Mezzi trasmissivi e livello fisico

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1 Il livello fisico Gruppo Reti TLC IL LIVELLO FISICO - 1 Mezzi e sistemi trasmissivi Elettrici Doppino non schermato Cavo coassiale Ottici Fibra ottica Raggi Laser Radio Ponti radio Satelliti Reti Cellulari IL LIVELLO FISICO - 2 Caratteristiche mezzi trasmissivi elettrici Il mezzo ottimale è caratterizzato da: Resistenza, capacità parassite e impedenza basse Buona resistenza alla trazione Flessibilità Le caratteristiche dei mezzi elettrici dipendono da: Geometria Numero di conduttori e distanza reciproca Tipo di isolante Tipo di schermatura IL LIVELLO FISICO - 3 Pag. 1

2 Parametri di merito mezzi trasmissivi elettrici Impedenza (in funzione della frequenza) Velocità di propagazione del segnale (0.5c-0.7c per cavi e 0.6c per fibre ottiche) Attenuazione (cresce linearmente, in db, con la distanza e con la radice quadrata della frequenza) Diafonia o Cross-Talk (misura del disturbo indotto da un cavo vicino cresce con la distanza fino a stabilizzarsi) metri P rx P tx diafonia attenuazione IL LIVELLO FISICO - 4 Il Doppino Detto anche coppia (pair), è il mezzo trasmissivo classico della telefonia Due fili di rame ritorti (binati, twisted) per ridurre le interferenze elettromagnetiche usando tecniche trasmissive differenziali Costi ridotti e installazione semplice IL LIVELLO FISICO - 5 Doppino: connettore RJ45 (TX) (RX) (RX) (TX) IL LIVELLO FISICO - 6 Pag. 2

3 Il Doppino UTP Versione senza schermatura (UTP = Unshielded Twisted Pair), usata nelle reti telefoniche e dati Diviso in cinque categorie, di qualità crescente Categorie 6 e 7 in fase di standardizzazione Telefonia analogica Telefonia ISDN Reti locali fino a 10 Mb/s Reti locali fino a 16 Mb/s Reti locali fino a 100 Mb/s IL LIVELLO FISICO - 7 Il cavo coassiale Sistema trasmissivo composto da un connettore centrale e una o più calze di schermo. Maggiore schermatura dai disturbi esterni (gabbia di Faraday), minori interferenze Costi elevati, maggiore difficoltà di installazione Velocità trasmissive ~ centinaia di Mb/s Due tipologie dominanti Cavo oscilloscopio (RG-58) Cavo TV (RG-59) IL LIVELLO FISICO - 8 La Fibra Ottica Minuscolo e flessibile filo di vetro costituito da due parti (core e cladding) con indici di rifrazione diversi Per la legge di Snell, il raggio luminoso (generato da un LED o da un laser) introdotto nella fibra entro un angolo di accettazione rimane confinato nel core CLADDING GUAINA PROTETTIVA CORE RIVESTIMENTO PRIMARIO IL LIVELLO FISICO - 9 Pag. 3

4 La Fibra Ottica Vantaggi Totale immunità da disturbi elettromagnetici Alta capacità trasmissiva (fino a decine Terabit/s) Bassa attenuazione (~0.1dB/km), dipendente dalla lunghezza d onda Dimensioni ridotte e costi contenuti Svantaggi Adatte solo a collegamenti punto-punto Difficili da collegare tra loro e con connettori Ridotto raggio di curvatura IL LIVELLO FISICO - 10 Attenuazione delle fibre Si identificano tre finestre di lavoro centrate circa attorno a lunghezze d onda di 0.8 µm, 1.3 µm e 1.55 µm IL LIVELLO FISICO - 11 Canale trasmissivo radio (Etere) Propagazione del segnale in presenza di ostacoli naturali: Riflessione per cammini multipli (interferenza da riflessioni multiple dello stesso segnale) Fading (variazione veloce dell ampiezza del segnale dovuta alla combinazione in fase di copie dello stesso segnale) Shadowing (variazione lenta dell ampiezza del segnale) Interferenza da altri segnali (interferenza cocanale) Attenuazione (quadrato della distanza) IL LIVELLO FISICO - 12 Pag. 4

5 Rete di accesso Gruppo Reti TLC IL LIVELLO FISICO - 13 Reti di accesso Per arrivare all utenza residenziale ( ultimo miglio ), l ultima tratta di rete viene detta rete d accesso ( local loop in inglese) Tecnologie nelle reti di accesso: Plain Old Telephone Service (POTS) Integrated Services Digital Network (ISDN) Asymmetric Digital Subscriber Loop (ADSL) cable-modem su reti con tecnologia Cable-TV (CATV) reti via radio (wireless); esempio: Local Multipoint Distribution Service (LMDS) reti via radio cellulare (GPRS, UMTS) reti di accesso ottiche IL LIVELLO FISICO - 14 Accesso POTS: il modem MODEM: MOdulatore e DEModulatore Si utilizzano per effettuare trasmissioni seriali su rete telefonica pubblica Trasformano il segnale da digitale ad analogico e viceversa Rendono il segnale idoneo alla trasmissione su rete pubblica in tecnologia analogica su banda fonica IL LIVELLO FISICO - 15 Pag. 5

6 Accesso POTS: il modem Terminologia: DTE = apparato utente (computer) DCE = apparato di rete (modem) DTE DTE Interfaccia RS232 MODEM DCE Rete Telefonica Analogica Pubblica MODEM DCE IL LIVELLO FISICO - 16 Standard di interfaccia Specificano le interconnessioni tra DTE e DCE I principali sono: RS-232 (o equivalenti CCITT V.24 e V.28) V.35 G.703 e G.704 IL LIVELLO FISICO - 17 Standard di interfaccia RS-232 Standard per la trasmissione seriale a bassa velocità (sino a b/s) Utilizza un connettore a 9 o 25 pin (vaschetta) Prevede 8 segnali + 1 schermatura IL LIVELLO FISICO - 18 Pag. 6

7 RS-232 (9 fili) DTE Protective Ground (1) Transmit (2) Receive (3) Request to Send (4) Clear to Send (5) Data Set Ready (6) Signal Ground (7) Carrier Detect (8) Data Terminal Ready (20) DCE IL LIVELLO FISICO - 19 RS-232 (4 fili) Protective Ground (1) Transmit (2) Receive (3) DTE Signal Ground (7) DCE IL LIVELLO FISICO - 20 Standard trasmissivi per modem modulazioni analogiche (Bell e CCITT) V b/s V b/s (Bell 212A) V.22 bis 2400, 1200 b/s V.23 75/1200 b/s usato per Videotel V , 4800 b/s V.32 bis 14400, 12000, 9600, 7200, 4800 b/s V , 31200, 28800, 26400, 24000, 21600, 19200, 16800, 14400,. b/s l ultima versione di modem (non è uno standard) raggiunge i 56 kb/s (teorici) in ricezione e 33.6 kb/s in trasmissione IL LIVELLO FISICO - 21 Pag. 7

8 ISDN: Accesso digitale alla rete telefonica Acronimo di Integrated Services Digital Network (Rete Numerica Integrata nei Servizi). La rete è integrata: fornisce agli utenti diversi tipi di servizio utilizzando le stesse risorse di rete. La rete è numerica: le informazioni sono trasferite in forma numerica, indipendentemente dalla loro origine, fino al terminale d utente. IL LIVELLO FISICO - 22 ISDN: Caratteristiche principali orientata alla connessione (tariffazione a tempo) pubblica e/o privata numerica end-to-end plesiocrona (usa trame TDM) offre servizi a circuito e pacchetto (telefonia, fax, trasmissione dati) supporta la telefonia standard tramite conversione D/A presso l utente finale IL LIVELLO FISICO - 23 ISDN: Origine ISDN nasce dall esigenza di estendere i servizi di TLC oltre la telefonia predisporre una rete uniforme e standardizzata fornire un interfaccia utente numerica semplice ed unificata per tutti i servizi IL LIVELLO FISICO - 24 Pag. 8

9 ISDN: Evoluzione ISDN si evolve dal 1980 al 1988 in ambito CCITT (ITU-T) standardizzata fra fine anni '70 ed inizio anni '90 offerta agli utenti a partire dalla fine anni '80 IL LIVELLO FISICO - 25 ISDN: Struttura di trasmissione all interfaccia utente-rete È organizzata in due tipi di flussi: Canale B - Bearer - 64 kb/s voce, dati, fax, video bassa risoluzione Canale D - Data - 16 kb/s (o 64 kb/s) segnalazione, dati, telecontrollo In linea di principio un accesso ISDN è del tipo nb + md (n ed m arbitrari) In pratica sono ammesse solo alcune combinazioni di m ed n. IL LIVELLO FISICO - 26 ISDN: Struttura di trasmissione all interfaccia utente-rete Sono definite alcune interfacce utente standard: BRI - Basic Rate Interface - 2B + D (128kb/s) PRI - Primary Rate Interface - 30B + D (EU), 23B + D (USA) IL LIVELLO FISICO - 27 Pag. 9

10 ISDN: Basic Rate Interface Utilizzata per utenza domestica o piccoli uffici. Mantiene la compatibilità con pre-esistenti impianti analogici per mezzo di adattatori. Distribuzione del segnale numerico per mezzo del cosiddetto S-bus. IL LIVELLO FISICO - 28 ISDN: Primary Rate Interface Utilizzata per utenza affari. Permette di raggruppare diversi canali B in un unico canale H: H0-6B -384 kb/s H11-24B kb/s - equivalente a DS1 H12-30B kb/s - equivalente a E1 IL LIVELLO FISICO - 29 ISDN: Raggruppamenti Funzionali e Punti di Riferimento TE2 TE1 R TA S S-bus S NT2 T NT1 U IL LIVELLO FISICO - 30 Pag. 10

11 Rete di Accesso DSL DSL (Digital Subscriber Line) è una famiglia di tecnologie (chiamate anche xdsl) fornisce servizio dati ad alta velocità sulla rete di accesso La più diffusa è ADSL (Asymmetric DSL) Velocità maggiore in downstream che in upstream Velocità massime ADSL (velocità dipende da distanza utente-centrale): 9 Mbps downstream 640 Kbps upstream IL LIVELLO FISICO - 31 ADSL: scenario di utilizzo IL LIVELLO FISICO - 32 ADSL: apparati utente Filtro Splitter ha il compito di separare il segnale vocale dai dati Modem (de)modulare il segnale alle frequenze opportune (es. per ADSL dai 25 KHz in upstream ai 240 KHz in downstream) Voce Dati IL LIVELLO FISICO - 33 Pag. 11

12 ADSL: apparati di centrale Filtro/modem POTS: funzione duale del filtro splitter dell utente, separa flussi voce e dati DSLAM (DSL Access Multiplexer): riceve flussi dati diversi e li convoglia su un unico canale IL LIVELLO FISICO - 34 Le reti CATV si chiamano anche Hybrid Fiber Coax (HFC) Reti di accesso HFC tap headend fiber remote node coax amplifier Sono pensate per funzionamento unidirezionale IL LIVELLO FISICO - 35 HFC: principi di funzionamento Usa lo stesso mezzo fisico della TV via cavo (fibra nella rete e coassiale nell ultimo miglio) La banda viene multiplata tra tutti gli utenti usando una topologia ad albero I dati e segnali TV occupano porzioni diverse di banda (occorre un filtro presso l utente) Mhz per TV, 6Mhz per canale Mhz per dati in downstream 5-50 Mhz for dati in upstream (spesso non usato, l upstream viene effettuato su linea telefonica standard) L utente usa un cable modem per decodificare i dati IL LIVELLO FISICO - 36 Pag. 12

13 ADSL vs. HFC HFC è condiviso tra utenti della stessa zona residenziale; ADSL è punto-punto (nell ultimo miglio) HFC ha problemi di sicurezza legati alla condivisione del mezzo fisico DSL si appoggia alla tecnologia telefonica standard (presso l utente); HFC richiede la posa di cavi ad hoc La qualità della connessione ADSL descresce con la distanza tra utente e centrale di commutazione; HFC non risente della distanza IL LIVELLO FISICO - 37 Reti di accesso ottiche PON = Passive Optical Networks ONU = Optical Network Unit WDM laser receiver central office splitter/ combiner remote node λ 1 λ 2 λ 3... λ N λ 1 λ 2 λ 3... λ N λ ONU 1 receiver laser ONU λ i receiver laser λ ONU N receiver laser IL LIVELLO FISICO - 38 Reti di accesso ottiche Nella tratta downstream si affronta un problema di multiplazione. Nella tratta upstream si ha un problema di accesso multiplo. Si mira soprattutto alla semplicità e alla facilità di gestione, per cui si implementano normalmente strutture passive con componenti di basso costo. Esempi: trasmissione con LED modulazione alle NIU di portanti non modulate inviate dal central office IL LIVELLO FISICO - 39 Pag. 13

14 Service Node Internet Leased Line Frame/Cell Relay Telephone Interactive Video SNI (VB5) Fiber to the x (FTTx) Operation System Q3 Passive Optical Splitter OLT ATM-PON Optical Fiber ONU xdsl ONT ONT NT Twisted Pair ONU NT FTTx FTTH FTTB FTTC FTTCab FTTH :Fiber To The Home FTTB :Fiber To The Building FTTC:Fiber To The Curb FTTCab :Fiber To The Cabinet IL LIVELLO FISICO - 40 Accesso Radio Fisso (LMDS) Local Multipoint Distribution System Evita costi di cablaggio Banda superiore a 20GHz (dipende dalla nazione) Velocità: decine/centinaia di Mbit/s per utente IL LIVELLO FISICO - 41 Accesso Radio Mobile Tecnologie wireless in fase di sviluppo: GPRS UMTS Bluetooth IL LIVELLO FISICO - 42 Pag. 14

15 Accesso Radio Mobile Reti satellitari GEO MEO LEO Piattaforme stratosferiche IL LIVELLO FISICO - 43 Pag. 15