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A. Pattavina Reti di Telecomunicazione Rieditato .pdf



Nome del file originale: A. Pattavina - Reti di Telecomunicazione - Rieditato.pdf

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Achille Pattavina

Reti di telecomunicazioni

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Indice

Introduzione

Capitolo 1

XIII

Servizi e reti di telecomunicazioni

1

1.1

Servizi di telecomunicazioni
1.1.1 Caratteristiche di un servizio
1.1.2 Tipologie di informazioni
1.1.3 Caratterizzazione delle comunicazioni
1.1.4 Tassonomia dei servizi di telecotmmicar.ione
1.1.5 Caratterizzazione delle sorgenti
1.1.6 Requisiti dei servizi di telecomunicazione
Ì.2
Reti di telecomunicazioni
1.2.1 Topologie di rete
Maglia
Albero
Anello
Stella
Bus
Altre topologie
1.2.2 Tassonomia delle reti
1.2.3 Schema generale di una réte
Bifiliogtafìa

Capitolo 2

Modi di trasferimento

I
I
2
1
fi
III
II
11
15
13
13
14
14
14
15
16
17

-——

19

2.1

Servizi di trasferimento dell'informazione
2.1.1 Servizi base di comunicazione

19
22

2.2

Tecniche di multiplazione
2.2.1 Soluzioni concettuali di multiplazione con accesso centralizzalo
2.2.2 Principali realizzazioni di tecniche di multiplazione
Multiplazione sincrona (S-TDM)
Multiplazione asincrona (A-TDM)
Modalità di commutazione
"
2.3.1 Tecniche base di commutazione
2.3.2 Spettro delle alternative
Architetture di protocolli
2.4.1 Concetti base di un modello a strati
Primitive scambiate e servizi resi ai SAP
Relazione tra unità dati
Tipologia di strati
2.4.2 Modello OSI
'

28
30
32
32
33
34
34
35
37
37
39
40
42
43

2.3

2.4

y

Slrato 7: Application Laycr
Strato 6: Presentation Layer
,
Strato 5: Session Layer
Strato 4: Transport Layer
Strato 3: Network Layer
Strato 2: Data Link Layer
Strato 1 : Physical Layer
Esempio di interazione tra sistemi
2.4.3 Modello TCP/IP
Application Layer
Transport Layer
Internet Layer
Network Access Layer
Relazione tra modelli di riferimento
2.4.4 Modi di commutazione
2.5
Evoluzione di rete
Bibliografia

Capitolo 3
3.1

3.2

Reti dati in area geografica

Strato 2: collegamento dati
3.1.1 Procedure di controllo di errore
3.1.2 Protocolli Stop & Wait
Protocolli S&W in assenza di errori
Protocolli S&W in presenza di errori
3.1.3 Protocolli Continuous ARQ
Protocollo Go-back-n
Protocollo Selective repeat
Efficienza dei protocolli Continuous A R Q
3.1.4 Controllo di flusso a finestra
3.1.5 Un protocollo di strato 2; HDLC
Struttura di traina
Trasparenza dati
Rivelazione di enote
Comandi e risposte
Esempio di operazioni con protocollo ABM
Esempio di operazioni con protocollo NRM
Sliding window
Parametri del protocollo I1DLC
3.1.6 Efficienza del collegamento
Strato 3: rete
3.2.1 Servizi di rete
Servizio datagramma
Servizio chiamata virtuale
Servizio circuito virtuale permanente
Confronto dei servizi
3.2.2 Algoritmi di instradamento
Instradamento random
Instradamento flooding
Instradamento source routing
Instradamento fisso
Instradamento dinamico a disianza minima
Instradamento gerarchico

3.2.3 Controllo di congestione e di
Approccio credit-based
Approccio rate-based
3.2.4 Un protocollo di strato 3: X.25
Protocolli e servizi
Formato dei pacchetti
Esempio di chiamata virtuale
3.3
Prestazioni di
3.3.1 Parametri di prestazione
3.3.2 Modello di nodo
3.3.3 Tempo di ritardo
Bibliografia

Capitolo 4

flusso

105
107
108
111
111
113
115
116
116
117
119
123

rete

Reti per telefonia

125

4.1

Generalità
4.1.1 Configurazione della rete
4.1.2 Linee di trasmissione
4.1.3 La rete italiana
4.1.4 Numerazione
4.2
Tecniche di instradamento
4.2.1 Instradamento in reti gerarchiche
4.2.2 Tecniche di instradamento invarianti
4.2.3 Tecniche di instradamento dinamiche
Algoritmo DNHR
Algoritmo DCR
Algoritmo RTNR
Algoritmo DAR
Considerazioni
riassuntive
4.3
Prestazioni di rete
Bibliografia

Capitolo 5
5.1

5.2

5.3

5.4

.

1

-

Multiplazione a divisione di tempo

Concetti base
5.1.1 Teorema del campionamento
5.1.2 Multiplazione PAM
5.1.3 Multiplazione PCM
Sistemi di multiplazione PCM
5.2.1 Multiplazione PCM europea
Struttura di trama
Struttura di nmltitrania
Schema a blocchi del multiplatore
5.2.2 Multiplazione PCM nord americana
Struttura di trama
Struttura di supeitriuua
Struttura di su|>ertrauia estesa
5.2.3 Caraneristiche dei sistemi mulliplex PCM
Sincronizzazione di cifra e ili trama
5.3.1 Sincronizzazione di cifra
5.3.2 Sincronizzazione di trama
Multiplazione numerica
5.4.1 Caratteristiche genciuh
5.4.2 Multiplazione numerica sincrona

.125
127
131
132
134
3
5
137
137
140
141
142
144
145
146
146
150

153
^
~

y
•

153
156
157
158
160
161
161
162
163
163
164
165
166
168
168
168
170
171
172
173

5.4.3 Multiplazione numerica asincrona
Gerarchia P D H
5.5.1 Gerarchia PDH europea
5.5.2 Gerarchia PDH nord americana e giapponese
5.5.3 Principali parametri della gerarcliia PDH
Bibliografia
5.5

Capitolo 6

Nodo di commutazione

6.1
6.2

Generalità
Reti di connessione a divisione di spazio
6.2.1 Rete a due stadi
6.2.2 Rete a 3 stadi
6.3
Reti di connessione a divisione di tempo
6.3.1 Matrice T(TSI)
Struttura simplex
Struttura duplex
6.3.2 Matrice S (TMSJ
6.3.3 Reti di connessione a 3 stadi
6.4
lùiitivalenza spazio-tempo
Bibliografia
Cnpltolo 7
Segnalazione
7.1
Siatemi di *c|>nalnzi<me
7.1.1 SeRiiala/ione di utente
7.1:1. Sritnalii/.iiinc Inter-nodo associata al canale
/ I ..I Segnili»/,Ione Inter-nodo a canale comune
}.)
Ninnila dt ar||nnlar.ionc No. 7
7.2.1 PUIIZIOIII « carutteristichc
7.2.2 ArchlttiHur» protocollare
7,2.1 l ivello MIT-2
7.2.4 l ivello M I P-3
l'otmalo del messaggi
riattamento dei messaggi
( trilione degli eventi di guasto
7.2.1 Applicazione ISUP
llllil lo|ialM
Capitolo II
fleti ISDN
HI
( Internili*
H I I Architettura di rete
K.1.2 Classi di servizi
Servizi portanti
Ifcleservizi
Servizi suppleiiientari
H.2
Interfacce e protocolli
8.2.1 Canali ISDN
8.2.2 Interfacce ISDN
8.2.3 Dispositivi di accesso e punti di riferimento
8.2.4 Architettura protocollare
8.2.5 Servizi
Servizi a commutazione a circuito
Servizi a commutaziono a pacchetto

Indice
8.2.6 Indirizzamento
Livello
fisico.
8.3.1 Interfaccia base (BRI)
Configurazioni di accesso
Connettori fisici e alimentazione
Tecniche di codifica
Formato di trama nel punto di riferimento S/T
Formato di trama nel punto di riferimento U
8.3.2 Interfaccia primaria (PR1)
8.4
Livello di collegamento dati
8.5
Livello di
rete
Bibliografia

251
253
253
253
254
255
256
259
261
262
265
271

Capitolo 9
Reti Fratrie Relay
9.1
Concetti base
9.1.1 Architettura protocollare
9.1.2 Formato di trama del protocollo LAP-F
9.1.3 Frame relay e X.25
,
9.2
Struttura di rete
9.3
Controllo della connessione
9.4
Controllo del traffico
9.4.1
Controllo del traffico di accesso
9.4.2 Controllo della congestione
Bibliografia

273
273
274
270
27H
280
283
286
286
289
'290

Capitolo 10 Reti in area locale: architetture
10.1 Architetture di reti LAN
10.1.1 LAN con topologia a bus
10.1.2 LAN con topologia ad anello
10.1.3 LAN con topologia a stella
10.2 II progetto IEEE 802
10.2.1 Architettura generale
; „.
10.2.2 II livello LLC
10.2.3 II livello MAC
10.2.4 II livello
fisico
10.3 La Rete Ethémet: IEEE 802.3
10.3.1 Topologia
10.3.2 Formato della trama
10.3.3 Protocollo di accesso
10.3.4 Ethernet a 10 Mbit/s
Segmento 10Base5
Segmento 10Base2
Segmento lOBase-T
Segmento lOBase-F
Reti Ethernet multisegmento
10.3.5 Fast Ethernet
Fast Ethernet lOOBase-X
Fast Ethernet 100Base-T4
Fast Ethernet 100Base-T2
10.3.6 Gigabit Ethernet
1Ó.4 La rete Token ring - IEEE 802.5
10.4.1 Topologia
'

291
291
292
293
294 y
~ 295 '
295
296
297
298
300
300
301
301
304
304
306
306
306
307
309
311
311
312
312
314
314

8.3

•

T

IX

10.4.2 Protocollo di accesso
10.4.3 Formato della trama
10.4.4 Operazioni sull'anello
Stazione monitor
Timers
10.4.5 Livello fisico
10.4.6 Evoluzione dello standard
Bibliografia

Capitolo 11 Reti dati in area locale: prestazioni
11.1
11.2

Misure di prestazione e limiti teorici
Protocolli ad accesso casuale
11.2.1 Protocolli di tipo ALOHA
Protocollo ALOHA
Protocollo Slotted ALOHA
11.2.2 Protocolli di tipo CSMA
Protocolli CSMA
Protocolli CSM A/CD
Modello per il calcolo delle prestazioni
11.3 Reti ad anello
11.4 Prestazioni di traffico in reti locali
Bibliografìa

Capitolo 12 Sistemi trasmissivi SDH
12.1
12.2

Lìmiti della gerarchia PDH
Princìpi della gerarchia SDH
12.2.1 Modello a strati
12.2.2 Struttura della trama
12.2.3 Elementi di multiplazione
12.2.4 Struttura di multiplazione
12.3 Multiplazione SDH
12.3.1 Composizione del segnale STM-1
12.3.2 Composizione del segnale STM-n
12.3.3 Trasporto di tributario PDH E-l
12.4 Rete SDH
12.4.1 Apparati SDH
12.4.2 Configurazioni di rete SDH
Bibliografia

Capitolo 13 Reti ATM
13.1
13.2

13.3
13.4
13.5

13.6
13.7

Generalità
Elementi chiave
13.2.1 Interfacce ATM
13.2.2 La cella ATM
13.2.3 Connessioni virtuali
Servizi di rete ATM
Architettura di protocolli
Strato fisico
13.5.1 Physical medium
13.5.2 Transmission convergente
Strato ATM
Strato AAL

Irli

13.7.1 AAL1
13.7.2 AAL2
17.7.3 AAL3/4
13.7.4 AAL5
13.7.5 Considerazioni conclusive
13.8 Evoluzione della rete ATM
Bibliografia

402
404
406
408
409
410
413

Capitolo 14 Intemetworking

415

14.1

415
415
416
417
420
422
422
423
425
425
427
427
428
430
432
433
436
438
441
443
443
445
448
448
449
451
452
454
456

Interconnessione di reti
14.1.1 Interconnessione tramite repeater
14.1.2 Interconnessione tramite bridge
Transparent bridge
Source routing bridge
14.1.3 Interconnessione tramite router
14.1.4 Interconnessione tramite gateway
14.2 Architettura protocollare TCP/IP
14.3 Strato di rete
14.3.1 Protocollo IP
14.3.2 Indirizzamento IP
Classi di indirizzi IP
Subnetting
Classless Inter-Domain Routing (CIDR)
Domain name system
14.3.3 Protocolli di instradamento
Routing Information Protocol (RIP)
Open Shortest Path First (OSPF)
Border Gateway Protocol (BGP)
14.3.4 Protocolli di controllo
Internet Control Message Protocol (ICMP)
Address Resolution Protocol (ARP)
Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
BOOTP e DIICP
14.3.5 lìvoluzione del protocollo IP
14.4 Strato di trasporto
14.4.1 Protocollo TCP
14.4.2 Protocollo UDP
Bibliografia

Indice analitico

*

V

457

»

Introduzione

Le reti di telecomunicazioni hanno rappresentato uno ilei settori,trainanti per il K'""
de sviluppo delle telecomunicazioni, avvenuto in tutto il mondo nell'ultUnn pnilc. ilei
secolo scorso. Le reti di telecomunicazioni, usufruendo della ilisponihilith ili umidi
trasmissivi, consentono l'accesso a una svariala tipologia di scivi/i di (eleuontililit'ii
zione, A partire dal tradizionale servizio di telefonia, con il progredire e lo sviluppiti
si delle reti di telecomunicazioni è stato via via possibile rendere disponibili nini un
Vizi. Basti pensare ai servizi per il trasferimento di dati e di iiuitingini pei le pili ilivoi
se applicazioni, come per esempio l'accesso a banche dati, l'interliivoru Ira siti n/.lcn
dali remoti, la telesorveglianza, la videoconfercnza, ecc. Le tecniche ili Irnsfeilincntii
delle informazioni adottate in queste reti, inizialmente differenti per sei vizi di fonia e
di dati, si sono evolute in modo da consentire la realizzazione ili infrastnitture di rete
capaci di trasportare in modo integrato flussi di informazioni di ogni tipo. Sono sotto
gli occhi di tutti le offerte dì servizi di telecomunicazione che prevedono il supporto
integrato di servizi di fonia, dati e video. Ciò viene reso possibile, oltre che dalla
disponibilità di tecnologie elettroniche e ottiche estremamente avanzate che consentono il trasferimento di flussi di dati ad altissima capacità con tassi di errore virtualmente nulli, anche dall'utilizzazione di tecniche estremamente avanzate per il trasferimento in rete delle unità informative.
Il testo si propone di fornire un primo approccio al mondo delle reti di telecomunicazioni nella sua globalità. Inizialmente vengono descritti i principi che sono alla
base dei servizi di telecomunicazioni e delle reti che ne consentono la fornitura.
Vengono quindi descritte le tecniche di interconnessione in rete di apparati di telecomunicazioni per fornire servizi di telefonia, basati sulla commutazione di circuito, e
servizi dati, che utilizzano la commutazione di pacchetto. Per il primo tipo di rete si
descrivono le strutture di reti telefoniche sia di tipo tradizionale, che forniscono cioè
il solo servizio base di fonia, sia di tipo avanzato, che forniscono servizi aggiuntivi
(rete ISDN). Per il secondo tipo di rete si affrontano separatamente le tematiche delle
reti in arca geografica (reti WA.N) e di reti in area locale (reti LAN), esaminando anche
quelle tecniche di trasferimento più avanzate che consentono il trasferimento di grandi quantità di informazioni (reti Frame Relay, Fast Ethemet e Gigabit Ethernet).
Vengono poi affrontati i temi delle reti ad alta velocità caratterizzate da una crescente
integrazione dei servizi di comunicazione, sia con riferimento alle reti trasmissive
(reti SDH), sia alle reti di trasporlo (rete ATM). Infine si fornisce un primo approccio
al tema delie interconnessione di reti, esaminando t principi e le tecniche che sono alla
base della rete Internet.
I! libro è stato pensato per essere utilizzato còme testo di base per reti di telecomunicazioni nell'ambito di un corso di laurea triennale. Il suo utilizzo non richiede
particolari prerequisiti, tuttavia le conoscenze di base di calcolo delie probabilità e di
telecomunicazioni sono di ausilio per affrontare alcuni argomenti. Il testo è adatto a un

corso di 10-12 credili; tuttavia un corso 5-6 credili può essere ritagliato sul lesto specializzandone gli obiettivi: una formazione sulle sole reti per applicazioni dati potrebbe limitarsi alle reti a commutazione di pacchetto (reti WAN, Frame relay, LAN, ATM,
Internet), mentre una preparazione sui fondamenti delle diverse tecnologie di rete
potrebbe affrontare solo gli approcci base alle reti a commutazione di circuito e di
pacchetto (reti WAN, reti per telefonia, reti LAN).
11 testo è accompagnato da un silo web con materiale aggiuntivo. Per i docenti
saranno disponibili le figure in formato elettronico e lucidi integrativi in Power Point.
Per gli studenti un glossario, l'inevitabile errata corrige del libro, una bibliografia di
approfondimento, un glossario di telecomunicazioni e link utili.
Novembre 2002
Achille Pattavina

Servizi e reti
di telecomunicazioni

Un servizio di telecomunicazione si può definire come un insieme di procedure che,
una volta attuate, rendono possibile trasportare e utilizzare a distanza informazioni. In
generale il trasporto di informazioni richiede l'intervento di vari apparati e dispositivi
di telecomunicazioni: il loro insieme configura una rete di telecomunicazioni. In questo capitolo vengono fomiti concetti generali relutivi ai servizi di telecomunicazioni e
vengono altresì introdotti alcuni elementi base sulle reti che consentono di fornire
questi servizi.

1.1

Servizi di telecomunicazioni

Per caratterizzare un servizio di telecomunicazioni è necessario innanzitutto specificare chi invia e chi riceve le informazioni (il cliente) da una parte^e chi trasporta le
informazioni (il fornitore del servizio) dall'altra. Una considerazione abbastanza
ovvia, che tuttavia riveste un'importanza particolare nell'ambito delle telecomunicazioni, è che quanto più dettagliatamente si conoscono le esigenze del cliente, tanto più
il servizio da questi richiesto può essere fornito "su misura", commisurando le risorse
di telecomunicazione impiegate ai requisiti del servizio stesso. Infatti, è evidente che
le risorse di telecomunicazione da utilizzare, il cui costo aumenta secondo una qualche regola con la quantità impiegata, devono essere solo quelle sufficienti a garantire
il servizio richiesto secondo i requisiti del cliente. Fornire un servizio di caratteristiche migliori di quanto richiesto di solito non implica un aumento del prezzo che il
cliente è disposto a pagare. Naturalmente il tipo di servizio che viene richiesto e il
denaro che il cliente £ disposto a cotrispondere dipendono dalie caratteristiche e dalla
disponibilità ili sci vizi di telecomunicazione offerti al cliente stesso.
I,a continua disponibilità di servizi di telecomunicazione di migliore qualità a costi
deciescenli t uno dei principali fattori che contribuisce allo sviluppo delle reti di telecomunicazioni che rendimi» disponibili tali servizi.

1.1.1

Caratteristiche di un servizio

Le informazioni che viaggiano SII una rete di telecomunicazioni possono essere di più
tipi (per esempio, informazioni dati, vocali, immagini ecc.) e in base alla loro natura
si diversificano i tipi di servizi che si rendono disponibili. In particolar modo questi
sono soggetti net alcuni vincoli ila rispellare, come la velocità di trasmissione e il
tempo di trasporto doliti informazioni. In cui valutazione viene effettuata attraverso
determinati indici di qunlilii. (JIICHIÌ vincoli, in genere, sono specifici del servizio; per
esempio, le trasmissioni ili mainili vocali tollera errori anche di qualche unità percentuale, mentre nella Iruttnlmioue ili iluli anche un solo bit di errore può compromettere

l'intero processo di trasferimento dell'informazione. D'altra patte la ricezione con
ritardo di secondi o minuti di un messaggio di posta elettronica non crea problemi,
mentre il segnale vocale deve essere ricevuto entro alcune decine di millisecondi per
non compromettere l'efficacia di un servizio di telefonia.

1.1.2

Tipologie di informazioni

Come sarà più chiaro nel seguito, risulta estremamente importante classificare il tipo
di informazione da trasportare a distanza per fornire un dato servizio di comunicazione. Infatti la tipologia di informazione che deve essere trasferita determina le modalità
di trasporto delle informazioni (attraverso una o più reti di telecomunicazioni), e quindi le corrispondenti caratteristiche di qualità.
In generale possiamo fare riferimento a una grande quantità di tipi di informazione, per esempio voce, suoni ad alta fedeltà, messaggi di posta elettronica, immagini
ecc. Per eseguire una semplificazione, possiamo classificare tutti i diversi tipi di infor' mazione in tre grandi categorie:
•

voce: comprende tutti i tipi di informazione che vengono "utilizzati" dall'orecchio
umano, conte per esempio la voce, i suoni ecc.;
- video:
comprende tutti i tipi di informazione che vengono "utilizzati" dall'occhio
uiiiiiu», come per esempio le immagini fisse o iti movimento;
• liuti:
include tutti i tipi di informazione che per loro natura sono rappresentati per
I I K V / . O di informazioni binarie e che non rientrano nelle due categorie precedenti,
t unir |K-I esempio i messaggi ili posta elettronica, i dati delle transazioni bancarie
«CO.

A •«tonila tirila nanna delle informazioni trasportate un servizio si distingue in
miHiiiiiimlìnln e multimrdinlc. In un servizio
monomediale
viaggia un solo tipo
lllfm muflone, conio per esempio la voce nella telefonia, i dati in una sessione di
ut i > i n i a lulrinrt, lo immagini nel caso della telesorveglianza. In un servizio
multiinfittili*
I tipi ili iultiiinazione trasportati nell'ambito del servizio sono almeno du
nummo MM imtlo I propri vincoli di qualità di trasporto. Un esempio è rappresentato
itali» v|d«IR:onfcrenzu, dove vengono trasmessi segnali sia video sia audio mutuanimm «IncronluMi 1 .
1,1,1

Carrttturlzzazlone delle comunicazioni

I In m ivi/Iti ili telecomunicazioni richiede l'utilizzazione di diversi tipi e diverse quantità ili i Itnrie ili comunicazione che possono variate in base a tre proprietà che caratici Iz/imo il servizio: la configurazione, la direzione e l'inizializzazione.
I il t oi\flglirtizione
di un servizio identifica il numero di attori coinvolti ne
rlo *lf«so, In paiticolare la configurazione varia a seconda del numero di destinatari
tlell'liiloriliazione emessa dalla sorgente. Si distinguono tre tipi di configurazione:
•

imititi
limilo
il servizio si svolge tra due utenti ognuno dei quali accede al servi
ninnai) Immite un punto di accesso nella rete di telecomunicazioni; una conversazione telefonica tra due utenti costituisce l'esempio tipico di servizio punto-punto;

1
Ottone Ime annuitine a nun equivocare Ira servili nel caso Jelia televisione. U servizio di (decornimi,
t «lime televisivo è basalo sul Itasfeiinicnto congiunto di imnugim e suoni, ma ciò non basta per qualiftl m In (tutte multimediale. Le informazioni vìdeo e audio sona infatti usualmente codificale in un solo
Hfuiiitlr "dati", che viene poi interpretalo dalriceviteleperrigeterarei due tipi di segnale nell'apparecchio
irtevUlviv

Servizi e reti di telecomunicazini
•

multipunlo:
il servizio coinvolge più di due utenti, cosi che in generale l'informazione emessa da un utente (sorgente) è trasportata e resa disponibile agli altri utenti del servizio (destinatari); supportare una comunicazione che abbia queste caratteristiche è tutt'altro che semplice, poiché l'informazione emessa da una sorgente
deve essere resa disponibile in più punti di accesso alla rete (uno per destinatario);
un esempio di servizio multipunto è la conversazione a tre (utenti) nell'ambito del
servizio di telefonia;
» diffusivo
(o broadcast):
i un tipo particolare di configurazione multipunto, nella
quale l'informazione emessa da un utente (sorgente) è inessa a disposizione di tutti
gli utenti della rete (utilizzatori); è in generale più semplice supportate un servizio
diffusivo che uno multipunto, poiché nel primo caso non occorre selezionare gli
utenti destinatari dell'informazione, escludendo quindi ogni operazione di filtraggio e di selezione; un esempio tipico di servizio diffusivo 6 quello televisivo che
viene reso disponibile via etere.
La direzione
di una comunicazione fa riferimento alla caratteristica del fintini Infnr
mativo emesso e/o ricevuto da un generico illente di un servizio di cnmunlcii/.innr, M
distinguono due tipi di servizi:
•

•

unidirezionale,
quando il servizio trasferisce mi solo flusso Infoimullvii, ilio »«
solo dalla sorgente all'utilizzatore (servizio punto pulito) i» agli utilizzinoli (univi
zio multipunto o diffusivo);
bidirezionale,
quando il servizio trasferisce due flussi informativi per niente ilei
servizio, chiaramente in direzioni opposte, cosi che ogni utente agisce sin da noi
gente sia da destinazione delle informazioni; un servizio bidirezionale puf) ul)e
riorniente essere distinto in
- simmetrico,
se i due flussi trasferiti per utente sono caratterizzati dagli slessi
parametri,
- asimmetrico,
se il flusso informativo ricevuto da un utente è caratterizzato da
" parametri diversi da quelli del flusso emesso dall'utente stesso.

Esempi di servìzi unidirezionali sono la telesorveglianza e la televisione. La telefonia
p4'accesso da terminale a banche dati sono esempi di servizi bidirezionali simmetrici
e asimmetrici, rispettivamente. Infatti solo nel primo caso i due flussi informativi
hanno le stesse caratteristiche, mentre nel secondo il flusso nella direzione dal terminale alla banca dati è generalmente molto più piccolo di quello in direzione opposta.
La proprietà di inizializzazione,
infine, descrive le modalità attraverso le quali viene
reso disponibile un servizio. Un servizio può essere inizializzato:
»

•

su buse chiamata, ogni volta che il servizio si articola nelle Ire fasi di richiesta
del
servizio, attraverso opportune procedure dì segnalazione attuate nella stessa rete di
telecomunicazioni, utilizzazione
delle risorse di comunicazione (durante la quale
vengono trasmesse le informazioni) e rilascio
delle risorse di rete utilizzate;
su base contrattuale,
quando la disponibilità del servizio di telecomunicazione è
(semi)permanen(e per gli utenti coinvolti; ciò implica che la fase di richiesta del
servizio precedentemente definita si attua solo con un accordo (contrattuale) siglato tra cliente e fornitore del servizio.

Esempi di servizi su base chiamata e su base coutrattuale sono, rispettivamente, il servizio di telefonia pubblica e un servizio di connessione dati di tipo affittato tra un
cliente e un centro di servizio.

3

4 _ Capitolo 1
1.1.4

Tassonomia dei servizi di telecomunicazione

L'ITU (International Telecommunication Union) è un ente sovranazionale che si interessa di problematiche relative alle telecomunicazioni e alle radiocomunicazioni. La
sua funzione è prevalentemente quella di creare un insieme di nonne che definiscono
in modo estremamente preciso le modalità di scambio di informazioni tra apparati,
sistemi, reti ecc. L'insieme di queste norme consente ai fornitori di servizi di telecomunicazione di utilizzare apparati di comunicazione realizzati da diversi costruttori,
che sono quindi in concorrenza nella costruzione di uno stesso apparato. Cóme ben
noto, questa situazione spinge il costruttore a migliorare sempre più il rapporto qualità-prezzo del proprio prodotto; con un beneficio indotto per l'utilizzatore finale dell'apparato, reso possibile dalla disponibilità di uno stesso servizio di telecomunicazione a costo decrescente, oppure, a parità di costo, a qualità crescente. Si consideri
per esempio l'ampia scelta che oggigiorno un utente ha sia nell'acquisto di un
"modem" telefonico per accedere a una rete dati come Internet, sia nella scelta del fornitore di servizio di accesso alla rete stessa.

Uno dei documenti più importanti nell'ambito della definizione dei servizi di telecomunicazione è la raccomandazione numero 1.211 dell'ITU-T1 [1.211], che. fornisce
una classificazione, o tassonomia, dei sevizi di telecomunicazionej riportata nella
Figura 1.1. Tale classificazione è stala introdotta nell'ambito della definizione delle
caratteristiche di una rete a larga banda, atta cioè a fornire servizi di telecomunicazione che possono dare anche la disponibilità di una quantità significativa di risorse di
comunicazione.
I servizi di telecomunicazioni si suddividono in due classi: quelli interattivi e quelli distributivi. I servizi
interattivi
consentono un'interazione tra sorgente e destina
ne dei messaggi informativi nell'ambito della comunicazione, mentre nei servizi
distributivi
la sorgente di informazione agisce indipendentemente dal comportamen
della destinazione.
I sevizi interattivi a loro volta si suddividono in:
•

servizi
di conversazione,
in cui l'interazione tra sorgente e destinazione avvi
tempo reale con un ritardo di trasferimento delle unità informative che dipende

Figura 1.1
Tassonomia dei servizi di
telecomunicazione.

i

__ett~

5 !eo.'izi<ii
conversazioni'

5

Servizi,, ^
interattivi •

. Sérv izi'aiV:riessa

( Servizi
i l distribuirai

I

. ! Servizi al v i
iohsultazlóne

Con.icntioilo
di prese, ttd/iàne

Senza «introito,
iti presentazione

LatetteràT finite, che sta per Telecommunicalion, serve a ideiuifìcaie quella pane dell 'ITU che si occupa di telecomunicazioni, la cui organizzazione è diversa da <|tella che si occupa di radiocomunicazioni, la
cui si.la è ITU-it.

Servizi e reti di telecomi
dalla specifico servizio; esempi di sevizi di conversazione sono la telefonia, la
videotelefonia, la videoconferenza;
• servizi
di messaggistica,
in cui lo scambio di informazione tra sorgente e destinazione ha luogo in tempo differito, così da richiedere la disponibilità di unità di
memoria in ricezione che consentono di immagazzinare le unità informative in
attesa del loro utilizzo; un esempio tipico è quello della posta elettronica (e-mail)
per il trasferimento di testi o di immagini;
« servizi
di consultazione,
che consentono il reperimento di informazioni presso centri di servizio tramite opportune procedure di consultazione; in questo caso è l'utente che regola il trasferimento delle informazioni nell'ambito del servizio; esempi di servizi di consultazione sono la teledidattica, il video-on-demand, l'accesso a
banche dati di tipo medico, giornalistico ecc.
La differenza fondamentale che caratterizza le prime due classi di servizio è il tempo
di ritardo medio nel trasferimento delle informazioni dalla sorgente alla destinazione:
se nel caso di un messaggio di posta elettronica è tollerabile un ritardo di qualche
minuto, per un servizio interattivo in tempo reale (quale una telefonata) è necessario
rimanere nell'ordine dei millisecondi.
I servizi distributivi consentono la diffusione di informazioni generate da una sorgente a un numero arbitrario di utilizzatori. Un servizio distributivo si differenzia in:
•

•

servuw
senza controllo
di presentazione,
se gli utenti non possono controllare
l'ordine di presentazione delle informazioni ricevute, come nel caso di tutti i servizi televisivi di tipo diffusivo (per esempio, TV, TV ad alta qualità o ad alta definizione, TV a pagamento o Pay TV ecc.);
servizio
con controllo
di presentazione,
se gli utenti hanno la possibilità di controllare l'ordine di presentazione delle informazioni ricevute, senza che ciò implichi che l'utente interagisca direttamente con la sorgente; un esempio di questo servizio è il Televideo (TeleText nella nomenclatura ITU), in cui è possibile visualizzare le informazioni strutturate in pagine secondo l'ordine stabilito dall'utente.

La Tabella 1.1 riporta sinteticamente le proprietà dèlie diverse classi di servizio di
telecomunicazione appena introdotte, come descritte nétta raccdfnandazione 1.211.
Una configurazione punto-punto supporta esclusivamente servizi interattivi, merjfre
una multipunto supporta anche servizi distributivi senza controllo di presentaziohe;

Tabella 1.1

Caratteristiche dei servizi di telecomunicazione.

Tipo di servizio

Puntopunto

Multipunto

Diffusivo

asimm.

X

X

X

X

Interattivo di mtnagglstlra

X

X

X

Interattivo di coriwltulone

X

X

Dislilbulivo i n n < ootrollo
di p r i j s n u i l o n t

X

Bidir.

Bidir.
simm.

Interattivo convgrsazion^le

Distributivo tun/d lonlrollo
di pnt&iinUjIoiMi

Inllll

Direzione

Configurazione

Unidir.

*
X

X

x .

«

»

X

X

Chiarii

X

X

1

configurazioni diffusive sono utilizzate solamente per servizi distributivi. Una comunicazione bidirezionale simmetrica caratterizza i servizi interattivi di conversazione e
di messagistica, mentre i servizi interattivi di consultazione sono per definizione supportati da comunicazioni bidirezionali asimmetriche. I servizi distributivi sono tipicamente supportati da comunicazioni unidirezionali; in alcuni casi, quelli senza controllo di presentazione sono fruibili anche attraverso comunicazioni bidirezionali asimmetriche. Infine solo i servizi distributivi con controllo di presentazione non possono
essere inizializzati su base chiamata, mentre solo quelli interattivi di messagistica non
possono essere fomiti su base contrattuate.

1.1.5

Caratterizzazione delle sorgenti

Specificare un servizio di telecomunicazione significa caratterizzare la relativa sorgente di informazioni. Quanto più precisa e la descrizione del comportamento della
sorgente, tanto migliore è l'identificazione delle risorse di comunicazione necessarie a
servire la sorgente nell'ambito di un servizio di telecomunicazione con i dovuti requisiti di qualità.
In generale possiamo distinguere tra sorgente
analogica
e sorgente
numerica.
sorgente analogica genera informazione sotto forma di un segnale elettrico o ottico
che può assumere valori arbitrari definiti su intervalli di tempo continui (segnali
tempo-continuo) o meno (segnali tempo-discrelo), mentre nel caso della sórgente
numerica l'informazione generata è esclusivamente una stringa di simboli binari (zero
e uno). Poiché le reti di telecomunicazione sono ormai in gran parte di tipo numerico,
atte cioè a trasferire solo flussi di simboli binari, le informazioni generate dalle sorgenti analogiche devono essere trasformate in forma numerica per essere trasportate in
una rete ili comunicazione.

Una sorgente ili informa/ioni in un generico istante di tempo si trova in uno di
due stati: attività
(ON),
nel quale la sorgente emette informazioni a una frequenza
picco I' (in bit/s), e inattività
(OFF),
nel quale la sorgente non emette informa
I ,'lulri vullo ili tempo dì permanenza della sorgente nello stato O N (7" 0 N ) e nello stato
o r i ' ('/',„,,,) determina In lunghezza del segmento informativo emesso (detto "burst")
II In qiinnliliV niellili di informazioni emesse. Una caratterizzazione semplice della sorl'i'tiln consiste Itcll'ipotizzore che i tempi di permanenza negli stati di attività e inattivili! ninno esprimibili mediante una funzione di distribuzione esponenziale negativa
con meill* l/|i e I/A., rispettivamente, così che X rappresenti la frequenza media di
tiunni/.ione dallo stato OFF allo stato ON e fi la frequenza di transizione inversa. La
Hlgurn 1 2 rappresenta graficamente questo modello di sorgente di informazioni.
Occorra precisare che le sorgenti reali, in special modo quelle dati, hanno un compoituuenlo molto più complesso di quanto qui rappresentato con un modello a due
•Intl.

Mediante una semplice proceduradi calcolo basata sull'equilibrio dei flussi entranti e uscenti intorno a una superficie chiusa (X • p0FF
= fi • p0fl)
e utilizzando la rclajione di congruenza che lega le probabilità di stato ( p 0 F F + p 0 N = 1), si ricava facilmente la probabilità p ( m che la sorgente sia in fase di attività

J 0N

'

~ X+n

Questa quantità, che rappresenta anche la quota parte di tempo nella quale mediamente la sorgente smette informazioni, consente di ricavare la frequenza
media
(ili bit/s) ci emissione di informazioni da parte della sorgente semplicemente come

'A

Servizi e reti di telecomunicazini
Figura 1.2
Modello di sorgente
informazioni.

x

C

A - PON '
" parametro pQN,
B 3 , è quindi dato da

che viene anche indicato come fattore

di burstiness

Evidentemente sono sufficienti due dei tre parametri P, A, lì per ilei inno compiei»
mente una sorgente del tipo ipotizzato in questo paragrafo.
Un caso particolare è rappresentato da quelle sorgenti prive di pei lodi ili Iniiltlvltll;
in questo caso la frequenza media coincide con quella di picco (4 » /') e il fntluic ili
burstiness diventa unitario (l') = 1).
In base al valore del parametro B si possono distinguere due tipi ili sorgente:
»

*

Constant Bit Rute (CBR),
o di tipo continuo,
caratterizzata da un fattore di burstiness B = 1, in cui la frequenza media coincide con quella di picco (A = P), come
per esempio una sorgente vocale o video, oppure una sorgente dati continuamente
attiva (per esempio durante un trasferimento di file);
Varìable
Bit Rate (VBR),
o di tipo intermittente
(bursty),
caratterizzata da un fattore di burstiness B < 1, come per esempio una sorgente dati interattiva.

Occorre osservare anche che la caratterizzazione CBR o VBR di una sorgente può
aftche dipendere dall'eventuale elaborazione che il segnale emesso dalla sorgente
subisce prima di essere reso disponibile per il suo trasferimento in rete. Infatti il segnale emesso da una sorgente continua può diventare di tipo intermittente in seguilo a
un'operazione di codifica del segnale stesso con Io scopo di eliminarne le ridondanze.
Questa elaborazione del segnale operata in tempo reale implica quasi sempre la degradazione del segnale originario, la cui entità cresce con il fattore
di compressione
conseguito.
Il caso più semplice di sorgente bursty è quello in cui gli intervalli di tempo di permanenza negli stati di attività e di inattività sono costanti e uguali,rispettivamente,a
'/' O N e 7 ' o h ; (.S). In questo caso il fattore di burstiness B è semplicemente dato da

B

5

=

ZsH'oiT + 7"ON

(l.t)

Occorre osservate che la definizione del fattore di buistiness B non è universalmente accettala nella
forma qui presentata, infatti in aliti testi si uova anche la definizione inversa B =» PIA.

1/6

7

di

8

Capitolo 1

Figura 1.3
Periodi di attività e inattività di una sorgente di
informazioni.

La Figura 1.3 riporta l'attività di una generica sorgente osservata su un intervallo di
tempo di 3 s. Il grafico mostra che la sorgente è caratterizzata da una frequenza di
picco P = 800 kbit/s e da periodi di attività T 0 N = 0.2 s e di inattività Toff
= 0.6 s.
Dunque il suo fattore di burstiness è dato da B = 0.25 cui corrisponde una frequenza
media di emissione di informazioni da parte della sorgente A = 200 kbit/s. Si osservi
che in linea dì principio una sorgente VBR di questo genere, se non occorre soddisfare detcrminati requisiti di ritardo di attraversamento della rete, potrebbe addirittura
diventare una sorgente continua CBR caratterizzata A»A-P = 200 kbit/s. Ciò si realizza mediante l'utilizzazione di una unità di memoria che immagazzina i blocchi
informativi ricevuti a 800 kbit/s, perritrasmetterlicon regolarità a 200 kbit/s.

La Tabella 1.2 riporta una classificazione delle sorgenti, e dei corrispondenti servizi di telecomunicazione, in base alla loro frequenza di picco. Nella classe dei servizi
a
bassa velocità,
caratterizzati da una frequenza di picco inferiore al centinaio di kbit/s,
troviamo servizi dati a bassissima frequenza di cifra, tipo telesorveglianza o POS
(Paint
OfSalc),
servizi vocali e servizi dati o di immagine (per esempio il videotelefono). La classe dei servizi
a media velocità,
cioè quelli con frequenza di picco compresa tra il centinaio di kbit/s e una decina di Mbit/s, comprende servizi audio ad alta
fedeltà, servizi di videoconferenza e servizi dati tipici delle reti locali. Le sorgenti che
caratterizzano i servizi
ad alta velocità,
cioè con frequenze di picco superiore alla
decina di Mbit/s, sono tipicamente quelle video, che generano cioè immagini di tipo
televisivo.
Si vuole ora mostrare sinteticamente, utilizzando la Figura 1.4, la tipologia delle
sorgenti dei vari servizi di telecomunicazione in base al loro fattore di burstiness.
Servizi interattivi di conversazione, come quelli voce o audio, sono caratterizzali da

Tabella 1.2 frequenza di picco dei servizi di telecomunicazione.
Classe di servizi
Bassa velocità
__
M e d e velocità

Alta velocità

1|"-

Frequenza (Mbit/s)
0.0001-0 001
0.005-0.1
O.OO 1-0.1

Servizio
j

Telemetria/POS
Voce
Datiìmmagini

0.1-1
0.1-1
0.1-10

Suono alta fedeltà
Videoconferenza
Pati/immagini

1-5
10-50
10-1000

TV compresso
TV non compresso
Dati/immagini '

Servizi e reti di telecom
Figura 1.4
Fattore di b
vizi di telec

Traffico modem

Commutazione
dì circuito

105

10'

10'

IO1

Frequenza di picco, P (bit/*)

sorgenti di tipo CBR, aventi quindi un fattore di burstiness unitario. Tuttavia, adottando tecniche di elaborazione del segnale emesso dalle sorgenti stesse, queste sorgenti
possono diventare di tipo VBR; nel caso di segnale vocale, la semplice soppressione
dei silenzi di chi parla riduce il fattore di burstiness a un valore dell'ordine di 0.3-0.4.
L'adozione ulteriore di tecniche di elaborazione numerica del segnale òhe riducono la
ridondanza del segnale stesso consentono di portare il fattore di burstiness a valori
anche inferiori a 0.1 (si consideri il caso dei segnali vocali utilizzati nella telefonia
cellulare, la cui frequenza media a seconda della codifica varia nell'intervallo 6-13
kbit/s, a fronte di una frequenza di cifra del segnale originale vocale di 64 kbit/s).
1 segnali audio sono caratterizzati da frequenze di cifra superiori rispetto a quelli
vocali, come generalmente richiesto nei segnali audio ad alta fedeltà. Anche in questo
caso la riduzione della ridondanza informativa può far diminuire la frequenza media
della sorgente. Considerazioni analoghe valgono per i serviìi di videotelefonia e videoconferenza, che lullavia richiedono frequenze di picco maggiori che nei segnali vedali. I primi sono caratterizzati da frequenze di cifra di picco fino a qualche centinai^ di
kliil/s, mentre per i secondi si può arrivare a qualche Mbit/s. Anche per i servizi video
in tempo reale, le cui frequenze di picco sono superiori rispetto a quelle dei servizi
voce o audio, vale lo stesso principio: le sorgenti sono per loro natura di tipo CBR,
miche KC un'operazione ili riduzione di ridondanza ne può ridurre il fattore di burstiurss miche di uu'otdine di grandezza.
I!»l«te un'ultra categoria di sorgenti di informazioni e cioè le immagini di tipo
medico (ladre ludiograficlie, immagini TAC ecc.), i cui requisiti di trasferimento in
icln per unii loro utilizzazione in tempo reale richiedono la disponibilità di canali con
velociti puillcnluniiriiic alte, fino ul Gbit/s. Questo tipo di informazioni, per sua riamili, può ofthntc nignificalivamente compresso con riduzioni del fattore di burstiness
lino a mi coni inaio ili volte.
Ln l'Ialini M ruppi esenta anche il caso di terminali connessi a server le cui frequoil/c ili pli co tono fino alla decina di kbit/s con fattore di burstiness fortemente
varUlillu III i|iiiinlii ilicliiimeute legato al tipo di servizio dati (una singola operazione
ili fili' ninnici impili n un fattore di burstiness unitario, mentre un'interazione clientnrivri liilruiiiivu può polline anche a fattori di burstiness ben inferiori all'I%). Questo
tipo ili tmvl/l ili riiiniinicuzione è quello che utilizza specifici apparati trasmissivi,

10

Capitolo 1
detti modem, per sfrattare la capacità di trasferimento delle informazioni resa disponibile dalle reti telefoniche. Come sarà chiaro nel seguito del testo, i servizi di rete a
commutazione di circuito e di pacchetto mèglio si adattano a supportare sorgenti CBR
e VBR, rispettivamente, dando luogo a un intervallo dei valori del fattore di burstiness
in cui la miglior scelta tra i due servizi non è cosi univoca.
Come già accennato, si vuole qui ricordare che il trasferimento in rete delle informazioni generate da una sorgente di tipo CBR richiede una capacità di almeno P bit/s,
mentre per quella di tipo VBR la capacità richiesta può anche essere inferiore a questo livello, potendo scendere fino ad A bit/s. Ciò si Ottiene riducendo gli intervalli tra
un segmentòtnformativo e l'altro; nel caso di capacità assegnata uguale a quella media
A, il flusso informativo nei canali di comunicazione della rete diventerà di tipo "continuo" (cioè senza più intervalli di inattività tra un segmento informativo e un altro).

1.1.6

Requisiti dei servizi di telecomunicazione

Si è già accennato al fatto che le prestazioni di trasporto di un servizio di comunicazione sono fortemente dipendenti dal tipo di servizio che si vuole supportare. E dunque necessario caratterizzare quantitativamente le prestazioni di un servizio di telecomunicazione; per farlo i principali parametri da utilizzare sono;
•
•

•
•

la probabilità
di bloccò, cioè la probabilità che il servizio richiesto venga rifiuta
dal gestore della rete;
il tempo di ritardo,
che esprime con opportune grandezze (valore medio, varianz
ecc.) il tempo che la rete impiega a trasportare le unità informative per il servizio
111 quentioiic;
Iti velocità
media, che indica la frequenza di cifra media con cui la rete ti asporta
iiifurmu/.iniii di utente;
In iirobaliililtì
di perdita/errore,
che indica la quota parte dei bit offerti
gente itila irle clic questa non è stata in grado di trasportare o che ha consegnato al
dcillnalurlo con enoie.

I ,n TMMI.I 1.3 liporta i valori e gli ordini di grandezza più significativi per i parameli i «|i|>riui del min riferiti a (piatirò servizi tipici di telecomunicazione: telefonia, dati
liilcrMlivi, posta elettronica, video-on-demand. La probabilità di blocco è tipicamente
nulla, eccello nel caso della telefonia, dove si accetta generalmente che fino all'uno
|H-r cento delle chiamate possano essere rifiutate da parte della rete. Il ritardo medio è
inferiore alle centinaia di millisecondi per i servizi di fonia, è dell'ordine dei secondi
|H-r «eivizl dati inteialtivi e video-on-demand, mentre può essere anche alto nel caso
della |«wtn elettronica. La velocità media è dell'ordine dei bit/s o dei Mbit/s per i sevizi di email e video, rispettivamente, mentre può essere dell'ordine delle decine di
UHI/* per sevizi di Ionia e dati interattivi. Infine si richiede che la probabilità di per-

IHIIHII* | I

LLN.|iinlli dui wivl/i di IRTA omunicazioni (il smbolo o sta per "dell'ordine di").

flIuHMIlii

Telefonia

Dati Interattivi

< 1%

sO

s 0

sO

Ninnili umilili

< 500 ms

o d 5)

o (1 min)

0(1 s)

'Htm il» umili*

64 klitl/s

9.6-54 kbit/s

o (bit/s)

o (Mbite)

=0

o(1%)

II! Mllkl* ili lllmill

Il 1' il.Illll ili IMldllA'niMllli

o(1%)

• aO

E-mail

Video-on-demand

Servizi e reti di telecomunicazióni
dita o di errore sia virtualmente nulla per tutti i servizi dati, mentre è tollerabile fino
all'uno per cento in servizi in cui l'informazione ha di solito elevata ridondanza.

1.2

Reti di t e l e c o m u n i c a z i o n i

Le reti di telecomunicazioni sono state sviluppate storicamente per tipologia di servizio: una rete veniva cioè realizzata per essere adatta al trasporto di un solo tipo di
informazione, per esempio solo voce o solo dati. Negli anni *60, '70 e '80 questo tipo
di approccio era dovuto al fatto che il trasporto di infomiazioni vocali occupava la
maggior parte della banda a disposizione. Solo alla fine degli anni '60 cominciarono i
primi esperimenti per il trasporto di dati: ormai fa parte della storia la nota rete
Arpanet, che si può considerare l'antenata della odierna rete Internet! Queste reti per
dati sono state sviluppate separatamente dalla reti per telefonia. Lo stesso sviluppo
Separalo si è prodotto ancora più marcatamente per le infiastriitture ili comunicarono
per servizi video (si consideri a titolo di esempio le cosiddette teli CATV, TV via cavo,
che hanno avuto un cosi grande sviluppo nel Nord-America).
Oggi il problema generale del supporto di servizi ili comunica/ione illvci.il e itimi
mogenei è visto nell'ottica del tentativo di integrare le reti esistenti per render» tlinpii
nibile una soluzione unificata per il trasporto di diverse tipologie ili Infotmn/tom),
ognuna caratterizzata da specifici requisiti di trasporto, il abbastanza Intuitivo i he
un'integrazione di servizi su un'unica infrastruttura ili reto compilila economici ili
costo sui singoli servizi, nonché la potenzialità di una più veloce evoluitone del nei
vizi stessi.

1.2.1

Topologie di rete

Una rete può essere rappresentata mediante un grafo costituito da nodi e rami. Per
nodo si intende un punto in cui vengono smistate le unità informative verso la destinazione richiesta, per ramo il sistema trasmissivo (circuito fisico) che consente il trasporto di queste unità da nodo a nodo. L'utente di una rete, sia esso sorgente o
destinazione di informazioni, rappresenta un caso degenere di nodo.
Per quanto riguarda i rami di una rete, senza voler entrare nei dettagli delle-tecni- Y
che di trasmissione delle informazioni su un portante qualunque (rame, fibra, ètere),
occorre distinguere tre diverse modalità di scambio di informazioni tra i due nodi posti
alle estremità del portante slesso. La trasmissione si dice:
»

»

'

simplex
(o unidirezionale),
se la trasmissione di informazioni è consentita solo in
una direzione, cosi che un nodo agisce sempre da sorgente di infomiazioni e l'altro da destinazione delle informazioni stesse;
half-duplex
(o bidirezionale
alternalo),
quaudo il collegamento consente la trasmissione di informazioni in entrambe le direzioni, ma non contemporaneamente,
così che entrambi i nodi agiscono da sorgente e destinazione di informazioni; quindi, nell'intervallo in cui un nodo agisce da sorgente di informazioni, l'altro nodo
svolge solo la funzione di destinatario delle stesse;
fuil-duplex
(o bidirezionale
contemporaneo),
quando il collegamento consente la
trasmissione di informazioni in entrambe le direzioni contemporaneamente, così
da richiedere che entrambi i nodi svolgano nello stesso istante funzione di sorgente e destinazione di informazioni.

Occorre osservare che un servizio di comunicazione unidirezionale su un collegamento punto-punto può-essere supportalo da una tipologia qualunque di modalità

11

Maglia

Anello

Albero

i

[ i-

Stella

trasmissiva (simplex, half-duplex o full-duplex), mentre un servizio di comunicazione bidirezionale non può essere supportato da un collegamento trasmissivo di
tipo simplex.
Allo scopo di definire e confrontare le diverse topologie che si possono utilizzare
in una rete di telecomunicazioni supponiamo che la rete comprenda N nodi opportunamente interconnessi, così da consentire il trasporto di informazioni Ira due nodi
generici tra questi. La Figura 1.5 mostra le topologie base di rete, che di seguito vengono brevemente esaminate. Per ognuna di esse si esprimerà un fattore di costo C,
espresso dal numero E di rami di costo unitario a, cui viene aggiunto il costo di eventuali altri apparati mediante parametri di costo (i. Inoltre si valuterà la distanza L Ira
due nodi generici espressa come numero di rami da attraversare.

Maglia
Ogni nodo è collegato ad almeno altri due nodi della rete. In generale Ira due nodi
generici sono disponibili più percorsi la cui distanza è variabile. Nel caso particolare
di rete 1 maglia completa, ogni nodo è connesso direttamente a tutti gli altri nodi con
un fattore di costo dato da
C = a £ = a ^ j = rx

N{N-l)

2

Si può dunque affermare che la funzione di costo della topologia a maglia completa è
di tipo quadratica, in cui cioè il costo cresce come una funzione di N 1 . Naturalmente
la distanza rumina tra nodi è unitaria e cioè

Servizi e reti di tele
anche se sono disponibili molti altri percorsi a distanza maggiore. Nel caso in cui si
utilizzi esclusivamente il percorso diretto tra nodi, ogni ramo è dedicato all'utilizzazione da parte dì una sola coppia di nodi e non si richiede ai nodi funzionalità di attraversamento da parte delle unità informative. Queste funzionalità sono invece necessarie qualora si vogliano utilizzare percorsi alternativi a quello diretto.
Nel caso più generale di topologia a maglia incompleta si può solamente esprimere un intervallo per il numero di rami della rete, che è dato da
N

<

E

<

m

2
f

R

cosi da poter affermare che questa topologia ha un costo inferiore rispetto a quello
della maglia completa. Poiché la distanza tra nodi È superiore a uno nei casi in cui non
è disponibile il ramo diretto tra nodi, il nodo generico deve essere comunque dotato
anche delle funzionalità necessarie a consentire l'attraversamento del nodo stesso da
parte di unità informative dirette ad altri nodi. Questa funzionalità è richiesta in tutte
le altre topologie che seguono, tutte caratterizzate da un numero di rami inferiore a
quello della topologia a maglia completa.
La topologia a maglia (non completa) è una delle più diffuse nelle reti di telecomunicazione, soprattutto nell'ambito delle reti in area geografica.

Albero
Nella topologia ad albero non esistono "cicli", così che il numero dei rami della rete è
uguale a/V - 1, determinando quindi un costo di rete dato da
C~aE

= a(N-

1)

Si osservi la linearità della funzione di costo rispetto a) numero dei nodi, e quindi il
costo nettamente inferiore rispetto a una topologia a maglia completa. In questo
caso la connessione tra nodi arbitrari ha luogo attraversando altri nodi con percorsi

Anello
Nella rete ad anello ogni nodo è connesso a due soli altri nodi, così da formare un
ciclo chiuso. Poiché il numero dei rami della rete è E — N, il costo di rete è uguale a
C = aE = aN
ottenendo quindi rincora una funzione di costo lineare con il numero dei nodi. Tuttavia
(Illesi» struttura, rispetto a quella ad albero, offre la disponibilità di due percorsi tra
ogni coppia di nodi, cuiuilerisrica questa mollo importante quando si voglia garantire
una grande affidabilità del servizio in presenza di guasti. La distanza minima tra nodi
vinili nell'Intervallo

QurU» topologia t oggigiorno molto utilizzata sia in area locale (un esempio è la rete
Toltoti ilug Ucufiiltii nel Paragrafo 10.4), sia in area metropolitana o geografica (esempi tipici mito le reti trasmissive di tipo SDH, descritte nel Paragrafo 12.4).

14

Capitolo 1
• Stella
Nella topologia a stella è presente un nodo centrale aggiuntivo cui sono collegati gli JV
utenti, il cui compito è quello di smistare ogni unità informativa ricevuta alla destinazione richiesta. Il costo di questa struttura è dato da

se p n o < l c indica il costo del nodo centrale di commutazione. La funzione di costo è dunque ancora una funzione lineare del numero dei nodi. Ora lutti i percorsi hanno lunghezza costante
L=2
Evidentemente il nodo centrale di commutazione diventa un componente estremamente critico per il funzionamento dell'intera rete. Una topologia di questo tipo non si
utilizza se gli utenti sono molto distanti tra loro.

Bus
Nella topologia a bus i nodi vengono connessi attraverso un mezzo di comunicazione
condiviso, che prende il nome di "bus". In questo caso si rendono necessarie procedure di controllo che gestiscano l'ordine di accesso al bus, per evitare il sovrapporsi
delle trasmissioni. Il costo di una topologia a bus è dato da
C = oW + P b U !
se a indica ora il costo di connessione del nodo al bus e P t)(1J il costo del bus. Come
nella topologia a stella, la funzione di costo è lineare con N e la distanza tra nodi è
costante e data da
£ =2
La struttura a bus è tipicamente utilizzata in un'area limitata (rete locale); la rete a bus
più utilizzata t Ethernet, descritta nel Paragrafo 10.3.
Altre topologie
È doveroso rimarcare che le topologie appena descritte sono solo quelle di base; se ne
possono derivare molte altre mediante composizione di due o più di esse. Un caso tipicofcquello di reti con topologia mista maglia-stella, riportato nella Figura 1.6. Essa è
costituita da un struttura centrale di nodi connessi a maglia (in genere incompleta), cui
sono connesse ilelle strutture periferiche a stella. In questo caso i percorsi che uniscono
nudi clic fanno capo a stelle diverse utilizzano necessariamente risorse della struttura
centrale, che viene dunque condivisa per realizzare comunicazioni tra nodi "distanti".

fittiti* l,*
tn|inliiuU Hill 1A mmjHrt v 1 «11.i

Servizi e reti di telecomunicazini
1,2.2

Tassonomia delle reti

La modalità principale di classificazione delle reti di telecomunicazioni si basa sull'estensione della rete stessa,.cioè sull'ampiezza dell'area geografica che la rete copre.
Sulla base del parametro "distanza" tra due generici elementi di rete si possono distinguere tre tipologie di rete:
•

"

•

rete in area locale (Locai Area Nehvork,
IAN), adatta a connettere utenti in un'area di raggio compreso fra le centinaia di metri e 1-2 km. Queste reti sono utilizzate tipicamente per realizzare l'infrastruttura di comunicazione di singoli edifici o
insiemi di edifici limitrofi (per esempio sili aziendali, campus universitari ecc.); la
frequenza di cifra di queste reti in tecnologia tradizionale è dell'ordine dei Mbit/s
(la velocità maggiormente utilizzata è 10 Mbit/s), mentre le più recenti tecnologie
hanno consentilo l'estensione della capacità lino al Gbil/s con prospettiva di incrementare ulteriormente la velocità a 10 Gbil/s;
rete in area metropolitana
(Metropolitan
Alea Network,
MAN),
il cui scopo è IN
fornitura di connettività in area ben più ampie delle LAN, ma tipicamente limitali
ad ambiti metropolitani; i raggi di azione di queste reti sono una decina ili lui con
frequenze di cifra per tecnologie tradizionali comparabili u quelln delle I AN (lino
ai 16 Mbit/s); anche in questo caso le tecnologie innovative consentono ili nvlliip
pare reti MAN ad alla velocità, fino al Gbil/s;
rete in aera geografica
(Wide
Area Network,
WAN),
il cui oliicltivo il l'InliMt IMI
nessione in rete senza limiti di disianza; le reti WAN, la cui tccniili>|{lu è nrinml
mente più costosa di quella utilizzata nelle I .AN e nelle MAN, vengono uggiolili
no utilizzate per la connessione di utenti con distanza minime tli-H'otdlnn ili km; l<
reti WAN tradizionali hanno velocità dell'ordine ilei Mbit/s, menile quelle mi ulta
velocità utilizzano tecnologie trasmissive e ili continui azione Innovative elio consentono il trasporto di flussi di dati con velocità dell'ordine ilei Qbit/s.

Una rappresentazione sintetica di questa classificazione è riportata nella Figura 1.7
dove si mostra per le varie tipologie di rete l'ambito d'azione ili termini di disianze

Figura 1.7
Ambito di utilizzazione
delle reti dì telecomunica
zi Olii.

!

16

Capitolo 1

Bgur» I J
La reta Internai

coperte e frequenze di cifra adottate Viene anche riponilo l'ambilo iti applicazione
del te connessioni via modem, che sono mitizzate fino a frequenze di cifra delle desine di kbit/s su distante dell'ordine di centinaia di metri.
Quella che oggi è conosciuta come rete Internet
non k a]no che l'Insieme di ret
LAN, MAN e WAN mutuamente connesse tramile dispositivi chiamali "router", cosi
da consentire la possibilili di int ertaVOTO tra due o più utenti connessi a reti di diverso tipo, basate anche su diverse, tecnologie. Naturalmenie questa connettività richiede
l'adozione di opportwie procedure net router che definiscono le modalità secondo le
quali le uniti informative vengono trasferite da una rete all'altra. La Figura 1.8 mostra,
un esempio di rete Interne! costituii a da una motlepliciU diretilocali, metropolitane e
geografiche.
*
1.2.3

Schema generala di una rete

Lo schema generale di una rete di comunicazionefcrappresentatonella Figura 1.9; gli
utenti, riportati nella parte esterna, sono interconnessi tramite rami e nodi. Si possono
distinguere due sezioni di rete: una denominata rete di accesso, che consente a
utenti di accedete alle risorse di comunicazione, e una deaa rete di trasporto,
espleta il trasferimento a lunga distanza delle uniti informative.
Nella rete di accesso il nodo generico rappresenta la ani gente/destinazione delle
unità informative (Pulente) o un pumo di smistamento delle uniti stesse (nodo di
accesso). TI nodo di accesso realizza sia la connettiviii locale (tra utenti connessi allo
sttsso nodo), sia la connettività verso utenti remoti. I rami sono i collegamenti (o
linte) che permettono l'accesso dell'utente allerisorsedi comunicazione, per mezzo
di opportune procedure dette protocolli di comunicazione. Le lince di utcnle possono
essere punto-punto (linea individuale) o multipunto (linea condivisa), eventualmente
con apparali di concentrazione. La topologia della rete di accesso dipende dal lipo dì '
servizio supportato e dalla tecnologia utilizzala. Si possono avere [oologie a stella, a
doppia stella, a hus e ad anello, comerappresentalonella Figura ,1.9.
La rete di traspano realizza il trasferimento a lunga distanza delle uniti informative che sono offerte ericevutenei nodi di accesso. Questa rete comprende, oltre ai nodi
di accesso, anche altri nodi, detti di transita,
la cui funzione è lo smistamento de
unità informative verso la destinazionerichiesta.Si noti che i nodi di transito mici facciano solo altri nodi (di transito o di accesso), mentre solo i nodi di accesso interfacci ano gli utenti (attraverso la reic di accesso). I rami rappresentano i sistemi di comunicazione che consentono lo scambio di informazioni ira nodi secondo opportuni protocolli, La topologia della icte di impotto è tipicamente a maglia (incompleta), come
rappresentalo nell'esempio della Figura 1.9.

Servizi e reti di telecomunicazini

Figura 1J
Scita ma generale di una

Bibliografìa
1.211

rrU-TRccpmmendaiian L21I, Ft-ISDHservice

17

aspecti,

rete.
Ck.tcv» 1993.

M o d i di trasferimento

Questo capitolo è dedicato alla descrizione delle metodologie e delle tecniche che si
possono utilizzare per trasportare informazione in una rete di comunicatone.. Senza
perdita di generalità, è ragionevole ipotizzate die per situare l'interazione ira una sorgenie di informazione e una destinazione delle informazioni stesse siarichiestourt servizio di rete di comunicazione. Come già accennato, l'interazione attraverso una tele
di comunicazione si reiute necessaria ogniqualvolta la sorgente eia destinazione non
giano localizzate una "vicina" all'altra.
Nell'ambito del capitolo prima descriveremo in termini generali i servizi di comunicazione di base che una rrle è in grado di fornire. Successivamente esamineremo i
diversi componenti chiave che rendono possibile la fornitura di un servizio di comunicazione: le tecniche di multiplazione, le modalità di commutazione e le architetture
di protocolli. L'adozione di una specifica soluzione per ognuno di questi tre aspetti
configura una patibolare realizzazione direlèdi comunicazione le cui caratteristiche
e le cui prestazioni saranno descritte nel seguita.

2.1

Servizi di trasferimento dell'informazione

Una rete di comunicazione consente il trasporto di informazioni a distanza, cioè da
una sorgente di informazioni alla relativa destinazione, mettendo a disposizione una
risorsa di comunicazione per le informazioni clic devono essere trasportate. Questa
risorsa di comunicazione sarà resa disponibile in tutti i componenti di rete che dovranno essere attraversati dall'informazione, c cioè 1 notti e iramidella tele in questione,
lina utilizzazione efficiente delle rete di comunicazionerichiedeche la quantità di
risorse dedicata al trasporto delle informazioni sia rapportata alle caratteristiche delle
informazioni da trasportare, così da sotklisfnre irequisii!di trasporto da esse richieste.
Se ipotizziamo clic l'informazione da trasferire sia strutturata in unità informative
(Information
Unir,
1U) di b bit e che alla rete sia richiesto di consegnare l'uniti» «Ila
destinazione in un intervallo di tempo di l secondi, allora un singolo canale di comunicazione numerico tra sorgente e destinazione che opera alla frequenza di cifia di b/l
bil/s rappresenta la minima quantità di risorse di comunicazione richiesta. Dunque il
fattore più critico nella fornitura di un servizio di rete è la banda (o capaciti1)
trasmissiva che viene utilizzala per il trasporto dell'unità informativa. Preoccuparsi di
come allocare al meglio la capacità dei c a n a l i trasmissivi significa gestire al meglio
una risorsa il cui peso economico nella costruzione della rete è quello piùrilevantee
di conseguenza vuole dire ottimizzine l'economia di sistema.
Nella realtà il trasporto di informazioni in una rete è mollo più complesso, perché
di solita coinvolge l'attraversamento di più canali di comunicazione e quindi l'attraversamento di uno o più nodi di commulnzianc. Nel caso sopra riportato, se sorgente

Aspetti chiave di ima rate
di (Omunkuioni,

Protocalla

Multiplaiione
Gommili azione

e destinazione sono collegale attraverso tre candì in serie (e quindi attraverso due
nodi di rete), ilrispettodel requisito sul tempo di trasferimento nella fere di l secondi
richiede che la frequenza di cifra di ognuno dei tre curali sia almeno di 3 x b/i bil/s,
ncll"ipotesi che allrc componenti diritardo(come il tempo di attraversamento dei nodi
0 il tempo di propagazione) siano nulle.
i
Come vedremo, le modalità di trasporto delle uniti informative attraverso una
rete di comunicazione sono le più varie. Una comprensione razionale delle diverse
soluzioni adouate Tino a oggirichiedel'individuazione degli aspetti chiave dei diversi modi di trasferimento che consentono di differenziare i diversi tipi di reta per carata
lenitiche tecniche e per prestazioni di trasferimento Gli aspetti chiave che configurano un modo di trasferimento delle informazione sono (si faccia riferiménto alla
Figura 2.1):
• la tecnica di multiplazione:
• la modalità di commutazione:
• L'arcliitettiira di protocolli.

.

•
,

. •'•_>'

1 a letnica di nudiiplaiione
adottala descrive come la banda disponibile su u
fico canale di comunicazione (oramodelle rete di comunicazione) possa essere condivisa tra le divene unità informative che lo devono attraversare; infatti, In genere, un
canale di comunicazione sarà utilizzato contemporaneamente da più di una coppia
sorgente-destituzione di informazioni. Possono essere adottale diverse tecniche di
multiplazione, e cioè la multiplazione
a divisione
di frequenti
(Frt
Mulriplexing,
FDM), la miihiplazione
a divisione
di tempo (
plexing.TDM),
I»multiplazione
a divisione
di lunghetta
d'oi
Multipltxing,
WDM). la multiplazione
a divisione
di codice (C
xing, CDM). Si noti che la tecnica di multiplazione puh variare a seconda della porzione di rete in questione; in particolare diverse tecniche di multiplazione sono tipicamente adottate nella rete di accesso e nella rete di trasporlo. Tuttavia qui si Furà riferimento esclusivumcnic alla tecnica TDM, Oggi la più utilizzata nell'ambito di uua
rete di comunicazione che si ipotizza trasporti informazioni esclusivamente numeriche, cioi nella forma di sequenze di simboli binari 0 e I.
'
La modalità
di commutazione
descrive il modo di operare dei nodi dell
comunicazione. In particolare essa specifica come le uniti informative ricevete da un
generico nodo sui suoi cariali entranti siano trasferite attraverso il nodo sui canali
uscenti. In genere tutti i nodi di una rete adottano la stessa modalità di commutazione.
L'aspetto chiave che catatterizza la modalità di commutazione è l'individuazione del
canale uscente da assegnare a ogni unità informativa ricevuta.
L'architettura
di protocolli
descrive le regole, o protocolli,
seco
rete si possono scambiare informazioni. In generale l'attuazione di queste regole consiste nel dotare le UJ da trasportare di informazioni aggiuntive che consentono di mettete in pratica le regole in questione. Si noti che un protocollo di comunicazione rego-

la l'interazione anche di "entità" (nodi, terminali ecc.) che non sono necessariamente
connesse diretiamenie da un canale di comunicazione.
L'adozione di una particolare soluzione per ognuno dei ire aspetti chiave citati
dipende fondamentalmente dai seguenti fattori:
•
•
•

tipo dei servizi che devono essere fomiti dalla rete;
tecnologie hardware e software utilizzabili;
disponibilità di tecniche innovative di trasferimento di informazioni.

Le caraneristiche statistiche delle sorgenti di informazione, nonché i vincoli di presta
zioite richiesti alla tele, costituiscono infatti i fattori principali che determinano il tipo
di modo di trasferimento da adottare. Questo, tuttavia, deve essere compatibile con le
tecnologie di elaborazione e di li asporto delle informazioni disponibili e utilizzabili.
Tati tecnologie sono soggette a evoluzioni c cambiamenti continui, essenzialmente
dovuti ai progressi realizzati nel camp» dell'hardwaie e del software. Ancora più
importanti sono però le innovazioni che consentono di individuare nuovi modi di trasferimentorispettoa quelli "tradizionali", con l'individuazione di scenari e architetture di rete completamente nuovi.
tn genere, l'obiettivo di tuia rete di comunicazione è quello di trasportare quantità
di informazione sempre maggiori, con glande disponibilità di accesso al servizio sul
territorio (capillarità della tele). Storicamente ciò t avvenuto con riferimento a reti
cosiddette "mono-servizio", cioè a reti progettate è sviluppate per fornire il trasporto
di informazioni di un solo tipo: o solo voce, o solo dati, o solo video.
A partire dagli anni Settanta è stato avviato il tentativo di ini egra re il supporto
di piti servizi su una stessa rete, cosi da migliorare la qualità dei servizi di comunicazitmc già disponibili, creando al contempo sinergie che consentissero di diminuire il costo dei servizi stessi, aumentandone la disponibilità e migliorandone la qualità Il primo passo è stato quello di integrare l'accesso alle reti dedicate usate in
precedenza per servizi voce e dati. Questa rete ad accesso unificalo £ la ISDN
Unitgraifd
Servica
Disila!
Network),
di cui si parlerà più dettagliatamente nel
Capitolo 8. Nella rete ISDN si ha una connessione numerica da estremo a estremo
(end-to-enJ)
della rete e un accesso unificato ai servizi di tiaspono di informazioni
voce o dati. Un secondo passo impanarne di integrazione dei servizi i slato realizzato dalla rete B-ISDN (Broadband-Iniegrated
Services
Digital
Network),
evoluzione diretta della rete ISDN, chefcstata concepita per trasportate in modo compiel amenlc integralo in fot inazione di ogni tipo, cioè voce, dati e video, utilizzando un
unico e nuovo motto di trasfeti mento delle informazioni. L'aggettivo "broadband"
Sta a indicare che, a differenza della rete ISDN, la rete fi ISDN supporta, in aggiunta ai servizi a banda stretta, anche servizi a banda larga (tipicamente quelli di tipo
video). La rete B-ISDN è stata pensata per consentire di supportare comunicazioni
multimediali,
cioè comunicazioni che trasferiscono contemporaneamente diversi
tipi di informazione, e nudtipunto,
cioè con più di due utenti coinvolti in un servizio di comunicazione.
Si è già fallo cenno ai requisiti di prestazione che una rcic deve garantire nell'ambito di un servizio di comunicazione. La capacità della rete di trasportare informazioni viene espi essa mediante il grado della sua "trasparenza", esprimibile atti everso due
diverse caratterizzazioni: la irasparenia
temporale
e la trasparenza
semantica.
trasparenza temporale se il tempo di iraspoito delle unità informative nella rete è caratterizzato da una variabilità nulla, o comunque minima. La Figura 2.2a mostra un esempio in cui ire 1U sono inviale dalla sorgente (Tx)ericevutedalla destinazione (kx) con
un rilordo T praticamente costante. Se le unità informative sono (raspollate con un
ni ardo che non ò costante, il servizio non gode efi tiasparenza tempo) ale, come mosti aI

Si ha

F i g u r a 2.2
S t e m p i o di t r a j f e r l r r w n t o di
u n i t i i n f o r m a t i v a : (a) c o n
t r a s p a r e n z a t e m p o r a I » , (b)
seoza trasparenza temporale.

T,

h

h

lo nell'esempio di Figura 2.2b. L'aspetto di trasparenza semantica riguarda invece
l'integriti dell'informazione trasportata. Un servizio gode di trasparenza semantica se
lertJofferte dalla sorgente sono consegnate al destinatario senza errori, se esiste cioè
ima perfetta coincidenza tra ciò che è stato inviato e ciò che è staloricevuto.L'assenza
di trasparenza semantica indica la presenza di errori nel trasferimento delle 1U dalla
sorgente alla destinazione. U grado di assenza di trasparenza semantica dovrà essere
espresso mediante opportune uniti di misura (per esempio il tosso di errore sul bit, la
percentuale di IU errate ecc.),
A titolo di esempio si osserva che la trasparenza temporalerisullaestremamente
importante per t servizi voce e molto meno per i servizi dati, mentre la trasparenza
semantica è fondamentale per i servizi dati tna min costituisce un vincolo in servizi
vocali.
2,1,1

Servizi base di comunicazione

Nell'ambito delle reti di comunicazione ti possono individuare due classi fontlnmentali di servizi di trasporto di informazione, da cui ne sono stali poi derivati molli nitri,
e cioè i servizi di rete « cotnmutnuòne
di circuito
(Circuii
Swìiching
rete a catnmutaiione
di pucckelto
{Pacter
Switchìng,
PS). Esem
tipi di servizio sono i servizi vocali, fomiti tipicamente a commutazione di circuito, e
i servizi dati, fomiti tipicamente a commutazione di pacchetto. Queste due tipologie di
rete si diffetenziano in tutti e tre gli aspetti chiave di un modo di trasferimento.
Tuttavia, l'aspetto piòrilevantenella diversità dei due servizi t la modalità di
commutazione. Ogni nodo svolge la funzione di commutazione all'arrivo di un'uniti!
informativa: infatti, il nodo deve selezionare ilramouscente cui inviare l'informazionericevuta.Appare ovvio che per i servizi punto-punto, in cui cioè sono coinvolti solo
due utenti, ti nodo assocerò alla KJricevutaun solo ramo in uscita, mentre per quelli

Modi di trasferimento
multipualo. con più di due utenti coinvolti, il numero dei rami selezionati potrà essere maggiore di uno (una slessa IU dovrà essere ricevuta da più destinazioni).
La commutazione effettua due tipi di operazione;
1. insiradamenio:
è un'operazione "intelligente", cioè che viene eseguiti] dal software del nodo, e consiste nel selezionare il ramo di uscita da utilizzare per la IU ricevuta. secondo un opportuno algoritmo;
2. altra versamento:
i un'operazione più "meccanica", che viene eseguita tipicamente dall'hardware del nodo, e consiste nell'attuazione della decisione di instradamento presa nel passo precedente.
Queste due operazioni vengono attuale con modalità nettamente diverse nei due servizi base di comunicazione. Ciò dipende dalla diversa tecnica di allocazione della
banda sui canali di comunicazione clic viene attuata nei due casi. Per il trasferimento
diiU si può allocare la bandarichiestaper il trasferimento di unità informative secondo due diverse tecnici»
•

banda insegnala
(Asiigned
Bandwidth,
AB), in cui la bandarichiestaper ti trasporto delle TU vieneriservataper quelle IU in modo esclusivo,
• banda prenotala
(Booked
Bandwidih,
BB), in cui la bandarichiestaper il trasporto delle IU vieneriservataper quelle IU in modo non esclusivo: in pratica la banda
globalmente prenotala su un canale di comunicazione per il trasporto delle IU può
essere superiore alla capacità del canale stesso.
Solo con ia tecnica a banda assegnata si garantisce sempre la disponibilità della capacità trasmissivarichiestasu un canale di comunicazione per il trasferimento delle unità
informative. Le reti a commutazione di circuito operano esclusivamente con banda
assegnata, mentre le reti a commutazione di pacchetto operano tipicamente con banda
prenotata. Ipotizziamo di avere a disposizione N sorgenti di informazioni ognuna
caratterizzala da velocità di picco P bit/s, velocità media A bit/s e fattore di burstiness
B, le cut IU emesse vengono trasportale da un canale di comunicazione di capacità C
bit/s. Nel caso di servizio con banda assegnala, per ogni sorgente vieneriservatain
modo esclusivo sul canale una banda di f bit/s che può servirefinoa CIP delle N sorgenti (si ipotizzo C multiplo intero di P). Evidentemente questo tipo ili allocazione è
efficiente quando il fattore di burstiness è unitario o comunque vicino a uno (un fattore di burstiness unitario implica una utilizzazione al 100% del canale di comunicazione). Net caso di servizio con banda prenotata, vieneriservalaper ogni sorgente una
quantità di banda compresa tra il valore di picco P e il valore medio A. La scelta di
valori di bandii vicini ad M implica una utilizzazione quasi ottimale del canale, ma può
generare conflitti nell'assegnazione del canale alle varie sorgenti nel momento in cui
molte di esse siano contemporancmncntc attive. l-it prenotazione di valori vicini a P
riduce invece i pioblemi di conflitto, ma potta a una sottoul ili «.azione del canale (nel
caso estremo di allocazione di una banda uguale al picco per ogni sorgente, il fattore
di utilizzazione del cnnnle per le sorgenti supportate sarebbe uguale n fi, quindi sarebbe tanto più bosso quanto più la sorgente 4 di tipo intennilteiiie). Per esempio se P =
100 kbit/s. A = 10 kbit/s. un canale di capacità C » 1 Mbit/s è in grado di supportare
da 10 a 100 sorgenti, a seconda della quantità di banda allocala per ognuna di esse.
Un servizio diretea commutazione di circuito si avicola sempre ili ire fasi: insiuuraiione,
dati,svincolo.
Durante la fase di instaurazione lerisorsetrasmissive richieste
dal servizio sonoriservatenellarete.Questerisorsevengono utilizzale nella fase dati
al momento di trasferire in tele le IU. Esse vengono poirilascialenella fase di svincolo. Si consideri ota un esempio specifico di servizio di rete a commutazione a cir-

23

24

Capitolo

cuito, come rappresentalo in Figura 2.3, ipotizzando un'interazione a commuIasione
di circuito uà gii utenti A d i (questi sono tipicamente due utenti di rete telefonica).
Questa interazione richiede l'aiiraverianicnio dì 3 nodi, denominati X, Y, Z. Si osservi che i nodi X e Z sono nodi di accesso (interfacciano utenti), mentre Y è un nodo di
transito. Nel diagramma, sulle ordinate è rappresentato il tempo (crescente verso il
basso), sulle ascisse lo spazio.
Durante la fase di instaurazione A chiama B inviando al nodo dt accesso X una RJ
di segnalazione che contiene l'indirizzo di B. Il Lempo richiesto alla IH per essere
compietnmcine ricevuta dal nodo X è dato dalla somma del tempo di plopngazione t
lungo il collegamento A X e ilei tempo di trasmissione Tj della IU sul canale. Mentre
il primo ritardo dipende sostanzialmente dalla distanza tta A e X. il secondo ritardo
dipende dalla lunghezza in bit della II) e dalla frequenza di cifra a cui opera il canale
A-X. Il nodo X svolge la funzione decisionale dell'instradameitto, selezionando il
ramo di uscita dove rilanciare la IU di segnalazione, impiegando un tempo di elaborazione 7'j,. Sul ramo selezionato viene riservala la banda richiesta per In comunicazione (tecnica AB). Analoghi ritardi devono essere considerati per ogni altro canale e
ogni altro nodo attraversali, finn a che la IH raggiunge roteine fi. Nell'esempio in
figura, ipotizzando uguali ritardi nei diversi canali di comunicazione e nei diversi nodi
di commutazione, il tempo lichiesto per la completa ricezione della IU da parte di B è
4(t + T,) + 3/^ secondi. Trascorso il tempo necessario affinché B accetti la chiamata,
la fase di instaurazione viene completala in un tempo 4t t Tt necessaiio perla propagazione ilei segnale da p ad A e per la sua trasmissione. In questo caso si ipotizza e Ite
le risorse di comunicazione impegnate da A a B siano utilizzale diicuamenie per la irasmissione anche dei segnali in direzione opposta, senza richiedere ulteriore elaborazionc nei nodi.

Aita fase di instaurazione segue la fase dati, nella quale i dati generali dai terminali A
e B sotto forma di IU di lunghezza opportuna sono trasferiti dalla rete a B e A, rispettivamente, Utilizzando la via di rete (sequenza di rami e nodi) tracciata durante la fase
di instaurazione'. Si noli che la fase dati è caratterizzata dall'assenza dei tempi dì elaborazione delle IU nei nodi: infatti rinstradamento delle IU avviene mediante la semplice operazione di attraversamento. cioè l'attuazione della decisione presa nella fase
di instaurazione. La fase di svincolo, che determina la fmc della fase di trasferimento
dati, può essetc attivata da entrambi gli utenti; nell'esempio in figura lo svincolo fc
richiesto da A. Questa fase si a (tua mediante trasferimento di upa HI di segnalazione
attraverso la rete lungo la via della connessione da A a B che determina ilrilasciodelle
risorse di comunicazioneriservateper la chiamala,
. '
\'
Consideriamo ora un servizio di refe a coni imitazione di pacchetto: in questo caso
l'informazione che deve essere trasferita in reie viene spezzila in una serie di blocchi
di lunghezza opportuna, ognuno dei quali viene dotalo di un campo aggiuntivo di intestorione
o headtr, che reca ira l'altro l'indicazione della destinazione, Ogni IU, o pacchetto, sari dunque costituita da un header lungo h bit e da un blocco di dati di utente, denominato carico pagante a payload,
lungo p bit. A differenza di quanto accade
nella commutazione di circuito, la banda necessaria al trasferimento delle lU.sui singoli canali non viene riservala affatto oppure, se vieneriservata,questo accade in
modo non esclusivo: infatti, come vedremo nel seguito, la banda vieneriservalacon
lecnica BB. Ciò implica che una IUricevutain un nodo e destinata a una specifica
uscita può trovare il ramo selezionato già occupato da un'altra trasmissione. Perciò,
nel caso della commutazione di pacchetto ogni nodo deve essere dotato di unità di
memoria, o buffer,
che consentano di memorizzare le lU.in attesa di trasmissione. Si
noti che una II) pub dover attendere la trasmissioni non Solo della IU in trasmissione
sul tamo selezionalo al momenio del suo arrivo nel nodo, ma anche quella delle altre
IU giiricevutedal nodo e ugualmente in attesa della disponibilità dello stesso ramo in
uscita. In genere le IU vengono trasmesse su ogni ramo Uscente secondo il loro ordine di arrivo al nodo atesso. Risulta dunque evidente che la capaciti di memorizzazione del nodo (capaciti del buffer)rappresentaun parametro molto importante in una
• eie a commutazione di pacchetto. Infatti, più sono grandi i buffer, maggiore è il numero delle IU che possono essere poste in attesa che si renda disponibile il canale trasmissivorichiesto.Da quanto detto, appare evidente che ìn una rete che fornisce servizi a commutazione di paccltetio le uniti informative possnno'essere perse in occasione della saturazione dei buffer. Quindi si dovranno aitare opportune procedure che
consentano di controllare il livello diriempimentodei buffer e rendano anche possibile l'eventuale recupero delle uniti informative che saiebbero perse per saturazione
J
dei buffer.
Si faccia orariferimentoall'esempiorappresentaloin Figura 1A dove un terminale A invia dati strutturali in 111 di lunghezza / » Ji + p bit al terminale B atiraversamlo
i tre nudi di rete X. Y e Z. Analogamente all'esempio precedente. X e 2 rappresentano i nodi di accesso alla rete, mentre V svolge funzione di nodo di transito. Il tempo
richiesto al pacchetto per l'attraversamento del canale trasmissivo da A a >ffc,come
nel coso della commutazione di circuito, determinato dalla somma del tempo di propagazione e del tempo di trasmissione sul canale. Quest'ultimoritardo£ determinato
in particolare dalla frequenza di cifra di trasmissione /„ (bit/s) sul canale da A a X:
esso infatti £ dato da (h * ;>)//0 s. Il tempo di transito nel nodo X comprende, oltre al

1
Si cHiervj fi* IJ (ne dui indienti in Figura U t riferii* slU «menie A poiché, per citello del tempo «li
l>mfkk|ttticaic limici li km genie U in. ir airi inizia a inviate diti paini dell'imrvo dell.» il«M lux dati come
peiccjùra dill* toijewe A.

tempo di età ho razione richiesto per individuate il ramo uscente, anche l'eventuale
tempo di memorizzazione necessario per attendere che si renda disponibile il canule
uscenterichiesto.Si osservi che in generale l'intera IU deve esserericevutadal nodo
X prima clic possa iniziare l'elaborazione che determina rinstradamento del pacchetto; ciò al fine di controllare la correttezza della tu in questione. L'attraversamento dei
successivi rami (X-Y, Y-Z e Z-B) e nodi (Y e Z) implicaritardianaloghi a quelli già
descritti. È opportuno notare che mentre iritardidi propagazione e di trasmissione
sono determinati da parametri noti a priori
(lungliezza ilei collegamento, frequenza
cifra sul canale, lunghezza della IU), altrettanto non vale per il ritardo della IU in un
nodo. Infatti, mentre si può ragionevolmente affermare che il tempo di elaborazione è
costante per tutte le IU, il tempo di memorizzazione nel nodo in attési) di trasmissione è una variabile che non può essere predeterminata: essa infatti dipende dal numero
di unità giàricevutenel nodo e in attesa di essere trasmesse sullo stesso ramo uscente
richiesto dalla IU ultima arrivata.
• Wi '
Una rete a commutazione di pacchetto può ofTrire due differenti tipi di servizio di.
comunicazione, denominati Connectian-Orienied
(CO) e Cannection-Les
primo tipo di servizio, CO, analogomente a quanto avviene in servizi a commutazione di circuito, si articola in tre fasi: instaurazione della chiamala
minale, dati e
colo. Nella fase di instaurazione della chiamala virtuale si ideniilka un percorso di
rete (circuirò
virtuale)
dalla sorgente A alla destinazione II, cioè un'associa
poranea di una sequenza di connessioni nodo-nodo (canofi virtuali),
con relativa
notazione di banda con tecnica UH. Nella fase dati si trasferiscono le IU lungo il jwrcorso cosi predeterminato e nella fase di svincolo le risorse ili comunicazione riservale nella prima fase vengonorilasciate.Il secondo tipo di servizio, CL, non prevede la
fase preventiva di instaurazione della connessione prima del trasferimento dati attraverso la rete. Ne consente ette il servizio di rete di tipo CL viene esptclato senza nìcol»
controllo preventivu sulla disponibilità effettiva di banda sui canali trasmissivi che
devono essere attraversati,
-

Modi di trasferimento 2.7
Sulla base di quanto detto risulta che il nodo generico della rete a commutazione di
pacchetto di tipo CO svolge la funzione di instradamento nella fase di instaurazione e
la funzione di attraversamento nella fase dati. Con il servizio CL, invece, entrambe le
funzioni di instradamento e di attraversamento sono svolle per tutte le fU trasferite in
reie. Dunque solo con servizio CO si ha la certezza che tutte le IIJ trasferite da A a B
seguono lo slesso percorso inrete.Infatti, può accadere che gli algoritmi di instradaii icnto applicati da una rete con servizio a coni mutazione di pacchetto di tipo connectionless determinino diversi rami uscenti per IU aventi lo stesso indirizzo di rete che
vengono ricevute in (empi diversi dal nodo generico. Un esempio di servizio CO e CL
.èriportaloin Figura 2.5, che ipotizza, come accade nella reati à, un tempo di elaborazione nel nodo per i pacchetti dati più piccolo nel servizio CO che nel servizio CL.
L'esempio di Figura 2.5riferitoal sevizio CL ipotizza che il primo pacchetto ricevuto
dal nodo X vengaritrasmessoscontando un ritardo di attesa per la disponibilità del
ramo uscente, cosi che l'intervallo di tempo che separa laricezionedei due successivi pacchetti venga "riassorbito" dal tempo di attesa del seconda pacchetto nel buffer
del nodo.

Figura 1.5
Servisi di rete connection-

ofiented Uì e connection l«s
(b) a commutazione ili pac-s
ihetto.

lai

(b)

Capitolo

Un servizio di rete a commutazione di pacchetto CO può essere di tipo commutala
a
semipermanente.
In un servilo di tipo commutato U chiamata virtuale viene instau
rata mediante trasferimento di IU di segnalazione attraverso i vari nodi di rete, ognuno dei ^uali esegue la funzione di instradamento. Con il servizio di tipo semiperma nenie il peicorso attraverso la rete viene invece predisposto mediante operazioni
manuali compiute in un centro di gestione di rete, senza esplicito trasferimento di IU
di segnalazione. Quest'ultimo servìzio viene tipicamente fornito su base contrattuale.
Per riassumere le caratteostiche dei due servizi di rete possiamo ricordare chc in
una rete a commutazione di circuito la banda viene assegnata in modo esclusivo per
ogni chiamata, così che le varie componenti dirilardodi linsferimento inretedelle Ili
sono praticamente costanti. Ne consegue die una rete a commutazione di circuito è
temporalmente trasparente, nel senso prima definito. La componente aleatoria del
tempo di memorizzazione nei nodi attraversatirendeun servizio di rete a commutazione di pacchetto privo di trasparenza temporale. Senza entrare per ora nei dettagli
per descrivere la differenza tra i due servizi in termini di efficienza di utilizzazione
dellerisorsedirete,t interessante osservare come unarelètemporalmente trasparente
richiede che i due apparecchi terminali della chiamata siano dello stesso tipo, a
comunque mutuamente compatibili, poiché laretenon effettua alcuna "liasfWnnazione" delle IU trasportare. A titolo di esempio, si osserva clic i due terminali trastneueiamili ericeverannoalla slessa frequenza di cifra, eseguiranno (e medesime procedure
di controllo delle IU ecc. In una rete a commutazione di pacchetto questo vincolo di
compatibilità fra terminali è ampiamenterilassalo,poiché la funzione di memorizzazione delle ]U nei nodi consente di modificare opportunamente i formati e le caratteristiche delle unità informative trasferite attraverso la rete. Inoltre si osserva che, anche
in assenza di errori di trasmissione, solo la commutazione di circuito garantisce che le
11) giungano tutte a desiinazinne. grazie al meccanismo della banda assegnata. Le IU
possono essere invece perdute inretia commutazione di pacchetto quando si verifica
la saturazione dei buffer destinati a in una g minare le TU in attesa di trasmissione.

2.2

Tecniche di m u l t i p l a z i o n e

L'adozione di una specifica tecnica di multiplazione su un canale di comunicazione
rappresenta il primo degli aspetti chiave di un modo di trasferimento. La multiplazione conseilte di sfratiate la banda disponibile su un canale di comunicazione per metterla a disposizione contemporanemamente di più (lussi informativi. Se, per esempio,
un canale di comunicazione opera a 1 Mhii/s e una generica chiamata richiede la banda
di 10 kViit/s, impiegare il canale per una sola chiamata comporterebbe un'utilizzazione del canale stesso all'IP della sua capacità. Se invece il canale può supportare 80
chiamale contemporaneamente, ognuna caratterizzala dalla banda citata, l'utilizzazione del canale salirebbe all'80%. Nella descrizione che segue si ipolizza che la condivisione del canale avvenga esclusivamente con tecnica a divisione di tempo (Time
Division
Muliip/cxing,
TDM).
Occorre innanzitutto distinguere tra due diverse modalità di condivisione della
banda di un canale di comunicazione che dipendono dalla localizzazione degli utiliza
zatori del canale slesso, cioi sorgenti e destinazioni delle IU. Se il canale di comunicazione è unidirezionale, quindi con trasmissione ili tipo simplex (che permeile cioè il
trasferimento di segnali in una sola direzione), allora sorgenti e destinazioni su ranno
distinte; se invece è bidirezionale con trasmissione di tipo hnlf-dnplex o full-duplex.
la generica entità che si inteifaccia al canale agisce sia da sorgente, sia da destinazione. La condivisione a divisione di tempo avviene fondamentalmente mediante una
delle due seguenti tecniche.

Modi di trasferimento

29

•

Accesso centralhzato.
sorgenti e desi inarionisono posizionate alte due estremità
del canale, dove operano due dispositivi denominati multiplaiore
e demulliplatore
che agiscono da interfaccia tra sorgenti e canale da una pone, tra canale e destinazioni dall'altra: il primoricevele informazioni dalle sorgenti e le trasmette sul
canale con opportuna strategia, mentre il secondoriceveil flusso delle IU dal canale stesso e le distribuisce allerispettivedestinazioni; se il canale è bidirezionale,
mulliplatore e demulliplatore saranno equipaggiali congiuntamente a entrambe le
estremità del canale; la Figura 2.6a mostra un canale di comunicazione unidirezionale ad accesso centralizzato con 4 sorgenti (sulla sinistra) e 4 destinazioni (sulla
destra).
'»
• Accesso distribuito:
sorgenti e destinazioni delle informazioni possono essere collocate in posizione arbitiaria lungo il canale, per cui non si può centralizzare l'interfaccia tra queste e il canale stesso; in questo caso la funzione di coordinamento
per un accesso ordinato al canale, cioè privo di conflitti, i svolta in modo distribuito dalle singole sorgenti; la Figura 2.6b mostra un canale di comunicazione
bidirezionale ad accesso distribuito con 7 utilizzatori, ognuno dei quali è sia sorgente sia destinazione.
Nel seguito del capitolo si faràriferimentoesclusivamente alla multiplazione TDM
con accesso centralizzato, mentre per un approfondimento della tecnica ad accesso
distribuito, tipica delle reti in arca locale, si rimanda al Capitolo IO.
Uno specifico meccanismo di multiplazione TDM si basa sulla definizione di due
aspetti fondamentali di coordinamento degli apparali di multiplazione e demultipla*
ziorie, e cioè la delimitaiione
delle singole IU trasmesse sul canale e il loto indiràlamento. Per quantoriguardail primo aspetto, il mulliplatore trasmette la sequenza

//

Figura 2.6
Tipi di acutuo a un mono
tondiwlio: (a) centralizzato,
<b) distribuito.

30

Capriata 2

Figura
2.7
Tassonomia delle tecniche
di muHlpl»tton« a divisione
d< tempo.

delle IU emesse dalle varie soigenii una dopo l'alita, senza soluzione di continuità.
Ne consegue che il dentultipliiorc riceve una sequenza indistinta di bit da cui le singole IU devono essere esuatie; da ciò nasce la necessità di coordinamento tra multiplatoie e demultiplatorc per risolvere il problema della delimitazione delle IU trasmesse sul canale. Una volta che le IU sono state ricevute e individuate, queste devono essere distribuite ognuna alla propria destinazione specificala dall'operazione di
indirizzamento. La specifica tecnica di multiplazione viene definita in base alla soluzione adottata per la delimitazione e l'indirizzamento delle IU, La Figura 2.7 rappresenta una tassonomia delle diverse tecniche di multiplazione. Queste infatti si
distinguono in tecniche Slotted
(S) o Cmtimious
(C) a seconda della presenz
meno della divistone dell'asse dei tempi in unità di lungliezzo costante, ognuna con
capacità commisurata alla trasmissione di una IU. A sua volta la tecnica di multiplazione slotted adotta due soluzioni diverse a seconda dell'adozione o meno di una
allocazioneripetitiva(o periodica) degli slot alle singole sorgenti. Nel primo caso si
parla di soluzione Slotted
Periodic
(SP), nel secondo caso di soluzione Slo
Slatiniceli (SS).
2.2.1

Soluzioni concettuali di multiplazione con accesso centralizzato

Come già detto, le tecniche di multiplazione si possono distinguere concettualmente tra
slotted e cotuinuous
a seconda della modalità utilizzalo dal mullipl alotc per interc
sul canale di comunicazione la trasmissione delle IU generate dalle varie sorgenti.
Con la soluzione a slot (Slotted,
S) l'asse dei tempi viene considerato diviso in
intervalli di tempo, o slot, di lunghezza costante, in ognuno dei quali viene trasmessa
una IU. Le unità informative trasmesse risultano quindi a lunghezza fissa, per cui U
delimitazione di esse può essere realizzati! coti s o l u z i o n e di tip» i/nplùito.
Ques
meccanismorichiedela "sincronizzazione", tramite apposite procedure, iklln trasmissione e della ricezione delle ILI tra mnltiplaiorc e dcmultiplatore, cosi che quest'ultimo sia sempre in giado diriconoscereil confine tra IU consecutive nell'ambito del
flusso di bitricevuto.Un esempio di soluzione slotted è rappresentalo in Figura 2.Sa.
Nella soluzione continua [Continuali*. C) non si attua alcuna divisione a priori
dell'asse dei tempi e il mulliplaiorc può trasmettere IU con istante di inizio trasmissione completamente arbitrario. Ne consegue che con la tecnica di multiplazione continuous le IU avranno in generale lunghezza variabile, non essendo la loro tritsmisiio-

Modi di trasferimento
(a)

1
S

I

1

11

1

R ir;
1i
i

1

1
1
rgig
i

F i g u r a 2.8

*

Modalità di diultlplaiiane;
(a) Slotted, (b) canllnuoili.

CW

HHHl •

31

•M

ne vincolala a essere espletata in un tempo costante. In questo caso la delimitatone
delle tU deve essere necessariamente esplicita,
cioè deve essere eseguila per ogni
unità informativa, per esempio mediante un opportuno codice da porre in testa alla IU.
Un esempio di soluzione continuous è rappresentato in Figura, 2.8b,
La multiplazione TDM slotted prevede due diversi tipi di organizzazione degli
intervalli di tempo, denominali siati rd ptriodic,
o SP. e slotted
statistical,
a SS.
Nella soluzione SP gli slot sono organizzati in trame di uguale durata T (secondi)
e il numero N degli slot nella traina é noto a priori
a multiplatore e dcmulliplatore.
La struttura di trama viene riconosciuta in ricezione dal demultiplatore perché il
multiplalore trasmette un opportuno codice all'inizio di ogni trama (informazione di
allineamento).
A seconda delle soluzioni implemenintive questo codice può occupare uno slot intero o meno. Poiché la struttura della trama è nota a priori
a multiplalore e dcmulliplatore, it riconoscimento dell'informazione di allineamento in ricezione, una volta effettuato, consente di individuare in modo implicito
i confini tra gli
slot e quindi di separare le LU via via ricevute. Nella soluzione SP, ili genere, il
nume io di slot disponibili per informazioni di utente è uguale al numero N delle coppie sorgente-destinazione, cosi clte ogni coppia ha a disposizione uno slot per il era- .
sferimento di una IU; tipicamente la coppia /-esima ha sempre a disposizione lo slot
i-esimo (i = 1
N) nella trama di iV + 1 slot, dei quali il primo (lo slot 0) svolge
funzione di allineamento. Dunque nella soluzione SP il meccanismo di indirizzamento è implicito
poiché il niultipluiorc utilizza lo slot i per la trasmissione della IU
dell» sorgente i e il demultiplatore, una volta realizzato l'allineamento con la trama
entrante, opera trama per trama consegnando la UJ dello slot / alla destinazione i
(f = 1, i... N). La Figura 2.9a ariportaun esempio di multiplazione SP con una trama
costituita d» 6 slot di lunghezza costante, il primo dei qualifcsempre occupalo dall'informazione di allineamento, Questa struttura di trama siriferisceal caso di multiplazione TDM con 5 coppie sorgente-desi inazione, delle quali solo la terza e la
quinta sono attive.
Nella soluzione SS non esiste alcuna struttura periodica e l'allocuzione della bandi»
del canale alle sorgenti per la trasmissione delle IU da queste generale avviene in
modo statistico, sebbene per unità costanti (la capacità del canale in un tempo di slot).
Anche in questo caso quindi In delimitazione delle IU è implicita,
poiché il demultiplatore una volta realizzato l'allineamento in uno slot può mantenerla indefinitamente
conoscendo a priori
la durata dello slot stesso (C quindi il numero di bit di ogni IU).
A differenza della soluzione SP. l'assenza di una strultura di trama non consente di
inviare periodicamente un'informazione di allineamento; si rende quindi necessario,
come nel caso della multiplazione di tipo continuous, utilizzare un codice oppomino

32

Capitolo

Figura 2.9
Tipi di multiplazione jtolted; <al ilotted periodic, <b)
sloiied statirtical.

.

«t!

m

1

(a)
m

i

r
(b)

all'inizio di ogni Mi per trasferite l'informazione di allineamento. Per quanto riguarda
l'indirizzamento delle ITJ. questo deve essere necessariamente esplìcito,
cioè contenuto nella IU stessa, in quanto l'allocazione statistica del canale alle sorgenti non consente ili conoscere a priori
la destinazione di ogni IU. La Figura 2.9briporta-uhesempio di multiplazione SS in cui si vedono solo (i IU trasmesse.
2.2.2

Principati realizzazioni di tecniche di multiplazione

Le tecniche di multiplazione via via adottate nei sistemi reali fannoriferimentoalle
soluzioni concettuali appena viste. 1 tipi di multiplazione che oggi vengono utilizzati
sono essenzialmente due: la multiplazione
sincrona, a S- TDM, e la mullipta
asincrona,
o A-TDM. Ciò cl\e differenzia sostanzialmente questi due tipi <li multiplazione t la tecnica di assegnazione della banda alle sorgenti che devono essere moltipiate; nel primo caso si opera ctin assegnazione di banda garantita (tecnica AB), menile nel secondo la banda viene assegnata in modo condiviso (tecnica MI).
Multiplazione sincrona (S-TDM)
Quella che è oggi conosciuta come multiplazione sincrona, n S-TDM. consiste
sostanzialmente nell'adozione della soluzione SP di multiplazione TDM. In questo
caso siamo in presenza di una soluzione con banda assegnata (AB), cioè garantita, in
parti uguali agli N utenti (coppie snrgente-desiinazione). Essendo l'asse dei tempi
diviso in slot con struttura di trama, le ]U sono trasmesse periodicamente da ogni sorgente. La banda garantita a ogni coppia sorgente-destinazione, denominata canale
base, assicuro che il trasferimento delle IU per ogni coppia sorgente-destinazione
avvenga conrilardocostarne. Questa soluzione gode dunque di trasparenza temporale. La multiplazione sincrona S-TDM è quello che viene tipicamente impiegata nella
rete telefonica a commutazione di circuito. Si vedrà nel seguilo (Capiinlo 4) che nei,
sistemi di multiplazione S-TDM ad alia capacitò, pur restando fermo il principio
della handa assegnata (con cadenza periodica) a ogni coppia sorgente-destinazione,
la struttura di trama diventa molto più complessa di quanto qui sommariamente
descritto.
Si introduce ora la simtwlngia necessaria a descrivere i sistemi di multiplazione STDM, In particolare indichiamo con:
•
•
•>
•

Cs: nunveio di hit trasmessi per slot (bit);
Ft\ capacità del canale base di trasmissione (bil/s),
Ct: numerosi bit per traina addizionalirispettoall'informazione di utente (bit);
h\: capacità addizionale del canale utilizzala per servizio (bit/s);

Cm: numera di bit per trama (bit);
Fm: capacità del canale multiplnio (bit/s);
N: numero di slot di utente per trama.
Otteniamo allora la seguente espressione per la capacità totale del sistema di multiplazione
'a

y

T

e

•

cioè la capacità di un canale multiplato sarà data dalla somma della capacità del canale base moltiplicata per il numero di utenti supportali per ogni trama e della capacità
addizionale utilizzala per servizio. Volendo tirare le somme, otteniamo che a ogni slot
corrisponde la capacità di
c

T

In sistemi di multiplazione più complessi è possibile allocare agli utenti una banda
variabile, a condizione che la somma della banda allocata alle singole coppie sorgente destinazione non ecceda la capacità di canale. Se si opeta con towùmuliiplùtione,
si possono allocare più slnt per trama a una specifica coppia sorgente-destinazione. Se
per esempio sono n gli slot allocati, allora la banda allocala alla coppia sarà:
-

nCt

'

Se si opera con Jotiomuliiplazione,
si può allocare a una specifica coppia sorgernedestinazione una frazione di slol. cioè uno specifico insieme di bit il cui numero è
inferiore a Ct; se per esempio sono m i bit allocati, allora la banda allocata alla coppia
tari:
"

A titolo di esempio, in un tipico sistema di multiplazione denominato E 1 (descritto
nel Paragrafo 4.2.1), il periodo di trama è uguale a 125 jts. i canali base supportali
sono 30, la capacità di ogni slot è di 8 bit e la frequenza di cifra del sistema multiple*
£ F = 204R kbit/s. Ne consegue che il canale base ha la capacità di Fc - 64 kbil/i, la
capacità addizionale per servizio è uguale a Ft- 128 kbit/s. 1-8 sovramulliplszione
pwò essere realizzala per esempio allocando a una coppia sorgente-destinazione 6 slot,
cioè 1» banda Fe = 384 kbit/s; la sottomuliiplazione consente di allocare a ogni coppia
una banda inferiore a quella del canale base, che via un multiplo intero della capacilà
minima F f - 8 kbit/s. .
Multiplazione asincrona (A-TDM)
In sistemi di multiplazione di tipo asincrono, o A-TDM, l'allocazione di banda avviene con tecnica BB, cioè essa viene solo prenotata, e quindi non è assegnata in modo
esclusivo ai singoli utenti. Ln giusiificazionc di ciò risiede nel faito che le sorgenti
tipicamente supportate con questo lipo di multiplazione sono sorgenti intermittenti
con fattore di burstiness fl inferiore a I, in cui cioè la frequenza media di bil emessi
è significativamente più piccola della frequenza di cifra con cui le lU vengono emes-

se (quando la sorgerne è attiva), In questo caso si adottano soluzioni di trasferimento
con L'asse dei tempi indiviso (soluzione Q , oppure con asse dei tempi diviso in slot
e assegnazione statistica delia banda (soluzione SS), priva quindi di struttura di
trama. Esempi tipici di utilizzazione della tecnica A-TDM sono le reti dati; in particolare, la rete commutazione di pacchetto di tjpo X.25 c (rame rclay adottano una
multiplazione A-TDM di Jipo C, mentre fa rete commutazione di pacchetto di tipo
ATM adotta la soluzione SS, Queste reti saranno descrìtte nei Capitoli 3, 9, e 13,
rispettivamente,
- '»•'.*
v •
La tecnica A-TDM, non avendo esclusività di utilizzazione di banda, implica la
possibilità di contese di utilizzazione. Ciò comporta che una IU sia trasmessa subito
se lerisorsesono disponibili, oppure sia immagazzinata; è per questo motivo che sono
previste delle unità di memoria nei nodi di rete nei quali sono attestati i sistemi di
multiplazione. In questo caso iritardidi trasmissione sono variabili (dipendono dalle
IU già in attesa della disponibilità della stessarisorsatrasmissiva) e siamo quindi in
una situazione di assenza di trasparenza temporale. Nel trasporto secondo questa
modalità si può avere una degradazione dell'integrità informativa, in quanto, Se un
buffer è saturo, eventuali altre IU indirizzate alla stessa uscita di quelle clic riempiono
il buffer vengono perse.
'
>
In conclusione, la tecnica di multiplazione A-TDM consente di ottimizzare l'itti-'
lizzazione della capacità del canale trasmissivo in presenza di sorgenti bursty, anche
se Ciò implica due limitazioni in tcimini di prestazioni di trasferimento inrete;ritardo
di trasferimento variabile e possìbile perdita di IU.

2.3

M o d a l i t à di c o m m u t a z i o n e

Dopo avere esaminato le modalità di condivisione dellerisorsetrasmissive, si esaminano ora gli aspetti di commutazione, cioè le modalità secondo cui le unità informative attraversano i nodi di commutazione. Le modalità di allocazione della banda
descritte nel Paragrafo 2.1.1 costituiscono una premessa fondamentale per la comprensione degli aspetti di commutazione. Una discussione preliminare comparativa
delle due tecniche base di commutazione, a circuito e a pacchetto, ne evidenzerà analogie e diversità.
2.3.1

Tecniche base di commutazione

Nella commutazione a circuito (CS) lerisorsedi rete sono dedicale esclusivamente
agli utenti attivi, cioè a coloro cui è stala assegnnta la banda (tecnica AB). Nella
commutazione a pacchetto (PS), invece, lerisotsedi rete sono^ondivise da tutti gli
utenti attivi, cioè da coloro che hanno prenotato la banda (tecnica BB). Dunque, iti
unaretea commutazione di pacchetto non si ha alcuna garanzia sulla disponibilità di
risorse trasmissive ai tempo della trasmissione, cosi da rendere necessaria la disponibilità di memorie dove immagazzinare temporaneamente le unità informative ricevute in attesa della loro ritrasmissione. Per questo motivo i nodi di questoretesono detti
dì tipo ilare-and-forward
(S&F). In una rete a commutazione ili circuito, in
banda è completamente a disposizione degli utenti che laricevono,quindi non vi è
alcun bisogno di disporre di memorie per immagazzinare le unità informative, cosi
che si può realizzare un attraversamento molto veloce del nodo da parte delle IU. 11
tipo di servizio in rete a commutazione di circuito è la chiamata, in unaretea com
mutazione di pacchetto il servizio reso i di tipo a chiamata virtuale,
o circuit
tuale (VC). se il servizio è connection oriented, oppure datagramma (DG) se il servizio è conrvectionless.

Si è già accennato al fatto che una rete a pacchetto consente il massimo della flessibilità di accesso, poiché la memorizzazione delle IU nei nodi consente di modificarne
facilmente formati e procedure di trasferimento. Si consideri per esempio la facilità
con cui è possibile fare interagire computer e terminali di tipo e tecnologia completamente diversi. La trasparenza semantica, essenziale per i servizi dati tipici delle reti a
pacchetto, viene garantita, unitamente alla flessibilità di accesso, grazie a una complicata struttura protocolla». Ai contrario, una rete a circuitorichiedeil massimo della
compatibilità dei terminali di rete; in particolare la frequenza di cifra dei due termbiali di una clùamata è tipicamente la stessa. L'adozione delle multiplazione sincrona in
reti a circuito garantisce la trasparenza temporale e quindi la strullura protocollare
delleretia circuito è sicuramente più semplice.
Tipicamente la qualità
dei servizio
(Qualiry
of Service,
QoS) di unaretedi comunicazione si misura nei caso delle reti a circuito valutando la probabilità di rifiuto di
una chiamala, mentre nelle reii a pacchetto si esprime in termini di tilardo e di probabilità di perdita di unità informative,
2.3.2

Spettro delle alternative

Si noti che le due tecniche di commutazione finora esaminate cosliluiscotio due casi
estremi delle possibili modalità di commutazione che possono essere aduliate in una
rete di comunicazione. Nel corso degli anni sono state infalli ideate e sviluppate altre
tecniche di commutazione che si avvicinano più o meno ai due casi estremi in questione. Sull'asseriportatoin Figura 2.LO sono indicale queste tecniche alternative di
commutazione con l'intento di caratterizzarle in base a specifiche carattcristiclie in
relazione ai due estremi in questione,
Un sistema che opera a commutazione di circuito gode della massima trasparenza
temporale, e quindi di prestazioni diritardodi rete praticamente costanti, in quanto,
come si £ già visto, mette a disposizione un circuito fisico dedicalo permanente per una
coppia sorgente-destinazione. Spostandosi lunga l'asse da sinistra verso destra, il grado
dì trasparenza temporale decresce fino ad assumere il suo valore più basso nel caso
della commutazione di pacchetto, che garantisce il massimo della dinamicità nell'allocazione della banda agli utenti; ciò implica il massimo della flessibilità di accesso.
Muovendosi dall'estremo sinistro verso destra lungo l'asse, dopo la tecnica della
commutazione di circuilo si incontra la tecnica Mutimi
te Circuir
Switching
con questa tecnica è possìbile allocare canali con capacità multipla del canale base
della rete a circuito. Si riduce quindi leggermente la trasparenza temporale, ma si
aumenta la flessibilità di accesso, poiché sì consente a diversi tipi di IcnnirtaLc di accedere allarelè.A tìtolo di esempio si consideri un servizio di rete telefonica (il cui canale base ha la frequenza di cifra di 64 kbit/s) che, arichiesta,consente di instaurare connessioni con banda doppia del canale base, cioè 4 frequenza di cifra di 128 kbit/s. Ciò
permette di fornire un servizio di comunicazione la cui capacità può essere supcriore

Tasuj l i n o di bit

Tasso variabile di bit

Ritardo (Oliatile

—-Q
Commutai ione
di circuito

Allocazione dinamica della banda

Q

O

G>

Multlrat*
Circuit
Switching

Aiyrrchrofiotn
Transie»
Mode

Ararne
Rclay

© —
Commi ria «tona
di pacchetto

(MRCS);

Figuri! 2,10
Spettro delle alternative.


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