Fondamenti di informatica

Modalità di invio

Seriale: Bit inviati e ricevuti lungo un unico canale. Si invia un bit per volta a tempi prefissati, questa modalità è semplice ma poco veloce ed è solitamente usata per i dati a distanza.

Parallela: Bit inviati e ricevuti contemporaneamente su canali differenti, questa modalità è semplice e veloce ma richiede un maggior numero di collegamenti e circuiti, si usa ad un livello più micro, come le interconnessioni all'interno di un calcolatore.

Sincronizzazione

Sincrona: Trasmettitore e ricevitore hanno clock sincronizzati per gestire la temporizzazione dei bit trasmessi.

Asincrona: Qui ci sono bit di start/stop. Ovvero ogni byte inviato si trova tra un bit di start ed uno di stop. Vi è un risincronizzazione ad ogni carattere inviato.

Multiplexing

Per superare la problematica della connessione dedicata si parla di multiplexing, che consente di trasmettere contemporaneamente più messaggi lungo un unico canale. Il multiplexing può essere eseguito tramite diverse modalità che sono:

• TDM (Time Division Multiplexing): Lavora a divisione di tempo di trasmissione; l'asse tempo è diviso in frame ed ogni frame è diviso in slots a cui viene assegnato un utente. In questo modo ogni utente ha uno spazio di trasmissione per frame e quindi un invio continuo di dati.
• FDM (Frequency Division Multiplexing): Comporta la suddivisione della banda di frequenza disponibile in sottobande uguali a cui viene associato un utente. Questa non necessita di sincronizzazione poiché i canali di banda sono dedicati, con bande diverse per ricezione e trasmissione.
• WDM (Wavelength Division Multiplexing): Ad alte frequenze (infrarosso) su fibre ottiche con comportamento uguale al FDM.

Tecniche di commutazione

Circuito

In questo caso a due nodi viene dedicato un circuito fisico su cui comunicare (instaurazione), dopodiché avviene la comunicazione (trasferimento) ed infine viene rimosso il collegamento (abbattimento). Questo tipo di comunicazione garantisce ottima trasparenza temporale ma un basso rendimento di utilizzo.

Pacchetto

Va inteso come unità di dati trasferita, il messaggio viene suddiviso in pacchetti ed ogni pacchetto è costituito da un header di lunghezza fissa che contiene informazioni di controllo della comunicazione, e da un campo informativo che contiene gli indirizzi del mittente e del destinatario e il numero progressivo di ricomposizione del messaggio. Questo tipo di commutazione può essere effettuata in modalità datagram o a canali virtuali:

• Datagram: Vengono inviati in maniera indipendente e questo comporta percorsi diversi lungo la rete, il che vuol dire che potrebbero arrivare in ordine sparso e dover essere ricostituiti dal ricevente. È più resistente ai guasti.
• Canali virtuali: Seguono virtualmente tutti lo stesso percorso con una trasmissione più veloce ma solo dopo l'indicazione del percorso.

Mezzi di trasmissione

Elemento fisico di connessione che supporta la propagazione dei segnali trasmessi tra i nodi di una rete. In questo paragrafo verranno date solo una serie di definizioni per quanto riguarda le caratteristiche dei mezzi e la loro componentistica, quali:

• Velocità di trasmissione dati: Quantità di informazioni /tempo di trasferimento. Essa è anche uguale alla larghezza di banda per l’efficienza spettrale Vel = K*B
• Portata o Throughput: Quantità di informazioni trasportata in un istante.

Mezzi guidati

• Cavi conduttori: Mezzi elettrici che sfruttano la capacità di conduzione elettrica dei metalli.
• Fibre ottiche: Mezzi ottici che impiegano la luce per trasferire informazioni.

Mezzi non guidati

Connessione senza fili: tramite onde radio trasferiscono le variazioni di corrente elettrica tramite onde elettromagnetiche. Poiché tutti questi dispositivi sfruttano le caratteristiche di un mezzo, essi sono soggetti anche ad attenuazione dovuta alla resistenza fisica del mezzo ad al rumore che sovviene durante la sovrapposizione di segnali provenienti da dispositivi vicini.

Cavi conduttori

Generalmente impiegati nelle reti locali a brevi distanze per il buon rapporto qualità/prezzo.

• Doppino telefonico: Coppia di fili di rame, trasmissione a 100 Mbps, intrecciamento dei fili di rame per neutralizzare interferenze. Semplice ed economico.
• Cavo coassiale: Conduttore centrale avvolto in isolante che separa il conduttore dalla calza metallica di schermatura. Alta schermatura, alto livello di attenuazione.
• Fibra ottica: Trasporta i dati utilizzando segnali luminosi. Elimina il problema dell’interferenza, distanze maggiori, velocità maggiore fino a 2Gb/s. Flessibili, immuni da interferenze, maggiore resistenza a meteo.

Onde radio

Si propagano in aria senza essere assorbite, semplici da generare e sufficientemente lunghe da andare oltre la curvatura terrestre. Non risentono della presenza di ostacoli di medie dimensioni, trasmesse a distanza poiché riflettono gli strati ionizzati dell'atmosfera.

Protocollo di comunicazione

Un protocollo di comunicazione è l’insieme di regole che stabiliscono le modalità di comunicazione (generazione, trasmissione, ricezione). Ai fini di una buona comunicazione è importante che trasmittente e ricevente usino lo stesso protocollo. Per quanto riguarda le caratteristiche delle comunicazioni (gerarchia, tipo, sincronizzazione, numero partecipanti, percorso di flusso), possiamo fare riferimento in ordine a quanto già studiato:

• Numero di partecipanti: unicast, multicast, broadcast
• Percorso di flusso: simplex, half duplex, full duplex
• Gerarchia: asimmetrica (Client-Server), simmetrica (peer-to-peer)
• Sincronizzazione: sincrona, asincrona
• Tipo di connessione: orientati, senza connessione

Struttura a livelli

Standard di comunicazione organizzata a livelli differenti. Ogni livello è delegato a compiti differenti con funzionalità e meccanismi ben specifici sfruttando i servizi offerti dal livello sottostante e fornendo i propri servizi al livello sovrastante. I livelli tra loro comunicano tramite interfacce SAP (Service Access Point) che definiscono le operazioni che un livello sottostante fornisce ad un livello sovrastante. La strutturazione a livelli logici semplifica l’implementazione di protocolli. Compiti della struttura a livelli includono il controllo dell’errore, controllo del flusso, frammentazione e riassemblaggio, multiplexing ed installazione delle connessioni.

Enti di standardizzazione

• ITU (International Telecommunication Union): Interno alle nazioni unite, coordina i fornitori di servizi TC, al suo interno è presente il comitato CCIT (consultant committee on international telephony and telegraphy) che definisce gli standard per comunicazioni via modem.
• ISO (International Organization Standardization): Volontaria a cui aderiscono gli enti per sviluppare standard internazionali.
• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): Indipendente che si occupa di standard per le comunicazioni dati; contributo agli standard di reti locali e geografiche su modello ISO/OSI.
• EIA/TIA (Electronic Industries Association/Telecommunication Industries Association): Definiscono le norme per l’installazione delle reti dedicata alla trasmissione dati e telefonica.
• ANSI (American National Standard Institute): Privata che definisce standard nazionali volontari.
• IEC (International Electrotechnical Commission): Standard internazionali per quanto riguarda elettricità ed elettronica.

Standard di comunicazione

• EISO/OSI
• RS-232-C
• CCITT X.21
• HDLC
• IEEE 802
• ALOHA
• CSMA/CD
• Token Ring
• TCP/IP

Protocolli di accesso multiplo

Possono essere con o senza contesa. Se sono senza contesa allora più utenti possono accedere ad una risorsa che diventa condivisa. Se sono a contesa, allora non vi è alcun tipo di gestione del canale e di accesso e vi è un’alta probabilità di collisione. I principali protocolli di gestione ad accesso multiplo con collisione sono:

ALOHA

Inizia la trasmissione da una stazione senza considerare il canale di trasmissione. Si verifica la sovrapposizione. Il ricevitore non invia un riscontro positivo. La stazione riprogramma la trasmissione. Il periodo di vulnerabilità è definito come il doppio di tempo di frame T. Supponendo di inviare un segnale al tempo t allora da t-T a t+T non deve essere inviato alcun segnale ulteriore.

ALOHA Time Slotted

In questo caso il tempo è diviso in time slot; quindi, per inviare un pacchetto si deve attendere un slot successivo, si ha collisione solo quando due stazioni trasmettono sullo stesso slot. Questo diminuisce il tempo di vulnerabilità e lo dimezza, raddoppiando l’efficienza a fronte però di necessità di sincronizzazione ed aumento dei costi.

CSMA

Ogni stazione ascolta il canale per capire se è in atto una trasmissione. Si accede al canale solo quando è libero. Le collisioni sono dovute al tempo di propagazione del segnale tra due stazioni. Periodo di vulnerabilità = tempo richiesto dalla stazione più distante per ricevere l’inizio del pacchetto.

Protocollo CSMA/CD (Collisiono Detection)

La stazione ascolta il canale anche in trasmissione e se vi è collisione invia un segnale detto jamming che interrompe la comunicazione, la stazione attende quindi un tempo casuale per poi riprovare la comunicazione. Il tempo di propagazione dipende dalla velocità di trasmissione e dimensione della rete. Il pacchetto temporale è più lungo del tempo di propagazione delle stazioni più distanti. A parità di lunghezza il tempo di trasmissione aumenta. A parità di dimensioni della rete la velocità della rete aumenta.

Modello ISO/OSI

Si tratta di un modello standard dell’International Standard Organization detto Open System Interconnection. Diviso in sette livelli gerarchici il cui livello più basso è il livello uno (fisico), mentre il più alto è il livello sette (utente). I livelli dal grado uno ovvero il più basso al grado sette ovvero il più alto sono:

• Fisico (Physical): trasmissione lungo percorso fisico Bit.
• Data Link: Definizione dei frame e dell’indirizzamento in funzione del tipo di comunicazione Frame.