La rete informatica
Lo scopo principale di una rete di calcolatori è la condivisione
di informazioni e risorse (sia hardware che software). In altre
parole è un sistema che fornisce servizi relativi al trasferimento di
informazioni ad una popolazione di utenti distribuiti
geograficamente.
Le reti di calcolatori generano traffico di tipo fortemente
impulsivo, a differenza del telefono, e per questo hanno dato
origine - e usano tuttora - la tecnologia della commutazione di
pacchetto.
Cavi di telecomunicazione
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I cavi di telecomunicazione servono per trasferire informazioni da una delle
loro estremità all'altra.
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Per essere trasmesse queste informazioni devono essere prima trasformate in
segnali elettrici mediante appropriati trasduttori.
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Questi segnali elettrici non sono altro che livelli di tensione variabili più o
meno velocemente nel tempo a seconda della loro complessità.
Per facilitare la trasmissione durante il suo percorso, molto spesso il segnale
elettrico viene opportunamente trattato mediante:
traslazione in frequenza (modulazione) che avviene tramite trasmissione
analogica,
oppure il suo livello istante per istante viene rappresentato con numeri binari
(campionamento)che avviene tramite trasferimento digitale.
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La rete telefonica.
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L'insieme di strade che percorre il segnale per raggiungere la sua meta finale,
dove altri trasduttori provvedono a ricomporre l'informazione iniziale, viene
detta rete telefonica.
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La rete telefonica si può suddividere in :
Rete interna, solitamente di proprietà dell'utente e collocata all'interno di
uno o più edifici, che va dai vari punti dove si genera il segnale al punto dove
il segnale viene consegnato all'operatore del sevizio telefonico.
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Rete urbana che va dai punti di consegna all'operatore alla prima centrale
telefonica e viceversa (dall'ultima centrale telefonica all'utente ricevente).
Rete interurbana per la interconnessione delle varie centrali.
Mezzi fisici di trasmissione.
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Trasmissione tramite cavo elettrico(doppino);
Trasmissione tramite cavo coassiale;
Trasmissione tramite cavo in fibra ottica;.
Doppino telefonico
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In telecomunicazioni, per doppino si intende la coppia
di fili di rame che viene utilizzato per la trasmissione
delle comunicazioni telefoniche. È un elemento
essenziale della rete telefonica.
Migliore è la qualità del rame, migliore sarà la qualità del
segnale.
Costituzione di un doppino
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Tipicamente il doppino è costituito da una coppia di conduttori
ritorti mediante un processo di binatura. La binatura del doppino
ha lo scopo di fare in modo che i campi elettromagnetici esterni
agiscano in modo uguale sui due conduttori. Impiegando poi una
tecnica di trasmissione differenziale, sarà possibile eliminare
ulteriori disturbi. Il doppino può essere singolo (una sola coppia)
oppure in una treccia di una serie più o meno numerosa di
coppie. In questo caso ogni coppia presenta una frequenza di
twistatura diversa (binatura), per ridurre il più possibile il
fenomeno di diafonia tra le varie coppie di doppino tra loro
contigue. Una problematica tipica dei doppini ritorti è il delay
skew (o distorsione di propagazione), ovvero una variazione nel
ritardo di propagazione del segnale sulle singole coppie, dovuta
al diverso passo di binatura delle coppie in un cavo multicoppia.
Schermatura.
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I doppini possono essere schermati per ridurre
l'interferenza elettromagnetica. Poiché è fatta di metallo,
tale schermatura agisce anche da terra.
Esistono vari tipi di schermatura.i più comuni sono:
Unshielded Twisted Pair (UTP)
Shielded Twisted Pair (STP)
Screened Shielded Twisted Pair (S/STP)
Screened Unshielded Twisted Pair (S/UTP)
Unshielded Twisted Pair (UTP)
I cavi UTP non sono schermati. Ciò comporta un elevato
grado di flessibilità e resistenza agli sforzi. Si usano
ampiamente nelle reti telefoniche ed ethernet.
Shielded Twisted Pair (STP)
I cavi STP includono una schermatura metallica per ogni coppia di cavi.
Un esempio è quello definito da IBM per la sua rete Token Ring.
Shielded Twisted Pair (S/STP)
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I cavi S/STP sono cavi STP ulteriormente protetti da una schermatura
metallica che racchiude l'intero cavo; ciò migliora ulteriormente la resistenza
alle interferenze.
Screened Unshielded Twisted Pair (S/UTP)
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S/UTP, noto anche come Fully-shielded (or Foiled) Twisted Pair (FTP) o
Screened Fully-shielded Twisted Pair (S/FTP), è un cavo UTP schermato.
I cavi coassiali
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Un tubo coassiale è costituito da un conduttore interno formato da un filo unico di
rame coassiale a un tubo di rame che funge da secondo conduttore.
Il campo elettromagnetico si propaga entro il tubo.
L'attenuazione che dipende dal prodotto resistenza per capacità è tanto più piccola
quanto più grande è la dimensione del tubo. Infatti crescendo le dimensioni del tubo
diminuisce la resistenza dei conduttori e anche la capacità che è funzione della distanza
tra il conduttore interno e il tubo.
La capacità dipende anche dal mezzo interposto tra i due tubi e cioè dall'isolante.
L'ideale sarebbe che tra il conduttore e il tubo non ci fosse interposto niente. Occorre
però metterci qualcosa che tenga il conduttore interno coassiale col tubo.
Le soluzioni adottate dipendono dalle dimensioni del tubo e perciò dall'attenuazione
accettabile.
I cavi coassiali si possono dividere in tre categorie a seconda della loro grandezza e
vengono chiamati:
Cavi coassialoni;
Cavi coassialini;
Cavi microcoassiali.
I coassialoni.
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Per i tubi più grossi, detti coassialoni, la coassialità del conduttore interno è
garantita da una serie di anellini di politilene coassiali con il conduttore
interno e su cui si appoggia il tubo esterno.
Detti anelli possono essere infilati attraverso una fessura praticata in essi al
conduttore.
Possono essere anche realizzati per stampaggio direttamente sul conduttore
mediante una macchina ad iniezione facendo avanzare il conduttore a tratti
per dare in tempo alla pressa ad iniezione di stampare una serie di anelli e poi
aprirsi per lasciar avanzare il conduttore di un passo.
In entrambi i casi lo spessore degli anelli e il loro numero per metro è il
minimo necessario per avere una struttura meccanicamente stabile.
I coassialoni vengono adoperati nella rete interurbana e prima dell'avvento
della fibra ottica costituivano il principale mezzo per interconnettere le città.
I coassialini.
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Per i tubi medi, detti coassialini, si adotta una
soluzione a salsicciotto.
I coassialini sono formati da un tubo di politilene, di
spessore decisamente inferiore alla distanza tra
conduttore interno e tubo, che viene fatto aderire per
un tratto al conduttore interno e per un altro, contiguo,
al conduttore esterno.
I coassialini sono stati adoperati sempre sulla rete
interurbana per l'interconnessione di centrali a breve
distanza.
I microcoassiali
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Per i tubi più piccoli, detti microcoassiali, tra conduttore e tubo
esterno è applicata una guaina isolante su cui si appoggia il
conduttore esterno, realizzato in alcuni casi da politilene espanso
le cui bolle d'aria sortiscono l'effetto di diminuirne la densità con
benefici sull'attenuazione.
Il tubo esterno è costituito da un nastro di rame applicato
longitudinalmente.
Quando la rigidità del tubo coassiale con nastro di rame non è
accettabile, come negli impianti interni, il tubo esterno è
costituito da una calza di rame trecciata con la densità richiesta
dalle caratteristiche elettriche che deve avere il tubo.
I microcoassiali sono adoperati essenzialmente negli impianti
interni per interconnettere apparecchiature che trattano segnali a
larga banda come antenne ad apparecchi televisori.
I cavi in fibra ottica.
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Le fibre ottiche sono filamenti di materiale vetroso,
realizzati in modo da poter condurre la luce. Sono
normalmente disponibili sotto forma di cavi.
Le fibre ottiche sono classificate come guide d'onda
dielettriche.
Esse, in altre parole, permettono di convogliare al loro
interno un campo elettromagnetico di frequenza
sufficientemente alta con perdite estremamente limitate.
Vengono comunemente impiegate nelle
telecomunicazioni su grandi distanze e nella fornitura di
accessi di rete a larga banda (dai 10 MBit/s al Tbit/s).
Costituzione
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Le fibre ottiche sono composte da due strati concentrici di materiale vetroso
estremamente puro: un nucleo cilindrico centrale, o core, ed un mantello o
cladding attorno ad esso.
I due strati sono realizzati con materiali con indice di rifrazione leggermente
diverso, il cladding deve avere un indice di rifrazione minore rispetto al core.
Come ulteriore caratteristica il mantello deve avere uno spessore maggiore
della lunghezza di smorzamento dell'onda evanescente, caratteristica della luce
trasmessa.
Se le condizioni vengono rispettate gran parte della potenza è mantenuta
all'interno del core.
Diversi tipi di fibre si distinguono per diametro del core, indici di rifrazione,
caratteristiche del materiale, profilo di transizione dell'indice di rifrazione,
drogaggio (aggiunta di piccole quantità di altri materiali per modificare le
caratteristiche ottiche).
Funzionamento
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Le fibre ottiche si basano sul fenomeno di riflessione totale interna, la discontinuità
dell'indice di rifrazione tra i materiali del nucleo e del mantello intrappola la radiazione
luminosa finché questa mantiene un angolo abbastanza radente, in pratica finché la
fibra non compie curve troppo brusche. Il fascio a incide con un angolo θa la superiore
all'angolo critico di riflessione totale e rimane intrappolato nel nucleo; il fascio b incide
con un angolo θb inferiore all'angolo critico e viene rifratto nel mantello e quindi
perso.In ottica si indica l'angolo tra la radiazione e la normale alla superficie, cioè 90°-α
dove α è l'angolo, più intuitivo ma più scomodo da utilizzare, tra la radiazione e la
superficie.
Vantaggi delle fibre ottiche.
I principali vantaggi delle fibre rispetto ai cavi in rame nelle telecomunicazioni
sono:
 bassa attenuazione, che rende possibile la trasmissione su lunga distanza senza
ripetitori;
 grande capacità di trasporto di informazioni;
 immunità da interferenze elettromagnetiche, inclusi gli impulsi
elettromagnetici nucleari (ma possono essere danneggiate da radiazioni alfa e
beta);
 alta resistenza elettrica, quindi è possibile usare fibre vicino ad
equipaggiamenti ad alto potenziale, o tra siti a potenziale diverso;
 peso e ingombro modesto;
 bassa potenza contenuta nei segnali;
 assenza di diafonia;
 ottima resistenza alle condizioni climatiche avverse.
 Un campo promettente di applicazione è quello della televisione.
Cavo composto da più fibre ottiche
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All'interno di una fibra ottica il segnale può propagarsi
secondo uno o più modi di propagazione. Le fibre
monomodali consentono la propagazione di luce secondo
un solo modo hanno un diametro del core compreso tra 8 µm
e 10 µm, quelle multimodali consentono la propagazione di
più modi, e hanno un diametro del core di 50 µm o 62.5 µm.
Il cladding ha tipicamente un diametro di 125 µm.
Le fibre multimodali permettono l'uso di dispositivi più
economici, ma subiscono il fenomeno della dispersione
intermodale, per cui i diversi modi si propagano a velocità
leggermente diverse, e questo limita la distanza massima a cui
il segnale può essere ricevuto correttamente.
Le fibre monomodali di contro hanno un prezzo molto più
elevato rispetto alle multimodali, ma riescono a coprire
distanze e a raggiungere velocità nettamente superiori.
Prestazioni
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Gli apparati commercialmente disponibili arrivano a
velocità di trasmissione di 40 Gbit/s. Utilizzando
tecnologie WDM è possibile trasmettere su una singola
coppia di fibre fino ad alcune centinaia di migliaia di
canali in frequenza, arrivando a capacità massime
dell'ordine del Tbit/s.