Mezzi trasmissivi, strato fisico e reti di accesso

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1 Mezzi e sistemi trasmissivi Strato fisico Gruppo Reti TLC nome.cognome@polito.it Elettrici Doppino non schermato Cavo coassiale Ottici Fibraottica Raggi Laser Radio Ponti radio Satelliti Reti Cellulari STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 1 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 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 Parametridimerito 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 cresceconladistanzafinoastabilizzarsi) P rx P tx metri diafonia attenuazione STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 3 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 4 Il Doppino Doppino: connettore RJ45 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 (TX) (RX) (RX) (TX) STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 5 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 6 Pag. 1

2 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 Reti locali fino a 10 Mb/s Reti locali fino a 16 Mb/s Reti locali fino a 100 Mb/s Il cavo coassiale Sistema trasmissivo composto da un connettore centraleeunaopiùcalzedischermo. 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) STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 7 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 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 CORE GUAINA PROTETTIVA RIVESTIMENTO PRIMARIO 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 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 9 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 10 Attenuazione delle fibre Si identificano tre finestre di lavoro centrate circa attorno alunghezzed ondadi0.8µm, 1.3 µm e1.55µm ÿ STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 11 Attenuation (db/km) Rayleigh scattering UV absorption Attenuazione delle fibre Optical fiber Infrared absorption Prima Seconda Terza Wavelength (nm) finestra finestra finestra 850 nm 1300 nm 1550 nm a=1.2 db/km a=0.4 db/km a=0.2 db/km STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 12 Pag. 2

3 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) STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 13 Rete di accesso Gruppo Reti TLC nome.cognome@polito.it STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 14 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 () 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 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 eviceversa Rendono il segnale idoneo alla trasmissione su rete pubblica in tecnologia analogica su banda fonica STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 15 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 16 Accesso POTS: il modem Terminologia: = apparato utente (computer) DCE = apparato di rete (modem) Interfaccia RS232 Standard di interfaccia Specificano le interconnessioni tra e DCE I principali sono: RS-232 (o equivalenti CCITT V.24 e V.28) V.35 G.703 e G.704 MODEM DCE Rete Telefonica Analogica Pubblica MODEM DCE STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 17 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 18 Pag. 3

4 Standard di interfaccia RS-232 RS-232 (9 fili) 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 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 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 19 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 20 RS-232 (4 fili) RS-232 (Null Modem 4 fili) Protective Ground (1) Transmit (2) Receive (3) Signal Ground (7) DCE Protective Ground (1) Transmit (2) Receive (3) Signal Ground (7) STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 21 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 22 RS-232 Connettore 25 pin (vaschetta) V.35 Standard simile a RS-232, ma per velocità superiori a b/s STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 23 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 24 Pag. 4

5 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 Ultima versione di modem (non è uno standard) raggiunge i 56 kb/s (teorici) in ricezione e 33.6 kb/s in trasmissione STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 25 : 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. STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 26 : 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 : Origine 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 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 27 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 28 : Evoluzione Architettura sievolve 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 voce dati video appliances voce dati video appliances termin. termin. termin. voce dati video appliances servizi avanzati voce dati video appliances termin. PABX punto di accesso interfaccia verso reti private interfaccia verso altre reti STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 29 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 30 Pag. 5

6 Gerarchie PCM Trama PCM internazionale Standard ITU #canali #canali capacità Livello voce totale totale T Mb/s T Mb/s T Mb/s T Mb/s T Mb/s Standard ANSI #canali capacità Livello voce totale DS Mb/s DS-1C Mb/s DS Mb/s DS Mb/s DS Mb/s 32canalinumeratida0a31inunframe TDM di 125 ms diviso in 32 slot da8bit. Lo slot 0 fornisce la sincronizzazione di trama. Loslot16fornisceuncanaledicontrollo. Canali a 64 kb/s multiplati in TDM STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 31 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 32 : Struttura di trasmissione all interfaccia utente-rete È organizzata in due tipi di flussi: CanaleB-Bearer-64kb/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 è del tipo nb + md (n ed m arbitrari) Inpraticasonoammessesoloalcune combinazioni di m ed n. : 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) STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 33 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 34 : 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. : Primary Rate Interface Utilizzata per utenza affari. Permette di raggruppare diversi canali B in un unico canale H: H0-6B-384kb/s H11-24B kb/s - equivalente a DS1 H12-30B kb/s - equivalente a E1 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 35 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 36 Pag. 6

7 : Raggruppamenti Funzionali e PuntidiRiferimento TE2 TA S R S-bus TE1 S NT2 T NT1 U Raggruppamenti funzionali Insiemi di dispositivi che eseguono una o più precise funzioni. Assimilabili alle entità del modello OSI. Identificati come: NT1, NT2 TE1,TE2,TA STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 37 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 38 Puntidiriferimento Individuano le separazioni fra raggruppamenti funzionali. Assimilabili alle interfacce, gli (N)-servizi, del modello OSI. Identificati come: R,S,T,U NT1 Network Termination 1 Confine tra utente e rete Controllato dal fornitore di servizio Espleta le funzioni dello strato 1 OSI Esegue monitoraggio linea trasmissiva e segnala malfunzionamenti Multipla i canali d utente sul mezzo trasmissivo Risolve l accesso al canale in presenza di più canali logici multiplati a pacchetto STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 39 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 40 NT2 Network Termination 2 Dispositivo intelligente per gestione servizio o per estensione del servizio su rete privata Esempi: PBX, Bridge, Gateway, Espleta le funzioni dello strato 2 OSI Espleta fino alle funzioni dello strato 3 OSI Può includere capacità di commutazione per gestione di reti private virtuali su TE1 Terminal Equipment type 1 Terminale utente fornito di interfaccia Esempi: Telefono, Fax, Segreteria telefonica, etc Più TE1 possono essere collegati allo stesso NT2 (in Italia fino ad 8 TE1) Il collegamento verso NT2 è fatto tramite un cavo a quattro fili (S-bus) STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 41 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 42 Pag. 7

8 TE2 - Terminal Equipment - type 2 Terminale utente NON fornito di interfaccia Esempi: Telefono analogico, Fax analogico, terminali con RS-232, Il collegamento verso lo S-bus è fatto tramite un adattatore (TA) InItaliasipossonocollegarefinoa2telefoni analogici ad un S-bus TA - Terminal Adapter Adatta i terminali non ai servizi Fornisce le funzioni di livello OSI STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 43 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 44 PuntidiRiferimento R-Rate compatibile con raccomandazione X O V S - System compatibile con standard T-Terminal separa rete da estensione utente U-User NO standard - CONCORRENZA Segnalazione in La segnalazione per si chiama Signalling System Number 7 - SS#7 Segnalazione a canale comune con messaggistica a pacchetto Ha assunto il ruolo di protocollo di segnalazione di uso generale STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 45 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 46 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 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 47 ADSL: scenario di utilizzo STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 48 Pag. 8

9 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) ÿþýü ADSL: apparati di centrale Filtro/modemPOTS: funzione duale del filtro splitter dell utente, separa flussi voce e dati DSLAM (DSL Access Multiplexer): riceve flussi dati diversi e li convogliasuununico canale STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 49 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 50 Le reti CATV si chiamano anche Hybrid Fiber Coax (HFC) headend fiber Sono pensate per funzionamento unidirezionale Reti di accesso HFC remote node coax tap amplifier 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 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 51 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 52 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 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 53 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 ÿÿÿ ÿÿÿ λ 1 λ 2 λ 3... λ N ÿÿÿ ÿÿÿ λ ONU 1 receiver laser ONU λ i receiver laser λ ONU N receiver laser STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 54 Pag. 9

10 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 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 55 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 FTTH :Fiber To The Home FTTB :Fiber To The Building Optical Fiber ONU xdsl ONT ONT NT Twisted Pair ONU NT FTTC:Fiber To The Curb FTTCab :Fiber To The Cabinet FTTx FTTH FTTB FTTC FTTCab STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 56 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 Accesso Radio Mobile Tecnologie wireless in fase di sviluppo: GPRS UMTS Bluetooth STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 57 STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 58 Accesso Radio Mobile Reti satellitari GEO MEO LEO Piattaforme stratosferiche STRATO FISICO RETI DI ACCESSO - 59 Pag. 10