Il livello fisico e Topologie di rete. Mauro Gaspari

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1 Il livello fisico e Topologie di rete Mauro Gaspari 1

2 Il livello fisico I protocolli sono realizzati sopra il livello fisico Lo scopo del livello fisico è di trasportare un flusso grezzo di bit da una macchina all altra. Analizziamo nel dettaglio Le connessioni (reali) tra gli host Non si trattano messaggi Effetti di propagazione che possono modificare i segnali in corso di trasmissione. 2

3 Segnali e propagazione Segnale trasmesso I segnali ricevuti possono essere attenuati & distorti a causa di effetti di propagazione Propagazione Mittente Mezzo di trasmissione Ricevente Se i problemi di propagazione sono eccessivi il ricevente non sara' in grado interpretare il segnale trasmesso. 3

4 Dati e segnali binari 15 Volts (0) 0 Volts 0 0 Ci sono due stati (in questo caso livelli do voltaggio). Uno, (alto) rappresenta uno 0. L altro (basso) rappresenta un 1. 1 Segnale trasmesso -15 Volts (1) 4

5 Dati e Segnali binari 15 Volts (0) 0 Volts Ciclo di clock 0 0 Il tempo è diviso in cicli di clock Lo stato rimane costante in ciascun ciclo di clock. E può cambiare improvvisamente alla fine di ciscun ciclo. Ogni ciclo di clock viene spedito un bit. -15 Volts (1) 1 Segnale trasmesso NB. il segnale e' costante all'interno di un ciclo di clock. 5

6 Porta seriale Volts Clock Cycle 0 3 Volts Volts -3 Volts Volts 6

7 Attenzione agli effetti di propagazione 15 Volts 0 3 Volts 0 Volts -3 Volts 1-15 Volts Messaggio trasmesso (12 Volts) Messaggio ricevuto (6 volts) Nonostante la perdita del 50% in voltaggio, il ricevente e' in grado di capire che il messaggio non e' 0 7

8 Dati e Segnali digitali Client PC Nella trasmissione binaria, ci sono due stati. Nella trasmissione digitale, ci sono pochi stati (in questo caso, 4). Con quattro stati, è possibile spedire due bit di informazione per ogni ciclo di clock: 00, 01, 10, and 11 La trasmissione binaria può essere vista come un caso base della trasmissione digitale. Attenzione con il digitale ci sono piu' problemi con la propagazione. Server 8

9 Baud per misurare i segnali digitali Baud: misura i cambiamenti al secondo Baud Rate = 11 # di cicli di clock /Secondo Client PC 00 Server Supponiamo che il ciclo di clock è di 1/10,000 di secondo. Allora il baud rate è 10,000 baud (10 kbaud). Il bit rate che esprime il numero di bit trasmessi è di 20 kbps (due bit per ciclo di clock moltiplicati per 10,000 cicli di clock al secondo). (Il bit rate da il numero di informazioni trasferite al secondo.) 9

10 Bit Rate versus Baud Rate Numero di Possibili stati 2 (Binario) Bit per ciclo di clock 1 Se il Baud Rate è 1,200 Baud, Il Bit Rate è 1,200 bps 4 2 2,400 bps 8 3 3,600 bps ,800 bps Raddoppiare gli stati significa trasmettere un bit in più per ciclo di clock 10

11 Utilizzare un Modem per spedire dati binari su una linea di trasmissione analogica Computer Dati Binari Modem Segnali analogici modulati Modulazione D Ampiezza (Altezza o Intensità) Telefono PSTN Public Switched Telephone Network diventa alto-tenue-alto-alto 11

12 Utilizzare un Modem per spedire dati binari su una linea di trasmissione analogica Dati binari demodulati Segnali analogici modulati Telefono Modem Computer Modulazione D Ampiezza (Altezza o Intensità) PSTN alto-tenue-alto-alto diventa

13 Spedire dati analogici su una linea digitale Fonte di Dati analogici Dato analogico Dato analogico Diversi intervalli Il segnale analogico prodotto non è perfetto Codifica (encoding) Codec Decodifica (Decoding) Segnale digitale (Esempio binario) Segnale digitale (esempio binario) Linea di trasmissione digitale 13

14 Dati e segnali: Modems Vs. Codecs Segnale su linea analogica Segnale su linea digitale Dati analogici Codec Dati digitali (includono I dati binari) Modem 14

15 Mezzi di trasmissione Diversi mezzi fisici Mezzi guidati (wire) ad esempio cavetti Mezzi non guidati (wireless) ad esempio radio Caratteristiche Larghezza di banda Ritardo Costo Facilità di installazione 15

16 Doppini vs UTP doppini: due fili di rame isolati intrecciati (per ridurre interferenze elettriche) insieme in una forma elicoidale Diversi chilometri senza amplificazione Utilizzabili per trasmissioni analogiche e digitali Larghezza di banda dipende dallo spessore del filo e dalla distanza percorsa (diversi megabit/s). Basso costo UTP Unshielded Twisted Pair (non schermati) evoluzione dei doppini 16

17 Unshielded Twisted Pair (UTP) con connettori RJ-45 Singolo doppino Quattro coppie (ciascuna coppia e intrecciata) Isolamento Protettivo in Teflon C e un isolamento attorno a ciascun cavo. 17

18 Unshielded Twisted Pair (UTP) con connettori RJ-45. Non c è isolamento metallico schermante intorno ai cavi ed intorno ai singoli doppini, il nome UTP deriva da questa caratteristica Cavetto UTP 18

19 Unshielded Twisted Pair (UTP) con connettori RJ-45 Un cavetto UTP termina con un connettore RJ-45 a 8-pin Che va inserito in un adeguata presa RJ-45 in uno switch NIC o nella parete. Pin 1 sulla sinistra della presa 8-Pin RJ-45 Connettore RJ-45 Presa 19

20 Unshielded Twisted Pair (UTP) con connettori RJ-45 Cavetto UTP RJ-45 Connettori 20

21 Unshielded Twisted Pair (UTP) con connettori RJ-45 Con connettore RJ-45 Penna 4 coppie Separate 21

22 Rumore e attenuazione Potenza Segnale Livello di rumore (media) Rumore Distanza 22

23 Rumore e attenuazione Potenza Segnale Picco di rumore Danno Livello di rumore (media) Noise Distance 23

24 Rumore e attenuazione Potenza Signalto-Noise Ratio (SNR) Segnale SNR = Potenza Segnale / Rumore Se il SNR è alto gli errori sono rari Il segnale che si propaga si attenua, E gli errori dovuti al rumore tendono ad aumentare Noise Floor (average) Noise Distance 24

25 Cavi in Fibra Ottica 125 micron diameter Cladding Sorgente Di luce (LED o Laser) Nucleo 8.3, 50 or 62.5 Micron Raggio Di luce I raggi si riflettono nel nucleo/sui limiti del cladding 25

26 Wavelength Division Multiplexing (WDM) nelle Fibre Ottiche Sorgente di luce 1 Nucleo della fibra ottica Sorgente di luce 2 Diverse sorgenti luminose trasmettono su diverse lunghezze d onda Ciascuna di esse trasporta segnali diversi fra loro In questo modo si ottiene più capacità per ciascuna fibra 26

27 Cavo in Fibra ottica Full-Duplex SC, ST, o altri connettori Cavo in Fibra ottica Switch Cavo in Fibra ottica Router Per effettuare una trasmissione full-duplex (simultaneamente nelle due direzioni ) sono necessari due cavi in fibra. Ciascuna fibra ottica propaga il segnale in un unica direzione. 27

28 Pen and Full-Duplex Optical Fiber Cords with SC and ST Connectors ST Connectors (Push In and Snap) ST Connectors (Bayonet: Push In and Twist) 28

29 Cavi in Fibra ottica Due cavi in fibra ottica per trasmissione fullduplex (two-way) Connettori ST (Diffusi) Connettore SC (consigliato) 29

30 Cavo coassiale Struttura: Filo di rame rigido come nucleo circondato da materiale isolante. Isolante racchiuso da un spesso come una maglia fittamente intrecciata Il conduttore esterno è coperto da una guaina protettiva in plastica La costruzione e la schermatura del cavo coassiale da una buona combinazione di larghezza di banda e eccellente immunità al rumore La larghezza di banda possibile dipende dalla lunghezza del cavo. 30

31 Cavi coassiali sottile Un cavo coassiale "sottile" per Ethernet 10Base-2 già dotato di connettore BNC. 10 Mbps, con una trasmissione di tipo baseband (un solo canale trasmissivo comune a tutti) distanza massima di 200 metri. 31

32 Trasmissione Radio e Effetti di Propagazione 32

33 Antenne Omnidirectional e a piatto Dish Antenna Concentra I segnali in Arrivo e quelli in uscita I segnali possono viaggiare veloci Omnidirectional Antenna Non c e bisogno di puntare direttamente Al mittente o al ricevente Attenuazione rapida con La distanza 33

34 Onde Radio Lunghezza d onda Ampiezza Frequenza Misurata in Hertz (cicli di clock per Secondo) 2 cicli in 1 Secondo, sono 2 Hz Lunghezza d onda * Frequenza = Velocità di propagazione 34

35 Frequenze 35

36 Problemi di propagazione Wireless Inverse Square Law Attenuation Laptop Comm. Tower Attenuazione molto rapida all aumentare della distanza Rispetto ai cavi o alle fibre ottiche 36

37 Problemi di propagazione Wireless Interferenze Multipath Zona d ombra: No Signal Laptop Comm. Tower I segnali che arrivano in tempi leggermete diversi possono interferire 37

38 Topologia Trasmissione 38

39 Le principali topologie La topologia di una tecnologia di rete è data dal modo in cui gli host sono connessi tra loro tramite il media tipico dell architettura. Punto a Punto (Point-to-Point) La topologia più semplice 39

40 Le principali topologie Stella (Ethernet Moderne) Switch Stella estesa o gerarchia (Ethernet Moderne) Root Switch Solo un possibile cammino tra due host Switch Switch 40

41 Le principali topologie Mesh (Routers, Frame Relay, ATM) A B Path ABD Diversi cammini alternativi tra due host C D Path ACD 41

42 Le principali topologie Token Ring (802.5, FDDI, SONET/SDH) Solo un possibile cammino tra due host 42

43 Le principali topologie Daisy Chain Bus (Ethernet 10Base2) Multidrop Line Bus (Ethernet 10Base5) Trasmissione Trasmissione Tutti gli host ascoltano le trasmissioni degli altri C è un unico cammino tra due host 43

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