Appunti di Informatica (no programmazione)

DALLA RETE TELEFONICA ALLA RETE DATI

Internet nasce quando si è reso possibile collegare in modo semplice, efficace e poco costoso

computer fra di loro.

C’è la necessità di scambiare informazioni in modo sicuro e veloce e i supporti fisici come i floppy,

dischi magnetici ecc. non forniscono garanzie sufficienti. Per questo è nata l’idea di costruire un

sistema che colleghi punti remoti sul modello della RETE TELEFONICA.

Oggi si parla addirittura di RETI di DATI dove tutti i segnali trasmettibili vengono digitalizzati

mediante bit e byte. 24

P ESEMPIO DI ONDA SONORA

200-300 livelli distinguibili

diversi

T

SCHEMA INTERNO DI UN MICROFONO

Dispositivo che sfrutta l’energia meccanica per

trasformarla in elettrica.

Dall’altra parte del microfono ci sarà un

dispositivo assolutamente identico chiamato

altoparlante che riceve il segnale elettrico e lo

traduce in suono. MECCANISMO DI

TRASMISSIONE

DIGITALE

5V 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 Si hanno due livelli:

0 Volt

5 Volt

Informazione digitalizzata 25

ANDAMENTO CURVA:

K1 (-t*k2)

K2*e

Si hanno due parametri

0 t K2 dipende dal materiale

e è la costante naturale

In natura tutti i fenomeni sono rappresentabili mediante esponenziali e sinusoidi.

Quando si studiano i fenomeni naturali bisogna sempre ricordare che:

- le frequenze basse sono le meno ostacolate

- tutto ha un inerzia

- qualsiasi segnale nel tempo può essere rappresentato come insieme di sinusoidi

IL SUONO:

La frequenza che l’orecchio umano può percepire va dai 16 ai 16000 Hz (Hertz = 1 oscillazione al

secondo).

La banda che viene trasmessa negli apparecchi telefonici va da 300 a 3000 Hz: non si può scendere

al di sotto dei 300 Hz per problemi tecnologici ( necessità di amplificatori sulla linea con

conseguente aumento di costi e spazio) e non è possibile neppure superare i 3000 Hz per limitazioni

fisiche.

A causa dei RUMORI si può poi fare riferimento a 200-300 livelli.

Se analizziamo il segnale digitale osserviamo che : 26

1 1

0 0 Si riesce a passare da segnale

digitale a sinusoide e

viceversa.

1/3 msec

F = 1 / T T = 1 / F

Si possono trasmettere 6000 bit/sec.

1 bit dura 1/6 di millisecondo.

Si supponga di dover trasmettere una sequenza fatta di 100 zeri e 100 uni, si cerca la sinusoide

associata al segnale e ci si rende conto che questa ha frequenza 30 Hz. Sulla linea telefonica non

passa.

C’è la necessità di un dispositivo che consenta di trasmettere le sequenze indipendentemente dalla

durata ed ecco entrare in gioco il MODEM.

MODEM

1 : 0 2400 : 1200

COM 1 + COM 2 (nome porta) LP1 (nome porta)

RS232 (protocollo) CENTRONICS (protocollo)

9 : (25)pin 25 pin

DBs / DB25 parallela

Maschio DD25 27

Gli applicativi vedono la macchina tramite il sistema operativo.

Il protocollo descrive le regole che ci sono fra due elementi affinché questi si scambino dati.

Riguarda la comunicazione a tutti i livelli.

Per esempio il protocollo RS232 è di basso livello e si occupa delle operazioni per l’uscita o

l’entrata di 1 byte.

Problema: distinguere quando il segnale è vuoto o porta informazioni.

0

1 byte

0 1 S

-10V Bit Bit T

A

di di R

start stop T

+10V t

Perché questo sistema funzioni, la durata di un bit deve essere nota .

Ci vuole allora un accordo sulle velocità: per l’RS232 si usano i multipli di 50 (da 50 a 76800

byte\sec ).

PROTOCOLLO PUNTO A PUNTO

TOKEN RING (Rete Locale) 28

Nel tempo in cui si riesce a

percorrere un intero giro è

possibile ricevere e mandare

informazioni da qualunque

punto a qualunque punto.

MITT DEST dati

Velocità 4 Mbit/sec

PROBLEMA: se viene staccata

una postazione si interrompe il

circuito.

ETHERNET ( Carrier Sense Multiple Access Collision Detection)

PROBLEMA: con questa tecnica

possono esserci scontri di trasmissione.

Per ovviare questo inconveniente si

attribuisce peso differente agli uni e agli

Velocità 10 Mbit/sec zeri.

In 1 microsec = 150 m

A seconda della lunghezza della rete, della sua composizione e del traffico di rete cerco l’algoritmo

di attesa migliore.

Oggi ethernet è usato per tutte le reti locali.

Anche l’ethernet è definito a basso livello, in più ha solo una diversa organizzazione di dati. 29

MITT DATI

DEST L’insieme è lungo meno di 1 Kbyte.

48 bit ovvero 48 bit ovvero

6 byte 6 byte

Quando un computer entra a far parte di una rete gli viene associato un indirizzo unico e diverso da

quello di tutte le macchine collegate.

Un pacchetto che nella locazione DEST presenta tutti 1 è un pacchetto BROADCAST comune a

tutte le macchine collegate.

AUDIO E VIDEO NEI CALCOLATORI

Suoni e immagini, all’interno di un calcolatore, danno origine ad un certo quantitativo di dati.

IL SUONO

Analizziamo un segnale sonoro, campionandolo mediante un convertitore analogico / digitale

chiamato CODEC e traduciamo le informazioni in una sequenza di bit.

max MESSAGGIO

ANALOGICO

min t

I codec sono sia video che audio.

Quanti campioni è necessario prendere? Si può ricostruire la forma d’onda originale?

Per il teorema del campionamento si può rispondere di sì alla domanda soprastante in quanto ogni

sistema naturale risente della forma d’onda sinusoidale e quindi:

1. si sceglie la sinusoide di ampiezza massima ovvero quella da 3000 Hz; 30

2. si fanno campioni in numero doppio rispetto alla frequenza massima ossia 6000

campioni/sec;

3. si applica un integratore ai campioni costituito da una resistenza e un condensatore;

4. si ottiene il segnale di partenza.

Un campione da quanti bit deve essere costituito? Ossia quanti livelli si devono poter distinguere?

256 è un buon numero di livelli per poter trasmettere il suono

8 bit * 6000 campioni/sec = 64 Kbit/sec (bidirezionali) è una buona larghezza di banda

2Mbit/sec = 30 canali telefonici

16000 frequenza max = 32000 campionamenti/sec

48 Kbit * 16 bit = 900 Kbit/sec (ADSL)

LE IMMAGINI

VGA 640 * 480 pixel ( schermata del BIOS ). È il formato di partenza, supportato da tutte le schede

video. Con l’evoluzione si è arrivati a formati come: 800 * 600, 1024 * 768, 1240 * 1024,

1600 * 1200, legati ovviamente alla dimensione dello schermo.

12” GRANDEZZA

15” SCHERMO

1

17”

19”

Per comprendere lo sviluppo grafico delle informazioni è fondamentale fare riferimento all’angolo

di percezione dell’occhio.

1 punto luminoso sul monitor è fatto di tre sorgenti luminose dette FOTODIODI che

opportunamente combinate offrono tutta la scala del visibile compreso il bianco e sono:

• rosso

• verde

• blu 31

Quanti campioni/sec bisogna prendere?

Si dispone di due parametri: colore e luminosità; a differenza del suono, sono sufficienti 25

campioni/sec per ottenere una discreta visibilità; si pensi che con 35-50 campionamenti/sec non ho

più problemi.

Esempio:

(10^6) * 50 * 24 = 1 Gb/sec (circa 10^9)

punti frequenza colori Il monitor è in grado di

rappresentarli ma le

informazioni da elaborare

devono essere compresse.

La scheda video è una memoria a due porte:

CPU MEMORIA riceve bit;

invia tre segnali analogici.

Se l’immagine resta invariata non c’è

scambio di informazioni.

La CPU produce una quantità enorme di

Input / punti e li invia alla memoria creando sovente

Hard

Output ingorghi di informazioni.

Disk

ethernet

Per ovviare a questo inconveniente oggi si usa un CHIPSET, un elemento che mette a disposizione

dei bus in grado di smistare le informazioni. 32

CPU

BUS

AGP PCI-X

North bridge

SCHEDA DMA

VIDEO MEMORIA

PCI-X

PCI South bridge

audio seriale SCSI Hard disk

DMA = direct memory access. Permette di trasferire dati dalla memoria e alla memoria senza

l’intervento della CPU.

Il primo bus si chiamava ISA, poi è diventato ESA, fino ad arrivare nel 1992 a PCI (133Mb/sec).

AGP a 2 Gb/sec è un bus punto-punto a 32 bit (parallelo).

PCI-X a 4,3 Gb/sec fatto da un filo di ritorno che manda 64 bit alla volta e in grado di fare

533Mb/sec (seriale). Per arrivare a 4,3 Gb/sec se ne mette più di uno in parallelo ed essendo fili

schermati e indipendenti non ci sono interferenze. 33

INTERNET, COME FUNZIONA LA RETE

RETE LOCALE

utente utente utente

Mac address 3 3

⋅ ⋅ ⋅

4 10 64 10

48 bit

Internet è una grande rete a livello mondiale; come rete dati è unica al pari della rete telefonica.

Ad Internet si accede tramite un PROVIDER. Nella rete circolano pacchetti che sono simili a quelli

della rete locale ma che contengono indirizzi univoci che possono essere interpretati.

INTERNET

INTERNET

(rete di cavi e nodi)

(rete di cavi e nodi)

TRAFFICO DI ROUTING – ci sono macchine che testano la velocità di risposta dei vari nodi e

stilano una tabella di routing che indicano le migliori strade da seguire.

Google

L’indirizzo internet deve essere

geograficamente localizzato. Ogni nodo ha una

propria tabella di

routing

collegamento

nodo 34

Ogni gestore ha un HLR (home location register) dove per ogni numero di telefono c’è l’indirizzo

istante per istante di dove si trova l’utente (telefonia mobile).

Nasce negli anni ‘70 e si chiama ARPANET, era una rete limitata al governo americano e utilizzata

per scopi militari. Negli anni ‘80 l’università di Barkley decide di unire varie università con questo

sistema: nasce INTERNET. 32 9

= ⋅

2 4 10

ff ff ff ff Indirizzi IP

0 . 0 . 0 . 0 255 . 255 . 255 . 255

Indirizzo di classe A 46 . X . X . X 24 6

Usato dall’IBM = ⋅

2 16 10

Fisso

(16 milioni di indirizzi) Devono arrivare

256 a 4 miliardi

Indirizzo di classe B 130 . 251 . X . X

Usato dall’università di GE

(64000 indirizzi)

Un utente ha un indirizzo IP, un gestore invece ha una o più classi di indirizzi; nasce però un

problema perché ad un certo punto gli indirizzi finiscono.

I gestori di sono resi conto che quando i calcolatori degli utenti sono spenti non hanno bisogno di

indirizzi IP.

Il server DHCP dispensa gli indirizzi IP all’occorrenza, sono indirizzi dinamici (gestiti fra più

persone, si ha un costo minore).

Gli indirizzi sono delle risorse.

I server di posta, i server web e di servizi non possono cambiare gli indirizzi IP.

PEER TO PEER: collegamento diretto fra due macchine client senza server