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Dispense di Telematica

Corso di Telematica: Reti di Comunicazione (cenni)

Vengono ricordati gli elementi principali delle reti di telecomunicazione, piu' approfonditamente studiati nel relativo corso.

Classificare le reti aiuta a capirle. Molti sono gli elementi costitutivi delle reti e molti sono quindi gli elementi che le distinguono una dalle altre.

La prima grande suddivisione delle reti e' fatta in base alla utilizzazione di tecniche analogiche o numeriche.

Per motivi storici, le reti piu' diffuse sono di tipo analogico, basta pensare alle reti televisive ed al telefono.

La tendenza e' di passare a reti digitali. Lo stesso telefono, nei paesi piu' avanzati, e' ormai completamente digitale a livello interno, con la periferia che diviene anch'essa sempre piu' digitale.

Con la chiusura del progetto Europeo sull'alta definizione (che usava una tecnica analogica), tutti gli sviluppi significativi a livello mondiale sono passati a sistemi digitali.

Il supporto fisico sul quale scorrono le informazioni determina molte delle proprieta' della rete. Praticamente ogni supporto in grado di trasportare onde elettromagnetice - dal filo di rame allo spazio libero - e' usato per uno o piu' tipi di rete.

Anche la distribuzione spaziale del supporto fisico determina le proprieta' fondamentali di una rete e concorre alla classificazione.

Il modo accedere al canale, ovvero la modalita' con la quale viene scelto il nodo abilitato ad immettere informazioni nella rete, e' un altro importante parametro di classificazione di una rete.

Esempi di metodi di accesso al canale:
TDMA: (time division multiple access) ogni stazione e' abilitata a trasmettere solo in un assegnato intervallo di tempo (slot) all'interno di una prefissata trama (frame).
In questo caso l'autorizzazione a trasmettere e' rappresentata da una particolare finestra temporale, invece che da un blocco dati. E' una tecnica simile alla multiplazione a divisione tempo delle reti telefoniche. La differenza consiste nel fatto che le informazione trasmesse da una stazione non occupano tutto l'intervallo assegnato ad una stazione, ma solo una frazione: la parte restante forma dei tempi di guardia, che semplificano le operazioni di sincronizzazione fra le varie stazioni.
Nella tecnica TDMA si distingue:
- STDM (trasmetto un periodo di tempo che si ripete in modo sincrono. Il canale e' diviso in slot).
- ATDM (in questo caso non ho piu' uno slot periodico per ogni stazione).

Protocolli ad accesso CASUALE.
Protocollo ALOHA: questo protocollo, nelle due versioni sincrona e asincrona, e' adatto per le reti radio e via satellite. Ogni stazione rivela le eventuali collisioni dopo che ha finito di trasmettere: nel caso delle reti via satellite dopo che e' trascorso il tempo che il segnale impiega per propagarsi dalla stazione al satellite e viceversa. Una volta rivelata la collisione, una stazione ritrasmette le informazione dopo un intervallo di tempo casuale, in modo da diminuire la probabilita' di una ulteriore collisione, e cosi' via fino a che la trasmissione non ha successo.
Protocollo CSMA: (Carrier Sense Multiple Access) questo protocollo e' invece adatto a reti locali, dove la prossimita' delle stazioni permette a ciascuna di esse di verificare se sono in corso altre trasmissioni sulla linea prima di iniziare la trasmissione delle proprie informazioni. Se e' rivelata la presenza di segnale in linea, la trasmissione delle informazioni e' rimandata a un tempo successivo; altrimenti si effettua la trasmissione dell'intero blocco d'informazione disponibile (generalmente un pacchetto). In questo modo la possibilita' di collisioni e' limitata alla condizione nella quale due stazioni ascoltano la linea in istanti distanziati di un intervallo inferiore al tempo di propagazione del segnale fra di esse. Nell'eventualita' di una collisione, una stazione ritrasmette le informazioni in un tempo successivo casualmente scelto. Un miglioramento e' ottenuto continuando a verificare lo stato della linea anche durante la trasmissione, in modo da rivelare immediatamente le eventuali collisioni, caratterizzate da variazioni del livello del segnale di linea. In questo caso la trasmissione in corso e' immediatamente interrotta e rinviata ad un istante successivo. Questa tecnica denominata CSMA/CD (Collision Detection), consente di aumentare le prestazioni della rete, riducendo i tempi non utilizzabili di occupazione del canale comune di trasmissione.

Altri protocolli utilizzati sono:
DQDB (Distributed Queue Dual Bus): è formato da un doppio bus in cavo coassiale o fibra ottica, al quale sono collegate tutte le stazioni appartenenti alla rete. L'accesso alla rete e' garantito alle stazioni dalla possibilita' di prenotare degli slot temporali sui frame usati per la trasmissione.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface): utilizza una topologia a doppio ring in fibra ottica con un protocollo di accesso di tipo token. La trasmissione del traffico di tipo sincrono si basa su una negoziazione che consente alle stazioni di stabilire in anticipo il tempo necessario.

Tecniche di commutazione.
Commutazione di CIRCUITO (tipica della telefonia analogica FDM): stabilisco una connessione elettrica continua; non condivido con altri utenti la linea che mi e' stata assegnata durante tutto il tempo che ho a disposizione. Ho lo svantaggio che non posso trasmettere altre informazioni durante le pause.
Commutazione di MESSAGGIO: il messaggio viene trasferito interamente nodo per nodo.
Commutazione di PACCHETTO: tecnica store & forward come quella di messaggio. Per la commutazione di pacchetto abbiamo due tecniche di instradamento:

Datagramma: ogni pacchetto puo' seguire un instradamento diverso, quindi ho la necessita' di marcare i pacchetti con destinazione, mittente, ma anche con un numero progressivo all'interno del messaggio per poter ricostruire l'esatta sequenza in ricezione.
Circuito virtuale: viene fissato un cammino che viene seguito da tutti i pacchetti. In questo caso i pacchetti arrivano in ordine (non c'e' piu' bisogno del numero progressivo). Chiaramente ho minore ottimizzazione dei singoli tratti di rete rispetto al datagramma.

Come abbiamo visto il flusso informativo di dati viene suddiviso in tanti pacchetti ai quali vengono aggiunte informazioni di servizio consistenti in un campo di bit detto Header.

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Controllo di errore.
Altre funzionalita' presenti all'interno della rete sono le strategie di controllo d'errore e ritrasmissione (es. ARQ: Automatic Repeat Request). Se l'utente destinatario invia al mittente un segnale ACK (Acknowledge) nel caso di corretta ricezione, si possono avere tre modi distinti per rimediare gli errori:
Stop & wait: la sorgente non invia il pachetto successivo finche' non riceve l' ACK relativo al pacchetto precedente.
Go Back N: trasmetto N pacchetti ogniqualvolta ricevo gli ACK relativi agli N precedenti. Se sbaglio, cioe' non ricevo uno degli ACK, invio di nuovo tutti gli N ultimi pacchetti.
Go Back N - Select repeat: in questo caso ritrasmetto solo il pacchetto o i pacchetti errati all'interno degli N inviati, nel caso di presenza d'errore. E' piu' efficiente, ma e' anche piu' difficile da implementare.

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Un'ulteriore distinzione delle reti di tlc e' fatta in base alle dimensioni dell'area geografica sulla quale si estende la rete:
LAN (Local Area Network): e' un sistema di comunicazione atto a permettere la comunicazione tra un certo numero di postazioni indipendenti, distribuite in un'area delimitata geograficamente (palazzo, fabbrica, ufficio, ecc.) mediante l'utilizzo di un canale fisico che permette alta velocita' e basso tasso di errore.
MAN (Metropolitan Area Network): estensione delle LAN, offrono servizi ad alta velocita' in una area piu' estesa. Le MAN includono funzionalita' di gestione pubblica e tariffazione.
WAN (Wide Area Network): o reti geografiche, in genere costituite da piu' LAN/MAN collegate fra loro tramite appositi gateway (Es. INTERNET).

Tipi di traffico in rete.
Ciò che divide fondamentalmente il tipo di traffico che una rete è chiamata a supportare è il tipo di ritardo ammissibile. Un traffico formato da dati non ha tipicamente necessità di ritardi costanti, inoltre esso ha caratteristiche burst cioè alterna momenti di alto volume di trasmissione a momenti di quasi completa inattività; questo traffico viene denominato asincrono. Contrariamente all'asincrono, il traffico isocrono è caratterizzato dalla necessità di ritardi massimi fissi e ha caratteristiche di continuità temporale e periodicità (es. voce campionata e quantizzata); infine il sincrono che è simile all`isocrono ma senza la caratteristica della periodicità.
Queste caratteristiche sono molto importanti per le definizioni dei servizi possibili su una rete. Si cerca di realizzare reti che permettono di integrare i vari tipi di traffico al loro interno (ISDN: Integrated Services Digital Network). I tipi di protocolli possono supportare questi 2 tipi di traffico od uno solo di essi, trasmettere un tipo di traffico su una rete che non lo supporta non è una cosa impossibile, ma non bisogna prescindere dalle limitazioni o dagli svantaggi che si ottengono. Ad esempio trasmettere traffico asincrono su una rete sincrona (es. modem su linea telefonica) porta in genere a uno spreco di risorse; viceversa la trasmissione di traffico isocrono (es. voce e video campionati ) su una rete asincrona (es. DQDB o rete LAN ethernet) è possibile tramite applicativi particolari che sfruttano una bufferizzazione dei dati sia in ricezione che in trasmissione, questo però da un lato introduce un ritardo e dall'altro non garantisce la continuità del servizio.

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Ultimo Aggiornamento: 22 Febbraio 1997.

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