Mezzie di trasmissione. Livello fisico. Livello data link. Servizi telefonici
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- Gennara Visconti
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1 Cap 1 Cap 2 Cap 3 Cap 4 Cap 5 Cap 6 Le reti Mezzie di trasmissione Livello fisico Livello data link Reti locali Servizi telefonici Introduzione al concetto di rete Classificazioni in base a Software di rete OSI e TCP/IP Elettrici Ottici Wireless Banda di frequenza del segnale (serie di Fourier) Banda di frequenza del canale Attenuazione e distorsione Trasmissione in banda base e in banda larga Trasmissione Framing Controllo degli errori Controllo di flusso Topologie Standard IEEE 802 Standard IEEE (CSMA/CD) Standard IEEE (Token Ring) Standard IEEE (Wireless) Bluetooth Bridge Rete telefonica PSTN Telefonia modile
2 CAPITOLO 1 - Le reti Introduzione al concetto di rete Classificazioni in base a Software di rete Definizione di rete Vantaggi delle reti Reti ad architettura centralizzata e distribuita Sistemi aperti Client/server Tecnologia di trasmissione Dimensione Livelli, header, primitive, protocolli, servizi
3 Rete di computer Collegamento tra due apparecchiature attraverso un mezzo trasmissivo, per effettuare una trasmissione di informazioni. Vantaggi condivisione di risorse hardware e software comunicazione Reti ad architettura centralizzata e distribuita Nelle reti ad architettura centralizzata la potenza di elaborazione è concentrata in un punto (una stazione) In genere si usa una topologia a stella con al centro la stazione più potente. Nelle reti ad architettura distribuita la potenza di elaborazione è distribuita tra tutte le stazioni della rete. Si possono usare vari tipi di topologia. Maglia Sistemi aperti I sistemi aperti permettono di collegare computer di costruttori diversi Per poter collegare computer di costruttori diversi è necessario lo sviluppo di standard comuni. Client/server I server sono i computer della rete che mettono a disposizione degli altri computer risorse e servizi. I client sono i computer della rete che richiedono ad altri computer risorse e servizi. Nelle reti moderne il ruolo di client o di server che assume un computer non è netto. Uno stesso computer può fungere da client o da server contemporaneamente.
4 Classificazione di una rete informatica in base alla tecnologia di trasmissione: broadcast, multicast e point to point In una rete broadcast, quando una stazione deve comunicare con un'altra, invia un messaggio che viene ricevuto da tutte le altre. Quando una stazione riceve un messaggio, controlla il campo indirizzo ed elabora il messaggio solo se è diretto a lei. Le reti con tecnologia point to point usano collegamenti individuali tra coppie di stazioni. broadcast tutte le stazioni della rete L'invio di un messaggio è di tipo point to point se è rivolto a una stazione precisa della rete. multicast un gruppo di stazioni della rete. In genere in una rete piccola si usa la tecnologia broadcast. In genere le reti geografiche usano la tecnologia point to point. Classificazione di una rete informatica in base alle dimensioni Le reti locali sono reti private all'interno di un singolo edificio o di edifici vicini, non possono attraversare suolo pubblico. Le reti metropolitane possono coprire una città. Le reti geografiche possono coprire l'intero pianeta. Le reti locali possono rispettare una particolare disposizione, hanno una topologia a bus, a stella o ad anello. Le reti geografiche non possono rispettare una disposizione particolare, hanno quindi una topologia a maglia Reti locali o metropolitane possono collegarsi a reti più grandi mediante un router
5 Il software di rete 7 APPLICAZIONE 6 PRESENTAZIONE 5 SESSIONE 4 TRASPORTO 3 RETE 2 LINEA 1 FISICO Il software di rete è organizzato a livelli, ognuno costruito su quello inferiore. In una rete informatica, se una stazione invia un messaggio a un'altra stazione, il messaggio scende lungo tutti i livelli del software di rete della stazione mittente, attraversa il canale di comunicazione e risale lungo tutti i livelli del software di rete della stazione ricevente. Dal lato della stazione mittente, ogni livello aggiunge al messaggio da inviare un'intestazione (header) con informazioni di controllo. Dal lato della stazione ricevente, ogni livello legge ed elimina dal messaggio ricevuto l'intestazione (header) del livello paritetico. Il servizio offerto da un livello a quello consecutivo si dice orientato alla connessione se i dati arrivano in ordine Il servizio offerto da un livello a quello consecutivo si dice affidabile se è garantita la consegna e la correttezza dei dati. I livelli consecutivi comunicano tramite le primitive: request, indication, response, confirm. I livelli del software di rete si occupano delle problematiche della comunicazione tra le stazioni della rete, che sono: la ricerca di un percorso verso il destinatario, la dimensione dei messaggi, il controllo degli errori, la differenza di velocità tra il mittente e il destinatario.
6 OSI e TCP/IP L'OSI è solo un modello, in quanto descrive i livelli e i servizi del software di rete, ma non i protocolli usati Il TCP/IP è un'architettura di rete in quanto descrive i livelli e i servizi e i protocolli del software di rete. I protocolli usati dal software di rete definiscono le regole che governano il formato e il significato dei blocchi di informazioni (intestazione o header) che vengono scambiati tra i livelli paritetici L' OSI definisce 7 livelli quali: fisico, di linea, di rete, di trasporto, di sessione, di presentazione, di applicazione. Il TCP/IP definisce 4 livelli quali: host-to-network, di rete, di trasporto, di applicazione. Livelli del modello OSI e dell'architettura TCP/IP MODELLO OSI APPLICAZIONE PRESENTAZIONE SESSIONE TRASPORTO RETE LINEA FISICO ARCHITETTURA TCP/IP APPLICAZIONE TRASPORTO RETE HOST-TO-NETWORK
7 CAPITOLO 2 -MEZZI DI RTASMISSIONE 1 ELETTRICI 2 OTTICI 3 WIRELESS 1 DOPPINO TELEFONICO 2 CAVO COASSIALE 1 FIBRE OTTICHE MULTIMODALI 2 FIBRE OTTICHE MONOMODALI 1 ONDE RADIO 2 MICROONDE 3 INFRAROSSI 4 LASER
8 ELETTRICI PARAMETRI 1 IMPEDENZA 2 VELOCITA' DI PROPAGAZIONE 3 ATTENUAZIONE 4 DIAFONIA 5 RESISTENZA ALLA TRAZIONE 6 FLESSIBILITA' 7 SICUREZZA DIPENDONO DA: 1 GEOMETRIA 2 NUMERO DI CONDUTTORI 3 DIAMETRO 4 SCHERMI 5 ISOLANTE
9 CAVO COASSIALE 1) 50 Ω BANDA BASE (L'intera banda passante è usata per una singola trasmissione) 2) 75 Ω BANDA LARGA (L'intera banda passante è usata per piu' trasmissioni contemporanee) Serve per schermare il cavo
10 DOPPINO TELEFONICO Vantaggi 1 Facilità di posa in opera 2 Compatibilità con la telefonia Composizione Coppie di fili di rame di spessore 1mm avvolti a spirale (binati, twisted) 1 UTP: Unshielded Twisted Pair (non schermato) 2 FTP: Foiled Twisted Pair (Un solo schermo per tutto il cavo) 3 STP: Shielded Twisted Pair (uno schermo per ogni coppia piu' uno per tutto il cavo)
11 OTTICI FIBRE OTTICHE Caratteristiche 1 Non sono soggette a interferenze elettromagnetiche 2 Sono sicure (impossibile collegarsi al cavo per spiare il traffico) 3 Hanno un'elevata larghezza di banda (supportano una grande quantità di informazioni contemporaneamente) Core: tubicino di vetro o plastica Cladding: strato di vetro con indice di rifrazione più basso del core
12 FIBRE OTTICHE MULTI RIFRAZIONE MODALI 1 ampiezza di banda Basso Alto 2 costo Basso Alto 3 spessore Alto Basso MONO costante graduale 4 indice di rifrazione nel core 5 modo uno ogni raggio i raggi si rifasano 6 dispersione Sì No 7 direzione luce zig zag rettilinea Propagazione degli impulsi luminosi nel core multi modale mono modale
13 WIRELESS Senza fili Propagazione di onde elettromagnetiche via etere Bisogna utilizzare un'antenna ricevente e un'antenna trasmittente. Un'antenna solitamente può essere sia trasmittente che ricevente. A λ Grandezze che caratterizzano un'onda 1. Frequenza f[hz]: numero di volte che un'onda si ripete nell'unità di tempo. 2. Lunghezza d'onda λ[m]: distanza tra due creste o fra due ventri. f=c/ λ, con c velocità della luce. 3. Ampiezza: A[m] distanza tra una cresta e l'asse delle ascisse. CARATTERISTICHE 1. Persistenza (capacità di superare gli ostacoli) 2. Direzionalità 3. Ampiezza di banda (velocità) 4. Soggetta a interferenza 5. Potenza 6. Distanza 7. Licenza 8. Uso
14 WIRELESS ONDE RADIO Banda Frequenza Lunghezza d'onda Principali impieghi ELF (Extremely low frequency) SLF (Super low frequency) ULF (Ultra low frequency) VLF (Very low frequency) LF (Low frequency) MF (Medium frequency) HF (High frequency) VHF (Very high frequency) UHF (Ultra high frequency) SHF (Super high frequency) EHF (Extremely high frequency) THF (Tremendously high frequency) 3 30 Hz km km Comunicazione radio con i sottomarini, ispezione tubazioni, studio del campo magnetico terrestre Hz km km Comunicazione con i sottomarini, per es. la radio russa ZEVS Hz km 100 km utilizzate per le comunicazioni in miniera 3 30 khz 100 km 10 km Marina, comunicazione con sommergibili in emersione khz 10 km 1 km Trasmissioni radio intercontinentali in AM, khz 1 km 100 m Trasmissioni radio in AM 3 30 MHz 100 m 10 m (Onde corte) MHz 10 m 1 m trasmissione del segnale di tempo standard per gli orologi radiocontrollati. Radioamatori, Banda cittadina, trasmissioni intercontinentali in codice Morse Radio commerciali in FM, Aviazione, Marina, Forze dell'ordine, Televisione, Radioamatori, Radiofari MHz 1 m 100 mm Radio PMR, Televisione, Telefonia cellulare, WLAN 3 30 GHz 100 mm 10 mm Radar, Satelliti, WLAN GHz 10 mm 1 mm Trasmissioni satellitari e radioamatoriali GHz 1 mm micrometro Trasmissioni satellitari ( onde submillimetriche o banda submillimetrica 300 GHz 3 THz tera Hertz ) e radioamatoriali
15 CAPITOLO 3 LIVELLO FISICO Banda di frequenza del segnale (serie di Fourier) Banda di frequenza del canale Attenuazione e distorsione Trasmissione in banda base e in banda larga 7 APPLICAZIONE 6 PRESENTAZIONE 5 SESSIONE 4 TRASPORTO 3 RETE 2 LINEA 1 FISICO Il livello fisico è il livello del software di rete più vicino al mezzo trasmissivo.
16 IL LIVELLO FISICO 750 Mhz DEFINIZIONE Il livello fisico deve codificare i dati in modo che possano essere trasportati dal mezzo di trasmissione; il metodo di codifica dipende dalle caratteristiche del mezzo di trasmissione usato; per esempio per trasmettere informazioni su un filo di rame si modula una variabile fisica come la tensione o la corrente. Per la trasmissione del segnale bisogna considerare: 1. L'ATTENUAZIONE: perdita di energia del segnale durante la sua trasmissione lungo il canale dovuta al suo spostamento nel mezzo (aumenta all'aumentare della distanza percorsa) 2. LA DISTORSIONE: modifica del segnale dovuta a disturbi 3. LA BANDA DEL SEGNALE Intervallo di tutte le frequenze significative per definire il segnale. 4. LA BANDA DEL MEZZO DI TRASMISSIONE Differenza tra la frequenza massima e minima permessa dal mezzo di trasmissione Perché un segnale venga trasmesso correttamente attraverso un mezzo di trasmissione, bisogna che la banda del mezzo sia contenuta nella banda di frequenza del segnale. Esempio: Banda del segnale Banda del mezzo caso 1 caso 2 caso Mhz 900Mhz 750 Mhz 950 Mhz 800 Mhz 900Mhz 100 Mhz 200 Mhz 950 Mhz 800 Mhz 200 Mhz 100 Mhz 900Mhz 100 Mhz 100 Mhz 750 Mhz 850 Mhz Il segnale attraversa il mezzo senza distrorsioni Il segnale attraversa il mezzo con distrorsioni Il segnale attraversa il mezzo con distrorsioni TRASMISSIONE IN BANDA BASE O IN BANDA LARGA Nella trasmissione del segnale in banda base tutta l'ampiezza di banda del mezzo di trasmissione viene usata come un canale unico; un solo segnale occupa tutta la banda. 200 Mhz 200 Mhz 700 Mhz 900 Mhz Le trasmissioni in banda larga invece dividono l'ampiezza di banda in più canali di dimensioni più piccole, permettendo di trasportare contemporaneamente più segnali, ognuno dei quali occupa uno dei sottocanali. 40 Mhz 40 Mhz 40 Mhz 40 Mhz 40 Mhz 200 Mhz 700 Mhz 900 Mhz
17 CAPITOLO 4 - LIVELLO DATA LINK (DI LINEA) Trasmissione Framing Controllo degli errori Controllo di flusso 7 APPLICAZIONE 6 PRESENTAZIONE 5 SESSIONE 4 TRASPORTO 3 RETE 2 LINEA 1 FISICO Il livello data link o di linea si trova sopra al livello fisico e sotto al livello di rete.
18 Trasmissione 1. Asincrona L'intervallo di tempo tra due byte è imprecisato, ogni byte è preceduto da un segnale di start ed è chiuso da un segnale di stop. 2. Sincrona I byte vengono mandati in sequenza, la sequenza da trasmettere è preceduta da un segnale di sincronizzazione (SYNC) che sincronizza la stazione ricevente sulla velocità della stazione trasmittente. Framing Suddivisione in frame (pacchetti) del messaggio da trasmettere. Orientata al byte Mantiene la suddivisione in byte DLE STX FRAME DLE ETX Utilizza dei segnali che identificano l'inizio (DLE STX) e la fine (DLE STX) di un frame. DLE Data Link Escape STX ETX Start of Text End of Text Orientata al bit Non mantiene la suddivisione in byte FRAME Utilizza dei segnali che identificano l'inizio ( ) e la fine ( ) di un frame.
19 Controllo degli errori 1. Codici correttori: permettono di correggere l'errore 2. Codici rivelatori: permettono solo di rivelare l'errore, ma non di correggerlo Controllo di flusso L'obiettivo di tale controllo è garantire l'arrivo integro alla stazione destinataria di tutti i pacchetti inviati dalla stazione mittente, mantenendo l'ordine di invio. Riguarda un Servizio affidabile (correttezza dati) orientato alla connessione (ordine frame) Tecnica Stop and wait Nell'esempio sottostante vediamo cosa succede nel caso di perdita o danneggiamento di un frame o di un riscontro durante la sua trasmissione. Se il mittente non riceve il riscontro rinvia il frame
20 CAPITOLO 5 RETI LOCALI (LAN) Topologie Standard IEEE 802 Standard IEEE (CSMA/CD) Standard IEEE (Token Ring) Standard IEEE (Wireless) Bluetooth Bridge LAN (Local Area Network): rete di computer di dimensione limitata geograficamente e senza attraversamento di suolo pubblico Usa una tecnologia broadcast, ad alta velocità e con basso tasso di errore. Gli elementi fondamentali sono: i mezzi di trasmissione e le schede di rete. Per descrivere una rete LAN è necessario definire la sua topologia fisica e la sua topologia logica. Topologia fisica: disposizione geometrica dei suoi componenti Topologia logica: percorsi seguiti nella comunicazione dai messaggi che viaggiano nella rete. La connessione di una LAN a una rete geografica è fornita da un unico collegamento della dorsale a un ruoter.
21 TOPOLOGIE a bus A stella ad anello a stella gerarchica
22 STANDARD IEEE 802 Lo standard IEEE 802 descrive il livello fisico e il livello data link (di linea) Il livello fisico descrive: 1. Mezzi di trasmissione 2. Topologia della rete (cablaggio) MDI (Medium Dependent Interface) 3. Distanza massima (l'ampiezza di banda del mezzo dipende dalle caratteristiche del mezzo e dalla distanza percorsa) 4. Connettori (significato dei pin) 5. Metodo di codifica del segnale 6. Sincronizzazione 7. Livelli di tensione per la trasmissione dei segnali elettrici o livelli di lunghezza d'onda per la trasmissione su fibre ottiche Il livello data link si divide in due sotto livelli MAC e LLC, ognuno preposto alle funzioni sotto riportate Il livello Data link MAC (Medium Access Control) 1 Metodo di accesso al canale 2 Framing 3 Controllo degli errori LLC (Logical Link Control) 1 Controllo di flusso
23 I livelli del software di rete si possono quindi riscrivere come sotto riportato 7 APPLICAZIONE 6 PRESENTAZIONE 5 SESSIONE 4 TRASPORTO 3 RETE 2 DATA LINK LLC MAC 1 FISICO
24 STANDARD IEEE Metodo di accesso: CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Accesso multiplo con ascolto del canale e rivelazione della collisione) La topologia logica è a bus Ogni stazione che deve trasmettere deve prima controllare se il canale è disponibile, altrimenti deve aspettare prima di riprovare. Dopa aver trasmesso un frame la stazione continua ad ascoltare il canale per rilevare eventuali collisioni. Quando la stazione rileva una collisione, invia un segnale sulla linea per segnalare alle altre stazioni che si è verificata una collisione, poi aspetta un tempo casuale e rinvia il frame Lo standard IEEE comprende 4 sotto categorie riportate nella tabella seguente che si differenziano per la velocità di trasmissione dei dati. velocità nome 10 Mbps Ethernet 100 Mbps Fast Ethernet 1000 Mbps Gigabit Ethernet 10 Gbps 10 GE
25 STANDARD IEEE Protocollo di accesso al mezzo: Token Ring (gettone che gira nell'anello) La topologia logica è ad anello. Il token è un frame speciale che circola sull'anello, passando da una stazione all'altra. Una stazione per trasmettere deve essere in possesso del token. Stazione trasmittente Quando una stazione riceve il token, se ha dati da spedire, trasforma il token nell'intestazione del frame che deve spedire. Il frame inviato contiene l'indirizzo di destinazione; il frame percorre l'anello e ogni stazione verifica se è il destinatario. Stazione ricevente 1. copia il frame in un buffer 2. modifica l'intestazione del frame in modo da segnalare che lo ha ricevuto 3. rimette il frame in circolo nell'anello finché torna al mittente Stazione trasmittente Dopo aver eliminato il frame inviato, se non è scaduto il tempo di possesso del token (10ms), può mandare altri frame, altrimenti invia il token nuovamente sull'anello. La topologia logica della rete con standard IEEE è ad anello
26 STANDARD IEEE Usa un metodo di trasmissione Wireless Può essere di 3 tipi: Tipo 1:Collegamento punto a punto Tipo 2: Collegamento ad hoc o peer to peer Tipo 3: Collegamento con access point.
27 Modalità operativa Può avere due modalità operative: 1) DCF (Distributed Coordinaton Function Funzione di coordinamento distribuito) 2) PCF (Point Coordiantio Function Funzione di coordinamento centralizzata) Modalità operativa: DCF Non usa il controllo centrale, ma adotta un coordinamento distribuito Metodo di accesso al mezzo: CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with collision Avoidance) Per il controllo di flusso usa la tecnica stop and wait Modalità operativa: PCF Adotta un coordinamento centralizzato, usa l'access point per controllare l'attività della cella. L'access point interroga le stazioni chiedendo se hanno frame da trasmettere
28 BLUETOOTH Il master (piconet) dice agli slave che indirizzi usare, quando possono trasmettere, per quanto tempo e che frequenze usare. La comunicazione avviene solo tra master e slave e mai tra due slave. Permette 1. l'accesso a una LAN attraverso un access point 2. il collegamento tra computer portatile e telefono cellulare
29 3. il collegamento di un telefono cordless alla sua base 4. il collegamento dell'auricolare
30 BRIDGE Usato per collegare tra loro più reti locali Transparent bridge Il bridge usa una sua tabella di instradamento che elenca tutte le possibili destinazioni. Bridge source routing Ogni stazione che invia un frame deve indicare esplicitamente il percorso che il frame deve seguire, quindi ogni stazione deve avere una propria tabella di instradamento.
31 Esempio RETE 1 (R1) RETE 2 (R2) G H I L Un bridge collega la rete 1 con la rete rete 2. TABELLA DI INSTRADAMENTO DEL BRIDGE Per ogni stazione indica tutti i possibili percorsi per raggiungerla RETE STAZIONE STRADA A CA CEDA B CEB CADEB C C R1 CAD D CED E CE CADE F CF G G H GH GIH R2 GI I GHI L GIL GHIL
32 CAPITOLO 6 SERVIZI TELEFONICI RETE TELEFONICA PSTN TELEFONIA MOBILE 1 COMMUTAZIONE 2 PCM 3 MULTIPLEXING 1 ANALOGICA 2 DIGITALE
33 LA RETE TELEFONICA Per collegare i computer a distanza lo strumento più utilizzato è la rete telefonica PSTN. LA RETE TELEFONICA PSTN PSTN (Public Switched Telephone Network) è la rete telefonica per le comunicazioni vocali La rete PSTN ha una topologia gerarchica Si ha una topologia a stella ai livelli inferiori e una topologia a reticolo completo ai livelli superiori Se la chiamata è tra due abbonati dello stesso settore il collegamento viene stabilito attraverso la centrale di settore, senza risalire la gerarchia, si risale la gerarchia solo se necessario. Mezzi di trasmissione Circuiti locali: doppini. Trasmissione analogica. Dorsali (che collegano le centrali ai livelli più alti della gerarchia) di solito in fibra ottica. Trasmissione digitale. Trasmissione dati sulla rete PSTN.
34 COMMUTAZIONE La rete PSTN usa la tecnica di commutazione, cioè ricerca il percorso per far arrivare le informazioni dal mittente al destinatario. Commutazione di circuito Stabilisce un percorso fisico prima che inizi la comunicazione. Le informazioni viaggiano in ordine, seguendo sempre lo stesso percorso. Commutazione di pacchetto Il messaggio da inviare viene suddiviso in pacchetti. La ricerca del percorso viene eseguita per ogni pacchetto. PCM Al termine del circuito locale il segnale analogico viene digitalizzato per essere trasportato sulla dorsale. La digitalizzazione del segnale avviene mediante la tecnica PCM (Pulse Code Modulation) MULTIPLEXING Le dorsali trasportano contemporaneamente più trasmissioni usando la tecnica TDM (Time Division Multiplexing): le varie trasmissioni ottengono a turno l'intera larghezza di banda per un certo intervallo di tempo.
35 TELEFONIA MOBILE Telefoni cellulari analogici: TACS (Total Access Communication System) Suddivisione del territorio in celle (10-20 km di larghezza) ognuna delle quali usa un certo insieme di frequenze. Celle adiacenti usano frequenze diverse, ma a distanza di qualche cella possono essere riutilizzate le stesse frequenze. In ogni cella c'è una stazione base alla quale trasmettono tutti i telefoni nella cella. Le stazioni base sono connesse a uffici terminali. Gli uffici terminali sono connessi ad almeno ad almeno un ufficio terminale della rete fissa In ogni momento ogni telefono si trova in una cella, sotto il controllo della stazione base di quella cella; quando si sposta passa sotto il controllo di un'altra cella. Opera sugli Mhz.
36 Telefoni cellulari digitali: GSM (Global System for Moblie communicaion). Permette di integrare trasmissione di voce e dati. Usa algoritmi di compressione vocale. Permette di usare tecniche di crittografia del segnale per ridurre il pericolo di intercettazioni. Opera sui 900 e sui 1800 Mhz. Velocità massima di trasmissione 9600 bps. GPRS (General Packet Radio Service) Standard di generazione 2,5G Permette alle stazioni mobili di inviare e ricevere pacchetti IP. Velocità massima di trasmissione 171,2 kbps. UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Standard di generazione 3G E' uno standard internazionale. Utilizza la commutazione di pacchetto. Opera sui 5MHz Velocità massima di trasmissione 2 Mbps Consente la trasmissione di immagini video. HSPDA (High Speed Downlink packet Access) Standard di generazione 3,5G Velocità massima di trasmissione 14 Mbps.
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