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UD1 Mezzi Trasmissivi
Prima Lezione: i pricipi utilizzati per trasmettere informazioni attraverso un cavo (elettrici e ottici)
Principi di elettrologia
Concetto di carica Elettrica → Due tipi: positiva e Negativa → Forze che agiscono repulsive o
attrattive → attrazione Gravitazionale
Atomi → Protoni Neutroni: nucleo → elettroni ORBITE (un certo numero di elettroni x orbita) →
Ultime orbitre “quasi complete o semi-libere” → elettroni liberi → passaggio disordinato da un
atomo all'altro
Se agli estremi di un cavo UNA FORZA → gli elettroni si muovono in un verso → Moto
ORDINATO → Corrente elettrica → Intensità di corrente (definizione, misura)
Come sfrutto il fenomeno? → creo magiore o minore forza → più o meno passaggio di corrente →
trasmetto 1 o 0.
Nel DETTAGLIO:
Una carica si può “muovere” perchè su di essa agisce una forza → la zona su cui agisce localmente
una forza è chiamata CAMPO ELETTRICO
L'intesità del campo elettrico è data dalla Forza che agisce su una carica Q e la carica Q stessa
E=F/Q)
Il campo elettrico è descritto in ogni suo punto da una funzione detta POTENZIALE
ELETTRICO in grado di misurare l'intensità del campo nel punto P.
Una carica posta un un punto P ha un'energia potenziale pari a Q x il potenziale elettrico in quel
punto. → differenza energia Potenziale tra due punti lavoro necessario a spostare la carica
Differenza di ponteziale → delta U /Q
Su due punti con potenziale elettrico diverso vengono connessi con un filo conduttore avviene uno
spostamento delle cariche (le cariche tendono ad annullare una differenza di potenziale) generando
quindi una CORRENTE ELETTRICA.
La quantità di corrente dipende da:
• Quanto vale la differenza di potenziale
• Le caratteristiche del cavo (resistenza)
Quindi genero mantengo un potenziale elettrico dove devo trasmettere, metto a “terra” (potenziale
0) nel punto in cui ricevo e:
• In trasmissione modulo la tensione
• In ricezione misuro l'intensità
Riflessione e Rifrazione della luce
▪ Riflessione e rifrazione della luce
▪ Angolo di accettazione → riflessione totale
Seconda Lezione: Le caratteristiche dei mezzi trasmissivi (un'ora)
Studiamo velocemente i mezzi trasmissivi utilizzati nelle reti di calcolatori odierne.
In base al principio fisico che utilizzano per trasmettere i singoli bit vengono così classificati:
Mezzi elettrici, ottici, wireless.
Prima di studiarli nel dettaglio vediamo alcune caratteristiche fisiche che risultano importanti e di
cui tener conto nella progettazione di una rete
Diametro: Misura il diametro del cavo, viene utilizzata una particolare unità di misura AVG
(American Wired Gauge) così definita
36 AVG → 0,125 mm
0 AVG → 11,684 mm
Esistono tabelle e formule per la conversione da AVG a pollici e millimetri. Qualitativamente si
nota che a spessore minore corrisponde una misura in AVG maggiore.
Per i cablaggi vengono usate le seguenti misure standard
• 22 o 24 AVG per il cablaggio
• 26 AVG per le patch cord e work area cable
Attenuazione: Un segnale inviato su un qualsiasi mezzo trasmissivo subisce un indebolimento. Più
lungo è il cavo più il segnale risulta indebolito.
L’ attenuazione si misura Db e si ricava dalla seguente formula: 20* log (Potenza uscita/Potenza in
ingresso).
L'attenuazione di un cavo dipende da:
• Impedenza (resistenza) del cavo che a sua volta è calcolata sulla base di due componenti
◦ Resistenza propria del circuito che caratterizza il tipo di materiale e resta invariata
◦ Frequenza di lavoro. Questa seconda resistenza è ininfluente fino a quando non
supera un certo valore limite (frequenza di lavoro del cavo) oltre il valore limite
cresce velocemente trasformando il cavo in un isolante.
• Lunghezza del cavo: ovviamente l''attenuazione cresce in modo direttamente
proporzionale alla lunghezza del cavo. Un tipo di cavo, infatti, descrive la sua
attenuazione in Db al metro.
A causa del fenomeno dell'attenuazione fissato il cavo e la frequenza di funzionamennto esiste una
lunghezza massima del segmento altre la quale il segnale va rigenarato con un ripetitore per evitare
che il segnale diventi incomprensibile. Ogni mezzo fisico ha una lunghezza massima dopo la quale
è necessario rigenerare il segnale.
Velocità di propagazione: Il segnale impiega un certo tempo per percorrere il filo. Che
conseguenza ha questo fatto nella prog di una rete? Prendiamo una rete con topologia a bus e
uniamo due segmenti con un ripetitore. Come già detto le reti a Bus hanno il problema delle
collisioni…. È importate conoscere il tempo che il segnale sta a raggiungere gli estremi del bus per
ottimizzare la tecnica di risoluzione delle collisioni.
Ampiezza di banda: L'ampiezza di banda mi dice a quali frequenze può lavorare il cavo prima di
comportarsi, a causa dell'attenuazione, come un isolante. Si misura in Hz cioè quante volte al
secondo può venir cambiata la tensione del cavo
Molto spesso l'ampiezza di banda viene misurata in bit al secondo per indicare quanti bit vengono
trasferiti in un secondo.
Ovviamente le due misure sono collegate in qualche modo in quanto il numero di bit al secondo
dipende da:
• la frequenza di lavoro
• la codifica di linea: se uso 2 livelli di tensione con un cambio di tensione posso inviare al
massimo un bit; se uso quattro livelli di tensione ne trasmetto due, ecc
Diafonia:Misura quanto il mezzo trasmissivo subisce le interferenze elettromagnetiche
Riassumendo
Proprietà
Ampiezza di Banda
Attenuazione
Velocità di
propagazione
Diafonia
Impedenza
Conseguenza nella progettazione
Valutare il traffico che la rete dovrà
affrontare per scegliere il MT che dà le
prestazioni richieste
Lunghezza Massima del segmento
Numero massimo dei dispositivi per
segmento (i.e. lunghezza massima del
dominio di collisione)
Studiare l’ambiente in cui si dovrà
installare la rete dal punto di viste delle
interferenze EM
Frequenza massima di lavoro di un cavo
Terza Lezione: Il cavo coassiale
La stuttura del cavo coassiale è illustrata in figura. Il conduttore centrale in rame è rivestito da
diversi strati protettivi finalizzati a ridurre il distrurbo elettromagnetico.
Il cavo coassiale era utilizzato nelle prime reti locali (in particolare nello standard ethernet a 10
Mb/s) e trattarlo ai girni nostri ha solo vaolore storico.
La topologia di rete prevista con l’utilizzo del cavo coassiale è quella a bus e prevede un cavo più
spesso (thicknet) che funge da bus; all’interno del bus mediante dei “connettori a T” vengono
collegati dei cavi piu sottili “thinnent” che portano il segnale verso le schede di rete dei computer.
Quarta Lezione: il Doppino Telefonico
IL DOPPINO (Twisted Pair)
Struttura: fili di rame intrecciati a coppie (in genere 8 fili 4 coppie).
Gli otto cavi sono contraddistinti da un colore
• coppia 1: Blu, bianco/blu
• coppia 2: arancione, bianco/arancione
• coppia 3: verde, bianco/verde
• coppia 4: marrone, bianco/marrone
Le coppie 2 e 3 sono usate per la trasmissione e la ricezione.
L'ordine dei cavi è fissato da uno standard t568A e t568B
Ci sono diverse tipologie di cavi TP:
• UTP (non schermato): le 4 coppie di cavi sono protette solo da un rivestimento in plastica.
Più usato, caratteristiche, divisione in Categorie (cat 3 e cat 5 le principali)
• FTP ( Schermato): le 4 coppie sono avvolte da una schermatura
STP (schermatura per ogni coppia e generale): Doppia schermatura; ogni singola coppia è
schermata e lo sono anche le 4 coppie
Gli otto cavi sono contraddistinti da un colore
• coppia 1: Blu, bianco/blu
• coppia 2: arancione, bianco/arancione
• coppia 3: verde, bianco/verde
• coppia 4: marrone, bianco/marrone
Le coppie 2 e 3 sono usate per la trasmissione e la ricezione.
L'ordine dei cavi è fissato da uno standard t568A e t568B
Cavi CrossOver e “Dritti”
• CrossOver: per connettere dispositivi “simili” le coppie 2 e 3 vanno invertite perchè le porte
dei pc trasmettono e ricevono dagli stessi piedini. Risulta quindi necessario utilizzare la
sequenza t568A su un estremo e la sequenza t568B nell'altro.
• Dritto: dispositivi diversi (Pc → Switch → Router). I disposivi diversi come switch e schede
di rete hanno i piedini “inrociati” cioè dove lo switch riceve il pc invia e viceversa;
conseguentemente il cavo deve avere la stessa sequenza su entrambi gli estremi (cavo
dritto).
Quinta Lezione: Grinpaggio di un Cavo CrossOver e “dritto”
• Materale: (LT pag. 289)
Sesta Lezione: La Fibra Ottica
Un sistema di trasmissione ottico è composto da tre componenti:
• TX: Sorgente luminosa (led o laser). Trasforma un segnale elettrico in impulso
luminoso
• FIBRA: Trasmette la luce
• RX: Rilevatore, colpito dalla luce genera impulso elettrico
•
Struttura della Fibra Ottica
Una fibra è composta da un nucleo (core) in vetro, un classing (mantello) e una copertura protettiva
La luce si trasmette “rimbalzando” senza rifrazione tra il core e il cladding
Una fibra si descrive fornendo i diametri del core e del cladding in micrometri
Per esempio una fibra 50/125 ha un core con un diametro di 50 micrometri e un cladding con un
diametro di 125 micrometri
Valori tipici sono:
• 50/125
• 62,5/125
• 10/125
• 8/125
Un CAVO in fibra ottica contiene MOLTE FIBRE (da 10 fino a diverse centinaia)
Fibre ottiche monomodali e fibre ottiche monomodali
Se viene utilizzato un nucleo col diametro eccessivamente grande l'angolo di accettazione è grande
e di conseguenza se si utilizza un led come sorgente luminosa (meno preciso) il raggio luminoso
può entrare nella fibra con diversi angoli e quindi percorrere “strade” diverse rimbalzando tra
nucleo e mantello.
I diversi percorsi avranno lunghezze diverse e quindi anche diversi tempi di percorrenza; come
conseguenza il segnale partito dopo e che percorra una strada più breve potrebbe sovrapporsi al
segnale partito prima → interferenza intersimbolica
Per evitare questo fenomeno si può
• Distanziare nel tempo i raggi luminosi e quindi diminuire la frequenza con cui si inviano
• Limitare la lunghezza del cavo
Le fibre sovradescritte prendono il nome di fibre ottiche multimodali
Tipici valori limite per le fibre multimodali sono:
• 10Gb per 550 metri
• 1 Gb per 1 Km
• 100 Mb per 2 km
Ovviamente le limitazioni esposte limitano le prestazioni della fibra
La fibra multimodale è più economica ma meno performante
Per superare le limitazioni delle fibre multimodali è possibile diminuire il diametro del core e
utilizzare un laser (più preciso) al posto del led. In questo modo i raggi luminosi posso percorrere
un unico percorso all'interno della fibra.
Ovviamente il costo della monomodale è superiore in quanto sia il laser costa più del led sia (come
è facile immaginare) i costi di produzione di un core più sottile sono maggiori.
Per le fibra multimodali il core ha un diametro di 50-60 micron che scende a 8-10 per le
monomodali
Tipi di cavo in Fibra Ottica
CAVI THIGHT
Usati tipicamente negli edifici (cablaggio in fibra) si dividono in:
• Monofibra: Composti al massimo da 8 fibre guaine; guaine protettive più spesse e quindi più
resistenti; usate per le bretelle ottiche (la stessa cosa delle patch cord solo che in fibra si
chiamano così)
• Multifibra: stesso spessore totale dei cavi monofibra ma con più fibre (fino a 32); di
conseguanza guaine protettive più sottili e fibre meno protette. Usate per le dorsali d'edificio
CAVI LOOSE e SLOTTED CORE
Usati per le reti geografiche pubbliche; contengono fino a 100(loose) e 400(slotted core) fibre