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Sergio Scippacercola » 12.La trasmissione dei dati e reti


Argomenti

  • Definizione di Telematica
  • La trasmissione delle informazioni
  • Concetto e classificazione delle reti
  • Metodi di accesso alla rete
  • Introduzione a Internet
  • Servizi ed applicazioni di Internet

Modulo sviluppato in collaborazione con il prof. Pierangelo Savarese

Le reti e le trasmissioni dati I

La disciplina che mira a considerare nel loro complesso le problematiche inerenti sia le tecnologie costruttive delle reti, sia quelle implementative del software, che le utilizza come struttura per la trasmissione di informazioni, è la telematica. Il termine ‘telematica’ deriva dall’unione delle parole telecomunicazione e informatica.
La telematica tratta della trasmissione a distanza delle informazioni fra sistemi informatici e del loro impiego in ‘remoto’, cioè quando l’utilizzatore si trova distante dal sistema informatico stesso.

Le reti e le trasmissioni dati II

Una grandezza fisica che varia con continuità fra il suo valore massimo ed il suo valore minimo e quindi assume tutti i valori ivi compresi, si dice di tipo analogico. Al contrario una grandezza che assume solo un numero finito di valori e passa dall’uno all’altro in maniera tanto rapida, da potersi ritenere discontinua, è di tipo digitale.
La trasmissione dell’informazione su distanze elevate, richiede di dover trasferire il contenuto informativo su di un segnale di tipo analogico, che diviene così il veicolo di trasporto dei bit che rappresentano l’informazione (tale segnale viene denominato ‘portante‘).


Ampiezza di un’onda sinusoidale

Il segnale portante è un segnale ad andamento sinusoidale (vedi figure), le sue grandezze caratteristiche sono l’ampiezza, la fase e la frequenza.
Si può trasferire l’informazione sul segnale portante, variandone una delle sue grandezze caratteristiche.


Fase di un’onda


Frequenza di un’onda portante

Frequenza (numero di ripetizioni della sinusoide in un secondo)

1 Hz = (1 volta al secondo) 4 Hz = 4 volte al secondo


Modulazione di un’onda portante

L’operazione di trasferire l’informazione binaria sul segnale portante e quindi trasmetterlo, prende il nome di ‘modulazione‘. L’operazione inversa, cioè di estrarre, all’atto della ricezione,  l’informazione binaria da un segnale portante modulato, si chiama ‘demodulazione‘. Il dispositivo che realizza questi due processi (la modulazione durante la trasmissione e la demodulazione durante la ricezione) prende il nome di ‘modem‘.


Trasmissione di 001100


Canali e banda passante

Canale di trasmissione: doppini telefonici – cavi coassiali – fibre ottiche – onde radio

Banda passante = freqmax – freqmin

Ognuno dei mezzi di trasmissione citati (cavi, fibre ottiche, lo spazio) è   caratterizzato dal fatto di lasciar passare certe frequenze e non altre. Le frequenze di segnale che un mezzo trasmissivo lascia passare sono sempre comprese fra un valore minimo ed uno massimo. La differenza fra questi due valori è la ‘banda passante‘, che è la caratteristica più importante di un mezzo trasmissivo.


Velocità di trasmissione

Velocità di trasmissione = numero di bit trasferiti dalla sorgente del messaggio al destinatario nell’unità di tempo.

  • Kbit/sec (Kilobit = 103 bit)
  • Mbit/sec (Megabit = 106 bit/sec)
  • Gbit/sec (Gigabit = 109 bit)

Esempio calcolo tempo trasmissione

Il tempo necessario per trasferire un file = bit da trasferire/velocita’ linea

Es.:

t =1 MByte/56 Kbit/sec=8.388.608/56000bit/sec=150 secondi ca

Modalità di trasmissione

Trasmissione seriale. Avviene un bit per volta, questo implica che i byte in uscita da un computer vengono  trasmessi un bit per volta.  In fase di ricezione  i bit ricevuti sono “parallelizzati” per ricostruire i byte originali e consentirne la successiva elaborazione.
Trasmissione parallela. Solo per collegamenti su brevissime distanze, come all’interno dei computer, fra CPU e memoria, oppure fra un p.c. ed una periferica, si trovano collegamenti ‘paralleli’, nei quali cioè il trasmettitore ed il ricevitore sono collegati da almeno otto conduttori ed è quindi possibile trasmettere i dati un byte per volta.
Half e full duplex. Nei collegamenti su rete geografica la comunicazione avviene generalmente in modalità full duplex, con la quale ciascun dispositivo può contemporaneamente trasmettere e ricevere dati a differenza dell’half duplex dove o si trasmette o si riceve.


Rete di trasmissione I

Una rete è costituita di linee (connessioni fisiche) e di nodi.

Le linee rappresentano una connessione fisica diretta tra due nodi (si tratti di cavo, fibra ottica, di onde radio, di una connessione comunque stabilita);
I nodi sono i dispositivi connessi dalle linee ed in base alla loro funzionalità si possono considerare come:

  • Intermediate System se svolgono il compito di trasferire informazioni all’interno della  rete (si tratta di dispositivi come switch, router, bridge, etc.).
  • End System se sono  la sorgente o la destinazione finale delle informazioni trasmesse (computer, stampanti, terminali).

Rete di trasmissione II

Sono intermediate system:

  • Multiplexer (linee-linea)
  • Bridge (LAN-LAN)
  • Router (istradatori)
  • Gateway (protocollo A-protocollo B)
  • Hub (computer-dispositivi-rete)

I multiplexer servono a concentrare il traffico di più linee su di una sola.
I bridge servono ad estendere l’area coperta da una rete locale, collegando più reti locali fra di loro.
I router il cui compito è di instradare i dati quando sorge il problema di stabilire quale sia il cammino da fargli seguire nella rete.
I gateway provvedono al collegamento di reti che utilizzano protocolli di trasmissione diversi.
Gli hub servono a realizzare diramazioni della connessione fra computer e dispositivi.


La commutazione

La commutazione è il meccanismo mediante il quale viene stabilito un particolare cammino per i pacchetti di dati, scegliendolo tra tutti quelli possibili:

  • Commutazione di messaggio
  • Circuito virtuale
  • Commutazione di pacchetto

Commutazione di messaggio

La commutazione di messaggio si realizza quando viene stabilito un percorso elettrico continuo che collega il trasmettitore ed il ricevitore, tale collegamento viene mantenuto per tutta la durata della trasmissione, durante la quale i tratti che lo compongono sono usati in esclusiva dal mittente e dal destinatario.

Commutazione di circuito

La commutazione di circuito, stabilito il percorso per i dati, questo viene ancora mantenuto per tutta la durata della trasmissione, ma su ogni tratto di collegamento si possono trovare pacchetti che fanno parte di trasmissioni diverse.


Commutazione di pacchetto

Con la commutazione di pacchetto i pacchetti di dati vengono instradati sui tratti di percorso che risultano più convenienti, al momento stesso del loro transito, fermo restando che lo stesso tratto viene condiviso fra diverse trasmissioni.


Classificazione delle reti secondo l’estensione

  • LAN – Local Area Network (estensione: edificio/i)
  • WLAN – Wireless LAN  (estensione: edificio)
  • MAN -  Metropolitan Area Network  (estensione: città)
  • WAN – Wide Area Network (estensione: regione/nazione/stato)
  • GAN -  GLOBAL Area Network (estensione: Continentale/Mondiale)

Classificazione delle reti secondo la topologia (nodi e interconnessioni) I

La struttura della rete costituita dai nodi e dalle relazioni di interconnessione tra di essi è detta topologia. Nella prima figura è rappresentata una struttura a bus; nella seconda è riportata una connessione a stella.

A bus

A bus

A stella

A stella


Classificazione delle reti secondo la topologia (nodi e interconnessioni) II

Nella prima figura è rappresentata una struttura ad anello; nella seconda è riportata una connessione di tipo misto (collapsed bus).

Ad anello

Ad anello

Collapsed bus

Collapsed bus


Metodo di accesso alla rete I

In tutte le reti esiste il problema di disciplinare l’accesso ad un mezzo di trasmissione, che deve essere usato un po’ da tutti i computer che vi sono connessi. Sebbene i  metodi di accesso siano diversificati, essi sono fondamentalmente riconducibili a tre tipi base.
Contesa: è il metodo adottato sulle LAN Ethernet, ogni computer prima di comunicare, ascolta se sulla linea è presente un segnale elettrico, segno che un altro computer la sta utilizzando; se non c’è segnale, allora inizia la propria trasmissione, altrimenti aspetta un intervallo di tempo casuale ed ascolta di nuovo. Ciò malgrado, può capitare che due computer inizino a trasmettere contemporaneamente, si verifica perciò una ‘collisione‘ dei due segnali, che determina la perdita dell’informazione. I computer però riconoscono questo fenomeno e provvedono a ripetere la trasmissione, non subito però, ma dopo aver aspettato per un intervallo di tempo la cui durata è stabilita casualmente per ciascuno, di modo che la collisione non si ripeta.

Contesa

Contesa


Metodo di accesso alla rete II

Token Passing: questa tecnica è adottata sulle LAN ad anello, un particolare messaggio detto ‘token’, viene trasferito ciclicamente da un computer ad un altro, solo il computer che riceve il token è abilitato a trasmettere. Il computer destinatario di un messaggio, dopo averlo ricevuto, trasmette a sua volta un token, che abilita il successivo computer a trasmettere.

Token (messaggio) Passing

Token (messaggio) Passing


Metodo di accesso alla rete III

Polling – Selecting: è un metodo di accesso adottato di solito quando c’è un mainframe, al quale sono connessi numerosi terminali. In questo caso nessuno dei terminali può iniziare una trasmissione di sua iniziativa. Il mainframe interroga (polling) ciclicamente ciascuno dei terminali, chiedendo se hanno dati da trasmettere, in caso di risposta affermativa di un terminale, questo è abilitato  ad effettuare la sua trasmissione. Quindi il mainframe passa ad interrogare il terminale successivo. Data la rapidità con cui si ripete il ciclo di polling sui terminali, gli operatori hanno comunque l’impressione di essere costantemente connessi al mainframe.

Polling – Selecting

Polling – Selecting


Tipi di collegamento a WAN I

Linea telefonica commutata.

Il collegamento mediante una normale linea telefonica commutata è il più economico ed è comunemente adottato per il collegamento domestico di un p.c. ad Internet.

Linea telefonica commutata: LINEA ALTERNATIVA

Linea telefonica commutata: LINEA ALTERNATIVA


Tipi di collegamento a WAN II

ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line).
Questo tipo di connessione, realizzabile mediante una comune linea telefonica (Fig. 11) è stato concepito per sfruttare l’intera banda passante del collegamento telefonico, che è molto più ampia di quella che viene impegnata da una conversazione.

ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line)

ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line)


Tipi di collegamento a WAN III

ISDN (Integrated Service Digital Network).
I gestori di rete telefonica pubblica forniscono opzioni di connessione mediante questo standard che consente di integrare la trasmissione di messaggi vocali con quella di dati e immagini.

ISDN (Integrated Service Digital Network)

ISDN (Integrated Service Digital Network)


Tipi di collegamento a WAN IV

Linea dedicata.
Una linea per trasmissione dati da usare in esclusiva, è una soluzione adatta, ad esempio, per connettere due reti locali, poste in sedi distanti di una stessa azienda.

Linea dedicata

Linea dedicata


Tipi di collegamento a WAN (CELLE)

Telefonia mobile.

La diffusione capillare dei telefoni mobili e la loro crescente capacità di fornire prestazioni più complesse della semplice conversazione, fanno sì che questo mezzo diverrà probabilmente il più importante sistema di accesso alle applicazioni su Web. Diamo perciò un cenno sullo sviluppo di questa tecnologia.
I telefoni ‘cellulari‘ devono il loro nome alla particolare rete che li supporta: infatti l’area coperta dalla rete è suddivisa in piccole zone – le celle appunto – in ognuna delle quali vi è un dispositivo ricevitore/trasmettitore, al quale tutti i telefoni presenti nella zona si ‘registrano’ automaticamente (se tenuti accesi) e che a sua volta comunica costantemente ad una centrale di commutazione principale, i numeri dei telefoni registrati. In questo modo la ‘centrale’, riesce a localizzare la cella in cui si viene a trovare ciascun telefono e quindi a stabilire la  comunicazione fra due telefoni indipendentemente dalla loro posizione.


Tipi di collegamento a WAN

Diverse tecnologie di comunicazione mobile:
TACS: la prima generazione di telefonia mobile, basata su una tecnica di trasmissione analogica, oggi non più in uso.
GSM: introduce la trasmissione digitale e la possibilità di comunicazioni internazionali, adotta un microprocessore all’interno del telefono: la SIM card, la velocità di trasmissione di circa 10 kbit/sec è adatta alla conversazione ma non alla connessione in Web.
GPRS: si appoggia alla rete GSM migliorandone notevolmente le prestazioni, raggiunge i 40 kBit/sec. e rende possibili applicazioni e-mail e Internet, con tempi di risposta analoghi ad una linea commutata.
EDGE: è un perfezionamento delle precedenti tecnologie, si basa ancora sulla rete GSM ma raggiunge i 200 kbit/sec.
UMTS: è una rete innovativa, separata e diversa dalla GSM, che consente velocità di 384 kbit/sec. e superiori – sufficienti per applicazioni di video chiamata e videoconferenza, precedentemente non disponibili


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