; header Dati utente (payload) 5 byte 48 byte 82
  83. 83. Le celle ATM (continua)• GFC (Generic Flow Control): composto di 4 bit e si usa per gestire il controllo di flusso di connessioni con diversi requisiti di qualita di servizio e per la gestione di condizioni di sovraccarico a breve termine. Il meccanismo specifico con cui cio deve avvenire e ancora allo studio.• PT (Payload Type): identifica se la cella contiene informazioni di utente o di rete. Se si tratta di informzioni di rete ulteriori informazioni riguardanti il tipo di controllo sono trasportate nel campo informativo• CLP (Cell Loss Priority): discrimina tra due livelli di priorita dellinformazione trasportata dalla cella. Puo servire per scartare o meno la cella in caso di congestione• HEC (Header Error Check): sono i bit di controllo riguardanti lintera intestazione)• VPI (Virtual Path Identifier) e VCI (Virtual Channel Identifier) 83
  84. 84. Le celle ATM (VPI e VCI)• VCI (Virtual Channel Identifier) - 16 bit e VPI (Virtual Path Identifier) 8 bit forniscono il meccanismo di identificazione di canali e circuiti virtuali (CRI): VC = associazione logica unidirezionale tra punti terminali per consentire il trasferimento di celle ATM VP = associazione logica di VC che condividono in un certo punto di riferimento le stesse risorse • i vari VP sono identificati dai rispettivi VPI mentre i VC che sono multiplati allinterno dello stesso VP si distinguono per VCI • i VC vengono trasportati in modo trasparente dai rispettivi VP • VCC(Virtual Channel Connection): catena di VCs tra i due end-point • i confini di un VP si chiamano VPT (Virtual Path Terminator) • nei VPT vengono processati i VC• Applicazioni • utente-utente: si utilizza il concetto di virtual path per la creazione di reti private virtuali; VCCs hanno significato end-to-end • utente-rete: il virtual path si estende dallinterfaccia T a un nodo di rete e serve per fornire un accesso di traffico aggregato a un nodo di rete • rete-rete: il percorso virtuale termina in nodi di rete e serve per la gestione globale del traffico; i singoli VC sono commutati o cross-connessi al confine tra VP • Rete virtuale: e un insieme di connessioni semi-permanenti tra punti terminali che utilizzano un grande numero di connessioni simultanee 84
  85. 85. Circuiti virtuali• ATM è gestito con commutazione di pacchetto ma ha un comportamento analogo alla commutazione di circuito • Circuiti virtuali permanenti Fissati su richiesta rimangono attivi fra due punti della rete. Non richiedono l’inizializzazione del circuito • Circuiti virtuali commutati Sono predisposti dinamicamente ad ogni richiesta e cancellati al termine della connessione• La creazione di un circuito consiste nella memorizzazione del percorso nelle tabelle di instradamento degli elementi di commutazione• Ogni pacchetto dovrà avere l’indirizzo del circuito a cui appartiene 85
  86. 86. Routing su circuiti virtuali H2 H3 H4 commutatore Tabella di (router ATM) routing R2 R3H1 H5 cella Circuito virtuale T61 R1 R4 T62 T63 Tronco R5 R6 H7 H6 86
  87. 87. Vantaggi dei circuiti virtuali• Circuiti virtuali • La banda viene effettivamente usata quando ci sono i dati • Una volta stabilito il circuito virtuale (caricate le tabelle di routing) le celle si muovono istantaneamente• Commutazione di circuito • Una volta stabilito il circuito la banda è allocata anche se non vengono trasmessi dati • Ad esempio se si alloca un canale T1 si trasmette sempre 1 byte ogni 125 s anche se non ci sono dati da trasferire 87
  88. 88. Indirizzamento ATM• L’identificativo di una sorgente o destinazione (ATM address) può avere tre possibili formati: • Il primo byte indica di quale formato si tratta • Formato OSI 20 byte: i byte 2 e 3 identificano il paese; il byte 4 specifica il formato dei rimanenti byte di cui 3 indicano l autorita responsabile della gestione dell indirizzo, 2 indicano il dominio, 2 larea di appartenenza e 6 lindirizzo specifico • Fornato CCITT E.164: prevede indirizzi formati da 15 cifre decimali come nella telefonia ISDN 88
  89. 89. Commutatori ATM• Un commutatore ha linee di entrata e di uscita • In genere sono in numero uguale (linee bidirezionali)• Il funzionamento del commutatore è sincrono con un proprio clock• Ad ogni ciclo le celle arrivate completamente sono inviate alla struttura di commutazione che la trasmette all’uscita specificata dalla tabella di routing Struttura di commutazione 89
  90. 90. Specifiche dei commutatori• Un commutatore di percorso commuta percorsi virtuali trattando in modo trasparente i canali virtuali in essi contenuti• Il commutatore di canale tratta i singoli canali virtuali e in particolare ne traduce l’identificatore• I commutatori operano ad alta velocità • Per ATM a 155 Mbps sono circa 365000 celle/s per linea di ingresso• La specifica ATM richiede • Commutare tutte le celle col minimo tasso di scarto • Mantenere lo stesso ordine per le celle di un circuito virtuale• Problema: più celle in ingresso in uno stesso ciclo che devono essere instradate sulla stessa uscita • Sceglierne una e scartare il resto non è efficiente • Si usano code (in ingresso o uscita) 90
  91. 91. Code in uscita in coda ciclo 1 ciclo 2 ciclo 3• La cella da trasmettere in caso di conflitto può essere scelta casualmente per non creare preferenze• Quando la coda è piena le celle in conflitto sono scartate • Le code devono essere dimensionate opportunamente • In genere si usano più code per gestire velocemente collisioni multiple sulla stessa uscita 91
  92. 92. Interfaccia ATM• I programmi applicativi interagiscono con lo strato ATM attraverso lo strato di adattamento (ATM Adaptation Layer).• Esistono vari tipi di strato di adattamento, in relazione al tipo di servizio che si deve realizzare.• Quando un calcolatore instaura una connessione virtuale deve specificare quale tipo di protocollo di adattamento intende utilizzare.• Lo strato di adattamento si realizza nella interfaccia del calcolatore mediante hardware e firmware che realizzano la ricezione e la trasmissione delle celle. 92
  93. 93. Livello di Adattamento (AAL)• AAL (ATM Adaptation Layer) ha il compito di arricchire il servizio fornito dallo strato ATM per supportare le funzioni richieste dai servizi specifici (I.362). le funzioni svolte dipendono dal tipo di servizio (utente, segnalazione, gestione).• Lo strato di adattamento e suddiviso in due sottostrati: • SAR (Segmenting and Reassembling): • segmentazione dellinformazione per essere trasportata nella cella ATM; • ricomposizione del contenuto delle celle ATM in informazioni di piu alto livello; • CS (Convergence Sublayer): • identificazione del messaggio • recupero della temporizzazione • per alcuni tipi di AAL e ulteriormente suddiviso in • CPCS Common Part Convergence Sublayer • SSCS Service Specific Convergence Sublayer • Differenti combinazioni di SAR e CS danno luogo ai diversi servizi AAL • Se il servizio ATM e sufficiente per alcune applicazione, lo strato AAL e vuoto • Una AAL-SDU (Service Data Unit) puo essere trasportata da un punto di accesso al servizio (AAL-SAP) a uno o piu AAL-SAP attraverso la rete ATM. Lutente AAL e in grado di selezionare quale AAL-SAP utilizzare per ottenere la qualita di servizio richiesta • Sono state definiti 4 tipi di AAL in relazione a 4 diverse classi di servizio. 93
  94. 94. Classi di servizio per AAL• I servizi vengono classificati in 4 classi in relazione a tre parametri: • relazione temporale tra sorgente e destinazione. Tale relazione e presente nel caso di trasmissioni vocali PCM, non ce per le trasmissioni tra calcolatori; i servizi con tali relazioni temporali sono talvolta denominati real time • bit-rate: alcuni servizi hanno bit rate costante, altri variabile • connection mode: servizi connectionless o connection oriented• Solo 4 delle 8 possibili combinazioni danno origine a servizi reali per cui il CCITT ha definito 4 classi di servizio • Classe A: presenta relazioni temporali tra sorgente e destinazione e bit rate costante con modo connection oriented: e il caso della voce a circuito a 64 Kbit/s (circuit emulation). Un altro esempio e il video a bit rate costante • Classe B: a differenza della A ha bit rate variabile. Es video VBR • Classe C: non prevede relazioni temporali, e a bit rate variabile e connection- oriented. Es: trasferimenti dati connection-oriented e segnalazione • Classe D: differisce da C per il fatto che e connectionless. Es: trasferimento dati connectionless come in SMDS (Switched Multi-megabit Data Service) 94
  95. 95. Tipi di AdattamentoSono previste 4 tipi di AAL:• AAL 1: supporta la classe A di servizio• AAL 2: supporta la classe B di servizio• AAL 3/4: supporta sia la classe C che la classe D di servizio• AAL 5: supporta la classe C di servizio (segnalazione) e trasporto dati a basso overhead Inizialmente AAL 3/4 era suddiviso in due tipi distinti; successivamente i due tipi sono stati combinati in uno unico adatto per l’interconnessione di ATM con SMDS e MAN. AAL 3/4 e’stato considerato inadeguato per il trasporto di protocolli di alto livello a causa di eccessivo overhead. 95
  96. 96. ATM AAL1• I servizi a bit rate costante (CBR) richiedono il trasferimento di informazioni a bit rate costante dopo che sia stata attivata una connessione virtuale tra sorgente e destinazione. A tale scopo AAL 1 offre i seguenti servizi: • trasferimento di SDU (Service Data Units) a bit rate costante • trasferimento di informazioni temporali tra sorgente e destinazione • trasferimento di informazioni sulla struttura dati • indicazione di informazioni perdute o errate 96
  97. 97. ATM AAL1 (SAR e CS)• Il sottostrato SAR accetta blocchi di 47 ottetti da CS e aggiunge un ottetto per formare la SAR-PDU.• Il SAR destinazione toglie lottetto di overhead e consegna al CS destinazione i 47 ottetti. CSI CS Indication: indica la presenza del sottostrato CS SN Sequence Number: numero di sequenza dellunita informativa trasportata per la rivelazione di unita perdute SNP Sequence Number Protection: correzione derrore sul singolo bit e rivelazione di errori multipli relativi ai primi due campi SDU Service Data Unit• Il sottostrato CS dipende dal particolare servizio e puo contenere le seguenti funzioni: • gestione delle variazioni di ritardo • gestione del ritardo di assemblaggio delle celle • recupero del clock di sorgente al ricevitore • monitoraggio di celle perdute o male inserite 97
  98. 98. ATM AAL2• AAL 2 fornisce servizio di trasferimento di informazione con bit rate variabile.• E possibile in questo caso che le celle non siano riempite completamente per cui sono richieste al SAR funzioni aggiuntive rispetto a AAL 1.• Il CCITT non ha ancora formulato una standardizzazione. 98
  99. 99. ATM AAL3/4Fornisce il servizio di adattamento per trasferimenti dati sensibili allaperdita ma non al ritardo.Vengono definiti due modi di funzionamento: • message-mode: ad una AAL-SDU corrisponde una sola unita informativa di interfaccia • streaming mode: un AAL-SDU viene trasportata da una o piu unita informative di interfacciaEntrambe le modalita prevedono le procedure • assured con ritrasmissione delle CS-PDU mancanti o corrotte e possibilita di introdurre controllo di flusso per connessioni punto-punto • non assured senza ritrasmissione delle CS-PDU mancanti o corrotte 99
  100. 100. ATM AAL3/4 SAR• T: segment type e un campo di 2 bit per indicare di quale parte di CS-PDU si tratta: prima (Begin Of Message 10), intermedia (Continuation Of Message 00), ultima (End Of Message 01). Indica anche il caso di un messaggio costituito da una singola CS-PDU (Single Segment Message 11)• Length: length indicator e un campo di 6 bit che indica iil numero di ottetti validi della SAR-PDU in quanto lultimo messaggio o il messaggio singolo possono non essere completamente pieni• CRC: 10 bit per la rivelazione derrore basata sul polinomio generatore 1 + x + x4 + x5 + x9 + x 10• Seq Nr: e un numero di sequenza a 4 bit per la rivelazione di celle perdute o male inserite • MID: e un campo riservato per AAL 3. Per AAL 4 gestisce la multiplazione. Consente di multiplare fino a 210 connessioni AAL su una singola connessione ATM per trasferimenti dati connection-oriented. Per le comunicazioni connection-less il MID consente di multiplare le SAR-PDU di fino 210 CS-PDU sulla stessa connessione virtuale ATM semi- permanente. • SAR-SDU: contiene linformazione CS- PDU 100
  101. 101. ATM AAL5• E’ lo strato di adattamento per la trasmissione dati a pacchetto• Accetta pacchetti di lunghezza variabile da 1 a 65535 byte• Introduce un trailer di 8 byte alla fine del pacchetto• AAL5 svolge funzioni di segmentazione in trasmissione e riassemblaggio in ricezione, dove occorre riconoscere quante celle formano il pacchetto (funzione di convergenza) 101
  102. 102. Segnalazione – ATM SAAL• La segnalazione è gestita in accordo allo standard ITU Q.2931 attraverso il Signalling Adaptation Layer (SAAL)• La componente SSCOP è molto simile a X.25• Per CPCS ITU-T raccomanda AAL3/4 mentre ATM forum AAL5• I principali messaggi di segnalazione sono: • SETUP • CALL PROCEEDING • CONNECT • CONNECT ACK • RELEASE • RELEASE COMPLETE 102
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