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Il livello fisico e Topologie di rete

Mauro Gaspari

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I protocolli sono realizzati sopra il livello fisico

Lo scopo del livello fisico è di trasportare un flusso grezzo di bit da una macchina all’altra.

Analizziamo nel dettaglio Le connessioni (reali) tra gli host Non si trattano messaggi Effetti di propagazione che possono modificare i segnali in

corso di trasmissione.

Il livello fisico

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Segnali e propagazione

Mittente

Segnale trasmesso

Mezzo di trasmissione

I segnali ricevutipossono essere

attenuati &distorti a causa

di effetti dipropagazione

Ricevente

Propagazione

Se i problemi di propagazione sono eccessivi il ricevente non sara' in grado interpretare il segnale trasmesso.

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Dati e segnali binari

15 Volts(0)

0 Volts

-15 Volts(1)

Segnaletrasmesso

0 0

1

Ci sono due stati (in questo casolivelli do voltaggio).

Uno, (alto) rappresenta uno 0. L’altro (basso) rappresenta un 1.

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Dati e Segnali binari

15 Volts(0)

Ciclo di clock

0 Volts

-15 Volts(1)

Segnaletrasmesso

0 0

1

Il tempo è diviso in cicli di clockLo stato rimane costante in ciascun

ciclo di clock.E può cambiare improvvisamente

alla fine di ciscun ciclo. Ogni ciclo di clock viene

spedito un bit.

NB. il segnale e' costanteall'interno di un ciclo di clock.

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Porta seriale 232

0 Volts

-15 Volts

15 Volts Clock Cycle

0 0

1

3 Volts

-3 Volts

0

1

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Attenzione agli effetti di propagazione

0 Volts

-15 Volts

15 Volts

Messaggiotrasmesso(12 Volts)

Messaggioricevuto(6 volts)

3 Volts

-3 Volts

0

1 Nonostante la perdita del 50% in voltaggio, il ricevente e' in grado

di capire che il messaggio non e' 0

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Dati e Segnali digitali

10

11

00

01 01

11

10

01

00Client PC Server

Nella trasmissione binaria, ci sono due stati.Nella trasmissione digitale, ci sono pochi stati (in questo caso, 4).Con quattro stati, è possibile spedire due bit di informazione per

ogni ciclo di clock: 00, 01, 10, and 11 La trasmissione binaria può essere vista come un caso base della

trasmissione digitale. Attenzione con il digitale ci sono piu' problemi con la propagazione.

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Baud per misurare i segnali digitali

10

11

00

01 01

11

10

01

00Client PCServer

Supponiamo che il ciclo di clock è di 1/10,000 di secondo.Allora il baud rate è 10,000 baud (10 kbaud).

Il bit rate che esprime il numero di bit trasmessi è di 20 kbps (due bit per ciclo di clock moltiplicati per 10,000 cicli di clock al secondo).

(Il bit rate da il numero di informazioni trasferite al secondo.)

Baud Rate =# di cicli di clock /Secondo

Baud: misura i cambiamenti al secondo

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Bit Rate versus Baud Rate

Numero diPossibili stati

Bit per ciclodi clock

2 (Binario)

4

8

16

1

2

3

4

Se il Baud Rate è 1,200 Baud,Il Bit Rate è

1,200 bps

2,400 bps

3,600 bps

4,800 bps

Raddoppiare gli stati significa trasmettere un bit in più per ciclo di clock

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Utilizzare un Modem per spedire dati binari su una linea di trasmissione analogica

Computer

Modem

Telefono

PSTNPublic Switched

Telephone Network

Segnali analogicimodulati

1 0 1 1

Modulazione D’Ampiezza (Altezza o Intensità)

1010010101

Dati Binari

1011 diventa alto-tenue-alto-alto

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Utilizzare un Modem per spedire dati binari su una linea di trasmissione analogica

Computer

Modem

Telefono

PSTN

Segnali analogicimodulati

1 0 1 1

Modulazione D’Ampiezza (Altezza o Intensità)

1010010101

Dati binaridemodulati

alto-tenue-alto-alto diventa 1011

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Spedire dati analogici su una linea digitale

Fonte diDati

analogici

Linea ditrasmissione

digitale

Codifica(encoding)

Decodifica(Decoding)

Segnale digitale110010101

(Esempio binario)

Segnale digitale110010101

(esempio binario)Diversi intervalliIl segnale analogico prodotto non è perfetto

Codec

Dato analogico

Dato analogico

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Dati e segnali: Modems Vs. Codecs

ModemDati digitali

(includono I dati binari)

CodecDati analogici

Segnale sulinea digitale

Segnale su lineaanalogica

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Mezzi di trasmissione

Diversi mezzi fisici Mezzi guidati (wire) ad esempio cavetti Mezzi non guidati (wireless) ad esempio radio

Caratteristiche Larghezza di banda Ritardo Costo Facilità di installazione

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Doppini vs UTP

doppini: due fili di rame isolati intrecciati (per ridurre interferenze elettriche) insieme in una forma elicoidale Diversi chilometri senza amplificazione Utilizzabili per trasmissioni analogiche e digitali Larghezza di banda dipende dallo spessore del filo e

dalla distanza percorsa (diversi megabit/s). Basso costo

UTP Unshielded Twisted Pair (non schermati) evoluzione dei doppini

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Unshielded Twisted Pair (UTP) con connettori RJ-45

Singolo doppino

Isolamento Protettivo in Teflon

Quattro coppie (ciascuna coppia e’ intrecciata)

C’e’ un isolamento attorno a ciascun cavo.

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Unshielded Twisted Pair (UTP) con connettori RJ-45

.

Non c’è isolamento metallico schermante intorno ai cavied intorno ai singoli doppini, il nome UTPderiva da questa caratteristica

Cavetto UTP

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Unshielded Twisted Pair (UTP) con connettori RJ-45

Un cavetto UTP termina con un connettore RJ-45 a 8-pinChe va inserito in un adeguata presaRJ-45 in uno switch NIC o nella parete. Pin 1 sulla sinistra della presa

RJ-45Presa

8-PinRJ-45

Connettore

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Unshielded Twisted Pair (UTP) con connettori RJ-45

RJ-45Connettori

Cavetto UTP

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Unshielded Twisted Pair (UTP) con connettori RJ-45

Conconnettore

RJ-45

4 coppieSeparate

Penna

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Rumore e attenuazione

Distanza

Segnale Livello di rumore(media)

Rumore

Potenza

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Rumore e attenuazione

Distance

Segnale Picco di rumore

Noise

Potenza

DannoLivello di rumore

(media)

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Rumore e attenuazione

Distance

Segnale

Noise Floor(average)

Noise

Signal-to-Noise

Ratio(SNR)

PotenzaSNR = Potenza Segnale / RumoreSe il SNR è alto gli errori sono rari

Il segnale che si propaga si attenua, E gli errori dovuti al rumore tendono

ad aumentare

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Cavi in Fibra Ottica

SorgenteDi luce(LED oLaser)

Cladding

Nucleo 8.3, 50or 62.5 Micron

RaggioDi luce

I raggi si riflettono nel nucleo/Sui limiti del cladding

125microndiameter

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Wavelength Division Multiplexing (WDM) nelle Fibre Ottiche

Sorgentedi luce 2

Sorgentedi luce 1

Nucleo della fibra ottica

Diverse sorgenti luminose trasmettono su diverse lunghezze d’ondaCiascuna di esse trasporta segnali diversi fra loro

In questo modo si ottiene più capacità per ciascuna fibra

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Cavo in Fibra ottica Full-Duplex

Switch Router

Cavo in Fibra ottica

Cavo in Fibra ottica

Per effettuare una trasmissione full-duplex (simultaneamente nelle due direzioni )

sono necessari due cavi in fibra.Ciascuna fibra ottica propaga il segnale in un unica direzione.

SC, ST, o altriconnettori

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Pen and Full-Duplex Optical Fiber Cords with SC and ST Connectors

ST Connectors(Push In and Snap) ST Connectors

(Bayonet: Push In and Twist)

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Cavi in Fibra ottica

ConnettoriST

(Diffusi)

ConnettoreSC

(consigliato)

Due cavi in fibraottica per

trasmissione full-duplex (two-way)

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Cavo coassiale

Struttura: Filo di rame rigido come nucleo circondato da materiale

isolante. Isolante racchiuso da un spesso come una maglia fittamente

intrecciata Il conduttore esterno è coperto da una guaina protettiva in

plastica

La costruzione e la schermatura del cavo coassiale da una buona combinazione di larghezza di banda e eccellente immunità al rumore

La larghezza di banda possibile dipende dalla lunghezza del cavo.

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Cavi coassiali sottile

Un cavo coassiale "sottile" per Ethernet 10Base-2 già dotato di connettore BNC.

10 Mbps, con una trasmissione di tipo baseband (un solo canale trasmissivo comune a tutti)

distanza massima di 200 metri.

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Trasmissione Radio e Effetti di Propagazione

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Antenne Omnidirectional e a piatto

Dish Antenna

Concentra I segnali inArrivo e quelli in uscita

I segnali possono viaggiare veloci

Omnidirectional Antenna

Non c’e’ bisogno di puntare direttamente

Al mittente o al riceventeAttenuazione rapida con

La distanza

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Onde Radio

Ampiezza

Lunghezza d’onda

FrequenzaMisurata in Hertz (cicli di clock per Secondo)

2 cicli in 1 Secondo, sono 2 Hz

Lunghezza d’onda * Frequenza = Velocità di propagazione

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Frequenze

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LaptopComm. Tower

Problemi di propagazione Wireless

Inverse SquareLaw Attenuation

Attenuazione molto rapida all’aumentare della distanzaRispetto ai cavi o alle fibre ottiche

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LaptopComm. Tower

Zonad’ombra:No Signal

Problemi di propagazione Wireless

InterferenzeMultipath

I segnali che arrivano in tempi leggermete diversi possono interferire

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Topologia

Trasmissione

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Le principali topologie

La topologia di una tecnologia di rete è data dal modo in cui gli host sono connessi tra loro tramite il media tipico dell’architettura.

Punto a Punto(Point-to-Point)

La topologia più semplice

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Le principali topologie

Stella (Ethernet Moderne) Stella estesa o gerarchia(Ethernet Moderne)

RootSwitch

Solo un possibilecammino tra

due host

Switch

Switch

Switch

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Le principali topologie

Mesh (Routers, Frame Relay, ATM)

Diversi camminialternativi tra

due host

AB

CD

PathABD

PathACD

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Le principali topologie

Token Ring (802.5, FDDI, SONET/SDH)

Solo un possibilecammino tra

due host

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Le principali topologie

Daisy Chain Bus(Ethernet 10Base2)

Multidrop Line Bus(Ethernet 10Base5)

Tutti gli host ascoltano le trasmissioni degli altri C’è un unico cammino tra due host

Trasmissione Trasmissione