I.T.I.S. Carlo Zuccante Venezia Mestre Triennio di specializzazione in Informatica, sperimentazione ABACUS. Materia: Sistemi per l elaborazione e la trasmissione dell informazione Insegnante: Stefano Lazzarini http://sistemidigitali.altervista.org stefano.lazzarini@libero.it Relazione programma del quinto anno Alunno Matteo Vitturi 5ISD Anno Scolastico: 2010/2011
CATEGORIE DI SISTEMI INFORMATICI Centralizzati Distribuiti Centralizzati: I sistemi centralizzati sono dotati di una sola C.P.U. Si possono distinguere in sottocategorie a seconda del numero di processori che possiedono: UNIPROCESSORI: sono dotati di un solo processore. MULTIPROCESSORI: sono dotati di più processori. Distribuiti: I sistemi distribuiti sono dotati di più di una C.P.U. Ai sistemi informatici distribuiti appartengono: - MULTICOMPUTER: Le varie C.P.U. non possono distanziarsi di più di qualche metro. - RETI DI COMPUTER: Insieme di sistemi per l elaborazione automatica dell informazione collegati ad uno stesso sottosistema di telecomunicazione al fine di scambiarsi informazioni e/o condividere alcune risorse, per esempio stampanti. Le varie C.P.U. non hanno limiti di distanza tra di loro. Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 1
- INTER-RETI: Le inter-reti sono reti di reti di calcolatori. Un esempio di inter-rete è internet, i cui componenti sono reti di reti di calcolatori, oppure le intranet aziendali. Si dividono in reti locali, reti metropolitane e reti geografiche. CATEGORIE DI RETI DI CALCOLATORI 1. Reti locali (Local Area Network - LAN): Il diametro massimo dell area coperta dalle reti locali non supera qualche Km, se due edifici sono divisi da suolo pubblico NON possono avere una stessa rete locale. 2. Reti Metropolitane (Metropolitan Area Network - MAN): Il diametro massimo dell area coperta dalle reti metropolitane può arrivare a qualche decina di Km. Il sottoinsieme di telecomunicazioni utilizzato è di proprietà di una società concessionaria di servizi di telecomunicazioni. 2 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
3. Reti geografiche (Wide Area Network - WAN) Il diametro massimo dell area coperto dalle geografiche non ha alcun limite di dimensioni. PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEL SOTTOSISTEMA DI TELECOMUNICAZIONI 1. Velocità di trasferimento: La velocità di trasferimento è definita come la quantità di informazioni che il sottosistema di telecomunicazioni è in grado di trasferire da un terminale a un altro nell unità di tempo. La quantità di informazioni si misura in bit, mentre come unità di tempo viene preso il secondo o il minuto. Misura in bps (bit per second) o multipli: Kbps=10 3 bps, Mbps=10 6 bps, Gbps=10 9 bps. LAN: Centinaia o migliaia di Mbps. MAN: Qualche decina di Mbps. WAN: Qualche Mbps. 2. Ritardo di transito: Il ritardo di transito è definito come il tempo che intercorre tra l invio e la ricezione di una unità di informazione. Misura in secondi o sottomultipli: ms=10-3 s, µs=10-6 s, ns=10-9 s. 3. Tasso d errore: LAN: Qualche decina di µs. MAN: Qualche centinaia di µs. WAN: Qualche ms. Il tasso d errore è il rapporto tra la quantità di informazione ricevuta in modo errato e la quantità di informazione complessivamente trasmessa in un certo periodo di tempo ad uno stesso sistema della rete. Non ha unità di misura. Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 3
LAN: Talmente basso da poter essere trascurato. MAN: Trascurabile. WAN: Non trascurabile. TOPOLOGIA È una branca della matematica che studia la forma geometrica applicata alle reti di calcolatori, si occupa delle reti come insieme di nodi congiunti tra loro da archi. Topologia di una rete locale - BUS Trasmissione in modalità broadcast. Pregi: Molto semplice. Difetti: Se due o più stazioni trasmettono contemporaneamente un segnale, questo di distrugge, quindi si avrà una perdita di informazioni. - STELLA Trasmissione in modalità broadcast. Anche in questa topologia se due o più stazioni trasmettono contemporaneamente i due rispettivi segnali si distruggono reciprocamente. Se l HUB si guasta o viene spento la comunicazione tra le stazioni è impossibile. 4 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
- ANELLO Trasmissione in modalità broadcast. Le stazioni si collegano attraverso le interfacce. Anche in questa topologia si possono distruggere i segnali. Principale difetto: se si spezza un cavo dell anello il segnale non può più raggiungere le stazioni che vengono dopo. Le topologie possono unirsi formandone di miste, ad esempio: HUB: Ne esistono due differenti tipi: STUPIDI : Si limitano a ricevere il segnale e a re inviarlo a tutte le stazioni. INTELLIGENTI : Ricevono il segnale, lo elaborano, guardano a che stazione è diretto e lo inviano solo a questa. Sono anche detti SWITCH. Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 5
Topologia di reti metropolitane - DISTRIBUTED QUEUE DUAL BUS (DQDB) Schema logico: Schema Fisico (come realmente è): I due bus inviano continuamente delle celle vuote, a quando un interfaccia riceve una cella con delle informazioni, la trasmette sia alla propria stazione che all interfaccia successiva. Quando una stazione deve trasmettere un dato attende la prima cella vuota, appena l interfaccia la riceve la cattura, la trasmette alla stazione che la modifica e la re invia all interfaccia successiva. I messaggi trasmessi vengono ricevuti da tutte le stazioni successive o precedenti. La trasmissione è in modalità broadcast orientato. 6 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
Topologia delle reti geografiche - ALBERO I nodi sono collegati da archi tra loro in modo da formare un albero rovesciato. Archi = n Nodi - 1 - A CICLO Archi = Nodi - A MAGLIA Archi Quando Archi = la maglia viene detta completa, viceversa incompleta. Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 7
MODALITA DI TRASMISSIONE DEI MESSAGGI SU UNA RETE GEOGRAFICA - A commutazione di circuito I nodi intermedi vengono detti commutatori elettrici. Il costo è direttamente proporzionale alla durata della comunicazione, non alla grandezza del messaggio. Il ritardo di transito t è proporzionale alla lunghezza del circuito. - A commutazione di messaggio Quando la sorgente invia un messaggio, questo si ferma ad ogni nodo, viene letto e rispedito ad un altro nodo finché non arriva a destinazione. 8 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
Quindi: Dove n è il numero di nodi intermedi, Lm è la lunghezza del messaggio e V tr è la velocità di trasferimento. - A commutazione di pacchetto Nella modalità di trasmissione a commutazione di pacchetto, il messaggio viene diviso in più pacchetti, ognuno dei quali si ferma in ogni nodo, viene letto e rispedito al nodo successivo finché non arriva a destinazione l intero messaggio. Dove n è il numero di nodi intermedi, Lp è la lunghezza del pacchetto e V tr è la velocità di trasferimento. SEGNALE Un segnale è una forma d energia che rappresenta informazioni e che si propaga su di un particolare mezzo fisico dalla sorgente dell informazione fino alla sua destinazione. Sistema di telecomunicazione Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 9
Tipo di segnale Natura Energia Mezzo Fisico Forma Elettrico Elettrica Fili conduttori Analogico/Digitale Ottico Luminosa Fibre ottiche Digitale Radio Elettromagnetica Nessuno Analogico Tipi di segnali - ANALOGICI: Sono segnali le cui caratteristiche possono variare in ogni istante. Esempio: - DIGITALI: Sono segnali le cui caratteristiche possono cambiare solo in determinati istanti di tempo. Esempio: Modulazione La modulazione è una tecnica che consente di inserire un informazione in un segnale analogico. Demodulazione La demodulazione è una tecnica che consente di estrarre un informazione contenuta in un segnale analogico. 10 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
Periodo di cifra (Tb) Il periodo di cifra è l intervallo tra l inizio e la fine della trasmissione di un bit d informazione. Velocità di trasferimento dell informazione La velocità di trasferimento dell informazione è uguale al reciproco del periodo di cifra. Esempio: Se Tb = 1ms V tr = = 10 3 bps = 1 Kbps Oppure se V tr = 10 Mbps Tb = = = 0,1*10-6 = 0,1µs Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 11
LA CODIFICA A LIVELLI (segnale digitale) b i Vs t Vs 0 LOW HIGH 1 HIGH LOW Sorgente: Destinazione: 12 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
LA CODIFICA MANCHESTER b i Vs t Vs 0 1 Sorgente (M+) Destinazione Se il trasmettitore emette una lunga sequenza di 0 e di 1 se ci sono dei disturbi il ricevitore potrebbe sfasare di mezzo t il clock invertendo così il segnale da 0 a 1. Per evitare ciò, si può precodificare il segnale prima di trasmetterlo, in questo modo: Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 13
BITS Codifica di canale 000 0001 001 0011 010 0101 011 0111 100 1000 101 1010 110 1100 111 1110 CODIFICA MANCHESTER DIFFERENZIALE Il ricevitore esegue la X-OR tra un periodo e quello precedente. 14 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
TIPI DI CODIFICA Codifica di linea È l operazione che inserisce il bit d informazione nel segnale da trasmettere sulla linea (codifica a livelli, codifica Manchester) Codifica di canale La codifica di canale è un operazione che trasforma la sequenza di bit generata dalla sorgente in un altra sequenza di bit adatta ad essere trasmessa sul canale di comunicazione. CODIFICA DI CANALE DI TIPO nb/mb ( n < m ) Codifica di sorgente È usata per rappresentare l informazione da trasmettere sotto forma di sequenza di bit. Tipi Di Informazione Caratteri Suoni Immagini Codifica Di Sorgente Codice ASCII Wav Avi, Jpg, Gif Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 15
TECNICHE DI MODULAZIONE Onda Portante È l energia che è in grado di propagarsi attraverso un mezzo fisico. Dove A è l ampiezza dell onda portante, è la frequenza e è la fase. ; TIPI FONDAMENTALI DI MODULAZIONE - ASK (Ampliage Shift Keying) - Modulazione di ampiezza - FSK (Frequency Shift Keying) - Modulazione di frequenza - PSK (Phase Shift Keying) - Modulazione di fase 16 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
Modulazione ASK Bit Ampiezza 0 A 0 = 0 1 A 1 = 1 Modulazione FSK Bit Frequenza 0 f 0 = f 1 f 1 = 2f Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 17
Modulazione PSK È la modulazione più usata. Bit 0 1 Fase Esistono anche delle varianti alla modulazione PSK, la 4PSK e la 8PSK Bit 4PSK 00 0 01 90 10 180 11 270 Bit 8PSK 000 0 001 45 010 90 011 135 100 180 101 225 110 270 111 315 i 18 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
MEZZI FISICI Attenuazione È il rapporto tra la potenza del segnale trasmesso e quella del segnale ricevuto dalla destinazione. Segnale di potenza Mezzo fisico Segnale di potenza Pt (potenza trasmessa) > Pr (potenza ricevuta) Esempio: Pt = 1W; Pr = 1mW MEZZI FISICI IN CASCATA CAVO LUNGO L METRI A[dBm] = (decibel per metro) Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 19
FREQUENZA DI TAGLIO INFERIORE (f - t ) e FREQUENZA DI TAGLIO SUPERIORE (f + t ) e BANDA PASSANTE Larghezza di banda La larghezza di banda è la differenza fra la f t + e la f t -. Rumore Il rumore è un segnale indesiderato che viene ricevuto dalla destinazione assieme a quello trasmesso dalla sorgente sul mezzo fisico. Segnale trasmesso di potenza Mezzo fisico Segnale ricevuto di potenza P st > P sr +P r P r = potenza del rumore IL RAPPORTO SEGNALE-RUMORE 20 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
TIPI DI RUMORE Rumore interno: cause Agitazione termica Eco Rumore esterno o disturbo: cause Interferenze Elettromagnetiche Capacità di un mezzo fisico La capacità di un mezzo fisico è la massima quantità di informazione che può essere trasferita nell unità di tempo nel mezzo fisico. TEOREMA DI SHANNON Maggiore è la banda e maggiore sarà la capacità. Esempio: ; Larghezza di Banda: B=3100 Hz Rapporto Segnale-Rumore: SNR 1000 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 21
MEZZI FISICI PER LA TRASMISSIONE DEI SEGNALI ELETTRICI 1. Cavi a coppie simmetriche (doppini) Sono composti da coppie di fili conduttori, ciascuno dei quali è rivestito da una guaina di materiale isolante. I due fili di ogni coppia sono intrecciati tra loro nel modo più simmetrico possibile. Un cavo contiene al suo interno più di una coppia di questo tipo, in modo da consentire la trasmissione di più canali contemporaneamente. Si cerca di eliminare il più possibile gli effetti del rumore esterno per mezzo del fenomeno fisico di cancellazione. IL FENOMENO DELLA CANCELLAZIONE Amplificando differenzialmente: IS + IR - ( - (IS - IR)) = IS + IR + IS - IR = 2IS TIPI DI CAVI A COPPIE SIMMETRICHE UTP (Unshielded Twisted Pair) - STP (Shielded Twisted Pair) - S/UTP (Screened UTP) - S/STP (Screened STP) - 22 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
CATEGORIE NELLE QUALI VENGONO USATI I CAVI A COPPIE SIMMETRICHE 1. Linee Telefoniche Analogiche 2. Linee Telefoniche ISDN 3. Fino a 16 MHz 4. Fino a 20 Mhz 5. Fino a 100 MHz 6. Fino a 250 MHz 7. Fino a 600 MHz 2. Cavi a coppie coassiali Sono composti da un filo centrale conduttore chiamato soul (anima) su cui viaggia la corrente di andata del segnale e da una maglia nella quale circola la corrente di ritorno. L anima è ricoperta da una guaina isolante a sua volta ricoperta da fili conduttori che fungono da schermo per le onde elettromagnetiche. CATEGORIE Segnali digitali: impedenza caratteristica = 50 Ω Segnali analogici: impedenza caratteristica = 75 Ω Il segnale viaggia a circa 200.000 Km/s Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 23
FIBRE OTTICHE Nucleo(25 µm) Mantello(125 µm) Attenuazione = 0,2 db/km Il materiale utilizzato nelle fibre ottiche è trasparente ed è un materiale plastico. Le fibre ottiche sono usate per comunicazioni a grande distanza. 0,2 db/km * 5 Km = 1 db => P rx 80% Ptx 0,2 db/km * 15 Km = 3 db => P rx 50% Ptx 0,2 db/km * 30 Km = 6 db => P rx 25% Ptx Come si è calcolato il valore in percentuale: Il principio utilizzato nelle fibre ottiche è quello della riflessione totale Velocità della luce: c = 300 * 10 6 m/s V materiale < c 24 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
INDICE DI RIFRAZIONE È definito come indice di rifrazione del materiale, il rapporto tra la velocità della luce e la velocità di propagazione all interno del materiale. Viene indicato con il simbolo n. L angolo di incidenza θ 1 è l angolo compreso tra il raggio incidente e la retta perpendicolare alla superficie di separazione che passa per il punto di incidenza. LEGGE DI SNELL: Supponiamo di avere 2 materiali plastici trasparenti con diverso indice di rifrazione e separati da una superficie piana. Se un raggio luminoso proveniente da uno dei due materiali colpisce la superficie di separazione, tale raggio verrà in parte riflesso, con angolo uguale all angolo di incidenza e in parte rifratto, cioè proseguirà all interno dell altro materiale con un angolo di rifrazione legato all angolo di incidenza dalla seguente relazione:, dove n 1 è l indice di rifrazione del primo materiale e n 2 è l indice di rifrazione del secondo materiale. => approssimando => n 1 * θ 1 n 2 * θ 2 Ma per un particolare valore di θ 2, più precisamente, il raggio luminoso incidente verrà solo riflesso, si verificherà quindi il fenomeno fisico della riflessione totale. Angolo Critico: θ c è definito come il più piccolo angolo di incidenza per il quale non vi è alcuna rifrazione. Se il raggio di incidenza è maggiore all angolo critico, allora tutto il raggio viene riflesso e non c è rifrazione, come avviene appunto nelle fibre ottiche. Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 25
PROBLEMI DELLE FIBRE OTTICHE Dispersione La dispersione limita la velocità di trasmissione nella fibra ottica. Questo è causato dal fatto che ogni segnale inviato con la fibra ottica è composto da numerosi raggi luminosi, che penetrano nel nucleo con differenti angoli di incidenza. Segnale Trasmesso: Segnale Ricevuto: Il segnale è attenuato in ampiezza e allungato nel tempo. La dispersione si può evitare inviando un unico raggio parallelo Il tipo di fibra ottica con nucleo di diametro inferiore a 10 µm viene detto MONOMODALE. Le fibre ottiche invece con nucleo di diametro superiore a 10 µm vengono dette MULTIMODALI. Dispersione Modale Cromatica Ogni segnale luminoso è formato da onde elettromagnetiche di frequenze diverse 26 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
DIAGRAMMA DI ATTENUAZIONE DI UNA FIBRA OTTICA λ A 1 µm 0,5 db/km 1,3 µm 0,5 db/km 1,6 µm 0,2 db/km B 1 fibre ottiche MULTIMODALI 500 m B 2 fibre ottiche MONOMODALI 10 Km B 3 fibre ottiche MONOMODALI 100 Km SEGNALI RADIO I segnali radio sono composti da energia elettromagnetica. LE ONDE ELETTROMAGNETICHE Le onde elettromagnetiche sono la sovrapposizione di due campi, quello elettrico e quello magnetico. In un periodo l onda si sposterà di una quantità di spazio, in quanto Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 27
Esempio: F = 1 MHz COME SI GENERA UN ONDA ELETTROMAGNETICA Dobbiamo avere un generatore di corrente alternata, in cui i due poli siano collegati a due fili la cui lunghezza è di ¼ della lunghezza d onda. Dipolo Herziano Guadagno di un dipolo rispetto l antenna isotropica è poco più di 2 db. Antenna Isotropica ; ; 28 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
Dove P rx è la potenza ricevuta, P tx è la potenza del trasmettitore, A sl è l attenuazione dello spazio libero, r è il raggio di propagazione dell onda e λ è la lunghezza d onda. L antenna isotropica genera onde elettromagnetiche che hanno la stessa intensità alla stessa distanza dal centro. Ogni antenna può rivelarsi sia come generatore che come rilevatore di onde elettromagnetiche. Se usiamo un antenna reale: Dove G tx e G rx sono rispettivamente il guadagno dell antenna trasmettitore e il guadagno dell antenna ricevitore. GUADAGNO DI UN ANTENNA Il guadagno di un antenna è il rapporto tra la potenza rilevata lungo la direzione di propagazione preferenziale dell onda e la potenza rilevabile nello stesso punto se si trasmette con un antenna isotropica. Il guadagno è una caratteristica dell antenna. Nella stessa antenna è il rapporto tra la potenza lungo la direzione di propagazione preferenziale dell onda e la potenza rilevabile nello stesso punto. Formula fondamentale delle telecomunicazioni Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 29
Formula fondamentale delle telecomunicazioni in mw La potenza si misura in dbmw o dbm POTENZA Esempio: P = 2 mw P[dBm] P[mW] 0 1 1 1,25 2 1,6 3 2 4 2,5 5 3,2 6 4 7 5 8 6,4 9 8 10 10 6 dbm = 3 dbm + 3 dbm 2 * 2 = 4 9 dbm = 6 dbm + 3 dbm 4 * 2 = 8 7 dbm = 10 dbm - 3 dbm 10 / 2 = 5 4 dbm = 7 dbm - 3 dbm 5 / 2 = 2,5 1 dbm = 4 dbm - 3 dbm 2,5 / 2 = 1,25 2 dbm = 9 dbm - 7 dbm 8 / 5 = 1,6 8 dbm = 6 dbm + 2 dbm 4 * 1,6 = 6,4 Classificazione delle onde elettromagnetiche Lunghezza d onda λ Gamma λ 1 mm Onde Radio 10 nm λ < 1mm Onde Luminose 1 pm λ < 10 nm Raggi X λ < 1 pm Raggi Gamma 30 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
Tipi di onde luminose Lunghezza d onda λ Tipo di onda luminosa 700 nm < λ < 1 mm Luce Infrarossa 400 nm λ 700 nm Luce Visibile 10 nm < λ < 400 nm Luce Ultravioletta Se λ = 1 mm Classificazione delle onde radio Frequenza Banda Utilizzi ELF? SLF Comunicazione sottomarine ULF Comunicazione sottomarine VLF Comunicazione sottomarine LF Radio AM MF Radio AM HF Comunicazioni in codice morse VHF Radio FM, aerei, polizia, TV commerciali, UHF TV commerciali, telefoni cellulari, reti wireless, Bluetooth SHF Radar, comunicazioni via satellite EHF Ponti radio, comunicazioni via satellite E = Extremely, L = Low, F = Frequency, S = Super, V = Very, U = Ultra, M = Medium, H = High. ACCESSO AL MEZZO FISICO DI COMUNICAZIONE Quando due o più sistemi trasmettono contemporaneamente sullo stesso mezzo fisico un segnale si verifica una collisione, rendendo così l informazione contenuta nei due segnali incomprensibile. Tecniche d accesso al mezzo fisico - DETERMINISTICHE Disciplinano l accesso in modo che in ogni istante una sola stazione possa trasmettere un segnale sul mezzo fisico condiviso e quindi le collisioni non possono essere possibili. o Token Passing Ring o Token Passing Bus Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 31
- PROBABILISTICHE Non impediscono il verificarsi delle collisioni ma cercano di renderle meno probabili. o Aloha o CSMA/CA Persistente o CSMA/CA Non Persistente o CSMA/CD Persistente o CSMA/CD Non Persistente Tecnica del Token Passing Ring (Deterministico) RETI LOCALI CON TOPOLOGIA AD ANELLO 32 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
Esempio: Solo quando la stazione riceve il gettone intero può trasmettere, trasmettendo il contrario dell ultimo bit. Quando è stato trasmesso il messaggio viene rimandato il codice del token. Tecnica del Token Passing Bus (Deterministico) Viene usata nelle reti locali con topologia bus Non c è relazione tra il percorso fisico delle stazioni e il percorso logico del token tra esse. Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 33
DA UN PUNTO DI VISTA LOGICO Per poter trasmettere una stazione deve prima attendere l arrivo del token, poi potrà inviare il messaggio, che viene ricevuto dalle stazioni contemporaneamente; dopo di ché viene ritrasmesso il token. Tecnica Aloha (Probabilistico) La risposta viene inviata anche alla stazione trasmettente per verificare la correttezza della risposta. Se due stazioni trasmettono contemporaneamente si verifica una collisione e non arriva una risposta a nessuno(viene inviata porcheria ). 34 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
Per evitare che le due stazioni trasmettano continuamente i messaggi assieme quando si verifica una collisione, le stazioni prima di poter trasmettere devono aspettare un tempo casuale. È inadatta però alla trasmissione di troppi messaggi a causa dell eccessivo numero di collisioni. ALGORITMO DI TRASMISSIONE (ALOHA) Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 35
Tecnica CSMA (Carrier Sense Multiple Acces) Questa tecnica è molto utilizzata nelle reti wireless. CSMA Persistente 36 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
CSMA Non Persistente Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 37
Tecnica CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detected) (Persistente e non) IL ROUND TRIP TIME È definito come il doppio del massimo ritardo di transito del segnale tra due stazioni di una rete con topologia a bus. Dove L è la lunghezza del mezzo fisico e V pr è la velocità di propagazione del segnale. Dove V tr è la velocità di trasferimento dei dati. Solo messaggi di lunghezza maggiore a questo valore possono essere individuati. 38 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
Esempio: L = 5 Km V pr = 200 * 10 6 m/s V tr = 10 Mbps LO STANDARD IEEE 802.3 Il Mezzo Fisico Sigla della specifica: V <tipo> L V = velocità di trasferimento espressa in Mbps (specifiche: es: 1, 10, 100, 1000)[solo potenze di 10] <tipo> = tipo del segnale sul mezzo fisico (Analogico = BROAD ; Digitale = BASE ) L = tipo di mezzo fisico e/o la sua lunghezza espressa in centinaia di metri (es: 2, 5, T, F) (2 sta per 200 metri, 5 per 500 metri, T per Cavo UTP quindi non più di 100 metri e F sta per Fibra Ottica) Esempio: 10BASE5 10: V tr = 10 Mbps BASE: segnale digitale 5: Cavo coassiale di al più 500 m SPECIFICA 10BASE5 Mezzo Fisico: Cavo coassiale di tipo RG8 (R=50Ω, diametro = 10 mm) Lunghezza Massima: 500m N Massimo Stazioni: 100 Codifica: Manchester Negativa (M-) Connettori: DB15(AVI) a 15 poli Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 39
CABLAGGIO DI UNA LAN CONFORME ALLA SPECIFICA 10BASE5 Può sia ricevere che trasmettere un segnale, codificandolo con la codifica Manchester, nel mezzo fisico. Rileva anche la presenza di collisioni. Il transceiver è collegato al cavo coassiale per un elettrodo a forma di ago che perfora la guaina fino a raggiungere il conduttore centrale. Il connettore si collega a un altro cavo composto da 15 fili conduttori elettrici isolati fra loro. Dall altra parte è collegato a un interfaccia di rete di una stazione. Allo stesso cavo coassiale possiamo mettere fino a 100 transceiver con 100 rispettive interfacce. RIPETITORE Collegando in questo modo possiamo avere fino a 300 stazioni. 40 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
RTT 51,2 s L msg 512 bit V tr = 10 * 10 6 bps L max ½ V pr * 51,2µs = 100 * 10 6 m/s * 51,2 * 10-6 s L max = 5120 metri (meno) Regola del 5-4-3-2-1 5. È il n massimo di segmenti di mezzo fisico lungo il percorso tra due stazioni qualsiasi della rete. 4. È il n massimo di ripetitori lungo il percorso tra due stazioni qualsiasi della rete. 3. È il n massimo di segmenti di mezzo fisico lungo il percorso tra due stazioni, ai quali si possono collegare altre stazioni. 2. È il n di segmenti di bus ai quali non è collegata alcuna stazione della rete. 1. È il n di domini di collisione Dominio di Collisione È l insieme delle stazioni di una lan che ricevono lo stesso segnale trasmesso sul mezzo fisico. SPECIFICA 10BASE2 Mezzo Fisico: Un cavo coassiale di tipo RG58(diametro esterno di circa 5 mm, impedenza caratteristica R=50Ω) Lunghezza: 200 m N Stazioni(numero massimo di stazioni collegabili): 30 Connettore: BNC Il terminatore serve per assorbire il segnale e evitare che venga riflesso, per quindi evitare il fenomeno dell eco. Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 41
SPECIFICA 10BASET Mezzo Fisico: Cavo UTP di categoria 3 (4 coppie simmetriche non schermate) Diametro: 3-4 mm Impedenza Caratteristica: R = 100Ω Lunghezza: 100 m N Stazioni: 2 Topologia: Stella Connettore: RJ45 Codifica: Manchester V tr : 10 Mbps Lo schema vale anche per collegare tra loro 2 hub. Si possono anche unire le varie specifiche ad un unico hub, seguendo la regole del 5-4-3-2-1, ad esempio in questo modo: 42 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
È necessario calcolare il RTT per ogni possibile coppia di stazioni (RTT < 51,2µs) Esempio: 100 stazioni Ritardo di un interfaccia: 1 µs Ritardo di un hub: 2 µs Esercizio: Se calcoliamo il RTT tra le due stazioni più distanti e questo risulta minore di 51,2 µs allora sicuramente anche il RTT tra tutte le altre stazioni è minore. Perché minore di 51,2µs? L msg 512 bit V tr = 10 Mbps L = 500 * 5 + 50 * 10 = 2500 + 500 = 3000 m Dove 1µs è il ritardo delle interfacce e i 2µs è il ritardo di transito per i ripetitori. Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 43
SPECIFICA 100BASETX Mezzo Fisico: Cavo UTP di categoria 5 (4 coppie simmetriche delle quali in realtà ne vengono utilizzate solo due, una per trasmettere e l altra per ricevere) Diametro: 3-4 mm Impedenza Caratteristica: R = 100Ω Lunghezza: 100 m N Stazioni: 2 Topologia: Stella Connettore: RJ45 Codifica: MLT - 3 CODIFICA MLT - 3 Se si deve trasmettere uno 0, si lascia invariato il livello, mentre per trasmettere un 1 il livello varia al valore opposto al precedente. 44 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
Schema a blocchi: SPECIFICA 100BASET4 Mezzo Fisico: Cavo UTP di categoria 3 Diametro: 3-4 mm Impedenza Caratteristica: R = 100Ω Lunghezza: 100 m N Stazioni: 2 Topologia: Stella Connettore: RJ45 Codifica: 8B6T 8 segnali binari e 6 segnali ternari 6 segnali ternari significa 3 6 combinazioni, quindi 729, ma ne vengono utilizzate solamente 256 RAPIDITÀ DI MODULAZIONE È definita come il numero di variazioni del segnale nell unità di tempo. Nella 8B6T: Il numero 4 dipende dal numero di bit Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 45
Nella MLT - 3 Dove n è il numero di bit trasmessi ad ogni periodo di cifra, e unendo le due leggi avremo che: Mezzo Fisico: Cavo UTP di categoria 5 Diametro: 4 mm Impedenza Caratteristica: R = 100Ω Lunghezza: 100 m N Stazioni: 2 Topologia: Stella Connettore: RJ45 Codifica: PAM - 5 Rapidità di modulazione: V m = 125 MBAUD n = 2 * 4 = 8 SPECIFICA 1000BASET V tx = n * V m = 8 * 125 * 10 6 = 1000 Mbps = 1 Gbps Regola generale (solo per specifiche a 100 Mbps): Il mezzo fisico che collega due stazioni non può mai superare i 200 metri e nel percorso tra due stazioni non possono esserci più di due ripetitori. Regola generale (solo per specifiche a 1000 Mbps): Il mezzo fisico che collega due stazioni non può mai superare i 200 metri e nel percorso tra due stazioni non può esserci più di un ripetitore. 46 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011
IL FORMATO DEL MAC FRAME I vari bit che transitano sul mezzo fisico formano delle sequenze di bit dette MAC frame (Medium Acces Control). Il significato di ogni bit dipende dalla sua posizione nel frame. Possiamo suddividere il frame in dei campi, o gruppi di bit, ciascuno dei quali ha un significato ben preciso. Il primo di questi campi viene detto Preambolo (Preambol) ed è composto dai primi 7 byte della frame, ovvero da 56 bit. La funzione di questo campo è quella di sincronizzare la stazione sorgente con le stazioni di destinazione della frame a livello di periodo di cifra (a livello di bit). Il preambolo contiene sempre la stessa sequenza di bit: PREAMBOLO: [10101010] x7 Con la codifica Manchester Negativa: Esempio: se V tr = 10 Mbps Abbiamo un onda quadra di periodo uguale a 2 Tb, quindi Terminato il preambolo viene trasmesso un altro campo, l SFD (Start Frame Delimiter), composto da 1 byte, ovvero 8 bit. L SFD contiene la combinazione 10101011. Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011 47
Con la codifica Manchester Negativa: Questo campo serve a segnalare l inizio vero e proprio della frame. Il primo campo della frame che contiene informazioni è il Destination Address, composto da 2 o da 6 byte. Il Destination Address contiene un codice binario che serve a identificare la stazione di destinazione. Ogni stazione della rete viene identificata da almeno un indirizzo, un codice binario anche detto MAC address. Tutte le stazioni quando ricevono la frame e dopo aver esaminato il Preambolo e l SFD esaminano il Destination Address, lo confrontano con il proprio e se è diverso scartano, altrimenti continuano ad esaminare gli altri campi. Il quarto campo è il Source Address, è lungo quanto il precedente e contiene l indirizzo della stazione trasmettente. Dopo il Source Address troviamo il Type, composto da 2 byte. Il contenuto di questo campo identifica il tipo di protocollo di comunicazione utilizzato dalle stazioni della rete al livello superiore. Può assumere un valore maggiore a 1500, il protocollo però non sarà più LLC. PROTOCOLLO DI COMUNICAZIONE: Un protocollo di comunicazione è un insieme di regole che due o più sistemi devono rispettare per poter comunicare tra di loro. Esempio: Due stazioni per trasmettere devono utilizzare la stessa codifica di linea. Il formato del mac frame è un altro esempio di regole che formano un protocollo di comunicazione di livello MAC. Un esempio di protocollo superiore al protocollo MAC è il protocollo IP, usato in internet. PROTOCOLLI DI LIVELLO SUPERIORE AL MAC Protocollo Significato Type IP Internet Protocol (0800) 16 LLC Logical Link Control (1500) 10 48 Matteo Vitturi 5ISD - Anno Scolastico 2010/2011