Il livello fisico e Topologie di rete
Mauro Gaspari
1
Il livello fisico

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.
2
Segnali e propagazione
I segnali ricevuti
possono essere
attenuati &
distorti a causa
di effetti di
propagazione
Segnale trasmesso
Propagazione
Mezzo di trasmissione
Mittente
Ricevente
Se i problemi di propagazione sono eccessivi il ricevente
non sara' in grado interpretare il segnale trasmesso.
3
Dati e segnali binari
15 Volts
(0)
0
Ci sono due stati (in questo caso
livelli do voltaggio).
Uno, (alto) rappresenta uno 0.
L’altro (basso) rappresenta un 1.
0
0 Volts
1
Segnale
trasmesso
-15 Volts
(1)
4
Dati e Segnali binari
15 Volts
(0)
Ciclo di clock
0
0
Il tempo è diviso in cicli di clock
Lo 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.
0 Volts
1
-15 Volts
(1)
Segnale
trasmesso
NB. il segnale e' costante
all'interno di un ciclo di clock.
5
Porta seriale 232
15 Volts
0
3 Volts
Clock Cycle
0
0
0 Volts
-3 Volts
1
1
-15 Volts
6
Attenzione agli effetti di propagazione
15 Volts
0
3 Volts
0 Volts
Messaggio
trasmesso
(12 Volts)
Messaggio
ricevuto
(6 volts)
-3 Volts
1
-15 Volts
Nonostante la perdita del 50% in
voltaggio, il ricevente e' in grado
di capire che il messaggio non e' 0
7
Dati e Segnali digitali
11
11
10
01
Client PC
00
10
01
01
00
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.
8
Baud per misurare i segnali digitali
Baud: misura i cambiamenti al secondo
Baud Rate =
11
# di cicli di clock /Secondo
11
10
10
01
01
01
00
Client PC
00
Server
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.)
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Bit Rate versus Baud Rate
Numero di
Possibili stati
Bit per ciclo
di clock
Se il Baud Rate è 1,200 Baud,
Il Bit Rate è
2 (Binario)
1
1,200 bps
4
2
2,400 bps
8
3
3,600 bps
16
4
4,800 bps
Raddoppiare gli stati significa trasmettere un bit in più per ciclo di clock
10
Utilizzare un Modem per spedire dati binari
su una linea di trasmissione analogica
Segnali analogici
modulati
Dati Binari
1010010101
Telefono
PSTN
Public Switched
Telephone Network
Modem
Computer
Modulazione D’Ampiezza (Altezza o Intensità)
1
0
1
1
1011 diventa alto-tenue-alto-alto
11
Utilizzare un Modem per spedire dati binari
su una linea di trasmissione analogica
Segnali analogici
modulati
Dati binari
demodulati
Telefono
1010010101
PSTN
Modem
Computer
Modulazione D’Ampiezza (Altezza o Intensità)
1
0
1
1
alto-tenue-alto-alto diventa 1011
12
Spedire dati analogici su una linea digitale
Dato analogico
Codifica
(encoding)
Fonte di
Dati
analogici
Segnale digitale
110010101
(Esempio binario)
Linea di
trasmissione
digitale
Codec
Dato analogico
Diversi
intervalli
Il segnale analogico
prodotto non è perfetto
Decodifica
(Decoding)
Segnale digitale
110010101
(esempio binario)
13
Dati e segnali: Modems Vs. Codecs
Segnale su linea
analogica
Dati analogici
Dati digitali
(includono I dati
binari)
Segnale su
linea digitale
Codec
Modem
14
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

15
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
16
Unshielded Twisted Pair (UTP) con
connettori RJ-45
Singolo doppino
Quattro coppie (ciascuna coppia e’
intrecciata)
Isolamento Protettivo in Teflon
C’e’ un isolamento attorno a ciascun cavo.
17
Unshielded Twisted Pair (UTP) con
connettori RJ-45
.
Non c’è isolamento metallico schermante intorno ai cavi
ed intorno ai singoli doppini, il nome UTP
deriva da questa caratteristica
Cavetto UTP
18
Unshielded Twisted Pair (UTP) con
connettori RJ-45
Un cavetto UTP termina con un
connettore RJ-45 a 8-pin
Che va inserito in un adeguata presa
RJ-45 in uno switch NIC o nella parete.
Pin 1 sulla sinistra della presa
8-Pin
RJ-45
Connettore
RJ-45
Presa
19
Unshielded Twisted Pair (UTP) con
connettori RJ-45
Cavetto UTP
RJ-45
Connettori
20
Unshielded Twisted Pair (UTP) con
connettori RJ-45
Con
connettore
RJ-45
Penna
4 coppie
Separate
21
Rumore e attenuazione
Potenza
Livello di rumore
(media)
Segnale
Rumore
Distanza
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Rumore e attenuazione
Potenza
Segnale
Picco di rumore
Danno
Noise
Livello di rumore
(media)
Distance
23
Rumore e attenuazione
SNR = Potenza Segnale / Rumore
Se il SNR è alto gli errori sono rari
Il segnale che si propaga si attenua,
E gli errori dovuti al rumore tendono
ad aumentare
Potenza
Segnale
Signalto-Noise
Ratio
(SNR)
Noise Floor
(average)
Noise
Distance
24
Cavi in Fibra Ottica
125
micron
diameter
Sorgente
Di luce
(LED o
Laser)
Cladding
Nucleo 8.3, 50
or 62.5 Micron
Raggio
Di luce
I raggi si riflettono nel nucleo/Sui limiti del cladding
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Wavelength Division Multiplexing (WDM)
nelle Fibre Ottiche
Sorgente
di luce 1
Nucleo della fibra ottica
Sorgente
di luce 2
Diverse sorgenti luminose trasmettono su diverse lunghezze d’onda
Ciascuna 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
SC, ST, o altri
connettori
Cavo in Fibra ottica
Switch
Cavo in Fibra ottica
Router
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.
27
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)
28
Cavi in Fibra ottica
Due cavi in fibra
ottica per
trasmissione fullduplex (two-way)
Connettori
ST
(Diffusi)
Connettore
SC
(consigliato)
29
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.
30
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.
31
Trasmissione Radio e Effetti di Propagazione
32
Antenne Omnidirectional e a piatto
Dish Antenna
Omnidirectional Antenna
Concentra I segnali in
Arrivo e quelli in uscita
I segnali possono
viaggiare veloci
Non c’e’ bisogno di
puntare direttamente
Al mittente o al ricevente
Attenuazione rapida con
La distanza
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Onde Radio
Lunghezza d’onda
Ampiezza
Frequenza
Misurata in Hertz (cicli di clock per Secondo)
2 cicli in 1 Secondo, sono 2 Hz
Lunghezza d’onda * Frequenza = Velocità di propagazione
34
Frequenze
35
Problemi di propagazione Wireless
Inverse Square
Law Attenuation
Laptop
Comm. Tower
Attenuazione molto rapida all’aumentare della distanza
Rispetto ai cavi o alle fibre ottiche
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Problemi di propagazione Wireless
Interferenze
Multipath
Laptop
Zona
d’ombra:
No Signal
Comm. Tower
I segnali che arrivano in tempi
leggermete diversi possono interferire
37
Topologia
Trasmissione
38
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
39
Le principali topologie
Stella (Ethernet Moderne)
Switch
Solo un possibile
cammino tra
due host
Stella estesa o gerarchia
(Ethernet Moderne)
Root
Switch
Switch
Switch
40
Le principali topologie
Mesh (Routers, Frame Relay, ATM)
A
C
Diversi cammini
alternativi tra
due host
Path
ABD
B
D
Path
ACD
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Le principali topologie
Token Ring (802.5, FDDI, SONET/SDH)
Solo un possibile
cammino tra
due host
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Le principali topologie
Daisy Chain Bus
(Ethernet 10Base2)
Trasmissione
Multidrop Line Bus
(Ethernet 10Base5)
Trasmissione
Tutti gli host ascoltano le trasmissioni degli altri
C’è un unico cammino tra due host
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