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1 Il sistema telefonico e le reti di calcolatori.

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Presentazione sul tema: "1 Il sistema telefonico e le reti di calcolatori."— Transcript della presentazione:

1 1 Il sistema telefonico e le reti di calcolatori

2 2 Il sistema telefonico – Schema I centrale di commutazione

3 3 local loop trunks centrali di commutazione Il sistema telefonico –Schema II

4 4 Il collegamento tra lapparecchio telefonico e la più vicina centrale: è detto local loop è costituito generalmente da un doppino intrecciato (doppino telefonico) ha una banda passante di circa 3000 Hz (dovuta ad un filtro nella centrale di commutazione) usa segnali analogici Se tutti i local loop del mondo fossero uniti luno allaltro, coprirebbero mille volte la distanza Terra-Luna! Il local loop

5 5 Il trunk Il collegamento tra due centrali di commutazione: è detto trunk è costituito da – cavo coassiale – collegamento con microonde – fibra ottica ha una banda passante molto più ampia del local loop inizialmente usava segnali analogici, oggi quasi esclusivamente segnali digitali

6 6 La principale limitazione della trasmissione di dati utilizzando il sistema telefonico è il local loop: è praticamente impossibile inviare un segnale digitale su un canale con banda passante di 3000 Hz (vedi es. sulle armoniche) Se vogliamo inviare dati digitali si deve perciò ricorrere ad un convertitore digitale- analogico detto modem (modulator-demodulator) Il segnale analogico viene trasformato nuovamente in digitale allinterno della centralina di commutazione da un dispositivo detto codec (coder-decoder) e iniettato allinterno dellarea di commutazione (la maggior parte delle centrali di commutazione sono oggi digitali) Il processo inverso viene effettuato allarrivo, entrando nel local loop di destinazione Trasmissione di dati fonia

7 7 Il sistema telefonico Il sistema telefonico svolge un ruolo centrale nella trasmissione di dati tra calcolatori, Perché sarebbe troppo costoso realizzare connessioni ad hoc per ciascun calcolatore da collegare in molti paesi, posare cavi per collegamenti privati sul o sotto il suolo pubblico è illegale Purtroppo tale sistema è nato e si è evoluto per la telefonia, anche se recentemente si sta evolvendo grazie anche alluso di fibre ottiche.

8 8 La seguente tabella esemplifica le differenze nella trasmissione dei dati Il sistema telefonico Combinando i due parametri, ci sono 11 ordini di grandezza di differenza Anche se oggi il sistema telefonico sta migliorando rapidamente, anche le LAN si evolvono, così restano diversi ordini di grandezza tra le prestazioni dei due sistemi Data rateTasso derrore Cavo tra due computer10 7 – 10 8 bps1 su Linea telefonica10 4 – 10 5 bps1 su 10 5

9 9 digitale analogico digitale analogico modem codec area di commutazione Trasmissione di dati - Schema

10 10 Le modulazioni usate per modem a 2400 baud standarddate rate (bps)bit/campionamentovalori diversi QPSK QAM V x 2 QAM V.32 bis x 2 V V.34 bis Nel V.32 e V.32 bis il bit in aggiunta serve per la correzione derrore

11 11 I modem a 56 kbps utilizzano gli standard V.90 e V.92 per ottenere velocità massime teoriche di 56 kbps: Il canale telefonico ha una banda effettiva di 4000 Hz (3000 Hz più 1000 Hz per due bande di guardia), quindi può essere campionato 8000 volte al secondo (Teorema di Nyquist); si codificano 7 bit di informazione per ogni campione Possono funzionare a questa velocità solo con particolari Internet Service Provider, e solo nella direzione dallISP allutente Mediamente, la qualità e la lunghezza dei local loop sono tali che il limite massimo teorico sulla velocità di trasmissione tra due modem è di 35 kbps (a causa del Teorema di Shannon). Se però un ISP è collegato direttamente al codec del gestore telefonico, si elimina uno dei due local loop e si può avere una velocità massima teorica di 70 kbps Modem a 56 kbps

12 12 Il modem può funzionare come un canale di comunicazione bi-direzionale (full-duplex). Si utilizzano due diverse bande di frequenza per ciascuna direzione La comunicazione bi-direzionale non funziona nei sistemi telefonici che adottano i vecchi soppressori di eco (circuiti che forzano la linea telefonica in modalità halfduplex automaticamente) La comunicazione bi-direzionale funziona invece nei sistemi telefonici che utilizzano i nuovi cancellatori di eco (circuiti che simulano leco della trasmissione e provvedono a cancellarlo dal segnale) Comunicazione bi-direzionale

13 13 Multiplexing I trunk (collegamenti tra le centrali di commutazione) hanno ampia banda passante Poiché ogni conversazione richiede una banda passante ridotta (3000 Hz), è possibile utilizzare lo stesso trunk per trasmettere più flussi di dati contemporaneamente (multiplexing) Esistono due categorie di multiplexing: FDM (Frequency Division Multiplexing), per lo più usato su vecchi trunk analogici TDM (Time Division Multiplexing), utilizzato da quasi tutti i trunk digitali

14 14 La banda passante del canale viene suddivisa in varie bande più piccole da 4000 Hz (3000 Hz per la fonia più 1000 Hz per evitare interferenze) e ogni utente ha luso esclusivo su di essa Ogni canale telefonico viene innalzato in frequenza fino ad occupare la sotto-banda assegnatagli Frequency Division Multiplexing I

15 15 Uno standard largamente adottato suddivide la banda passante tra 60 kHz e 108 kHz in 12 canali da 4000 Hz (gruppo di canali). Si può anche utilizzare la banda passante tra i 12 kHz ed i 60 kHz per un altro gruppo Molte aziende telefoniche offrono collegamenti dati con linee dedicate allocando un intero gruppo, con velocità di trasmissione di 48–56 kbps Cinque gruppi possono essere multiplexati per formare un supergruppo (60 canali audio) Più supergruppi (cinque o dieci) possono essere multiplexati per formare un gruppo master Frequency Division Multiplexing II

16 16 FDM è adatto alla gestione di segnali analogici e richiede circuiteria analogica. Per gestire al meglio i dati digitali viene spesso utilizzato il Time Division Multiplexing (TDM) I bit provenienti da diverse connessioni vengono prelevati a turno da ciascuna di esse ed inviati su una connessione unica ad alta velocità Time Division Multiplexing

17 17 Pulse Code Modulation Il segnale analogico proveniente dal local loop viene convertito in segnale digitale dal codec (codifier-decodifier) prima di poter essere unito agli altri tramite il TDM La tecnica utilizzata è chiamata PCM (Pulse Code Modulation): la linea analogica viene campionata 8000 volte al secondo (canali da 4000 Hz, cfr. Teorema di Nyquist, cioè un campione ogni 125 sec) ogni valore campionato viene convertito in un intero rappresentato da 7 bit (USA) o 8 bit (EU) Il TDM è spesso effettuato direttamente dal codec (un solo dispositivo campiona a turno i segnali analogici dei local loop)

18 18 Standard per il TDM Non esiste uno standard internazionale per il TDM in America e Giappone: T1 carrier: 24 canali campionati a 7 bit più un bit di controllo (56 kbps utili per canale, Mbps in totale) in Europa e resto del mondo: E1 carrier: 30 canali campionati a 8 bit, più 2 canali di controllo (64 kbps utili per canale, Mbps in totale) Ovviamente il TDM può essere riapplicato avendo CarrierCaratteristicheValocità Mbps T24 canali T16312 T37 canali T T46 canali T CarrierCaratteristicheValocità Mbps E24 canali E18848 E34 canali E E44 canali E E54 canali E

19 19 Il sistema telefonico è commutato: ogni comunicazione richiede una specifica connessione Esistono tre tipi di commutazione: commutazione di circuito (circuit switching): la connessione è fisica, in quanto si deve creare allinizio un circuito costituito dai due local loop e da opportuni sotto- canali in uno o più trunk commutazione di pacchetto (packet switching): la connessione è virtuale, in quanto i dati vengono spezzettati in pacchetti e trasmessi indipendentemente luno dallaltro commutazione di messaggio (message switching): la connessione è virtuale. I dati da trasmettere vengono immagazzinati tutti nel primo ufficio preposto allo switching e ritrasmessi tutti in blocco al successivo. Si attende la completa ricezione di ogni blocco e se ne verifica in loco lintegrità. Una linea che utilizza tale sistema viene anche detta store-and-forward Generalmente il sistema telefonico è di tipo a commutazione di circuito Commutazione

20 20 Commutazione – Confronto tra i tre tipi circuit switchingmessage switchingpacket switching

21 21 Le compagnie telefoniche offrono servizi di trasmissioni di dati che permettono di superare le limitazioni del local loop analogico Affitto di linee dedicate: la compagnia installa linee di trasmissioni digitali fino alla più vicina centrale di commutazione; ciò permette di evitare le limitazioni dei doppini intrecciati e consente di offrire data rate di decine o centinaia di milioni di bit al secondo Telefonia digitale: ISDN ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) HFC (Hybrid Fiber Coaxial cable) Servizi per trasmissioni di dati

22 22 Lo scopo primario di ISDN (Integrated Services Digital Network) è lintegrazione dei servizi fonia e dati E un sistema telefonico pienamente digitale con commutazione di circuito Lo standard ISDN offre tipicamente: ad una casa: 2 canali da 64 kbps ed un canale di controllo da 16 kbps (a volte si può utilizzare un unico canale da 144 kbps) ad una azienda: 30 canali da 64 kbps ed un canale di controllo da 16 kbps Ogni canale può essere utilizzato sia per fonia che per trasmissione dati ISDN

23 23 Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) utilizza un modem per trasmettere dati sul doppino telefonico, ma rimuove i filtri della centrale telefonica che limitano la banda passante del canale In ADSL con multiplexing a divisione di frequenza, la banda passante del doppino è suddivisa in tre canali: tra 50 kHz e 1 MHz: canale in discesa (downstream) verso lutente (max 8 Mbps per distanze < 3 km, più spesso dellordine di 1 Mbps) tra 4 kHz e 50 kHz: canale in salita (upstream) verso il provider (max 1 Mbps per distanze < 3 km, più spesso dellordine di 100 Kbps) tra 0 Hz e 4 kHz: canale telefonico full-duplex ADSL I

24 24 In ADSL con DMT (Discrete MultiTone) la banda è suddivisa in 256 canali indipendenti, ognuno ampio Hz. Un canale è usato per la fonia, 6 canali sono di controllo o inutilizzati, i restanti suddivisi per trasmissione e ricezione Ciascun canale dati è campionato a 4000 baud, ed i dati sono codificati con modulazione di fase e di ampiezza (QAM) Per separare il canale fonia si utilizza un dispositivo chiamato splitter oppure un più semplice filtro passa-basso tra la linea e lapparecchio telefonico (in questultimo caso la velocità massima scende a 1,5 Mbps) Il collegamento è punto a punto (in teoria il provider dovrebbe garantire sempre lintera banda passante) ADSL II

25 25 HFC Hybrid Fiber Coaxial Cable (HFC) utilizza un cavo a fibre ottiche per collegare lutente con la centrale di smistamento Utilizza particolari modem via cavo, solitamente collegati al computer tramite una scheda di rete Ethernet Divide il canale di comunicazione in canale downstream verso lutente (tipicamente < 10 Mbps) canale upstream verso il provider (tipicamente < 768 kbps) Il collegamento non è punto a punto, e sul cavo viaggiano pacchetti appartenenti a diversi utenti (la banda passante dellutente può ridursi notevolmente quando il traffico è alto)


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