Sistemi di elaborazione e
trasmissione delle informazioni
Generalità
Reti di calcolatori
Definizione e generalità
Richiami sul livello fisico e mezzi di
trasmissione
Definizione
“una rete di calcolatori è un insieme di nodi di elaborazione
totalmente autonomi tra loro, connessi mediante un opportuno
sistema di comunicazione, ed in grado di interagire mediante
scambio di messaggi al fine di condividere le risorse messe a
disposizione di ciascun nodo”
C
A
Sistema di
comunicazione
D
B
Organizzazioni informatiche
Elaborazione centralizzata
Mainframe con terminali remoti
Costo elevato
Dipendenza dai guasti del
mainframe
Cablaggio complesso
Sistema di comunicazione oneroso
Mancanza di personalizzazione del
software
Limitato numero di utenti con
conoscenze informatiche
Elaborazione distribuita
Rete di elaboratori
Costi inferiori
Buona tolleranza ai guasti
Cablaggio semplificato
Facilità di espansione
Facilmente adeguabile
all’evoluzione
Il software per ambiente
centralizzato non può essere
riutilizzato
Molti utenti con conoscenze
informatiche di base
Classificazione
Una prima possibile classificazione è legata all’ambito in cui la
rete opera, pertanto possiamo distinguere tre categorie che
denominiamo :
LAN : rete locale (local area network)
MAN: rete metropolitana (metropolitan area network)
WAN: rete geografica (wide area network)
LAN : local area network
Dimensioni del sistema di comunicazione
limitate
Non attraversa luoghi pubblici
Alta velocità di trasmissione(100Mb/s)
Bassa sensibilità ai disturbi
Nodi con stessa priorità di accesso
Gli utenti sono noti al gestore della rete
Scopi aziendali
MAN : metropolitan area
network
Maggiori dimensioni del sistema di comunicazione
(ambito urbano)
Velocità di trasmissione inferiore (ad una Lan) e in
genere dipendente dal mezzo
Gli utenti sono costituiti dagli abitanti di una città
abilitati
Fornisce servizi sociali e/o logistici
WAN : wide area network
Estensione illimitata (nazionale, continentale,
planetaria)
Velocità di trasmissione bassa (56Kb/s - 2Mb/s)
Utenti non sempre conosciuti
Fornisce servizi diversificati sia di tipo tradizionale
che multimediale
Internetworking
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
WAN
MAN
LAN
MAN
LAN
LAN
Complesso di operazioni atte a garantire
l’accoppiamento di reti diverse
Rete di calcolatori = sottosistema di
interconnessione + sottosistema di
comunicazione
A
B
mittente
destinatario
rete
1.
esista un sistema fisico di collegamento tra A e B
2.
A e B siano dotati di software di base opportuno (S.O. di rete)
3.
A e B siano dotati di software applicativo per l’invio e la ricezione di messaggi
4.
A e B siano regolarmente connessi, cioè ciascuno sia dotato di un identificatore
univoco
5.
il sistema di connessione sia in grado di svolgere le funzioni di instradamento del
messaggio da A verso B
Mezzi fisici di trasmissione
• il doppino telefonico, che viene usato di norma nelle nuove
installazioni ed è conforme a diversi standard quali, ad esempio, il
doppino non schermato (UTP, Unshielded Twisted Pair) di Categoria
3, utilizzato spesso nelle linee telefoniche, e quello di Categoria 5,
usato nelle reti;
• il cavo coassiale, che assomiglia ai cavi per la televisione;
• le fibre ottiche, che generalmente vengono riservate ai
collegamenti tra le apparecchiature di "dorsale" (backbone) delle
grandi reti. In ambienti particolari, tuttavia, si utilizzano cavi a fibra
ottica ad alta resistenza. Il cavo a fibre ottiche è il sistema di
cablaggio più affidabile ma è anche il più costoso;
• i segnali radio o i raggi di luce infrarossa (wireless LAN).
Il doppino telefonico
Il doppino telefonico (o twisted pair) può essere di categoria 3 o di categoria 5.
Il doppino di categoria 3, utilizzato in passato, non è più adatto per le nuove
tecnologie: ora esiste il doppino TP di categoria 5, testato fino a 100 Mhz, che
garantisce velocità dell'ordine dei 100 Mbps. Il twisted pair può essere
schermato (STP - Shielded Twisted Pair) o non schermato (UTP - Unshielded
Twisted Pair). Mentre il cavo coassiale permette cablaggi a catena con il TP
sono possibili solo situazioni punto a punto (peer-to-peer); infatti la topologia
di rete che utilizza come mezzo trasmissivo il TP è la topologia a stella. L'UTP è
oggi il tipo di cablatura più usata nelle reti LAN. Viene infatti utilizzato nella
maggioranza delle reti Ethernet come pure nelle Token Ring.
Il cavo coassiale
Il cavo coassiale ha al suo interno un filo conduttore di rame. Il cavo che
ricopre il filo è di plastica e serve a garantire l'isolamento tra il filo di rame ed
uno schermo di metallo intrecciato. Tale schermo serve a bloccare qualsiasi
interferenza esterna. Il cavo coassiale è molto simile al cavo della TV. L'unica
differenza è che trasporta dati digitali anziché analogici. I dati digitali sono
molto più sensibili al rumore e alle interferenze del segnale, per cui le reti che
utilizzano come mezzo trasmissivo il cavo coassiale possono essere cablate
solo per distanze limitate a meno che non vengano impiegati dei ripetitori. Per
molto tempo il cavo coassiale è stata l'unica possibilità per la cablatura di reti
locali ad alta velocità, nonostante il grosso svantaggio dei costi (il cavo è
difficile e costoso da fabbricare, non si può piegare facilmente e ed è soggetto
a frequenti rotture meccaniche ai connettori).
Le fibre ottiche
Il cavo in fibra ottica utilizza i segnali luminosi per trasferire i dati e li
trasmette attraverso una sottile fibra in vetro. E' generalmente composto da
una parte centrale in vetro circondata da parecchi strati di materiali protettivi.
Il fatto di trasmettere impulsi luminosi anziché segnali elettrici consente di
eliminare il problema delle interferenze elettriche. Per questo motivo è il
mezzo trasmissivo ideale per quegli ambienti che hanno parecchie interferenze
elettriche. I dati che viaggiano sulle fibre ottiche vengono trasferiti a velocità
altissime e su distanze maggiori rispetto al cavo coassiale e al twisted pair. Le
fibre ottiche vengono spesso utilizzate per le dorsali (backbone).
Wireless LAN
Le LAN di tipo wireless usano, per far comunicare i computer
tra loro, segnali radio ad alta frequenza o raggi di luce
infrarossa, anziché utilizzare i tradizionali cavi per i
collegamenti. Ogni computer, ovviamente, deve avere un
dispositivo che permette di spedire e ricevere i dati. Le reti
wireless sono molto utili negli edifici dove può essere
difficoltoso effettuare il cablaggio o crearlo in brevissimo
tempo.
Tipologie di trasmissione
Analogica
Digitale
Analogica
La soluzione più comune per collegarsi ad altre reti o a Internet, o per permettere agli
utenti remoti di collegarsi alla propria rete centrale, è la linea analogica. La maggior parte
delle linee telefoniche tradizionali è infatti di questo tipo.
Basta quindi collegare un modem al computer e alla presa del telefono per essere in linea.
Attualmente, i modem analogici più veloci per il trasferimento di dati operano a 56 Kbps.
Anche se i modem rappresentano una soluzione semplice per le connessioni dial-up ad
altre LAN e a Internet, essi non sono in grado di supportare una rete in continua
espansione. Ogni modem può infatti supportare solo una "conversazione" remota alla volta
e ogni apparecchiatura che vuole collegarsi con l'esterno deve disporre di un proprio
modem.
Digitale
La linea telefonica ISDN opera a 128 Kbps e viene fornita dalle compagnie telefoniche
pubbliche. L'ISDN comprende due canali da 64 Kbps che operano separatamente più
un canale (chiamato D-Channel, a 16 Kbps) di servizio per i segnali di controllo.
Talvolta se si dispone di un hardware compatibile è possibile effettuare il "bonding"
(unione) dei due canali in un unico canale da 128 Kbps. Inoltre, essendo un servizio
digitale, l'ISDN non presenta la cosiddetta "interferenza di linea", che rallenta le
connessioni analogiche, e garantisce prestazioni molto elevate.
I collegamenti ISDN possono essere effettuati mediante un router predisposto per ISDN
o un modem ISDN e una porta seriale sul router. Per esempio, un router ISDN con
presa telefonica analogica ci permette di effettuare telefonate e inviare fax e di
collegarci contemporaneamente a un altro canale ISDN.
Condivisione del mezzo fisico
Multiplazione
Commutazione
Circuito
Pacchetto
Pacchetto a circuito virtuale
Multiplazione
Permette di condividere un solo mezzo fisico tra più stazioni.
• TDM : assegna a rotazione tutto il canale per un piccolo intervallo di
tempo ad ogni stazione
• FDM suddivisione della banda in più sottobande, una per ogni stazione
Questa tecnica viene utilizzata quando il canale di
trasmissione ha un costo troppo elevato per un
singolo utente (satellite) o la banda a disposizione è
molto grande rispetto alla velocità delle singole
stazioni (fibre ottiche)
Commutazione di circuito
Permette di stabilire una connessione fisica permanente tra
due stazioni (simulando l’esistenza di un unico cavo tra le due
stazioni) mantenuta fino al termine della comunicazione.
Questa modalità, tipica delle comunicazioni di tipo telefonico
analogico, presenta alcuni svantaggi come ad esempio la presenza di
un tempo di attivazione piuttosto lungo (variabile in funzione del
traffico e della distanza) e da una bassa efficienza nell’uso, in quanto
la connessione rimane “in piedi” anche quando i due utenti tacciono
momentaneamente.
Commutazione di circuito
A
CC1
CC4
cc: centrale di
commutazione
CC2
CC3
B
Commutazione di pacchetto
Si basa sul concetto della divisione del messaggio da
trasmettere in più unità autonome, ciascuna corredata da
opportune informazioni di controllo, ad esempio gli identificativi del
mittente e del destinatario e del numero d’ordine del pacchetto
all’interno del messaggio.
Per la realizzazione di quanto sopra si presuppone l’esistenza che gli
organi di commutazione presenti in rete abbiano una capacità di
instradamento autonoma.
E’ una tecnica che opera in ambito strettamente digitale
Commutazione di pacchetto
A
3 2 1
III II
D
PS1
PS2
I
PS3
PS4
C
B
PS: Packet switch
Commutazione di pacchetto a
circuito virtuale
E’ una modalità che ingloba le caratteristiche di entrambe le
soluzioni proposte precedentemente. Infatti viene utilizzata la
commutazione di pacchetto su un circuito definito in via
preliminare dal Packet switch al quale inizialmente viene inoltrata
la richiesta di trasmissione.
Stabilito il percorso tutti i pacchetti saranno inviati in successione
sul quel percorso.
Efficienza di un collegamento
Commutazione di
circuito
Commutazione di
pacchetto
Tc =
tempo di collegamento
Tc =
tempo di collegamento
Td =
tempo di trasmissione
Td =
tempo di trasmissione
Ti =
tempo di instradamento
E=
Td
Tc + Td
Tc = 0
Topologie di rete
Punto–punto (point to point)
Multipunto (multipoint)
La tecnologia punto–punto prevede un collegamento
diretto e privato tra due stazioni (unidirezionale o
bidirezionale), stabilito a priori e non modificabile.
La tecnologia multipunto prevede che ad un
collegamento possano fare capo due o più stazioni: ciò
implica che dovrà essere utilizzata una tecnica di
indirizzamento e una di controllo degli accessi
Configurazione a stella
Centro stella
Vantaggi
Gestione semplificata
Svantaggi
Lunghezza cablaggio
Configurazione ad anello
Svantaggi
Blocco della rete in seguito al
guasto di un nodo
Collisioni
Configurazione a bus
Comunicazione tipo broadcast: uno a tutti
Svantaggi: collisioni
Vantaggi: bassa sensibilità ai guasti
