Reti di
calcolatori:
Physical Layer
Appunti di Sistemi per la classe IV E
informatica
A cura del prof. ing. Mario Catalano
Trasmissione dati
Sorgente
Trasmettitore
Destinatario
Canale
Ricevitore
Tipo di messaggio e tipo di canale
possono essere differenti (analogici o
digitali)
Problema fondamentale: efficienza e
affidabilità
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Unicast
In una trasmissione Unicast i dati vengono inviati
dal computer di origine direttamente a quello di
destinazione. Quando più PC devono ricevere
gli stessi dati questo tipo di trasmissione non
risulta efficiente perché vengono inviate sulla
rete copie multiple ognuna diretta a uno
specifico destinatario.
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Broadcast
In una trasmissione di tipo Broadcast una
singola copia dei dati viene inviata a tutti i PC
che appartengono alla stessa sottorete del
computer di origine. Questo tipo di trasmissione
non fornisce buone prestazioni perché ogni
pacchetto inviato sulla rete deve essere
processato su tutti i calcolatori presenti
indipendentemente dai reali destinatari delle
informazioni.
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Multicast
In una trasmissione di tipo Multicast una unica
copia dei dati viene inviata a tutti i PC che ne
fanno richiesta. Poiché non vengono inviate
copie multiple dello stesso dato, questo tipo di
trasmissione risulta particolarmente efficace
quando le informazioni devono essere inviate a
più destinatari.
Molti servizi internet usano il Multicasting per
videoconferenze, streaming audio e video, ecc…
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Trasferimento Parallelo
Ogni word (8, 16, 32 o
64 bit) è trasferita in un
singolo ciclo di clock
Trasferimento Seriale
Ogni word è trasferita
in n (8, 16, 32 o 64)
cicli di clock
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Canale di comunicazione
Tipo di mezzo
guidato
non
guidato
Velocità di trasmissione (bit/sec)
Attenuazione → necessità di ripetitori
Problemi di interferenza maggiori nei mezzi non
guidati
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Caratteristiche della
comunicazione
Tecnica di trasmissione
sincrona
Tipo di collegamento
half
o asincrona
duplex o full duplex
Multiplexing
a
divisione di tempo o di frequenze
modulazione di frequenza
Tipo delle linee
dedicate
o commutate
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Effetto dei mezzi trasmissivi
Poiché i segnali sono attenuati e distorti dai mezzi trasmissivi, un
ricevitore può essere incapace di distinguere correttamente i bit 1
dagli 0.
L’attenuazione e la distorsione sono fortemente influenzati da :
• tipo di mezzo trasmissivo
• bit rate del dato trasmesso
• distanza fra i dispositivi comunicanti.
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TIME DIVISION MULTIPLEXING (TDM)
• Il mezzo fisico è condiviso fra un certo numero di segnali.
• Il tempo è diviso in “time slots”.
• Se gli slots sono preassegnati il multiplexing è sincrono.
• Se gli slots non sono preassegnati il multiplexing è asincrono.
• Bit interleaving.
• Word interleaving.
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FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING
• Diversi segnali condividono la larghezza di banda del mezzo.
• Ciascun segnale ha una differente frequenza di portante.
• Le portanti sono adeguatamente separate per evitare sovrapposizioni.
• Ogni portante può essere modulata in modo diverso.
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Banda nella modulazione di frequenza
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Trasmettere corrente elettrica a lunga
distanza
La corrente elettrica non è in grado di coprire distanze
arbitrarie; la resistenza del rame trasforma in calore una piccola
parte dell’energia. Questo provoca una perdita di segnale.
È così impossibile usare una semplice variazione di tensione
per trasmissioni su lunghe distanze
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Ripetitori
Nelle Reti possono essere usati vari
mezzi trasmissivi, ognuno con precisi
limiti nella lunghezza massima dei
cavi
Se intendiamo estendere la rete oltre questi limiti è necessario
aggiungere alla rete dei Repeater (ripetitori).
La loro funzione è quella di rigenerare e risincronizzare il
segnale a livello dei bit per permettergli di viaggiare per
distanze maggiori di quelle consentite dai cavi.
Essi sono usualmente dispositivi con un’unica porta di
ingresso ed un’unica porta di uscita.
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La modulazione
Per trasmettere e codificare i dati, il mittente
modifica leggermente la portante. L’insieme di
tali modifiche viene detto modulazione
Il dispositivo di trasmissione genera un segnale
portante modulato in funzione dei dati da
trasmettere
Il dispositivo ricevente riconosce la portante,
rivela la modulazione e restituisce i dati originari
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Modulazione d’ampiezza
Modulare in ampiezza vuol dire far
variare l'ampiezza di una portante a
radiofrequenza secondo l'ampiezza di una
modulante a bassa frequenza.
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Dispositivi per la modulazione e demodulazione
Modulatore: circuito che modula un’onda portante in
funzione di una sequenza di bit
Demodulatore: circuito che estrae una sequenza di bit
da una portante modulata
La trasmissione di dati su lunghe distanze richiede
quindi l’uso di un modulatore e di un demodulatore ai
due capi della linea
I due apparati vengono incorporati in un unico
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dispositivo, il modem (modulatore
e demodulatore)
Cavo coassiale
Cavo a doppini
Fibra ottica
Connessioni wireless
intrecciati
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Cavo coassiale
Il cavo coassiale è stato per molti anni il sistema di
cablaggio più utilizzato per l’implementazione di una
rete perché combina costi relativamente molto limitati
a caratteristiche di leggerezza e flessibilità che ne
rendono agevole l’istallazione.
La struttura base di un cavo coassiale è costituita da
un conduttore interno in rame rivestito da uno strato di
materiale isolante avvolto in una calza metallica
flessibile in rame o alluminio il tutto circondato da una
guaina isolante esterna.
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Cavo coassiale
La schermatura, costituita da una calza metallica
intrecciata, serve per isolare i dati che viaggiano
all’interno del cavo dalle interferenze elettromagnetiche
esterne, i disturbi, ed impedire la conseguente
distorsione del segnale che porta le informazioni.
L’anima del conduttore centrale può essere costituita da
un filo pieno o da conduttori intrecciati.
Rispetto al cavo a doppini intrecciati il cavo coassiale
offre una migliore protezione ai disturbi e una minore
attenuazione
del
segnale
in
propagazione.
L’attenuazione consiste nella diminuzione della potenza
del segnale che viaggia lungo il supporto fisico.
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Struttura base
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I Cavi Coassiali
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I connettori BNC per cavi Coax
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Cavo a doppini intrecciati
La struttura base di un cavo a doppini intrecciati
è composta da due fili di rame isolati intrecciati.
Spesso in un unico cavo sono raggruppati più
doppini intrecciati il cui numero può variare in
base al tipo specifico di cavo protetti da una
guaina isolante. Il cavo a doppini intrecciati è
disponibile in 2 versioni principali:
- Cavo a doppini intrecciati non schermato UTP
- Cavo a doppini intrecciati schermato STP
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Cavo a doppini intrecciati non schermato
UTP
Il cavo UTP rappresenta il cavo più utilizzato
nell’implementazione delle LAN per le seguenti
caratteristiche:
- Leggerezza e flessibilità
- Semplicità di installazione
- Costi relativamente contenuti
Un cavo UTP consiste di varie coppie di fili di rame
intrecciati e isolati. Il numero delle coppie, nonché il
numero degli intrecci necessari per ogni metro di cavo,
varia in base all’uso specifico.
Le specifiche
prevedono 5 categorie base di cavi UTP.
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Cavo a doppini intrecciati schermato STP
La struttura di un cavo STP è costituito da una
serie di doppini intrecciati con una guaina isolante
protettiva che racchiude le singole coppie e le
mantiene opportunamente separate dalle altre.
Il tutto racchiuso da una calza metallica in rame
che garantisce la schermatura verso le
interferenze esterne.
Grazie a questo tipo di struttura, i cavi schermati,
consentono una sostanziale riduzione dei disturbi
di tipo elettromagnetico e supportano velocità di
trasmissione più elevate e su distanze superiori
rispetto ai cavi UTP
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Doppini intrecciati
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isolante
campo magnetico
cavo di rame
Flussi di corrente
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Doppini telefonici
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Doppino ritorto
(a) Categoria 3 UTP.
(b) Categoria 5 UTP.
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Il connettore RJ45
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Fibra ottica
Le fibre ottiche sono composte da
un nucleo in vetro ricoperto da un
rivestimento anche esso in vetro, il
tutto protetto da una guaina esterna
isolante.
Le
fibre
ottiche
permettono
la propagazione del segnale sotto
forma di impulsi luminosi.
Poiché non utilizza segnali elettrici
la fibra risulta particolarmente
resistente alle interferenze
elettromagnetiche.
sicurezza del mezzo,
velocità di trasmissione (Gb/s)
l’attenuazione ridotta.
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Tipi di connettori
Connettore ST,
largamente utilizzato e
tollerato dagli standard
Milano 2 e 3 dicembre
Magna Pars - via Tortona 15
Connettore SC, il
connettore standard.
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Flashnet S.p.A. Telecomunicazioni
Reti locali: l’importanza di un buon cablaggio
Schema a blocchi di una trasmissione
a fibre ottiche
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Vantaggi e svantaggi
Vantaggi delle fibre ottiche rispetto ai fili di rame:
trasportando onde luminose, non sono soggette al fenomeno
dell’interferenza elettromagnetica
riescono a trasmettere dati su distanze maggiori
riescono a trasportare più informazioni oppure più velocemente
(banda passante molto elevata)
Svantaggi:
necessitano speciali apparati per rifinire le terminazioni del cavo
(alti costi)
Tempi d’installazione più lunghi e personale più qualificato
difficoltà nella manutenzione e nella riparazione
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Connessioni Wireless
In particolari situazioni non è possibile collegare tra loro i PC di una LAN
utilizzando i sistemi di cablaggio standard. Per ovviare a questo tipo di
inconvenienti sono state sviluppate tecnologie alternative basate su
dispositivi a raggi infrarossi, radio e laser.
La
comunicazione
avviene
tramite
per
mezzo
di
radiotrasmettitori e ricevitori che
possono essere mobili o fissi.
La portata di una rete Wireless può variare da qualche centinaio di metri a
diversi Km quando la tecnologia senza fili viene utilizzata per collegare reti
LAN fisicamente distanti attraverso un ponte radio.
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Connessioni Wireless
Ogni calcolatore è dotato di un apparecchio
trasmettitore-ricevitore che gli
permette di
comunicare con gli altri dispositivo della rete. A
volte la rete W-LAN deve fisicamente collegarsi
ad una rete cablata esistente: In ambienti di
questo tipo l’accesso alla rete avviene per
mezzo di radiotrasmettitori fissi collegati
direttamente con la rete cablata chiamati
“punti di accesso”.
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Fine
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