© 2012 Giorgio Porcu – Aggiornamennto 12/10/2012 M ODULO 8 T IPOLOGIE DI R ETI E DI M EZZI...

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MODULO

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TIPOLOGIE DI RETIE DI MEZZI TRASMISSIVI

Tecnico delle attività di installazione, configurazione, manutenzione e riparazione reti informatiche

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8MO

DU

LO SOMMARIOTIPOLOGIE DI RETI E DI MEZZI

TRASMISSIVI

2Giorgio Porcu - Tipologie di Reti e di Mezzi trasmissivi

• Reti di computer• Applicazioni delle reti• Risvolti sociali delle reti• Classificazione delle reti• Dispositivi di rete• Basi teoriche della comunicazione• Mezzi trasmissivi vincolati• Mezzi trasmissivi non vincolati

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Reti di computerDefinizione

• Rete di computerInsieme di elaboratori (computer, host) interconnessi da una singola tecnologia per: comunicazione condivisione risorse


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Reti di computerRappresentazione grafica

• Rappresentazione di una Rete di computerGrafo 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 retiAmbiti di utilizzo

I tipici ambiti di utilizzo delle reti odierne sono raggruppabili in tre categorie:• Applicazioni aziendali• Applicazioni domestiche• Utenti mobili


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• Applicazioni aziendali 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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• Applicazioni domestiche 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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• Applicazioni domestiche E-Commerce: acquisto e vendita beni, aste Domotica: Monitoraggio e controllo remoto di

dispositivi elettronici, elettrodomestici

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• Utenti mobili 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 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 retiTematiche

Le reti di computer consentono pressochè a chiunque di 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.Ciò ha determinato una serie di risvolti sociali e relative problematiche di non semplice risoluzione.


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• Opinioni personaliResponsabilità 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’ 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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• Sorveglianza E-Mail/ Traffico datiE’ 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 socialiTematiche

• Distinzione utente umano/programmaCome 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?

• Legislazioni differentiOgni paese ha leggi diverse sull’uso dei servizi di rete: come conciliarle?


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Classificazione delle retiModalità

E’ possibile classificare le reti in diversi modi, tenendo 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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Classificazione delle retiPer tecnologia di trasferimento

• Reti broadcastComunicazione uno-tutti

• Reti multicastComunicazione uno-molti

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


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• Reti broadcastI 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 multicastI dati inviati da un host sono ricevuti da un sottoinsieme degli host della rete


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• Reti punto a punto (unicast)La 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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Classificazione delle retiPer modello di trasmissione

• Modello Client-ServerL’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-ServerTra 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 serviziNell’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)Due 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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Classificazione delle retiPer topologia

• Reti ad anello• Reti a bus• Reti a stella• Grafo completo (Maglia)


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Classificazione delle retiPer topologia: ad anello

• Reti ad anelloGli 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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Classificazione delle retiPer topologia: a bus

• Reti a busGli host condividono un unico mezzo trasmissivo lineare (bus) con dispositivi terminatori agli estremi o sono collegati in serie lineare.


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Classificazione delle retiBus/Anello: uso e problemi

Le topologie a bus e ad anello sono state utilizzate per realizzare 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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Classificazione delle retiPer topologia: a stella

• Reti a stellaOgni 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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Classificazione delle retiStella: uso e vantaggi

La topologia a stella è oggi la più utilizzata fisicamente per 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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Classificazione delle retiPer topologia: grafo completo

• Grafo completo (maglia)Ogni 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 (irrealizzabile per costi e limiti fisici) se il numero di host è maggiore di poche unità.

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Classificazione delle retiTopologia: fisica, logica e astrazione

Le topologie elencate sinora sono usate per classificare le 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 modelli topologici per descrivere a livello astratto la struttura generale di reti complesse (le cosiddette reti interconnesse).


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Classificazione delle retiPer dimensione

• PAN• LAN• MAN• WAN• Internetworking (internet)• Internet


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Classificazione delle retiPer dimensione

Introduciamo un’importante definizione preliminare:

Rete = Host + Sottorete• Host

Dispositivi fisici di elaborazione (Computer) connessi alla rete.

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


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Classificazione delle retiPer dimensione : PAN

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


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Classificazione delle retiPer dimensione : LAN

• LANLocal Area NetworkRete 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 l’interfaccia anche di un modem.In una LAN Host e Sottorete appartengono allo stesso proprietario.


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Classificazione delle retiPer dimensione : LAN

Se la LAN utilizza mezzi trasmissivi wireless si chiama WLAN (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 modem/router


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Classificazione delle retiPer dimensione : MAN

• MANMetropolitan Area NetworkRete 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 sono inviati via cavo alle singole abitazioni.

Sulla stessa rete è possibile fornire servizi Internet sfruttando l’infrastruttura preesistente.


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Classificazione delle retiPer dimensione : WAN

• WANWide Area NetworkRete 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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Classificazione delle retiPer dimensione : internet

• Internetworking (internet)Insieme 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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Classificazione delle retiPer dimensione : Internet

• InternetInterconnessione di WAN e Reti ISP a livello globale per fornire servizi specifici (WWW, E-Mail… )


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Classificazione delle retiGerarchia di reti

E’ utile immaginare le varie PAN, LAN, MAN, WAN come una 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

LAN 2

LAN 3

WAN 1MAN 1

WAN 2PAN 1

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Classificazione delle retiGerarchia di reti

Questo significa che la struttura portante (sottorete globale) di Internet è un insieme di mezzi trasmissivi e router a vari livelli gerarchici che veicolano i dati.


LAN 1

LAN 2

LAN 3

WAN 1MAN 1

WAN 2PAN 1

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Classificazione delle retiPer tipologia di commutazione

• Commutazione di circuitoCircuito virtuale tra sorgente e destinatario

• Commutazione di pacchettoPacchetti instradati singolarmente tramite router


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• Commutazione di circuitoTra 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, mediante le centrali di commutazione, un percorso fisico per la chiamata.


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• Commutazione di pacchettoI 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 retePrincipali dispositivi

Riepiloghiamo i principali dispositivi di rete incontrati sinora e le loro caratteristiche:• Host

Generico dispositivo (computer) connesso a una rete• Hub

Dispositivo concentratore passivo connesso a n host. 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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• SwitchConcentratore “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 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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• GatewayDispositivo 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 digitale e viceversa.


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Basi teoriche della comunicazioneAspetti fondamentali

• Modello generale di comunicazione• Segnali analogici e digitali• Analisi di Fourier


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Basi teoriche della comunicazioneModello di comunicazione

• Modello generale di comunicazioneDescrive 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.


Sorgente Destinatario

DISTURBO

Canale

Informazione

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Basi teoriche della comunicazioneModello di comunicazione

• Modello generale di comunicazioneE’ 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 trasformazione dell’informazione attuate prima dell’invio e dopo la ricezione.Si giunge così al modello della pagina successiva.


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Basi teoriche della comunicazioneModello di telecomunicazione

• Modello generale di telecomunicazione


Trasduttore

Bloc

co T

rasm

itten

te

Bloc

co R

icev

ente

Sorgente

DemodulazioneDemodulatore

DecodificaDecodificatore

DemultiplazioneDemultiplexer

Destinatario

ModulazioneModulatore

CodificaCodificatore

MultiplazioneMultiplexer

Attuatore

ConversioneADC

ConversioneDAC

DISTURBO

Canale

Informazione

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Basi teoriche della comunicazioneSegnali

• SegnaleInformazione rappresentata mediante una grandezza fisica. Nelle telecomunicazioni si usano soprattutto: Segnali elettrici Segnali elettromagnetici Segnali ottici


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Basi teoriche della comunicazioneSegnali elettrici ed Elettricità

• Segnale elettricoSegnale che utilizza una grandezza elettrica (solitamente la tensione) per rappresentare l’informazione

• Elettricità Insieme 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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Basi teoriche della comunicazioneRappresentare un Segnale nel tempo• Grafico tensione/tempo

Rappresentazione della variazione di un segnale elettrico nel tempo.


v

t

Tensione V

Tempo t

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Basi teoriche della comunicazioneSegnale Analogico

• Segnale analogicoSegnale 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

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Infiniti valoridi tensione V

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Basi teoriche della comunicazioneSegnale Digitale

• Segnale digitaleSegnale che assume nel tempo un numero finito (determinato) di valori.


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Valori finitidi tensione V

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Basi teoriche della comunicazioneSegnale Binario

• Segnale binarioSegnale digitale che assume nel tempo soltanto due valori, rappresentati logicamente da 0 (valore basso o Low) e 1 (valore alto o High).


v

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2 Valoridi tensione V

0

1

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Basi teoriche della comunicazioneSegnale periodico

• Segnale periodicoSegnale (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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Basi teoriche della comunicazionePeriodo, Frequenza

• Periodo TIntervallo 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 misura in Hertz [Hz].

Periodo e frequenza sonoinversamente proporzionali:


1T

f

1f

T

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Basi teoriche della comunicazioneAnalisi di Fourier

• Teorema di FourierFourier 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.Le sinusoidi che, sommate, ricostruiscono il segnale originario sono dette armoniche.


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


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• Teorema di Fourier: interpretazione grafica


Segnale originariofrequenza f

=

Armonica 1frequenza f1



+

+

+…

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• Analisi nel dominio della frequenzaApplicando 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 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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© 2012 Giorgio Porcu – Aggiornamennto 12/10/2012 M ODULO 8 T IPOLOGIE DI R ETI E DI M EZZI...

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