RETI DI CALCOLATORI. Prof. PIER LUCA MONTESSORO. Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine

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1 RETI DI CALCOLATORI Prof. PIER LUCA MONTESSORO Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 1

2 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà dell autore prof. Pier Luca Montessoro, Università degli Studi di Udine. Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altro utilizzo o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampe) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte dell autore. L informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. L autore non assume alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slide. In ogni caso questa nota di copyright e il suo richiamo in calce ad ogni slide non devono mai essere rimossi e devono essere riportati anche in utilizzi parziali Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 2

3 Lezione 6 Elementi di telecomunicazioni 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 3

4 Lezione 6: indice degli argomenti Trasmissione dell informazione Analisi di Fourier Il teorema di Nyquist Il rumore e il rapporto segnale/rumore: teorema di Shannon Mezzi trasmissivi e spettro elettromagnetico Attenuazione, diafonia, ACR Velocità di propagazione 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 4

5 Trasmissione dell informazione 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 5

6 Trasmettere un informazione Produrre un fenomeno fisico i cui effetti possano essere misurati a distanza 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 6

7 Elementi del problema Distribuzione di energia in funzione della frequenza (dipende dalla codifica) Opposizione del mezzo trasmissivo alla propagazione delle perturbazioni (dipende dalla frequenza e dalle caratteristiche del mezzo) Rumore (dipende dal mezzo stesso e dall ambiente esterno) SEGNALE RICEVUTO 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 7

8 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 8 Analisi di Fourier g(t) funzione periodica di periodo T ) cos(2 ) sin(2 2 1 ) ( 1 1 nft b nft a c t g n n n n π + π + = = =

9 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 9 Analisi di Fourier = π = π = T T n T n dt t g T c dt nft t g T b dt nft t g T a ) ( 2 ) )cos(2 ( 2 ) )sin(2 ( 2

10 Trasformata di Fourier tempo frequenza 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 10

11 Segnali binari e frequenze armoniche 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 11

15 Teorema di Nyquist Stabilisce la massima velocità trasmissiva di un canale digitale bit rate = 2H log 2 V H = banda del canale V = numero di livelli discreti 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 15

16 Teorema di Nyquist La velocità trasmissiva può aumentare se: si aumenta la banda del canale si aumenta il numero di livelli discreti con cui si codifica l informazione Aumentare a piacere? NO! banda del canale limite fisico livelli rapporto segnale rumore 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 16

17 Rapporto segnale/rumore 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 17

18 Teorema di Shannon Stabilisce la massima velocità trasmissiva di un canale digitale in presenza di rumore bit rate = H log 2 (1+S/N) H = banda del canale S/N = rapporto segnale/rumore 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 18

19 Mezzi trasmissivi e spettro elettromagnetico 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 19

20 Mezzi da spostare fisicamente Dischi e nastri magnetici, CD-ROM, DVD, chip di memoria, ecc. Elevata banda Basso costo Elevati ritardi 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 20

21 Mezzi trasmissivi veri e propri Mezzi elettrici cavi coassiali doppini Mezzi ottici fibre ottiche 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 21

22 Collegamenti wireless Due tecnologie: radio raggi infrarossi I collegamenti radio possono far uso di ripetitori, eventualmente satellitari 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 22

23 Lo spettro elettromagnetico radio microonde infrarosso raggi X raggi γ luce visibile UV doppino satellite coax fibre microonde ottiche terrestri radio AM radio FM TV LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF banda 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 23

24 Attenuazione, diafonia, ACR e velocità di propagazione 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 24

25 Attenuazione Riguarda sia i cavi in rame che le fibre ottiche Cresce linearmente con la lunghezza (raddoppia al raddoppiare della lunghezza) Aumenta al crescere della frequenza del segnale Numericamente, è tanto maggiore quanto peggiore è il mezzo trasmissivo 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 25

26 Attenuazione V 1 V 2 α db = 20 log 10 (V 1 / V 2 ) 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 26

27 Attenuazione metri potenza ricevuta / potenza trasmessa 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 27

28 Diafonia (cross-talk) Riguarda soltanto i cavi in rame Comporta il passaggio di parte dell energia del segnale sui conduttori vicini, dove diventa un disturbo Il fenomeno aumenta al crescere della frequenza del segnale Può essere misurata in molti modi Il valore numerico della misura decresce con l aumentare della diafonia 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 28

29 Diafonia (cross-talk) V 1 V 2 V 3 V Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 29

30 NEXT: Near End Cross-Talk (paradiafonia) Diafonia misurata dal lato della sorgente R 2 R 1 ~ ~ R 2 R 1 R 2 R 2 R 1 R 2 R 2 R 1 R 2 R Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 30

31 NEXT: Near End Cross-Talk V 1 V 3 NEXT db = 20 log 10 (V 1 / V 3 ) 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 31

32 NEXT: modello di trasmissione 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 32

33 NEXT: Near End Cross-Talk L attenuazione rende la misura di NEXT significativa soltanto per i primi m di cavo; per cavi più lunghi il valore misurato non cambia È necessaria la misura ad entrambe le estremità: dual NEXT 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 33

34 NEXT: Near End Cross-Talk V 1 V Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 34

35 NEXT: Near End Cross-Talk metri potenza del disturbo / potenza trasmessa 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 35

36 FEXT: Far End Cross-Talk (telediaforia) Diafonia misurata dal lato del ricevitore ~ ~ R 2 R 1 R 2 R 2 R 2 R 1 R 1 R 2 R 2 R 1 R 2 R Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 36

37 FEXT: Far End Cross-Talk V 1 V 4 FEXT db = 20 log 10 (V 1 / V 4 ) 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 37

38 FEXT: modello di trasmissione 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 38

39 ELFEXT: Equal Level FEXT V 1 V 2 V 3 V 4 ELFEXT db = FEXT α 2(dB) 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 39

40 ELFEXT: Equal Level FEXT Equal Level perché tutti i segnali che contribuiscono alla diafonia percorrono una lunghezza totale pari a quella dell intero cavo e vengono attenuati della stessa quantità Poiché al FEXT si sottrae l attenuazione della coppia disturbata (sotto misura), si tratta di una misura di ACR (v. oltre) 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 40

41 Power Sum Si tratta di misure di diafonia che determinano l effetto combinato della trasmissione contemporanea su più coppie (segnale di prova su tutte le coppie tranne quella sotto misura) Questo tipo di trasmissione permette di suddividere la banda trasmissiva di un collegamento ad alta velocità (ad esempio Gigabit Ethernet) su più coppie, lavorando su ciascuna a velocità inferiore 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 41

42 PSELFEXT: Power Sum ELFEXT ~ ~ ~ ~ ~ ~ 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 42

43 PSNEXT: Power Sum NEXT ~ ~ ~ ~ ~ ~ 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 43

44 Return loss Se il segnale, propagandosi lungo il cavo, incontra delle discontinuità (connettori, deformazioni, ecc.), viene in parte riflesso a causa del disadattamento di impedenza Il return loss misura la perdita di potenza per riflessioni 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 44

45 Return loss Le riflessioni comportano minor livello di segnale ricevuto disturbi a causa della sovrapposizione delle riflessioni con la porzione di segnale successiva 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 45

46 Return loss energia riflessa Z 1 Z 2 Z 3 variazioni di impedenza 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 46

47 ACR Attenuation to Cross-talk Ratio Assumendo la diafonia come unica (o principale) fonte di disturbo, fornisce il rapporto S/N Numericamente, rappresenta un fattore di merito del cavo ACR db = NEXT db - α db 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 47

48 ACR V 1 V 2 V n V 4 = V = V n V 4 V 3 V α 20 NEXT 20 V = V Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 48

49 V 4 = V V = V n α 20 NEXT 20 ACR V = V 3 1 S N = V V 4 n = V V α 20 NEXT 20 S N db α 20 = NEXT 20 20log = NEXT α 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 49

50 ACR metri attenuazione ACR diafonia 10-4 potenza ricevuta / trasmessa 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 50

51 Velocità e tempi di propagazione Riguardano sia i cavi in rame che le fibre ottiche La velocità di propagazione dei segnali sui mezzi trasmissivi è elevata, ma non infinita, quindi il tempo di propagazione è piccolo ma non nullo Per garantire il funzionamento dei protocolli è necessario garantire che i ritardi non eccedano determinati valori massimi 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 51

52 Velocità e tempi di propagazione V P 2/3 c (c è la velocità di propagazione della luce nel vuoto m/s) 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 52

53 Delay skew 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 53

54 Delay skew Fenomeno legato alla diversa velocità di propagazione delle coppie Per limitare la diafonia, le coppie presentano differenti passi di binatura, e quindi hanno velocità di propagazione diverse Si misurano i ritardi relativi del segnale tra ogni coppia e le altre 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 54

55 Quanto è lungo un bit? A 10 Mb/s: 5 bit T b = 1 10Mb/s = s = 10 7 s v p m / s l = 10 7 s m / s = 20 m 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 55

56 A 100 Mb/s: Quanto è lungo un bit? T b = 1 100Mb/s = s = 10 8 s v p m / s l = 10 8 s m / s = 2 m 2 bit 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 56

57 Quanto è lungo un bit? A 1 Gb/s: 3 Mbyte T b = 1 1Gb/s = s = 10 9 s v p m / s l = 10 9 s m / s = 20 cm 2001 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 57

58 Reti di Computer Capitolo 2 Bibliografia Libro Reti locali: dal cablaggio all internetworking contenuto nel CD-ROM omonimo Capitolo Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 58

59 Come contattare il prof. Montessoro Telefono: Fax: URL: Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 59