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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