Sviluppo di un applicativo software per la gestione dello switch ATM Alcatel 7470 MSP e monitoraggio della rete tramite protocollo SNMP

  
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Stadio di linea: lo stadio di commutazione che consente la raccolta dell'utenza attraverso 
la rete di distribuzione (livello 3 della gerarchia di commutazione di Telecom Italia). Pu� 
essere sia remotizzato che co-locato presso la centrale SGU. Normalmente realizzato con 
un modulo remoto dell'autocommutatore posto presso la SGU. 
Terminazione di utente (Network Termination): punto in cui � attestata presso 
l'utente la linea fisica, cui sono collegati gli apparati e/o l'impianto di utente. 
Vendor: genericamente chiunque ceda beni o servizi in cambio di una contropartita in 
denaro. 
 
  
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Capitolo I: Introduzione ad ATM. 
 
 ATM � l�acronimo di Asynchronous Transfer Mode: rappresenta infatti una particolare 
tecnica di multiplazione, commutazione e trasmissione di dati a pacchetto. 
 Il principio su cui si basa ATM � la segmentazione dei flussi informativi in una sequenza 
di celle elementari. 
 Ogni cella elementare � un pacchetto di lunghezza fissa, costituito da un campo 
contenente l�informazione utile, payload, e da un campo di intestazione, header. 
 Le celle appartenenti alla stessa connessione non sono trasmesse ad intervalli periodici: in 
questo senso il Modo di Trasferimento � Asincrono (Figura I.1). 
 
Figura I.1      
  
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Visto che la trasmissione � di tipo asincrono, l�individuazione dell�appartenenza delle 
singole unit� informative ad una determinata connessione avviene attraverso l�etichetta che 
� un parametro contenuto nell�intestazione della cella. 
 L�instradamento viene realizzato assegnando dei valori di etichetta in ogni nodo che la 
cella attraversa: celle appartenenti alla medesima connessione hanno un determinato 
valore di etichetta sul ramo in entrata ad un nodo ed un altro sul ramo in uscita. 
 L�informazione di instradamento � contenuta nei campi VPI e VCI dell�etichetta. 
 
 
I.1 VPI/VCI 
 
 I campi VPI/VCI identificano una cella all�interno della connessione: sequenze di celle 
appartenenti al medesimo flusso informativo hanno gli stessi valori di VPI/VCI. 
 Il VPI (Virtual Path Identifier) ed il VCI (Virtual Channel Identifier) sono rispettivamente 
gli identificativi dei VP (Percorsi Virtuali) e dei VC (Canali Virtuali). 
 I VC aggregano le celle in flussi da instradare in rete, i VP raggruppano un insieme di 
canali virtuali all�interno dello stesso circuito fisico (Figura I.2). 
 
 
 
Figura I.2 
 
I  valori VPI/VCI possono variare nel passaggio all�interno di un nodo della rete ma le 
celle appartenenti alla medesima connessione continueranno ad avere gli stessi 
identificativi. 
  
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I.2 Parametri di traffico e Qualità del Servizio (QoS). 
 
Una generica sorgente di traffico � solitamente caratterizzata da un insieme di parametri 
che costituisce il cosiddetto Source Traffic Descriptor.  
I principali parametri di traffico sono Peak Cell Rate (PCR),  Sustainable Cell Rate (SCR), 
Minimum Cell Rate (MCR) e Maximum Burst Size (MBS). 
Il PCR rappresenta la banda massima, ovvero il bit rate massimo, disponibile per una 
connessione, il SCR la banda media garantita, il MCR la banda minima garantita ed  il 
MBS la lunghezza massima del burst trasmesso. 
I parametri di QoS che caratterizzano il livello di servizio scelto possono essere negoziati 
fra utente e rete, ad esempio mediante la segnalazione, o possono essere assegnati di 
default come nel caso di canale virtuale permanente preso in esame in questo lavoro. 
I parametri principali sono Cell Delay Variation (CDV); Cell Transfer Delay (CTD); Cell 
Loss Ratio (CLR). 
- Il CDV misura la variazione dei tempi di interarrivo tra celle ATM consecutive ad 
un nodo della rete; 
-  il CTD � definito come il tempo intercorrente tra il passaggio di una cella in due 
punti di misura; 
-  il CLR � il rapporto tra il numero di celle perse dalla rete ed il numero totale di 
celle trasmesse. 
  
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I.3 Categorie di servizio 
 
Sono definite cinque Categorie di Servizio in ATM: 
• Constant Bit Rate (CBR) 
• real time Variable Bit Rate (rt-VBR) 
• non real time Variable Bit Rate (nrt-VBR) 
• Unspecified Bit Rate UBR 
• Available Bit Rate (ABR)   
 
 
• CBR 
 
  Questa categoria � usata in connessioni che richiedono una quantit� fissa di banda, 
caratterizzata da  un valore del parametro di traffico Peak Cell Rate (PCR) che deve essere 
continuamente disponibile per tutta la durata della connessione.  
La sorgente pu� emettere celle al tasso PCR (o inferiore) in qualunque istante e per 
qualunque durata. 
Questa categoria di servizio � destinata ad applicazioni di tipo Real-time, richiedenti quindi 
tolleranze molto ristrette sui valori di Cell Transfer Delay (CTD) e di Cell Delay Variation 
(CDV). � adatta ad applicazioni tipo voce, video ed in genere in tutti quei casi in cui il 
traffico � sufficientemente regolare da giustificare un canale CBR completamente 
riservato, ad esempio per realizzare l'emulazione di circuito (Circuit Emulation Service - 
CES). 
Applicazioni tipiche per il CBR sono: 
· Videoconferenza 
· Audio Interattivo (es. telefonia) 
· Distribuzione Audio/Video (TV, teleinsegnamento, pay-per-view) 
· Retrieval Audio/Video (Video-on-Demand) 
  
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Figura I.3.1    
 
Servizi in banda voce - quali la telefonia a 64 kbit/s della N-ISDN - portati su ATM usano 
soluzioni d'accesso basate su CBR e strato d'adattamento AAL1. In ambito multimediale, 
una soluzione a breve termine per servizi residenziali consiste nel realizzare Video-on-
Demand (VoD) basato su MPEG2 (Transport Stream, CBR mode) su AAL5 e trasporto a 
livello ATM mediante CBR. 
 
• rt-VBR 
 
Come la classe di servizio CBR, anche questa categoria di servizio � orientata ad utenze 
che richiedono strette tolleranze sul CDT e sulla sua variazione CDV. In questo caso per� 
la sorgente genera celle a �burst� e con un tasso d'emissione che non � fisso. I parametri 
di traffico sono Peak Cell Rate (PCR), Sustainable Cell Rate (SCR) e Maximum Burst Size 
(MBS).  
Questo servizio � adatto ad applicazioni Real-time in cui la sorgente genera flussi a 
velocit� non costante, come audio compresso o applicazioni multimediali interattive. 
Inoltre pu� servire per multiplare statisticamente sorgenti di tipo Real-time. 
  
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Figura I.3.2 
Possono trarre vantaggio da questo servizio applicazioni come �native ATM voice� con 
compressione e soppressione dei silenzi, o alcune comunicazioni multimediali. 
 
• nrt-VBR 
 
Anche in questo caso la sorgente emette celle a �burst� come nel precedente; mancano 
invece vincoli rigidi sul ritardo di cella e sulla sua variazione. I parametri di traffico sono 
gli stessi del caso precedente: Peak Cell Rate (PCR), Sustainable Cell Rate (SCR) e 
Maximum Burst Size (MBS).   
Il ritardo delle celle (Cell Transfer Delay - CTD) � limitato superiormente. 
La classe di  servizio Non-Real-time VBR � adatta a transazioni in cui sia critico il tempo 
di risposta (prenotazioni aeree, transazioni bancarie, controllo di processi) e all'interlavoro 
con servizi portanti Frame Relay. 
 
  
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• UBR 
 
UBR � una categoria di servizio adatta ad applicazioni non critiche e che non richiedono 
una specifica QoS. UBR non prevede alcuna negoziazione fra utente e rete riguardo ai 
parametri di traffico, in particolare riguardo alla banda messa a disposizione.  
Questo servizio, che tipicamente utilizza la banda lasciata libera dai servizi delle categorie 
superiori ed � fornito a tariffe basse, pu� essere usato da applicazioni con scarse esigenze, 
ad esempio trasferimenti di file effettuati in background oppure terminali per telelavoro. 
 
Figura I.3.3 
 
  
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• ABR 
 
ABR � destinato a sorgenti che siano in grado di aumentare o ridurre il tasso d'emissione 
di celle in funzione delle informazioni ricevute dalla rete, riuscendo cos� a sfruttare 
variazioni della capacit� di trasferimento della rete che possono verificarsi nel corso della 
comunicazione. 
Molte applicazioni non hanno necessit� di un throughput specifico ma, finch� la banda 
disponibile oscilla fra un valore minimo e un massimo, funzionano in modo 
soddisfacente. Per esse � stato studiato questo servizio che come parametri di traffico ha 
Peak Cell Rate (PCR) e Minimum Cell Rate (MCR). 
Oltre ai parametri di traffico, � definito anche un meccanismo di retroazione (feedback) 
utilizzante celle speciali dette di Resource Management (RM), che permette di tenere 
costantemente sotto controllo la banda disponibile. 
Questo servizio, in cui il Cell Transfer Delay (CTD) non viene controllato, non � 
destinato ad applicazioni Real-time. 
Qualunque applicazione in cui non sia critico il tempo di risposta pu� beneficiare di ABR; 
esempi sono l'interconnessione di LAN e LAN Emulation.     
 
Figura I.3.4 
  
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I.4 Prestazioni a confronto 
 
 
Una idea delle differenze tra le classi di servizio si pu� avere dalla Figura I.4.1 
 
Figura I.4.1 
 
  
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Capitolo II: Architettura di rete. 
 
In questo capitolo descriver� prima lo scenario di riferimento poi l�architettura del sistema 
per la fornitura del servizio ADSL facendo riferimento ai singoli elementi della rete. 
 
II.1 Scenario di riferimento. 
 
Lo scenario di riferimento individua tre domini: quello dell�utente che deve essere 
interconnesso ai fornitori dei servizi, in questo caso al fornitore di servizio ADSL, quello 
del fornitore della rete di accesso, in questo caso Telecom Italia, che consente questa 
interconnessione e quello della sottorete del fornitore del servizio, Nodalis 
Telecomunicazioni. Tale scenario � illustrato in Figura II.1.1 
 
 
 
 
 
 
 
   
 Dominio del cliente      Dominio del fornitore dell�accesso              Dominio fornitore del servizio 
Figura II.1.1. 
Rete 
dell�utente 
Rete 
dell�utente 
 
 
Rete di transito 
 
Rete 
del fornitore del 
servizio 
  
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II.2 Architettura del sistema. 
 
Andr� ora ad analizzare in maniera pi� dettagliata il sistema descrivendo i singoli elementi 
della rete presenti nei tre distinti domini. 
 
• Dominio di utente. 
 
La terminazione di rete ADSL presso l�utente contiene il modem ADSL remoto che e� 
connesso al corrispondente modem di centrale  tramite il doppino di abbonato.  
Sul mezzo fisico sono multiplati a divisione di frequenza il segnale POTS standard ed il 
segnale dati ADSL, lo spettro � quello mostrato in Figura II.2.1. 
 
 
Figura II.2.1. 
 
 
Affinch� sia possibile condividere il doppino telefonico fra il  segnale  telefonico in banda 
base ed il segnale dati  ADSL e� necessario realizzare una separazione spettrale dei due 
segnali che viene ottenuta tipicamente collegando alla borchia di utente un filtro 
denominato POTS splitter.  
  
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• Dominio del fornitore dell�accesso. 
 
Nella centrale del fornitore di accesso dovr� essere presente un dispositivo analogo a 
quello presente nella terminazione d�utente per separare il segnale in banda fonica da 
quello dati. 
Il  segnale vocale presente sul doppino telefonico a cui � attestato il singolo utente ADSL 
sar� filtrato dal POTS splitter ed inviato allo SGU, il traffico dati inviato al DSLAM. 
Fisicamente in centrale il DSLAM
1
, che altro non � che il multiplexer ADSL, e� composto 
da diversi modem ADSL e svolge, tra le altre, una funzione di adattamento tra la rete di 
accesso e la rete di transito che in questo caso � di tipo ATM. 
Il DSLAM ha la funzione di: 
- terminare la connessione ADSL verso l�utente; 
-  implementare il livello ATM e fisico per l�interconnessione alla rete di transito; 
-  multiplare in upstream le celle ATM, provenienti dai modem di centrale, verso la 
rete di transito; 
-  demultiplare in downstream le celle ATM provenienti dalla rete di transito 
instradandole verso i modem lato centrale; 
-  realizzare funzioni di policing, traffic shaping e congestion control; 
-  fornire le funzionalit� per la gestione della rete di accesso. 
Il traffico ATM in uscita dal DSLAM viene quindi instradato allo switch ATM nel 
dominio del fornitore d�accesso. 
                                                 
1
 DSLAM: Digital Subscriber Line access Multiplexer 
  
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• Dominio fornitore del servizio. 
 
Nel dominio del fornitore di servizio il primo elemento � uno switch ATM: la rete di 
accesso infatti deve essere compatibile con quella di transito che in questo caso come 
detto � di tipo ATM. 
Le due reti sono interconnesse tramite un collegamento  in fibra ottica che giunge allo 
switch ATM Alcatel 7470 MSP presente nella centrale Nodalis. 
Il collegamento avviene tramite una porta di tipo E3
2
, Cell Relay, e il flusso � a 34Mbit/s. 
La funzione dello switch Alcatel 7470 MSP, per quanto riguarda la connessione ADSL, � 
quella di nodo della rete ATM. 
La configurazione dei Canali Virtuali (VC) all�interno dei Percorsi Virtuali (VP) e dei 
relativi Source Traffic Descriptor viene effettuata sullo switch presente nel dominio del 
fornitore di servizio, che permette all�operatore di decidere se instaurare collegamenti non 
commutati, senza cio� variazione  degli identificativi VPI/VCI nell�attraversamento del 
nodo, oppure se commutare il traffico. 
Il traffico dati arriva poi al router, da qui in un primo momento viene inviato alla server 
farm dove viene fatta l�autenticazione dell�utente tramite la verifica di username e 
password; una volta riconosciuto l�utente il router provvede ad instradare il traffico verso 
la rete Internet. 
Per quanto riguarda il traffico telefonico, una volta separato dal traffico dati grazie al 
POTS splitter che altro non � che un filtro passa basso, viene diretto verso lo Stadio di 
Gruppo Urbano (SGU) presso il quale � interconnessa la centrale Nodalis di Pisa e da qui 
instradato alla PSTN. 
                                                 
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 E3: standard europeo che identifica il tipo di porta usato per la connessione ATM (Cell relay).