Parte I. Introduzione

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1 Parte I Introduzione 1

2 Capitolo 1 Presentazione del corso Durante questo corso illustreremo il funzionamento di base dei sistemi telematici attuali, con particolare riferimento ad Internet. Il principale obiettivo é quello di sviluppare una conoscenza di base riguardo al funzionamento dei sistemi telematici in generale, di Internet in particolare e riguardo alla creazione di semplici documenti in HTML. Innanzitutto, cos é la telematica? Consultando un dizionario possiamo trovare una definizione del tipo seguente: Trasmissione a distanza di dati su videoterminali collegati via cavo telefonico o canale televisivo o anche via satellite, a una banca dati inserita in elaboratori centralizzati; formando con il telefono o sulla tastiera del terminale il numero di codice corrispondente ai dati richiesti, l elaboratore centrale trasmette il risultato dell elaborazione sul videoterminale del richiedente. Composizione di tele- e informatica. Sempre secondo un dizonario, il termine telematica é quindi dato dall unione di due termini: telecomunicazione: Qualsiasi procedimento di trasmissione rapida a distanza di informazioni..., e informatica: La scienza che consente di ordinare, trattare e trasmettere le informazioni attraverso l elaborazione elettronica... Il principale organismo di standardizzazione internazionale, l Unione Internazionale per le Telecomunicazioni (ITU), definisce la telematica come: Insieme dei servizi, diversi dal servizio telgrafico e telefonico convenzionali, che possono essere forniti agli utenti di una rete di telecomunicazioni. In definitiva la telematica si occupa della trasmissione di informazioni e dell elaborazione e/o trasformazione a distanza delle stesse. In queste definizioni riconosciamo tutta una serie di servizi. In particolare, 2

3 CAPITOLO 1. PRESENTAZIONE DEL CORSO 3 possiamo individuare dei servizi che possono essere definiti servizi telematici classici, come ad esempio Trasmissione dati: accesso a banche dati, BBS, ecc.; Facsimile: riproduzione, sotto forma di immagini fisse, di messaggi e disegni; Teledrin: servizio radiomobile per l avviso di persone; Videotext: servizio per l accesso interattivo a banche dati; ecc.. Questi sono servizi classici nel senso che sono ormai di utilizzo estremamente diffuso e comune. Sono generalmente caratterizzati dalla semplicitá d uso, ottenuta soprattutto grazie all impiego di terminali appositamente studiati per essi. Accanto ad essi, possiamo individuare una serie di servizi che possiamo definire servizi telematici avanzati, come ad esempio Posta elettronica: trasmissione di messaggi testuali, grafici e contenenti dati, su reti di calcolatori; Teledidattica: lezioni a distanza, tramite calcolatore elettronico; Telemedicina: accesso e scambio di dati di tipo medico, attraverso reti di calcolatori; I servizi messi a disposizione da Internet: FTP (per il trasferimento di file), il web (pubblicazione di pagine ipertestuali), ecc. ecc.. Al contrario dei servizi classici, i servizi avanzati, di introduzione relativamente recente, sono generalmente realizzati tramite un apposito programma che gira su un calcolatore, il che non consente la medesima semplicitá d uso dei servizi classici. Un compito per il futuro é senz altro la semplificazione di utilizzo di tali servizi per rendere disponibili i vantaggi che offrono a quante piú persone possibile. La telematica é un campo molto ampio che spazia dalle telecomunicazioni all informatica. In questo corso ci sofferemeremo soprattutto su Internet, con l obiettivo di comprenderne le problematiche di base e le soluzioni adottate

4 CAPITOLO 1. PRESENTAZIONE DEL CORSO 4 che consentono il funzionamento dei servizi messi a disposizione. Affronteremo le diverse problematiche partendo dal livello piú basso e salendo poi fino a trattare dei servizi messi a disposizione agli utenti di Internet. Il primo problema che analizzeremo é come una coppia di utenti, o un utente e un fornitore di servizi, possano scambiarsi informazione. Per questo parleremo dei principi di base dei sistemi di comunicazione elettrica, con particolare riferimento ai sistemi di comunicazione digitale. Nella realtá non ci sono solamente due utenti, quindi verdremo come é possibile collegare un certo numero di utenti, parlando delle reti di comunicazione. In particolare, vedremo come é possibile, tramite i protocolli di accesso, che piú collegamenti condividano una stessa risorsa di collegamento. Parleremo poi delle tecniche di commutazione, che ci consentiranno di capire le diverse tecniche tramite cui é possibile far giungere l informazione all utente desiderato. Lo scambio di informazione dovrá avvenire rispettando particolari regole, note ad entrambi gli utenti, sorgente e destinatario. L insieme di queste regole costituisce quello che viene chiamato protocollo di comunicazione. Durante il corso vedremo brevemente come tali protocolli sono strutturati. Le informazioni inviate sulla particolare rete di comunicazione possono essere osservate da altri, poiché alcune parti sono generalmente in comune con altri collegamenti. Per chiarire tale aspetto introdurremo brevemente le tematiche di sicurezza, parlando poi degli aspetti di base del marchio e della firma digitale ed elettronica. Infine ci focalizzeremo sul funzionamento di Internet, discutendo brevemente del funzionamento dei principali servizi che mette a disposizione. La parte finale del corso é dedicata a fornire le basi di HTML, un particolare linguaggio con cui é possibile scrivere documenti ipertestuali che possono essere pubblicati sul World Wide Web.

5 Capitolo 2 Concetti di base Prima di addentrarci nelle tematiche principali del corso si vogliono fissare due concetti fondamentali di cui abbiamo bisogno: il sistema di numerazione binario e il significato di banda di un segnale. 2.1 Sistema di numerazione binario Il sistema di numerazione che utilizziamo normalmente é il sistema di numerazione decimale, basato sull utilizzo di 10 simboli: 0, 1, 2,, 9. Il sistema di numerazione binario é invece basato su due soli simboli: 0 ed 1. É di impiego comune nei calcolatori, e nei sistemi di elaborazione in generale, per la facilitá di rappresentazione (ad esempio tramite la presenza (1) o l assenza (0) di una tensione elettrica) e per il basso costo e la semplicitá di realizzazione di circuiti in grado di rappresentare, elaborare e memorizzare numeri in tale sistema. L aritmetica binaria segue le stesse regole dell aritmetica decimale, salvo l essere in base 2 invece che in base 10. Come il sistema decimale, é un sistema di numerazione posizionale, ossia in cui il peso di una cifra in un numero dipende dalla posizione occupata. In generale, le cifre di un numero costituiscono dei coefficienti che moltiplicano le potenze della base per dare il valore rappresentato dal numero stesso. Cosí, ad esempio, il numero 158 in base 10, che indicheremo con , indica un valore dato da = Seguendo lo stesso principio, il numero in base 2 ( ) rappresenterá il valore = =

6 CAPITOLO 2. CONCETTI DI BASE 6 Ció fornisce anche un metodo per passare da numerazione binaria a decimale. Come possiamo effettuare il passaggio inverso? In generale, un numero A b costituito da una sequenza di cifre a n 1 a n 2 a 1 a 0.a 1 a 2, dove a i indica una cifra del sistema di numerazione in base b, indica un valore dato da A b = a n 1 b n 1 + a n 2 b n 2 + a 0 b 0 + a 1 b 1 + a 2 b 2. parte intera parte frazionaria Limitandoci a considerare numeri interi, per passare da un numero in base 10 al corrispondente numero in base 2, notiamo che A b b = a n 1 b n 2 + a n 2 b n 3 + a 1 b 0 + a 0 b, ossia il resto della divisione del numero per la nuova base costituisce la cifra meno significativa dello stesso. Per ottenere le altre cifre faremo ulteriori divisioni per la nuova base. Ad esempio, se vogliamo scrivere la rappresentazione in base 2 di 369, eseguiremo le seguenti operazioni divisione resto 369/2 = cifra meno significativa 184/2 = /2 = /2 = /2 = /2 = 5 1 5/2 = 2 1 2/2 = 1 0 1/2 = 0 1 cifra piú significativa. Quindi = Le regole aritmetiche sono formalmente le stesse del sistema decimale. Ad esempio consideriamo le operazioni di somma e di moltiplicazione. Per l operazione di somma avremo che = = = 0 e riporto di 1 (10) Quindi, ad esempio

7 CAPITOLO 2. CONCETTI DI BASE 7 1 B = 1 byte = 8 bit 1 kb = 1 kilo byte = 2 10 B = 1024 B 1 MB = 1 mega byte = 2 10 kb 1 GB = 1 giga byte = 2 10 MB 1 TB = 1 tera byte = 2 10 GB Tabella 2.1: Multipli di bit e di byte e, corrispondentemente Le regole per eseguire la moltiplicazione tra numeri binari sono chiarite con il seguente esempio La singola cifra binaria prende il nome di bit, dalla contrazione di binary digit. Si deve notare che un entitá che puó assumere solo due valori con uguale probabilitá costituisce anche l entitá elementare di informazione (1 bit). Per questo il bit viene utilizzato anche come misura della quantitá di informazione. Nella tabella (2.1) sono riassunte le denominazioni dei multipli di bit Sistema di numerazione esadecimale Il sistema di numerazione esadecimale é nato essenzialmente per rendere piú compatta la rappresentazione di un numero binario. Infatti giá numeri non

8 CAPITOLO 2. CONCETTI DI BASE 8 molto grandi possono richiedere un elevato numero di cifre (1024 richiede 10 cifre binarie). Come dice il nome stesso, il sistema di numerazione esadecimale é un sistema di numerazione in base 16. I sedici simboli necessari a rappresentarne le cifre sono costituiti dai numeri da 0 a 9 e dalle prime sei lettere dell alfabeto (A, B, C, D, E ed F), che rappresenteranno, rispettivamente i numeri da 10 a 15. Poiché 16 = 2 4, per rappresentare una cifra esadecimale ci vogliono esattamente 4 bit e, viceversa, 4 bit sono rappresentati esattamente da una cifra esadecimale. Perció per convertire un numero da binario ad esadecimale basta convertire i blocchi di 4 bit che lo compongono procedendo da destra verso sinistra. Viceversa, per convertire un numero da esadecimale a binario basta convertire le singole cifre esadecimali con i 4 bit corrispondenti. Ad esempio C 2.2 Banda di un segnale I sistemi di comunicazione che considereremo sono quelli che fanno uso di segnali elettrici per trasferire l informazione. Una delle principali caratteristiche di un segnale elettrico é la sua banda, o la sua larghezza di banda. In questo paragrafo chiariremo tale concetto, anche se ad un livello non approfondito. A tal fine dobbiamo far riferimento ad una funzione che, nel campo dei sistemi elettrici e della teoria dei segnali in generale, gode di particolari proprietá: la funzione cosinusoidale o sinusoidale. Una tale funzione puó essere scritta metematicamente come Asin(2πft + φ) (2.1) Graficamente, un segnale di questo tipo descrive un andamento di tipo periodico nel tempo come quello riportato in Fig Nella eq. 2.1, A indica l ampiezza e il termine 2πf t + φ costituisce la fase istantanea della funzione. In particolare, π = , f é la frequenza, misurata in Hz, t é il tempo e φ é la fase iniziale (ossia il valore di fase istantanea assunto in t = 0). Una sinusoide od una cosinusoide con frequenza f compie f oscillazioni al secondo e, equivalentemente, si ripete ogni 1/f secondi (periodo temporale dell onda).

9 CAPITOLO 2. CONCETTI DI BASE 9 A A cos( ) sin( ) t -A T=1/f Figura 2.1: Andamento temporale di una funzione cosinusoidale. Un risultato importante é che un qualsiasi segnale puó essere visto (ossia scritto) come la somma di un certo numero, al limite infinito, di sinusoidi. Queste sinusoidi saranno caratterizzate da una loro frequenza, ampiezza e fase iniziale. In particolare, l ampiezza e la fase iniziale di queste sinusoidi che compongono il segnale dipendono dalla frequenza delle stesse. L andamento dell ampiezza e della fase iniziale delle sinusioidi componenti un segnale, al variare della loro frequenza é detto spettro del segnale. L andamento di un segnale nel tempo e il suo spettro sono legate da una particolare relazione matematica, la trasformazione di Fourier. Nel campo dell elaborazione dei segnali, lo spettro ha un importanza fondamentale. Infatti un ampia classe di sistemi, i sistemi cosiddetti lineari (tra cui troviamo gli amplificatori, i filtri, gli equalizzatori, ecc.), non modificano le frequenze delle sinusoidi componenti il segnale posto al suo ingresso, ma solo la loro ampiezza e la loro fase. L effetto di un sistema lineare su un segnale viene cosí descritto tramite l effetto che ha sullo spettro. Come esempio di uno spettro di un segnale, consideriamo il segnale periodico di ampiezza A e periodo T 0 = 1/f 0 di Fig Poiché il segnale considerato é periodico, nello spettro di tale segnale compaiono solo particolari frequenze, multiple intere (armoniche) della frequenza fondamentale f 0. In particolare il segnale contiene le sole armoniche dispari, di ampiezza A n = { A πn per n dispari, 0 per n pari. (2.2) In generale puó essere individuata una regione dello spettro, ossia un intervallo di frequenze, che contiene le componenti piú significative dello spettro.

10 CAPITOLO 2. CONCETTI DI BASE 10 In Fig. 2.2 é anche mostrata come la somma delle varie componenti spettrali approssima il segnale, con un approssimazione sempre migliore quante piú sono le armoniche che si considerano. a) b) f 0 3 f 0 5 f 0 c) d) e) Figura 2.2: Esempio di spettro di un segnale. a) Andamento temporale. b) Spettro c) Prima componente spettrale (fondamentale). d) Somma delle prime due componenti spettrali. e) Somma delle prime tre componenti spettrali.

11 CAPITOLO 2. CONCETTI DI BASE 11 Tale intervallo, scelto in base a precise definizioni la cui discussione esula dagli scopi di questo corso, costituisce la banda o larghezza di banda B del segnale (Fig. 2.3).

12 CAPITOLO 2. CONCETTI DI BASE 12 a) b) B Figura 2.3: Un esempio di segnale, spettro e relativa banda.