CCPS – Curs 7 2. Principii şi metode de semnalizare Pentru semnalizări se folosesc 2 principii: A. Semnalizarea cu canal individual – mesajele de semnalizare se transmit pe acelaşi canal fizic pe care circulă şi informaţiile utilizatorilor. B. Semnalizarea cu canal comun – mesajele de semnalizare se transmit în mod grupat pe canale speciale (legături de date specializate) diferite de cele alocate utilizatorilor. A. Această semnalizare este folosită de reţelele tradiţionale. Canalul individual alocat utilizatorului serveşte şi pentru a transporta semnalizările. Ele au ca origine terminalul chemător şi urmează aceeaşi cale prin reţea ca apelul însuşi. Sunt 2 metode de semnalizare individuală: a) în bandă (vocală telefonică); b) în afara benzii; a) Foloseşte aceeaşi rută fizică cu semnalele de comunicaţie şi aceeaşi bandă de frecvenţă. Semnalele de semnalizări pot circula fără restricţii prin toate circuitele prin care circulă şi semnalul propriu-zis de comunicaţie, deci ele nu sunt afectate de eventualele transformări A/D, D/A, conversii, legi de compresie/expansiune existente în diverse puncte ale reţelei. Semnalizarea realizată între 2 puncte constituie şi o verificare implicită a canalului pe porţiunea respectivă. Ex: -între terminal şi centrul de comutaţie: tonuri audibile, mesaje vocale preînregistrate; semnale de codificare a adresei la aparatele cu DTMF; -între centrele de comutaţie- semnalizări multifrecvenţă (MF) folosind 2 grupe de frecvenţe vocale cu ajutorul cărora se codifică mesajele de semnalizare. b) Se foloseşte faptul că semnalele vocale nu utilizează complet banda de 4 kHz alocată lor. Se alocă aşadar o bandă îngustă, în interiorul celei de 4 kHz, pentru semnalizări. În această categorie intră şi semnalizările în C.C. (întreruperi, impulsuri de C.C., inversări de polaritate, variaţii de impedanţă), impulsuri modulate cu frecvenţe joase. Avantajul este că semnalizările se pot transmite în paralel cu semnalul vocal, permiţând supravegherea comunicaţiei în timpul desfăşurării acesteia. În schimb, sunt necesare circuite separate de tratare a semnalizărilor, de fapt, un canal paralel pentru semnalizări, asociat canalului de comunicaţie propriu-zis. Semnalele în afara benzii nu pot parcurge toate circuitele prin care trece semnalul vocal. Sunt necesare adaptoare speciale care asigură canalul paralel de semnalizare. Interfaţă de joncţiune (ij) + funcţii de semnalizare (SGN) ij+SGN ij+SGN ij+SGN UC UC A B CCPS – Curs 7 • Dezavantaje semnalizare pe canal individual – -capacitate de transfer foarte limitată a canalului de semnalizare. La metoda în bandă, semnalizările se pot transmite numai în absenţa semnalului de utilizator. La metoda în afara benzii, banda canalului de semnalizare este foarte îngustă; - necesitatea ca fiecare interfaţă de joncţiune să fie echipată cu circuitele pentru inserţia/extragerea semnalizărilor; - incompatibilitatea celor mai multe dintre sistemele clasice de semnalizare cu serviciile noi ale reţelei digitale integrate; - întârzierea mare (din cauza debitului binar redus) în stabilirea circuitului. Pentru o comunicaţie de date folosind comutaţia clasică de circuite, timpul de stabilire/deconectare a unui circuit prin reţea poate fi mai mare decât cel necesar transmisiei mesajelor propriu-zise de utilizator; - modul de asociere individuală (dedicată) a canalelor de semnalizare la cele de comunicaţie-utilizator şi debitul redus, fac extrem de dificil schimbul complex de mesaje de volum mare, necesar în reţelele digitale. → modificarea principiilor şi metodelor de semnalizare (ex. → semnalizare pe canal comun (semafor)). B. Semnalizările asociate canalelor de comunicaţie şi cele de comandă/stare pentru întreţinerea şi gestiunea reţelei se transmit pe un canal de viteză mare, dedicat semnalizărilor, independent de cele vocale. La semnalizarea individuală, fiecare interfaţă de joncţiune (i j) trebuie completată cu circuitele şi funcţiile de semnalizare (SGN). Unitatea de comandă (UC) a sistemului trebuie să comunice într-o manieră directă cu aceste interfeţe. În cazul semnalizării pe canal comun (CCS) i j se simplifică şi toate semnalizările se transmit pe canalul comun, printr-o legătură de date ce leagă direct cele două UC. CCS (Semnalizare pe canal comun) ij ij ij UC UC A B ij CCS CCPS – Curs 7 Canalul de semnalizare poate fi configurat încât să aibă banda suficientă pentru a transporta mesaje pentru o mare varietate de funcţii. Arhitectura de reţea şi protocoalele de semnalizare sunt mai complexe pentru canalul comun. Se pot aplica toate tehnicile deja utilizate în reţelele de date. De fapt, partea din reţeaua de telecomunicaţii ce realizează semnalizarea pe canal comun constituie o reţea de date între procesoarele de comandă din centrele de comutaţie. Ex. Tipic = sistemul SS7 (Signalling System no. 7) standardizare ITU, cu cerinţele impuse: • Transferul semnalelor de gestiune de reţea; • Combinarea diverselor tipuri de trafic pe trunchiul de grup, dar menţinerea identităţii lor la capătul distant; • Returnarea de către centrul de plecare şi nu de sosire a semnalului de ,,ocupat’’ a.î. trunchiurile intermediare să poată fi folosite pentru alte apeluri. • Transparenţa mai mare a reţelei; • Urmărirea apelurilor; • Eliminarea necesităţii de rezolvare a ocupării simultane a ambelor capete pentru un trunchi bidirecţional. Modurile de operare CCS sunt: • Modul asociat – canalul comun urmăreşte traseul fizic al trunchiurilor servite dintre comutatoare (aceleaşi trasee ca cele ale canalelor de comunicaţie servite). Semnalele de semnalizare folosesc totuşi canale diferite faţă de cele de voce. În interiorul comutatorului aceste semnale sunt dirijate direct către UC. • Modul neasociat – este mai flexibil şi mai complex. Se constituie, de fapt, o reţea de semnalizare pe canal comun, numită şi reţea semafor. Aceasta conţine puncte de transfer şi nu este obligatoriu să aibă conectate şi subsisteme utilizatoare. Prin utilizatorii reţelei semafor înţelegem subsisteme care folosesc facilităţile de transport ale reţelei semafor (SSUT = subsistem utilizator pentru telefonie → comanda apelurilor; SSUD subsistem utilizator pentru comunicaţii de date cu comutaţie de circuite; SSISDN = pentru ISDN . 2 4 1 3 5 6 7 8 CCPS – Curs 7 Centrele 1,2 şi 3 conţin puncte de transfer (PT) ale reţelei de semnalizare. Ex: 2 subsisteme utilizatoare aflate în centrele 4 şi 7 pot comunica între ele (la nivelul semnalelor de comandă semnalizare) pe orice rută disponibilă a reţelei de semnalizare (ex: 4-1-2-3-7 sau 4-1-3-7) chiar dacă circuitul pentru utilizatori solicitat este, de exemplu, pe ruta 4-1-2-3-7. Modul neasociat permite într-o manieră flexibilă alocarea canalelor reţelei semafor pentru diverse task-uri. Funcţiile de gestiune de reţea din diverse centre pot deveni subsisteme utilizatoare ale reţelei semafor. În ISDN, B-ISDN se utilizează modul de transfer neasociat. Avantaje (canal comun): • Un singur set de facilităţi necesare pentru semnalizările aferente unui grup de trunchiuri; • Informaţia de semnalizare este transferată direct între procesoarele de comandă; • Nu apare interferenţă între semnalul-utilizator şi cele de semnalizare; • Canalele de semnalizare sunt inaccesibile direct pentru utilizatori (securitate sporită); • Timp de stabilire a circuitelor mult mai mic; • Este posibilă o comandă şi gestiune centralizată a canalului de semnalizare; • Permite alocarea dinamică a resurselor în funcţie de trafic; • Permite gestiunea reţelei. Dezavantaje: • Canalele de semnalizare şi punctele de transfer semafor trebuie să aibă o fiabilitate foarte mare; • Nu permite în mod transparent transfer de informaţie cap-la-cap pentru un circuit deja stabilit, aşa cum se face la semnalizarea cu canal individual; • Nu se face un test implicit al canalului de comunicaţie. 2 4 1 3 5 6 7 8 2 PT 1 PT 3 PT CCPS – Curs 7 Comutaţia de mesaje-pachete Tinde să devină tehnica de bază în reţelele de mare viteză. Se caracterizează în mod esenţial prin memorarea şi retransmiterea mesajelor/pachetelor în fiecare nod al reţelei, către destinaţie, pe aceeaşi rută fizică (circuite virtuale) sau pe rute independente pentru fiecare datagramă/pachet în parte. A. Comutaţia de mesaje presupune includerea într-un mesaj, la terminalul de emisie, a informaţiei de utilizator (info-U) şi a informaţiilor de dirijare la destinaţie; acesta este transmis ca un tot, memorat în memoria fiecărui centru în care ajunge. Comutaţia constă în dirijarea mesajului pe baza adresei de destinaţie, prin reţea. În comutatorul final, info-adresa este extrasă şi se livrează la destinatar numai info-U. Dezavantajul principal este dat de întârzierea posibil mare în cazul unor mesaje lungi. De asemenea, volumul memoriei tampon într-un nod este relativ mare. Are 3 faze asincrone: • Achiziţia (înregistrarea în memorie); • Rutarea (plasarea mesajului recepţionat pe linia i într-o coadă de aşteptare pe linia de ieşire j); • Retransmisia mesajului pe linia de ieşire. Mesajele conţinând info-U şi datele de dirijare trebuie să aibă o structură determinată-format, care defineşte: • Antetul mesajului (adrese, priorităţi, referinţe asupra mesajului, tipul mesajului); • Textul propriu-zis al mesajului, de lungime teoretic nelimitat; • Partea finală- conţine indicaţii asupra mesajului (inclusiv a antetului) (ex: duplicarea lui eventuală, controlul autentificării). Comutaţia corespunde tratării antetului. Anumite formate sunt standardizate internaţional. Ex: F31 – pentru schimbul internaţional de telegrame; IATA – pentru companii aeriene; SWIFT – pentru reţeaua interbancară mondială. Aplicaţiile pentru comutaţii de mesaje: difuzarea mesajelor, serviciu pentru abonat absent, conversii de viteză şi cod pentru diverse terminale, returnarea de confirmări de primire. Comutaţia de mesaje este astăzi baza sistemelor de mesagerie electronică şi cutii poştale. B. Comutaţia de pachete Divizează un mesaj în unul sau mai multe blocuri (pachete), le completează cu info-adresă şi comenzi şi le transmite succesiv, cu memorare şi retransmitere în fiecare nod, până la destinaţie. Timpul de transfer este mai mic decât la comutaţia de mesaje şi memoriile necesare în noduri, sensibil mai mici. Comutaţia de pachete s-a impus ca alternativă de comutaţie pentru comunicaţii de date datorită dezavantajelor comutaţiei de circuite, ineficienţa utilizării circuitului în condiţii de trafic variabil; circuitul transparent impune viteză constantă şi egală cu cea a terminalelor sau multiplexuri care trebuie să fie simultan active. CCPS – Curs 7 Pachetele sunt de lungime fixă, de ordinul 103 biţi/pachet. Din cauza lungimii relativ mic a pachetelor, în noduri se memorează în memoria RAM, după care sunt transmise pe liniile de ieşire, rezultând în final o viteză de transfer sensibil mai mare decât la comutaţia de me�saje. � � � pachet transmis pe circuit virtual (CV) � datagrame MT memorie tampon Presupunem că staţia A doreşte să transmită pachete la D. Pachetele mesajului sunt în ordinea transmisiei A1D, A2D (s-a presupus că multiplexat în timp mai există şi altă comunicaţie A-B). Pachetele conţin informaţie de dirijare. A trimite un pachet la nodul 1. Acesta îl memorează în MT, determină ruta următoare (ex: spre nodul 3) şi pune pachetul într-o a1b a1b mesaj pachete A MT 1 a2b a1b A2 A1 A1 MT 2 MT 3 MT 4 a2b A1 B a1b a2b A1 C E D A2 A1 A2 A1 A2 A1 CV CCPS – Curs 7 coadă de aşteptare pe linia de ieşire 1-3. Procesul se repetă până la destinaţie pentru fiecare pachet. Pachetele pot avea şi priorităţi diferite. B1. Metode de comutaţie a pachetelor a) Datagramele – sunt pachete tratate independent, fără nici o referire la pachetele anterioare ce aparţin aceluiaşi mesaj. A emite pachetele a1b şi a2b destinate lui B. Nodul 1 recepţionează pachetele în ordinea a1b, a2b. El poate alege mai multe rute către B: 1-2-3 sau 1-3-2, etc. Dacă în momentul primirii lui a1b coada de aşteptare la linia 1-3 este mult mai scurtă decât linia 1-2, atunci nodul 1 dirijează pachetul a1b pe direcţia 1-3 (nodul 1 ştie că direcţia 1-3 permite atingerea ţintei B). În continuare, nodul 1 primeşte a2b. De data aceasta, pachetul e trimis pe direcţia 1-2-B. S-a presupus că pachetele ajung la B în ordine a2b, a1b → • Metoda datagramelor nu garantează secvenţialitatea mesajelor, sarcina reordonării lor este îndeplinită de staţia finală; • Pierderea unui pachet (din cauza defectării unui nod în reţea) nu poate fi detectată în nodurile reţelei. Sarcina detecţiei acestei situaţii şi rezolvarea ei revine tot staţiei finale B. b) Circuitele virtuale păstrează aceeaşi rută între staţii. Termenul de circuit vizează această proprietate. Atributul ,,virtual’’ se referă la tehnica de memorare- retransmitere (nu există un circuit fizic transparent). Circuitele virtuale se stabilesc, menţin şi eliberează analog cu circuitele fizice. A stabileşte un circuit virtual A-D astfel: • A trimite un pachet special ‘’call request’’ spre nodul 1, cerându-i o conexiune logică spre D; • Nodul 1 decide să ruteze toate pachetele spre D ale acestei conexiuni pe direcţia 3; astfel nodul 1 trimite pachetul ‘’call request’’ spre 3; • Nodul 3 procedează similar pe direcţia 3-4; • Nodul 4 trimite ‘’call request’’ spre D; • Dacă D este disponibil, atunci întoarce spre nodul 4 un pachet de răspuns ‘’Call Accept’’; • Pachetul de acceptare este returnat pe calea inversă către A. Ruta astfel determinată este păstrată pe toată durata conexiunii într-un mod similar cu cea de la comutaţia de circuite şi este referită prin termenul de circuit virtual (CV). În continuare, are loc transferul pachetelor pe circuit. Fiecare pachet (A1D, A2D, etc) poartă un identificator de CV, astfel încât orice nod de pe ruta stabilită dirijează în mod corespunzător pachetul. Nu se mai efectuează nici o decizie de rutare. Eliberarea circuitului virtual se poate face cu ajutorul unui pachet ‘’Clear Request’’. La un moment dat, între 2 staţii pot exista mai multe CV active. De asemenea, o staţie poate avea mai multe CV cu diverse alte staţii (ex. A-B, A-D). CV asigură facilităţi suplimentare faţă de datagrame: secvenţarea pachetelor se păstrează căci toate urmează aceeaşi rută, în ordinea în care au fost emise. Controlul erorilor asigură corectitudinea pachetelor. El se face pe fiecare legătură de date între 2 noduri. CCPS – Curs 7 Circuitele virtuale pot fi stabilite la cerere sau pot fi semipermanente (atunci când volumele de date sunt mari şi comunicaţiile frecvente) B2. Dimensiunea pachetelor Timpul de transfer prin reţea depinde în mod direct de dimensiunea pachetelor. ts= timp de stabilire conexiune tp=timp de propagare A-B m=durata mesajului tTotal=ts+tp+m • Timpul de stabilire a conexiunii este identic (ts); • Timpul de întârziere al pachetelor/mesajelor datorită prelucrărilor în noduri este neglijabil; • Viteza de transmisie este aceeaşi pentru cele 3 cazuri; • La modul pachet cu CV nu este multiplexare cu alte CV. Pentru modul pachet, mesajul de lungime m se împarte în n pachete, fiecăruia adăugându-i-se un antet de durată th (header). În plus, retransmisia unui pachet într-un nod începe, cel mai devreme, după terminarea recepţionării complete a acestuia → A 1 2 3 B A 1 2 3 B A 1 2 3 B A 1 2 3 B ts ts ts tp m p1 p2 p3 th p1 p2 p3 th th+m Mod circuit Mod pachet cu CV n=3 pachete Mod mesaj CCPS – Curs 7 1)( , ≥•+++++= ntnmt n mNttt hhpsT N = nr. de noduri traversate, durata antetului este constantă ts, tp, th, N sunt date → tT=f(n) n = nr. de pachete O dată cu creşterea numărului de pachete n, raportul n/m (ce indică overhead-ul transmisiei) creşte, scăzând eficienţa transmisiei prin adăugarea n*th. În realitate N este diferit de la o rută la alta, m este şi el variabil şi atunci relaţia de mai sus nu este suficientă pentru dimensionarea lungimii pachetelor. În practică se consideră şi rata erorilor + corectarea lor prin retransmisie. Se observă că timpul de transfer este sensibil mai mare decât cel de la comutaţia de circuite. În plus, cu cât numărul pachetelor este mai mare, cu atât creşte întârzierea în cozile de aşteptare din noduri. Pentru comutaţia de mesaje se aplică relaţia de mai sus, cu n=1 → cea mai mare valoare a timpului de transfer dintre cele 3 metode.