eedi di mezziezzi trasmissivi trasmissivi giorgio · giorgio porcu ‐tipologie di reti e di mezzi...

Tipologie di Reti e di Mezzi trasmissiviGiorgio Porcu

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MMODULOODULO

88Tecnico delle attività di installazione,

2012 Giorgio Porcu –

Aggi

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0/20

TTIPOLOGIEIPOLOGIE DIDI RRETIETIEE DIDI MMEZZIEZZI TRASMISSIVITRASMISSIVI

ec co de e a à d s a a o e,configurazione, manutenzione e riparazione reti informatiche

©

012

8MODULO

SSOMMARIOOMMARIO

TTIPOLOGIEIPOLOGIE DIDI RRETIETI EE DIDI MMEZZIEZZI TRASMISSIVITRASMISSIVI

•• Reti di computerReti di computer

A li i i d ll tiA li i i d ll ti


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0/20•• Applicazioni delle retiApplicazioni delle reti

•• Risvolti sociali delle retiRisvolti sociali delle reti

•• Classificazione delle retiClassificazione delle reti

•• Dispositivi di reteDispositivi di rete

•• Basi teoriche della comunicazioneBasi teoriche della comunicazione

©

22Giorgio Porcu ‐ Tipologie di Reti e di Mezzi trasmissivi

•• Mezzi trasmissivi vincolatiMezzi trasmissivi vincolati

•• Mezzi trasmissivi non vincolatiMezzi trasmissivi non vincolati


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Reti di computerReti di computer

DefinizioneDefinizione

• Rete di computer

d l b ( h )


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0/20Insieme di elaboratori (computer, host)

interconnessi da una singola tecnologia per: comunicazione condivisione risorse

©


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Reti di computerReti di computer

Rappresentazione graficaRappresentazione grafica

• Rappresentazione di una Rete di computer

f d


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0/20Grafo costituito da

Nodi: i singoli host, computer o dispositivi elettronici connessi alla rete

Archi: i mezzi fisici di trasmissione che consentono la comunicazione tra computer

©



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Applicazioni delle retiApplicazioni delle reti

Ambiti di utilizzoAmbiti di utilizzo

I tipici ambiti di utilizzo delle reti odierne sono bili i t t i


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0/20raggruppabili in tre categorie:

• Applicazioni aziendali

• Applicazioni domestiche

• Utenti mobili

©


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• Applicazioni aziendali


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0/20 Condivisione risorse: programmi, dispositivi ma

soprattutto dati e informazioni

Comunicazione e collaborazione: E‐Mail, VoIP, Audio/Video, Desktop condiviso

E‐Commerce: acquisto e vendita beni e servizi

©

online

Uso VPN (Virtual Private Network) per connettere reti locali situate in luoghi diversi in un’unica rete



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0/20 Connessione a Internet: accesso a servizi e

informazioni su rete globale

Condivisione risorse locali: dispositivi e dati

Comunicazione: E‐Mail, Messaggistica istantanea, Social Network, Wiki, Forum specialistici

©


Intrattenimento: fruizione e distribuzione Audio/Video (MP3, IPTV, Streaming), Videogiochi in rete, Casino online

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0/20 E‐Commerce: acquisto e vendita beni, aste

Domotica: Monitoraggio e controllo remoto di dispositivi elettronici, elettrodomestici

©



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• Utenti mobili


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0/20 Connessione a Internet: accesso a rete globale e

suoi servizi, attraverso dispositivi portatili (mobili) e reti wirelessIn generale Wireless ≠ Mobilità: la tecnologia senza fili può essere usata anche da dispositivi fissi e dispositivi mobili possono comunicare anche via cavo!

©


Telefonia cellulare: Comunicazione audio, SMS

Smartphone: Connessione Internet, Utilizzo applicazioni in rete

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• Utenti mobili


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0/20 GPS: Georeferenziazione applicata a servizi

M‐commerce: Pagamento tramite SMS o applicazione su smartphone per importi di piccola entità in negozi dotati di apposita tecnologia

Reti di sensori: sensori su oggetti di uso comune

©


che raccolgono e scambiano informazioni

Wearable computer: “computer da indossare” che forniscono servizi su dispositivi miniaturizzati


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Risvolti sociali delle retiRisvolti sociali delle reti

TematicheTematiche

Le reti di computer consentono pressochè a chiunque di distribuire contenuti di ogni genere e renderli


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0/20di distribuire contenuti di ogni genere e renderli

disponibili in tempi brevissimi a una moltitudine di persone.

Tale considerazione è valida soprattutto considerando l’ampia diffusione della rete globale Internet e dei suoi servizi: Siti E‐Mail Forum Chat Social network

© servizi: Siti, E Mail, Forum, Chat, Social network.

Ciò ha determinato una serie di risvolti sociali e relative problematiche di non semplice risoluzione.


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TematicheTematiche

• Opinioni personaliResponsabilità degli operatori di rete o dell’autore?


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0/20Responsabilità degli operatori di rete o dell autore?

• Violazione diritti d’autoreResponsabilità dei programmi peer‐to‐peer, dei provider o di chi scarica materiale protetto da copyright?

• Politica dei provider di rete e della legislazioneE’ l it bl i i t i l t tili bili ©

E’ lecito bloccare servizi potenzialmente utilizzabili per infrangere i diritti d’autore?E’ lecito censurare opinioni “scomode”?E’ lecito bloccare l’accesso di singoli utenti?



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TematicheTematiche

• Sorveglianza E‐Mail/ Traffico datiE’ lecito che i datori di lavoro o lo Stato controllino i


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0/20E lecito che i datori di lavoro o lo Stato controllino i

contenuti di E‐Mail e Dati di dipendenti e cittadini?

• Diritto privacy: cookie, raccolta informazioni personali senza autorizzazione esplicita

• Informazioni non veritiere: pubblicazione di notizie (volutamente o inconsapevolmente) false

©

• Contenuti indesiderati: spam

• Contenuti dannosi: virus, malware

• Contenuti criminali: phishing, truffe


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Risvolti socialiRisvolti sociali

TematicheTematiche

• Distinzione utente umano/programmaCome stabilire con certezza che l’accesso a un


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0/20Come stabilire con certezza che l accesso a un

servizio in rete è eseguito da un utente umano e non da un programma, magari a scopi malevoli?

• Scommesse e Casino onlineSono eticamente corretti?Sono legali?

L i l i i diff ti © • Legislazioni differenti

Ogni paese ha leggi diverse sull’uso dei servizi di rete: come conciliarle?



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Classificazione delle retiClassificazione delle reti

ModalitàModalità

E’ possibile classificare le reti in diversi modi, t d t di l i t i


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0/20tenendo conto di alcuni parametri:

• Per tecnologia di trasferimento dati

• Per modello di trasmissione dati

• Per topologia

©

• Per dimensione

• Per tipologia di commutazione


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Per tecnologia di trasferimentoPer tecnologia di trasferimento

• Reti broadcastC i i t tti


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0/20Comunicazione uno‐tutti

• Reti multicastComunicazione uno‐molti

• Reti punto a punto (unicast)Comunicazione uno‐uno

©



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• Reti broadcast


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0/20I dati inviati da un host sono ricevuti da tutti gli altri

della rete, indistintamente.

L’host che riceve un dato può verificare se non è di sua pertinenza e scartarlo.

©


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• Reti multicast


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0/20I dati inviati da un host sono ricevuti da un

sottoinsieme degli host della rete

©



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• Reti punto a punto (unicast)


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0/20La comunicazione avviene tra coppie di host:

sorgente e destinazione.

Possono esistere punti (dispositivi) intermedi di passaggio delle informazioni lungo il cammino.

©


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Per modello di trasmissionePer modello di trasmissione

• Modello Client‐ServerL’h t Cli t i hi d i i l’h t S li ff


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0/20L’host Client richiede servizi, l’host Server li offre

• Modello Peer‐to‐Peer (P2P)Ogni host offre e riceve servizi in contemporanea

©



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• Modello Client‐Server


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0/20Tra due host in comunicazione sulla rete:

Chi richiede servizi (dati, informazioni) è detto Client

Chi offre servizi (dati, informazioni) è detto Server

In un singolo istante ciascun host può agire da Client o da Server a seconda che richieda o offra servizi

©

Nell’accezione più tipica un host è definito in generale Client o Server se nel suo uso tipico nel tempo agisce come fruitore o datore di servizi


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• Modello Peer‐to‐Peer (P2P)


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0/20Due host comunicano in modo paritario sulla rete,

inviando e ricevendo informazioni in contemporanea.

In altri termini non è possibile, nel tempo, individuare tra i due un Client e un Server.

©



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Per topologiaPer topologia

• Reti ad anello


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0/20• Reti a bus

• Reti a stella

• Grafo completo (Maglia)

©


012


Per topologia: ad anelloPer topologia: ad anello

• Reti ad anello


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0/20Gli host condividono un unico mezzo trasmissivo di

forma circolare o sono collegati in serie ad anello.

L’invio dei dati avviene generalmente in unico senso

©



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Per topologia: a busPer topologia: a bus

• Reti a bus


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0/20Gli host condividono un unico mezzo trasmissivo

lineare (bus) con dispositivi terminatori agli estremi o sono collegati in serie lineare.

©


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Bus/Anello: uso e problemiBus/Anello: uso e problemi

Le topologie a bus e ad anello sono state utilizzate per realizzare fisicamentele prime LAN Ogni host era


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0/20realizzare fisicamentele prime LAN. Ogni host era

collegato a un unico cavo di rame mediante un interfaccia di rete con spina a vampiro.

Presentano un grosso svantaggio: se un host o un’interfaccia si guasta, la rete globale è inutilizzabile.

©



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Per topologia: a stellaPer topologia: a stella

• Reti a stella


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0/20Ogni host è collegato a un dispositivo concentratore

(hub o switch nelle reti cablate, access point nelle reti wireless) che gestisce la comunicazione.

©


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Stella: uso e vantaggiStella: uso e vantaggi

La topologia a stella è oggi la più utilizzata fisicamente per costruire LAN


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0/20per costruire LAN.

A differenza delle reti ad anello e bus, il concentratore centralizzato ha il vantaggio di garantire la funzionalità della rete anche in caso di guasto dei singoli host.

©



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Per topologia: grafo completoPer topologia: grafo completo

• Grafo completo (maglia)


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0/20Ogni host è collegato direttamente a ciascun altro

host della rete con un cavo (o altro canale trasmissivo) dedicato.

E’ la topologia migliore per prestazioni, ma rimane teorica ( l b l l ©


(irrealizzabile per costi e limitifisici) se il numero di host è maggiore di poche unità.

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Topologia: fisica, logica e astrazioneTopologia: fisica, logica e astrazione

Le topologie elencate sinora sono usate per classificare le reti sia in termini fisici che a livello logico Alcune (ES:


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0/20le reti sia in termini fisici che a livello logico. Alcune (ES:

bus/anello) sono infatti obsolete nella realizzazione fisica, ma utili per spiegarne la logica di funzionamento in alcuni standard di comunicazione.

Inoltre, se nei grafi utilizziamo i nodi per designare intere reti invece di singoli host possiamo sfruttare i

© intere reti invece di singoli host, possiamo sfruttare i

modelli topologici per descrivere a livello astratto la struttura generale di reti complesse (le cosiddette reti interconnesse).



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Per dimensione Per dimensione

• PAN


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0/20• LAN

• MAN

• WAN

• Internetworking (internet)

©

• Internet


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Per dimensione Per dimensione

Introduciamo un’importante definizione li i


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0/20preliminare:

Rete = Host + Sottorete

• HostDispositivi fisici di elaborazione (Computer) connessi alla rete.

©

• SottoreteInsieme delle linee di comunicazione e degli elementi di commutazione della rete (infrastruttura).



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Per dimensione : PANPer dimensione : PAN

• PANP l A N t k


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0/20Personal Area Network

Rete personale di piccole dimensioni (pochi metri). Connette dispositivi tipicamente utilizzati e posseduti da un unico utente.Utilizza spesso collegamenti wireless (Bluetooth, IrDA…).

© IrDA…).


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Per dimensione : LANPer dimensione : LAN

• LANL l A N t k


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0/20Local Area Network

Rete locale, di dimensioni contenute (stanza, laboratorio, singolo edificio).

Utilizza solitamente una topologia a stella con hub o switch. Si interfaccia all’esterno con un router.Se la rete esterna è analogica necessita per ©

Se la rete esterna è analogica necessita per l’interfaccia anche di un modem.

In una LAN Host e Sottorete appartengono allo stesso proprietario.



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Per dimensione : LANPer dimensione : LAN

Se la LAN utilizza mezzi trasmissivi wireless si chiama WLAN (Wireless LAN) e il concentratore prende il


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0/20WLAN (Wireless LAN) e il concentratore prende il

nome di Access Point.

ES: Rete Domestica composta da PC e periferiche collegate tra loro da uno switch (mediante cavi) o un Access Point (connessione senza fili), connessa a Internet tramite ISP con un

© connessa a Internet tramite ISP con un

modem/router


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Per dimensione : MANPer dimensione : MAN

• MANM t lit A N t k


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0/20Metropolitan Area Network

Rete metropolitana, delle dimensioni di una città.

ES: Rete TV via cavo negli USA.Molte città statunitensi sfruttano un’unica antenna per ricevere i canali televisivi; i segnali A/V i i ti i ll i l bit i i ©

A/V sono inviati via cavo alle singole abitazioni.Sulla stessa rete è possibile fornire servizi Internet sfruttando l’infrastruttura preesistente.



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Per dimensione : WANPer dimensione : WAN

• WANWid A N t k


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0/20Wide Area Network

Rete di ampie dimensioni (nazione, continente).

In una WAN Host e Sottorete hanno proprietari diversi: la Sottorete è gestita da un provider, gli Host appartengono a privati o aziende.

©

Se la WAN è gestita da un provider di servizi che fornisce connettività Internet ai clienti è detta anche Rete ISP.


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Per dimensione : internetPer dimensione : internet

• Internetworking (internet)


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0/20Insieme generico di reti interconnesse.

Se le reti utilizzano regole di comunicazione HW/SW (protocolli) differenti, è necessario un dispositivo intermedio detto gateway per adattarle.

©



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Per dimensione : InternetPer dimensione : Internet

• Internet


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0/20Interconnessione di WAN e Reti ISP a livello globale

per fornire servizi specifici (WWW, E‐Mail… )

©


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Gerarchia di retiGerarchia di reti

E’ utile immaginare le varie PAN, LAN, MAN, WAN come una gerarchia di reti che connettendosi tra loro a vari


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0/20una gerarchia di reti che, connettendosi tra loro a vari

livelli mediante router e dispositivi intermedi, creano internet più grandi sino alla rete globale Internet.

LAN 1

WAN 1

MAN 1

©


LAN 2

LAN 3WAN 2PAN 1


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Gerarchia di retiGerarchia di reti

Questo significa che la struttura portante (sottorete globale) di Internet è un insieme di mezzi trasmissivi e


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0/20globale) di Internet è un insieme di mezzi trasmissivi e

router a vari livelli gerarchici che veicolano i dati.

LAN 1

WAN 1

MAN 1

©


LAN 2

LAN 3WAN 2PAN 1

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Per tipologia di commutazione Per tipologia di commutazione

• Commutazione di circuitoCi it i t l t t d ti t i


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0/20Circuito virtuale tra sorgente e destinatario

• Commutazione di pacchettoPacchetti instradati singolarmente tramite router

©



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• Commutazione di circuito


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0/20Tra Sorgente e Destinatario è stabilito un percorso

dati prefissato detto circuito virtuale. Tutte le comunicazioni seguono tale percorso.

ES: Rete telefonica analogica PSTN.Tra chiamante e il ricevente si stabilisce,

di t l t li di t i © mediante le centrali di commutazione, un

percorso fisico per la chiamata.


012



• Commutazione di pacchetto


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0/20I dati inviati per la comunicazione sono scomposti in

piccoli blocchi ordinati detti pacchetti.

Ogni pacchetto è instradato separatamente e segue percorsi anche diversi attraverso router intermedi.

I pacchetti possono giungere a destinazione anche in

©

ordine diverso dall’invio; sono riassemblati dall’host ricevente nella sequenza originale.

ES: Rete Internet



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Dispositivi di reteDispositivi di rete

Principali dispositivi Principali dispositivi

Riepiloghiamo i principali dispositivi di rete i t ti i l l tt i ti h


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0/20incontrati sinora e le loro caratteristiche:

• HostGenerico dispositivo (computer) connesso a una rete

• HubDispositivo concentratore passivo connesso a n host.

© p p

Inoltra i dati ricevuti da un host a tutti gli altri cui è collegato.Utilizzato nelle LAN; è oramai superato dagli switch.


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• SwitchC t t “i t lli t ” h t


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0/20Concentratore “intelligente” connesso a n host.

Inoltra i dati ricevuti da un host direttamente al solo host destinazione. Utilizzato nelle LAN.

• RouterDispositivo instradatore. Invia i pacchetti ricevuti al

t i l it t i li © router successivo sul percorso ritenuto migliore per

raggiungere la destinazione.Verifica dinamicamente la situazione della rete.Utilizzato da una rete per interfacciarsi all’esterno.



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• GatewayDi iti i t di di i t ti


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0/20Dispositivo intermedio di connessione tra reti con

differenti tecnologie di comunicazione (protocolli).

• ModemDispositivo di comunicazione tra una rete digitale e una analogica. Converte il segnale analogico in di it l i ©

digitale e viceversa.


012

Basi teoriche della comunicazioneBasi teoriche della comunicazione

Aspetti fondamentaliAspetti fondamentali

• Modello generale di comunicazione


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0/20

• Segnali analogici e digitali

• Analisi di Fourier

©



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Modello di comunicazioneModello di comunicazione



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0/20Descrive le entità coinvolte in una generica

comunicazione: la Sorgente invia Informazione al Destinatario sfruttando un Canale (o Mezzo trasmissivo) sul quale è presente un Disturbo.

S t D ti t iInformazione

©


Sorgente Destinatario

DISTURBO

CanaleCanale

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Modello di comunicazioneModello di comunicazione



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0/20E’ adatto a descrivere in generale qualunque forma di

comunicazione.

Nel caso di telecomunicazioni (comunicazioni a lunga distanza attuate con dispositivi elettronici) viene adattato per considerare le varie tecnologie di t f i d ll’i f i tt t i ©

trasformazione dell’informazione attuate prima dell’invio e dopo la ricezione.

Si giunge così al modello della pagina successiva.



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Modello di telecomunicazioneModello di telecomunicazione

• Modello generale di telecomunicazione


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0/20

BloccoTrasmittente

BloccoRiceven

te

DemodulazioneDemodulazione

Demodulatore

DecodificaDecodifica

Decodificatore

DemultiplazioneDemultiplazione

Demultiplexer

ModulazioneModulazione

Modulatore

CodificaCodifica

Codificatore

MultiplazioneMultiplazione

Multiplexer

ConversioneConversione ConversioneConversione

DISTURBO

CanaleCanale

Informazione

©


TrasduttoreTrasduttore

Sorgente Destinatario

AttuatoreAttuatore

ConversioneConversione

ADC

ConversioneConversione

DAC

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SegnaliSegnali

• Segnalef i di d


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0/20Informazione rappresentata mediante una grandezza

fisica. Nelle telecomunicazioni si usano soprattutto: Segnali elettrici Segnali elettromagnetici Segnali ottici

©



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Segnali elettrici ed ElettricitàSegnali elettrici ed Elettricità

• Segnale elettricol h l d l


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0/20Segnale che utilizza una grandezza elettrica

(solitamente la tensione) per rappresentare l’informazione

• ElettricitàInsieme dei fenomeni fisici riguardanti le forze

©

elettromagnetiche. Nelle telecomunicazioni si usa:

Come Energia per il funzionamento dei dispositivi

Come Segnale per veicolare l’informazione


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Rappresentare un Segnale nel tempoRappresentare un Segnale nel tempo

• Grafico tensione/tempo


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0/20Rappresentazione della variazione di un segnale

elettrico nel tempo.

vTensione V

©


t Tempo t


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Segnale AnalogicoSegnale Analogico

• Segnale analogicoS l h ò i fi iti l i l t


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0/20Segnale che può assumere infiniti valori nel tempo.

Nei segnali elettrici è solitamente rappresentato da un onda. La sua forma più tipica è detta sinusoide:

v

Infiniti valorid ©


t

di tensione V

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Segnale DigitaleSegnale Digitale

• Segnale digitaleS l h l t fi it


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0/20Segnale che assume nel tempo un numero finito

(determinato) di valori.

v

Valori finitid ©


t

di tensione V


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Segnale BinarioSegnale Binario

• Segnale binarioS l di it l h l t lt t d


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0/20Segnale digitale che assume nel tempo soltanto due

valori, rappresentati logicamente da 0 (valore bassoo Low) e 1 (valore alto o High).

v

2 Valorid

1

©


t

di tensione V0

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Segnale periodicoSegnale periodico

• Segnale periodicoS l (A l i Di it l ) h i i t l l


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0/20Segnale (Analogico o Digitale) che si ripete uguale nel

tempo a un intervallo regolare detto periodo.La sinusoide è un tipico segnale periodico analogico.

v

©


t

Periodo


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Periodo, FrequenzaPeriodo, Frequenza

• Periodo TI t ll di t l l l i di i


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0/20Intervallo di tempo nel quale un segnale periodico si

esprime completamente. Si misura in secondi [s].

• Frequenza fNumero di volte in cui un segnale si esprime completamente nell’unità di tempo (secondo).Si i i H t [H ] ©

Si misura in Hertz [Hz].

Periodo e frequenza sonoinversamente proporzionali:


1T

f

1f

T

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Analisi di FourierAnalisi di Fourier

• Teorema di FourierF i di t ò il t t i lt t di


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0/20Fourier dimostrò il seguente teorema, risultato di

fondamentale importanza pratica nel campo delle telecomunicazioni:

Ogni segnale periodico può essere scomposto nella somma di infinite sinusoidi a frequenze diverse, multiple intere di quella del segnale originario ©

multiple intere di quella del segnale originario.

Le sinusoidi che, sommate, ricostruiscono il segnale originario sono dette armoniche.



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• Teorema di Fourier generalizzatoI li i di i ll


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0/20I segnali possono essere non periodici, ma nella

pratica delle telecomunicazioni hanno sempre una durata finita nel tempo.

Immaginiamo che un segnale non periodico di durata finita si ripeta all’infinito sempre uguale a se stesso: risulterà periodico di periodo pari alla sua durata ©

risulterà periodico di periodo pari alla sua durata.

Con questo accorgimento il teorema di Fourier è applicabile a tutti i segnali.


012



• Teorema di Fourier: interpretazione grafica


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0/20

=

Armonica 1frequenza f1


+

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Segnale originariofrequenza f


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12/10/2012

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• Analisi nel dominio della frequenzaA li d il T di F i i di


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0/20Applicando il Teorema di Fourier possiamo disegnare

un diagramma delle armoniche in cui è scomposto ciascun segnale: nell’asse orizzontale riportiamo le frequenze, nell’asse verticale l’ampiezza di ciascuna armonica.La sua valutazione prende il nome di analisi nel

© La sua valutazione prende il nome di analisi nel

dominio della frequenza.L’insieme delle componenti armoniche è detto spettro del segnale ed è virtualmente infinito.


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• Analisi nel dominio della frequenza


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A Armoniche

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f

Spettro

f1 f2 f3 …

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