Riassunto esame Reti I

ESEMPIO SUL LIBRO DA PAGINA 468  RIPERCORSI TUTTI I VARI PASSI

Capitolo 6: Wireless e reti mobili

Introduzione

Inizieremo la nostra trattazione con una panoramica di un ampio insieme di reti, includendo le reti

locali (IEEE 802.11) e reti cellulare (3G) che poi approfondiremo più tardi. In una rete wireless

possiamo identificare i seguenti elementi:

• Host wireless: come nelle reti cablate, gli host sono dispositivi periferici che eseguono

applicazioni; l’host wireless può essere un portatile, telefono, ecc.. e possono essere mobili

o meno.

• Collegamenti wireless: l’host si connette alla stazione base (definita in seguito) o a un altro

host attraverso un canale di comunicazione wireless (differenti tecnologie comportano

diversi tassi trasmissivi e massime distanze) su questi si possono vedere molte

tabelle(anche sul libro) ma saranno solo approssimative perché dipendono dai gestori,

dalla distanza, dalle condizioni del canale e molti altri fattori. I collegamenti wireless sono

usati anche per connettere router, commutatori e altri dispositivi della rete noi però in

questo capitolo ci soffermeremo agli estremi della rete (più importanti sviluppi e tecnologie).

• Stazione base: è il componente chiave dell’infrastruttura delle reti wireless e (a differenza

degli host e dei collegamenti wireless) non ha una controparte corrispondente nelle reti

cablate. Una stazione base è responsabile dell’invio e della ricezione dei dati tra gli host a

essa associati; quando diciamo ciò intendiamo che l’host si trova nell’area di copertura

della stazione base e che la utilizza per trasmettere dati verso il resto della rete. Un

esempio di questi sono i ripetitori di cella nelle reti cellulare e gli access point nelle LAN.

Gli host associati a una stazione base sono considerati come operanti in modalità

infrastruttura visto che i servizi sono fornititi falla rete attraverso la stazione base. Nelle

cosiddette reti ad hoc, gli host wireless non hanno alcuna infrastruttura cui connettersi e in

sua assenza devono provvedere loro dei servizi di instradamento, assegnazione, DNS,

ecc… Quando l’host si sposta da un’area di copertura (di una stazione) a un’altra cambierà

il suo punto di collegamento alla rete, in poche parole cambia la stazione base a cui è

associato detto handoff.

• Infrastruttura di rete: è la rete più ampia con la quale l’host wireless potrebbe volersi

connettere.

Dopo aver analizzato le componenti possiamo combinarle in vari modi e creare tipologie di rete

diverse. A livello più alto possiamo classificare le reti wireless secondo due criteri: se un pacchetto

nella rete attraversa un solo collegamento wireless(hop) oppure più di uno, se vi è un’infrastruttura

(come stazione base) oppure no. 68

Fabio Zuccaro Pag.

• Hop singolo, con infrastruttura: Hanno una stazione base che si collega a una rete cablata

più grande (es. Internet). Tutte le comunicazioni hanno luogo tra la stazione base e gli host

su un singolo hop wireless. Fanno parte di questa categoria la rete dei cellulari 3G o reti

802.11(es.classe).

• Hop singolo, senza infrastruttura: Non c’è una stazione base collegata alla rete wireless,

tuttavia uno dei nodi di questa rete può coordinare la trasmissione degli altri nodi. Come le

reti Bluetooth e 802.11 (modalità ad hoc) ricadono in questa categoria.

• Hop multipli, con infrastruttura: è presente una stazione base, collegata tramite cavo alla

rete più grande; tuttavia alcuni nodi potrebbero far affidamento per le loro comunicazioni su

altri nodi, per comunicare con la stazione base. Reti di sensori wireless o mesh wireless

sono in questa categoria.

• Hop multipli, senza infrastruttura: non c’è una stazione base, i nodi possono dover

ritrasmettere i messaggi a parecchi altri nodi per raggiungere le destinazioni. I nodi

possono essere mobili e la connettività tra loro può cambiare, come in una classe di reti

nota come mobile ad hoc network. Se i nodi mobili sono veicoli, la rete è una vehicular

ad hoc network. Come si vede molto impegnativo.

In questo capitolo tratteremo essenzialmente le reti in modalità infrastruttura e ora vediamo le

tecniche che si presentano nelle reti wireless.

Collegamenti wireless e caratteristiche di rete

Iniziamo considerando una semplice rete cablata, come una rete domestica, con uno switch

Ethernet che connette alcuni host; se sostituissimo una Ethernet cablata con una rete 802.11, la

scheda wireless sostituirebbe la scheda Ethernet cablata nell’host e l’access point sostituirebbe lo

switch Ethernet, ma non servirebbe nessun cambio a livello di rete o superiore. Quindi

focalizziamo l’attenzione sul livello di collegamento per analizzare le differenza tra reti cablate e

wireless, ecco le principali:

• Attenuazione del segnale: Le radiazioni elettromagnetiche si attenuano quando

attraversano determinati ostacoli (pareti case). Anche nello spazio libero l’intensità si

attenua al crescere della distanza percorsa.

• Interferenze da parte di altre sorgenti: Sorgenti radio che trasmettono nella stessa banda

interferiscono tra loro. (Es. telefoni sulla stessa banda si sentono interferenze, più in questo

caso anche il rumore elettromagnetico ambientale).

• Propagazione su più cammini: questo si verifica quando una parte delle onde

elettromagnetiche si riflette su oggetti e sul terreno, percorrendo cammini di diversa

distanza  questo fenomeno disturba il segnale che giunge al destinatario. Oggetti in

movimento tra trasmittente e destinatario possono causa propagazione multipla, che varia

sempre.

Viste anche queste differenze vediamo che le reti wireless hanno errori più frequenti, quindi i

protocolli utilizzano non solo potenti codici CRC di rilevamento degli errori, ma anche trasferimento

affidabile a livello di collegamento che ritrasmette i pacchetti danneggiati.

Spostandoci agli host che ricevono il segnale, questo è un segnale elettromagnetico che è la

combinazione di una forma degradata del segnale in origine (es. per effetti attenuazione) e un

rumore di fondo ambientale. Il rapporto segnale rumore(SNR) è una misura relativa dell’intensità

del segnale ricevuto, cioè di quello ricevuto e del rumore, questo viene spesso misurato in decibel

(dB) ed è venti volte logaritmo in base 10 dell’ampiezza del segnale ricevuto diviso l’ampiezza del

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Fabio Zuccaro Pag.

rumore (maggiore è SNR maggiore è la facilità del ricevente di distinguere il segnale dal rumore di

fondo). Questa figura mostra il tasso di errore sul bit

(BER), cioè approssimativamente la probabilità

che un bit trasmesso sia ricevuto sbagliato dal

ricevente, rispetto a SNR (per le diverse

tecniche). Qua si notano diverse caratteristiche:

• Per un dato schema di modulazione,

maggiore è SNR, minore sarà il BER

(perché se aumenta SNR aumenta la

potenza di trasmissione e quindi

diminuisce errore); questo però è limitato

per una certa soglia, perché il mittente

deve spendere più energia ed è quindi

più probabile creare interferenze tra loro.

• Per un dato SNR, una tecnica di

modulazione con più elevato tasso di

trasmissione dei bit ha un BER più alto (vedi figura).

• La selezione dinamica delle tecniche di modulazione del livello fisico può essere usata per

adattare la tecnica di modulazione alle condizioni del canale. SNR e BER possono

cambiare a causa della mobilità o dei cambiamenti dell’ambiente. Modulazione e codifica

adattative sono usate nelle reti 3G o Wi-Fi

Il tasso di errore non è l’unica differenza, ad esempio la trasmissione broadcast per le reti wireless

è molto più complicato. Il cosiddetto problema del terminale nascosto nasce dal fatto che

ostacoli fisici presenti nell’ambiente potrebbe impedire a due host di sentirsi, anche se questo

interferisse con un altro host.

Un altro scenario è quando si crea una collisione non rilevabile dalla stazione ricevente è quella in

cui si verifica il fading(evanescenza) del segnale che si propaga nell’ambiente A e C non hanno

abbastanza segnale per le loro trasmissioni, ma questi interferiscono con un altro host.

CDMA

Quando due host condividono un canale c’è bisogno di un protocollo che ne regoli l’accesso.

CDMA è il protocollo di accesso al canale condiviso più diffuso nelle reti wireless e nelle

tecnologie cellulari. Nel protocollo CDMA ogni bit inviato è codificato moltiplicandolo con un

segnale che cambia frequenza (detta chipping rate) di molto superiore a quella con cui variano i bit

dei dati. La figura sotto riporta uno scenario di codifica/decodifica CDMA. Il tasso trasmissivo dei

bit originali definisce l’unità di tempo e quindi il tempo richiesto per la trasmissione di un bit sia un

d

slot. Sia il valore del bit di dati all’i-esimo slot; ogni slot è inoltre suddiviso in M mini-slot e

i c

nella figura abbiamo M=8 (in pratica più grande). CDMA è una serie di M valori, detti dove m

m

va da 1 a M, che possono essere 1 o -1 (cioè 0). Vediamo quindi nella figura che il risultato della

d ∗c

codifica è Z = ; nel caso ideale il destinatario dovrebbe ricevere il messaggio senza

i m M

1 ∑

d Z∗c

interferenze calcolando i dati originale =

i m

M m =1

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Fabio Zuccaro Pag. Il mondo non è perfetto, quindi

CDMA deve operare con

interferenze. CDMA opera

nell’ipotesi che i segnali dei bit

trasmessi con interferenza siano

cumulativi (cioè che se vengono

inviati tre 1 e un -1 il segnale sarà

2; quindi viene aggiunta un Z-

somma (o Z’) che è la somma dei

bit inviti da tutti gli N trasmittenti)

quindi abbiamo

M

1 ∑

d Z∗c

=

i m

M m=1

Per capire meglio vedi esempio

sul quaderno P.495 ed esercizi sul

quaderno.

CDMA è un protocollo di partizione

perché ripartisce lo spazio dei

codici (no spazio o tempo) e assegna a ciascun nodo una porzione dedicata.

Wi-Fi: LAN wireless 802.11

Oggi sono una delle più importanti tecnologie per l’accesso a Internet (molto usate a casa, lavoro e

altro); tra i vari standard IEEE 802.11 wireless LAN, conosciuto come Wi-Fi risulta essere il

“vincitore”. Esistono numerosi standard e la tabella qua sotto riassume le principali:

Standard Gamma di frequenze (USA) Velocità di trasferimento dati

802.11b Da 2,4 a 2,485 GHz Fino a 11 Mbps

802.11a Da 5,1 a 5,8 GHz Fino a 54 Mbps

802.11g Da 2,4 a 2,485 GHz Fino a 54 Mbps

L’