Reti e Comunicazione PDF

La comunicazione attraverso la rete  Comunicazioni con le nuove tecnologie Comunicazione nel “recente passato” - stampa - radio - televisione La comunicazione, utilizzando i moderni strumenti ha creato: - comunità globale social network smartphone smart TV  Comunicazione tra di...

La comunicazione attraverso la rete  Comunicazioni con le nuove tecnologie Comunicazione nel “recente passato” - stampa - radio - televisione La comunicazione, utilizzando i moderni strumenti ha creato: - comunità globale social network smartphone smart TV  Comunicazione tra dispositivi MITTENTE DESTINATARIO messaggio da inviare messaggio ricevuto codificatore decodificatore trasmettitore ricevitore Segnale CANALE DI TRASMISSIONE  Comunicazione tra dispositivi Mittente: entità che invia i dati Destinatario: entità che riceve i dati Messaggio: oggetto della comunicazione  Comunicazione tra dispositivi Segnale: grandezza fisica, variabile nel tempo, che trasporta il messaggio codificato sul canale di comunicazione Codificatore: trasforma il messaggio in un formato compatibile con il canale di comunicazione Trasmettitore: apparato che invia fisicamente il messaggio sul canale di comunicazione  Comunicazione tra dispositivi Canale di trasmissione: rappresenta la connessione tra trasmettitore e ricevitore, permette il trasporto dei dati (es: segnale elettrico, ottico, onde radio) Ricevitore: apparato che riceve fisicamente il messaggio dal canale di comunicazione Decodificatore: trasforma il segnale ricevuto dal canale di comunicazione in un messaggio comprensibile dal destinatario  Modalità di comunicazione Definite in base a come variano nel tempo i ruoli di trasmettitore (T) e ricevitore (R) monodirezione simplex ruoli T/R rigidamente assegnati (per tutta la durata trasmissione 1 canale di del collegamento). Es: TV “tradizionale” half duplex T/R possono scambiarsi i ruoli – ma i due ruoli non possono essere assunti bidirezione contemporaneamente. Es: walkie-talkie trasmissione 2 canali di full duplex T/R contemporaneamente. Es: telefono  Modalità di comunicazione Simplex T R Half duplex T R R T Full duplex T/R T/R  Modalità di comunicazione Distinzione in base al numero di destinatari.. quando il messaggio viene ricevuto da: unicast: unico destinatario – point to point – multicast: gruppo di destinatari (es: programma Sky) broadcast: tutti i destinatari (es: radio, TV)  Modalità di comunicazione Unicast Multicast Broadcast  Segnale analogico e digitale Attraverso il canale di comunicazione, il segnale utilizzato per trasportare i dati può essere: segnale analogico: infiniti valori nell’intervallo, varia nel tempo con continuità segnale digitale: varia in modo discreto, assume in un intervallo un numero finito di valori  Segnale analogico e digitale Segnale analogico Segnale digitale  Efficienza di un canale trasmissivo - Ogni dispositivo e canale di trasmissione ha un valore max di larghezza di banda: frequenza più elevata con la quale si può passare da un livello di segnale a un altro (Hz – hertz) strettamente legato con il concetto di: - velocità di trasmissione – transfer rate – (bps – bit per secondo): volume di dati trasferito nell’unità di tempo (Kbps , Mbps, Gbps) velocità di trasmissione nominale: volume di traffico max che il canale può supportare velocità di trasmissione reale: misurazione che avviene in un intervallo di tempo definito (vel. reale < vel. nominale)  Efficienza di un canale trasmissivo Tempo di bit: tempo necessario per la trasmissione di un singolo bit 1 Tempo di bit = ______________________ velocità di trasmissione Tasso di errore: bit ricevuti errati Error rate = __________________ un canale di trasmissione ideale bit trasmessi ha tasso di errore pari a 0  Tecniche di controllo dell’errore Consentono di rilevare la ricezione di dati inconsistenti e di richiedere la ritrasmissione del dato non corretto  Controllo di parità (orizzontale) Aggiunge ad ogni byte trasmesso 1 bit di controllo alla fine per rendere il numero tot. di bit a 1 sempre pari (parità pari) o sempre dispari (parità dispari) - se errore di 1 bit, il ricevitore si accorge, ma non è in grado di correggerlo, ma il dato viene scartato - svantaggio: numero pari di errori non viene rilevato  Controllo di parità (orizzontale) pari esempio 1 101101110 101101110 101111110 BIT DI PARITÀ ERRORE NUMERO DI BIT 1: DISPARI  Codice di ridondanza ciclico (CRC) - Si basa su calcolo polinomiale - La probabilità che si verifichino sequenze di errori è molto bassa  Tecniche di recupero dell’errore Permettono, in caso di un errata ricezione di un dato, risalire all’informazione originale. - Tecnica della richiesta di ritrasmissione: ricevitore si accorge dell’errore, invia un messaggio di non conferma al trasmettitore affinché ritrasmetta il dato - Esistono codici autocorrettivi (es: codice di Hamming). Non richiedono una ritrasmissione, ma il loro utilizzo non è frequente in quanto causano ridondanza (notevole volume di traffico dati)  Componenti HW della rete Si dividono in dispositivi mezzi fisici  Dispositivi Si suddividono a loro volta in: dispositivi terminali (end devices) dispositivi intermedi (intermediary devices)  Dispositivi terminali Detti anche host, utilizzati per accedere ai servizi della rete (personal computer, tablet, smartphone... ) Per poter essere collegati alla rete, devono essere dotati di una scheda di rete (NIC – Network Interface Card) Il collegamento alla rete può essere effettuato via cavo via wireless  Dispositivi intermedi - Permettono la connettività e lo scambio di dati all’interno delle reti - Sono trasparenti all’utente finale Repeater: rigenerano e ritrasmettono il segnale Hub: sono “concentratori” e connettono più dispositivi Switch, acces point: collegano più dispositivi e garantiscono più comunicazioni contemporanee Router: instradano correttamente i messaggi in una rete geograficamente estesa. Sono in grado di scegliere i percorsi migliori (anche alternativi) Firewall: proteggono le reti da accessi e traffico non desiderato  Mezzi fisici di trasmissione Supporti attraverso i quali il segnale che trasporta i dati si propaga dal mittente verso il/i destinatario/i. Conduttori in rame e fibre ottiche (sono detti “mezzi guidati”) - si basano sulla propagazione di onde elettromagnetiche - Wireless (sono detti “mezzi a onda libera”) - senza cavo in entrambe le ‘modalità’, si ha una propagazione di onde elettromagnetiche  Conduttori in rame - Trasportano un segnale di natura elettrica. - Cavo coassiale (poco utilizzato) e doppino - Derivato dal cavo telefonico, è costituto da 4 coppie di fili di rame isolati (il doppino telefonico ne possiede solo 2). Ogni coppia di fili è intrecciata (twisted) per evitare interferenze elettromagnetiche (diafonia). - A causa del fenomeno dell’attenuazione, la lunghezza max. di un doppino è circa 100 metri.  Versioni del doppino non schermato (UTP – Unshielded Twisted Pair) schermato (STP - Shielded Twisted Pair) ogni coppia è avvolta da un foglio metallico che protegge da interferenze elettromagnetiche FTP (Foil Twisted Pair) compromesso tra UTP e STP Un unico foglio avvolge le coppie di fili  Connettore RJ-45 Le caratteristiche dei connettori tipo plug a 8 poli utilizzati nel cablaggio del doppino sono definiti nello standard RJ-45  Fibra ottica Trasporta un segnale luminoso generato da un LED oppure da un laser a semiconduttore; questo segnale viene ricevuto da un fotodiodo che genera un impulso elettrico quando viene colpito dalla luce. - core (nucleo) di fibra di vetro ove si propaga il segnale luminoso - cladding (mantello) strato che ricopre il nucleo - guaina protettiva: materiale plastico che riveste il tutto Fibra ottica core: nucleo cladding: mantello coating: guaina protettiva  Tipologie di fibra ottica monomodale: ha come sorgente di luce un raggio laser trasporta un solo raggio di luce lunghezza anche di 10 km multimodale: ha come sorgente di luce un diodo LED trasmissione contemporanea di diversi raggi luminosi lunghezza circa 2 km  Connettori SC e ST connettore ST (Straight Tip) connettori SC (Subscriber Connector)  Trasmissioni wireless Bluetooth (WPAN – Wireless Personal Area Network) definita dallo standard 802.15 (distanza di pochi metri) Wi-Fi collega PC, smartphone a una rete locale mediante apparati detti Access Point. Definita dallo standard IEEE 802.11 - 802.11a - 802.11b - 802.11g - 802.11n (Wi-fi 4) - 802.11ac (Wi-fi 5) - 802.11ax (Wi-fi 6)  UMTS (.. un po’ di storia.. ) La trasmissione UMTS (Universal Mobile Telecommunications Sytem), utilizzata nell’ambito della telefonia cellulare, è una comunicazione di tipo digitale - voce: transfer rate 12.2 Kbps - videochiamata: transfer rate 64 Kbps - trasmissione dati: transfer rate 384 Kbps  Trasmissione di informazioni digitali In un dispositivo elettronico i dati sono memorizzati in forma digitale Nei canali di comunicazione, possono essere trasmessi sia in forma digitale che analogica Nel caso di trasmissione dati su un canale analogico - in fase di trasmissione il mittente deve essere dotato di un modem (modulatore/demodulatore) che trasformi il segnale da digitale ad analogico - il destinatario deve possedere anch’esso un modem per l’operazione inversa (trasformazione da analogico a digitale) Modulazione: combinare un segnale analogico – portante – con un segnale digitale – modulante – che codifica il dato da trasmettere  ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) Definito broadband (banda larga) - alcuni MHz (superiore alla banda utilizzata dal servizio telefonico ~3Khz) non ha richiesto l’installazione di nuove linee (sfrutta le linee telefoniche già esistenti) il segnale “dati” è separato dal segnale “fonico” Asimmetria tra la velocità di download e upload  Commutazione Insieme delle operazioni che avvengono nei dispositivi interni (intermedi) della rete e che consentono la comunicazione tra i dispositivi finali (terminali) commutazione di circuito (circuit-switching) commutazione di pacchetto (packet-switching)  Commutazione di circuito Stabilita una connessione fisica (temporanea e dedicata) tra due nodi che vogliono comunicare (es: comunicazione telefonica tradizionale) instaurato un circuito fisico che collega i due interlocutori  Commutazione di circuito una volta instaurato il collegamento, avviene la comunicazione una volta terminata la comunicazione, il collegamento viene ‘abbattuto’ Le fasi previste nella comunicazione sono: instaurazione della connessione trasmissione delle informazioni abbattimento della connessione  Commutazione di circuito Vantaggi: capacità trasmissiva del canale garantita più facile controllare se i dati sono intercettati non servono informazioni aggiuntive nei messaggi per specificare l’indirizzo del destinatario  Commutazione di circuito Svantaggi: esclusività tra i due nodi (se un terzo interlocutore volesse comunicare con un nodo impegnato in una connessione, troverà il nodo ‘occupato’) nel caso di malfunzionamento di un apparato intermedio, la comunicazione si interrompe (sarà necessario ripristinarla) se il mittente interrompe la connessione senza abbattere la connessione, il canale rimane impegnato (non utilizzabile da altri) costi elevati (canale unicamente dedicato ad una sola trasmissione)  Commutazione di pacchetto Non viene preventivamente creato un collegamento fisico i messaggi scambiati sono suddivisi in unità dati (pacchetti)  Commutazione di pacchetto I dispositivi interni della rete memorizzano i pacchetti che ricevono, e in base all’indirizzo di destinazione li instradano (su una determinata porta di uscita) → tecnica store and forward - ogni pacchetto è un unità dati a se stante - pacchetti della stessa comunicazione possono percorrere strade diverse per arrivare alla stessa destinazione - l’ordine di arrivo dei pacchetti può essere diverso rispetto all’ordine di partenza  Commutazione di pacchetto Ogni pacchetto contiene un intestazione che contiene (tra le varie informazioni): indirizzo mittente indirizzo destinatario numero di sequenza del pacchetto all’interno del messaggio La dimensione del pacchetto è un parametro critico: se troppo grande: monopolizza le linee di trasmissione per troppo tempo se troppo piccolo: aumento notevole delle informazioni aggiuntive  Commutazione di pacchetto Vantaggi: connessione fisica condivisa tra più trasmissioni (costi più bassi) in caso di guasto di apparati intermedi i pacchetti raggiungono la destinazione attraverso percorsi alternativi i dati (pacchetti) possono essere trasmessi appena pronti (non è necessario attendere che venga instaurata la connessione)  Commutazione di pacchetto Svantaggi: traffico aggiuntivo di dati (dovuto alle informazioni aggiuntive – vedi intestazione) eventuali e potenziali ritardi dovuti alla store and forward problemi di sicurezza dovuti alla condivisione del canale di trasmissione  Il sistema telefonico mobile (.. un po’ di storia.. ) Nato ed evoluto per una sempre maggior esigenza di navigare in internet, utilizzare social network, inviare mail utilizzando dispositivi (smartphone, tablet) che utilizzano modalità di comunicazione wireless Standard che si sono susseguiti nel corso degli anni:  Il sistema telefonico mobile (.. un po’ di storia.. ) 1G (1980 – 1990 circa) voce analogica sulla rete mobile. Protocolli AMPS, TACS 2Kbps 2G (1990 – 2000 circa) sistema GSM: trasmissione della voce in modalità digitale. SMS. Comunicazioni cifrate (per evitare intercettazioni) 64Kbps  Il sistema telefonico mobile (.. un po’ di storia.. ) 3G (2000 – 2010 circa) Mail. Download da internet. Chat. Comparsa degli smartphone Standard (maggiormente utilizzato): UMTS 144Kbps - 2Mbps 4G (2010 – 2020 circa) Aumento della capacità e velocità di trasmissione 100Mbps - 1Gbps 5G (dal 2020 circa) Tecnologia attuale 1Gbps - ?  Il sistema telefonico mobile - noto come rete cellulare - la rete telefonica è suddivisa in aree chiamate celle (esagonali) - ogni cella fa riferimento ad una stazione di comunicazione - ad ogni stazione assegnata una frequenza differente dalle stazioni adiacenti per evitare interferenze tra segnali