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Reti e connessioni
per comunicare
Tesina di Isabella Lavelli
Matr. 152156
Corso di Teoria e Tecniche dei Nuovi Media
Prof. Carlà
Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie della Comunicazione
Università IULM - Milano
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Sommario
INTRODUZIONE: OBIETTIVO E STRUMENTI DI ANALISI. _______2
1.1 INTERNETWORKING CHALLENGES ____________________________________ 4
1.2 OPEN SYSTEMS INTERCONNECTION (OSI) REFERENCE MODEL_____________ 4
1.3 PROTOCOLLI ______________________________________________________ 5
2. RETI LAN (LOCAL AREA NETWORK) ___________________________7
2.1 I PROTOCOLLI LAN E IL MODELLO DI RIFERIMENTO OSI__________________ 7
2.2 I METODI DI ACCESSO A UNA RETE LAN ________________________________ 8
2.3 LAN: TOPOLOGIE __________________________________________________ 8
2.4 LAN: I DISPOSITIVI _________________________________________________ 9
3. LE RETI WAN __________________________________________________11
3.1 I PRINCIPALI DISPOSITIVI DI UNA WAN________________________________ 13
3.2 TERMINALE ISDN _________________________________________________ 14
4. ADSL: TECNOLOGIA DI COMUNICAZIONE A BANDA LARGA. 15
4.1 COS’È L’ADSL? __________________________________________________ 15
5. WIRELESS. UNA NUOVA FRONTIERA DELLA
COMUNICAZIONE. _______________________________________________17
5.1 IL SISTEMA BLUETOOTH ____________________________________________ 18
5.1.2 LA DIFFERENZA TECNICA TRA CAVI E BLUETOOTH._______________________ 18
5.1.3 IN CHE MODO PUÒ ESSERE UTILIZZATO BLUETOOTH. _____________________ 18
5.1.4 CARATTERISTICHE TECNICHE DI BLUETOOTH ___________________________ 19
5.1.5 LE RADIAZIONI SONO DAVVERO PERICOLOSE? __________________________ 20
5.1.6 QUAL È IL POTENZIALE DI CRESCITA DELLA TECNOLOGIA BLUETOOTH._______ 20
5.1.7 TRASMISSIONE DEI DATI E SICUREZZA. ________________________________ 21
5.2 INTRODUZIONE ALLA TECNOLOGIA WIMAX ___________________________ 22
5.2.1 PERCHE’ WIMAX _________________________________________________ 23
5.2.3 UN ESEMPIO DI VITA CON WIMAX ___________________________________ 24
7. CURIOSITÀ : COME FUNZIONA UN’ANTENNA. ________________27
CONCLUSIONE. __________________________________________________30
FONTI E BIBLIOGRAFIA _________________________________________31
Isabella Lavelli – Reti e Connessioni per Comunicare
1
Introduzione: obiettivo e strumenti di analisi.
Questa ricerca nasce dalla necessità di capire meglio quali sono stati gli sviluppi
tecnologici che hanno caratterizzato la “vita” di internet, o per meglio dire, di quel
sistema di reti e connessioni che oggi è diventato il principale strumento di
comunicazione e di interazione.
Forse questa carrellata storica sulle moderne tecnologie di connessione parte
dall’ambizione secondo cui una certa comprensione dei meccanismi può aiutare a
comprendere certi “usi” che oggi si fanno della Rete.
In molti hanno ipotizzato che l’evoluzione della società della comunicazione, come è
stata più volte definita la comunità globale e globalizzata a cavallo tra ventesimo e
ventunesimo secolo può, in larga misura, far corrispondere i propri mutamenti ai
cambiamenti nelle modalità di comunicazione.
Si realizzerebbe dunque una sorta di gioco di specchi in cui a partire da un’immagine,
nel nostro caso dalla storia dell’evoluzione delle tecnologie di internet, si può arrivare
ad ottenere anche la fisionomia di una società in cui cambiano modi di vivere e
linguaggi.
L’obiettivo di questa ricerca è quello di individuare le tappe più importanti dello
sviluppo tecnologico delle reti.
Il percorso di analisi si sviluppa su tre nodi fondamentali:
§
Le origini: Reti LAN e WAN
§
La velocità: ADSL
§
Wireless: i sistemi di connessione senza fili
Ho scelto di affrontare un viaggio negli aspetti più tecnici del fenomeno della
comunicazione mediata da computer perché penso che solo cercando di capire come
funzionano i meccanismi e gli strumenti si può ambire a conoscere in qualche misura il
fenomeno della comunicazione nell’era di internet.
2
1. Internet: il network dei network
Nessuno controlla Internet. Non è una singola entità, localizzata in un luogo specifico.
Internet è comunemente descritta come la Rete delle reti. È un miscuglio su scala
mondiale di centinaia di migliaia di reti , di proprietà, usate da milioni di persone in
tutti i Paesi, e tutti sono connessi da migliaia di ISPs (Internet Services Providers).
Ci sono due tipi di computer connessi alla Rete: server e client. Tutti gli utenti finali di
Internet utilizzano machine client. Tipicamente ogni desktop o laptop computer usato da
un individuo per e-mail, web browsing, word processing è un client. I client computer
si connettono a Internet tramite un modem, tipicamente da casa, oppure tramite la
Rete aziendale, in ufficio. Un server è sempre connesso a Internet, le pagine Web e le
nostre e-mail sono su un server a nostra disposizione. I client e server comunicano
attraverso un sistema di comunicazione ‘a pacchetti’ con protocollo Transmission
Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). Questo sistema permette ai clients e server
di trasmettere i dati nelle due direzioni in modo univoco. Piuttosto che mandare un
messaggio nella sua totalità, in its entirety, TCP/IP lo spacca in unità più piccole, o
‘pacchetti’. Come una lettera ciascun pacchetto ha una etichetta con l’indirizzo di
destinazione.
Ciascun pacchetto passa attraverso una catena di router, che connettono le varie reti
di Internet. Ciascun router decide il tragitto più efficiente per il singolo ‘pacchetto’. Non
ha importanza come i pacchetti sono spediti né il loro ordine di arrivo, quindi i router
possono ovviare a intasamenti o guasti. Quando il computer destinatario riceve tutti i
‘pacchetti’ è in grado di riassemblare il messaggio originale.
I router sono inoltre in grado di connettere diverse tipologie di reti. Per esempio,
possono passare dati da una Rete Ethernet a una Rete Token Ring in modo veloce e
trasparente per l’utilizzatore. Il lato positivo è che tutte le reti possono comunicare fra
loro. La cattiva notizia è che chiunque può comunicare con la tua Rete, e non tutti
hanno buone intenzioni. Questo ha costretto tutto il settore industriale a sviluppare la
sicurezza: ad esempio i Firewall impediscono l’accesso non autorizzato alle reti private
esaminando ciascun messaggio proveniente dall’esterno. I Firewall, che sono una
combinazione di hardware e software bloccano tutti i messaggi che non corrispondono
alle specifiche di sicurezza.
Oltre ad aver creato la necessità dei Firewall, Internet ha influenzato la progettazione
dei network aziendali. I network delle grandi corporation sono ancora di vari formati e
standard proprietari ma con il passare del tempo assomigliano sempre di più a Internet.
È molto meno costoso progettare, costruire e gestire una Rete Intranet (reti interne
basate su Browser e protocolli Internet) che una basata su sistemi proprietari. Una Rete
Intranet appare come una Rete Internet ma è accessibile solamente al personale
dell’azienda. Un Firewall impedisce l’accesso dall’esterno all’organizzazione.
Le reti Extranet sono accessibili con user name e password, e la user's identity
determina quali parti di Extranet si possono vedere. I primi network, nelle grosse
corporation o settori statali e militari, erano time-sharing network che usavano
mainframe a cui erano connessi centinaia o migliaia di terminali.
IBM sviluppò la famosa System Network Architecture (SNA) e DIGITAL una ‘Digital
network architecture’, entrambe ‘proprietarie’.
L’arrivo dei PC determinò uno sviluppo delle Local Area Networks (LAN). Le LAN
permettono a moltissimi utenti, su un’area geografica limitata quale un fabbrica o
istituzione pubblica, di scambiarsi file e messaggi, oltre alla posssibilità di accedere a
risorse condivise, quali i file sui server o stampanti etc .
Wide Area Networks (WAN) interconnettono le LAN utilizzando le normali linee
telefoniche, o altri media, connettendo utenti in qualsiasi area geografica.
3
Oggi, le LAN ad altissima velocità e le Internetwork sono diffuse in tutto il mondo,
permettendo connessioni ad altissime velocità, un scambio enorme di dati oltre a voce e
video (videoconferenze).
Internetworking ha dato una soluzione economica ed efficiente a tre grossi problemi del
passato:
1.
LAN isolate: impossibile la comunicazione fra disverse entita’/uffici aziendali
2.
Duplicazione di risorse: era necessario dare agli uffici o dipartimenti lo stesso
hardware e software, e il necessario supporto
3.
Mancanza di gestione della Rete: non esisteva un unico metodo centralizzato per
la gestione e risoluzione dei problemi della Rete
1.1 Internetworking Challenges
Sono ancora molte le sfide da fronteggiare nelle Internetwork, in particolare per quanto
riguarda connectivity, reliability, flexibility e network management: ciascuna area è
chiave nell’ottenere una Rete efficace ed efficiente.
La connessione fra sistemi diversi richiede il supporto di differenti tecnologie di
comunicazione: siti diversi possono usare differenti media (wire, wireless, optical etc)
con differenti velocità.
Con la diffusione pervasiva di internetwork, la reliability diventa vitale: utenti
individuali e intere organizzazioni globali hanno una dipendenza quasi assoluta da un
accesso reliable alle risorse del network.
Il Network management deve essere in grado di provvedere un supporto centralizzato e
la capacità di individuare e risolvere velocemente i malfunzionamenti.
Configurazione, sicurezza e performance devono essere indirizzate per ottenere una
Rete che funzioni senza problemi.
La flessibilità è vitale per ottenere velocemente espansioni della Rete, rilascio di nuove
applicazioni e servizi e a costi contenuti.
1.2 Open Systems Interconnection (OSI) Reference Model
Open Systems Interconnection (OSI) è il modello di riferimento che descrive come le
informazioni da una applicazione software in un computer si muovono attraverso un
network medium a un’applicazione software su un altro computer.
OSI Reference Model è un modello concettuale composto da sette ‘strati’, ciascuno
specifica una particolare funzione del network.
Il modello è stato sviluppato dall’ International Organization for Standardization (ISO)
nel 1984, ed è ormai considerato il modello di architettura primario per la
comunicazione fra computer.
Il modello OSI divide i task necessari a muovere le informazioni da un computer ad un
altro, su una Rete, in sette ‘gruppi di attività’ più piccoli.
Un’attività o un gruppo di attività sono assegnati a ciascuno dei sette strati.
Ogni strato è stato progettato con un ottimo livello di autonomia, quindi può essere
realizzato in modo indipendente.
4
Inoltre se le soluzioni di un livello necessitano un aggiornamento questo può essere
fatto senza nessun impatto sugli altri livelli.
Caratteristiche dei 7 livelli OSI
Di seguito il dettalglio dei sette livelli di Open System Interconnection (OSI) Reference
Model:
• Layer 7—Application layer
• Layer 6—Presentation layer
• Layer 5—Session layer
• Layer 4—Transport layer
• Layer 3—Network layer
• Layer 2—Data Link layer
• Layer 1—Physical layer
I sette livelli di OSI Reference Model possono essere suddivisi in due categorie:
-
upper layer
-
lower layer
Gli upper layer riguardano le applicazioni degli utenti e generalmente sono realizzate
con software, quindi i livelli alti sono i più vicini agli utenti finali.
Sia il software degli utenti che le applicazioni interfacciano una applicazione software
che contiene un componente per la
comunicazione.
I lower layer riguardano i problemi della
trasmissione vera e propria dei dati e delle
informazioni.
I livelli Physical Layer and Data Link Layer
sono realizzati con hardware e software.
Gli altri Lower Layers sono generalmente
realizzati in software.
Il livello più basso, Physical Layer, è il più
vicino al mezzo fisico utilizzato dal Network
(per esempio, il cavo) e quindi è responsabile
del passaggio dell’informazione sul mezzo
della Rete.
1.3 Protocolli
È importante sottolineare che il modello OSI è un modello concettuale della
comunicazione fra computer, quindi non è (e non definisce) un metodo di comunicazione.
La comunicazione è resa possibile dai protocolli di comunicazione.
Nelle reti di comunicazione un protocollo è un insieme formale di regole e convenzioni
che definiscono come i computer scambiano informazioni su una determinata tipologia
di Rete.
5
Un protocollo realizza praticamente funzioni di uno o più livelli OSI.
Esistono una grande varietà di protocolli che si possono raggruppare nei gruppi
seguenti:
•
LAN protocol
•
WAN protocol
•
Network protocol
•
Routing Protocol
I LAN protocol operano sui livelli Network e Data Link del modello OSI e definiscono la
comunicazione sulle varie reti LAN (ethernet/token ring etc)
I WAN protocol riguardano i tre livelli più bassi del modello OSI e definiscono la
comunicazione sui mezzi delle reti di ampia dimensione geografica.
I Routing protocol riguardano i network-layer protocol che sono responsabili della
determinazione del ‘tragitto’ e dello smistamento del traffico nella Rete.
I network protocol sono i vari upper-layer protocol che esistono in una qualsiasi ‘protocol
suite’.
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2. Reti LAN (Local Area Network)
Una LAN è una Rete ad alta velocità di trasmissione e ricezione, capace di correggere
gli errori di trasmissione, che copre una limitata area geografica (es. un edificio, una
linea produttiva etc ).
Una LAN tipicamente connette fra di loro PC, stampanti, macchinari di produzione etc.
Una LAN offre molti vantaggi agli utilizzatori di computer: fra gli altri un accesso a
risorse condivise quali dischi di archivio centralizzati, applicazioni software. Inoltre
permette lo scambio di file fra gli utenti connessi alla Rete oltre naturalmente allo
scambio di posta elettronica.
In figura le tre tipologie di LAN più diffuse:
•
FDDI
•
Token Ring/IEEE 802.5
•
Ethernet/IEEE 802.3
2.1 I protocolli LAN e il modello di riferimento OSI
I protocolli LAN funzionano ai due
livelli più bassi di OSI: “physical
layer” e “data link layer’’.
La figura mostra la mappa dei
protocolli LAN più popolari vs il
modello OSI:
7
2.2 I metodi di accesso a una Rete LAN
I protocolli LAN tipicamente usano due metodi di accesso:
• Carrier sense multiple access collision detect (CSMA/CD): I dispositivi presenti
sulla Rete si contendono l’accesso al network fisico. Le reti Ethernet/IEEE 802.3
usano questo metodo.
• Token passing: i dispositivi presenti nella Rete hanno accesso al network fisico
basato sul passaggio di un gettone (token).
Le reti Token Ring/IEEE 802.5 e FDDI. Usano questo metodo di accesso.
LAN: I metodi di trasmissione.
I metodi di trasmissione su una LAN si possono classificare in tre categorie,in ogni caso
un ‘pacchetto’ è inviato a uno o più nodi:
• Unicast: un singolo ‘pacchteto’ è inviato dal dispositivo sorgente, che assegna
l’indirizzo finale, al dispositivo finale, attraverso la Rete.
• Multicast: in questo caso il ‘pacchetto’ viene inviato a più destinatari, in pratica
una lista di indirizzi finali. La Rete prende il pacchetto, ne fa delle copie e le invia
ai dispositivi finali, che fanno parte della lista.
• Broadcast: in questo caso il pacchetto viene inviato alla Rete, che ne fa delle
copie e le invia a tutti i nodi della Rete,.
2.3 LAN: Topologie
La topologia della LAN definisce il modo in cui sono organizzati i dispositivi in Rete.
Abbiamo quattro topologie di LAN: bus, ring, star, tree.
Queste sono architetture ‘logiche’ quindi la configurazione fisica può essere diversa.
Ad esempio le topologie bus e ring sono solitamente organizzate fisicamente a ‘stella’..
La topologia bus è una architettura LAN lineare in cui la trasmissione si propaga dal
dispositivo iniziale agli altri lungo la lunghezza del media (cavo elettrico,ottico).
Le reti Ethernet/IEEE 802.3 utilizzano questa topologia, illustrata nella figura
seguente:
La topologia LAN ring consiste di una serie di dispositivi collegati fra di loro in modo
unidirezionale, formando quindi un cerchio chiuso.
Le reti Token Ring/IEEE 802.5 e FDDI utilizzano la topologia ring, come illustrato
nella figura di seguito.
8
La topologia LAN star è una architettura in cui tutti I dispositivi sono connessi ad un
unico dispositivo centrale denominato: HUB.
La topologia LAN tree è identica alla topologia bus con in più la possibilità di avere dei
‘rami’ aggiuntivi, come illustrato nella figura seguente:
2.4 LAN: I dispositivi
Fra i dispositivi principali: repeaters, hubs, LAN extenders, bridges, LAN switches,
routers.
I Repeater sono dei dispositivi fisici che permettono di collegare fra di loro spezzoni di
cavo assimilandoli ad un unico cavo.
I Repeater ricevono i segnali da un segmento della Rete, lo amplificano, lo tempificano e
lo ritrasmettono allo spezzone successivo, quindi evitano che nelle reti molto lunghe con
un elevato numero di dispositivi il segnale si degradi fino al punto che i dati vengano
persi e la Rete diventi inutilizzabile.
I Repeater non sono in
grado
di
compiere
operazioni
complesse,
quindi eventuali disturbi
non vengono eliminati,
bensì amplificati, quindi
c’è
un
limite
alla
lunghezza fisica della
Rete e il numero di
Repeater che si possono
utilizzare.
La figura sopra mostra un esempio di connessione di due segmenti della Rete con
Repeater:
9
Hub è un dispositivo fisico che connette più dispositivi della Rete, ciascuno con il
proprio collegamento visivo (cavo elettrico o ottico); le connessioni elettriche sono fatte
internamente a Hub.
Gli Hub sono usati per creare fisicamente una Rete fisica a stella ma mantenendo la
topologia logica bus o ring.
I LAN extender sono in grado di connettere
la Rete LAN a router host attraverso una
Rete WAN. Il router Host è in grado sia di
bloccare trasmissioni indesiderate che
rigenerare il segnale proveniente dalle LAN.
Nella figura accanto un esempio di extender.
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3. Le Reti WAN
Una WAN è una Rete di comunicazione dati che copre una vasta area geografica
usando prevalentemente le strutture di trasmissione già presenti, come ad esempio le
compagnie telefoniche.
Le tecnologie WAN operano sui tre livelli più bassi del modello di riferimento OSI: il
Physical Layer, il Data Link Layer e il Network Layer.
La figura seguente illustra la relazione fra le tecnologie WAN e il modello OSI,
Il collegamento PUNTO-PUNTO
Il collegamento Punto-Punto fornisce un singolo prestabilito tragitto di comunicazione
WAN fra un sito (ufficio, fabbrica, laboratorio etc ), attraverso un ‘carrier network’,
quale una compagnia telefonica, a una Rete geograficamente lontana.
Prima dell’avvento delle reti Intranet, Internet e Extranet la connessione PuntoPunto era largamente usata dalle corporation per collegare siti geograficamente
lontani; solitamente con linee affittate dalle compagnie telefoniche, che forniscono una
coppia di fili e hardware molto semplice al sito interessato.
Il costo dell’affitto dipende dalla distanza e dalla banda di trasmissione ed è il tipo di
connessione più costosa.
La figura seguente mostra una tipica connessione Punto-Punto.
Connessione Switching
I circuiti Switched permettono di iniziare una connessione dati quando serve e
terminarla quando completa.
Quindi lavorano come le normali linee telefoniche per la voce.
L’Integrated Services Digital Network (ISDN) è un buon esempio di
switching.
circuit
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Nel caso di connessioni ISDN l’apparecchiatura del cliente ‘piazza’ una chiamata al
numero della connessione ISDN, quando le due reti sono connesse e autenticate,
possono trasferire i dati; quando la trasmissione è terminata il collegamento viene
disattivato.
La figura seguente mostra una tipica connessione Circuit-Switched WAN
La connessione Packet Switching
Packet switching è una tecnologia WAN che permette agli utilizzatori di condividere le
risorse del computer, che può quindi utilizzare le sue infrastrutture in modo più
efficiente .
Questo si traduce in minori costi per l’utente ed è quindi molto più conveniente della
connessione Punto-Punto.
Le varie reti hanno quindi connessioni della Rete del carrier, che può creare percorsi
virtuali fra i vari siti dei clienti su cui passano i ‘pacchetti’ da un sito all’altro
attraverso la Rete. Si è quindi realizzata una Rete WAN virtuale. La figura seguente
mostra una tipica connessione Circuit-Switched WAN
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3.1 I principali dispositivi di una WAN
WAN Switch
Un WAN switch è un dispositivo a più ingressi e uscite fisiche che permettere di
passare il flusso dei dati sulle varie linee di trasmissione disponibili nella Rete.
ES: due router distanti geograficamente connessi attraverso WAN Switch
Access Server
Tutte le apparecchiature presenti in un sito (es. personal computer) non possono
accedere alla Rete WAN
in modo autonomo: è
necessario avere un
server
che concentri
tutte le richieste di
trasmissione in uscita
dal sito vs la Rete e
similarmente
raccolga
tutti i dati che arrivano
dalla Rete.
Nella figura accanto un
Access
Server
che
concentra le necessità in
uscita verso la WAN.
Modem
Il modem è il dispositivo più semplice: trasforma i dati digitali in analogici, e
viceversa, in modo che possano essere trasmessi sulle linee telefoniche progettate per
la trasmissione della voce.
Quindi alla partenza i segnali digitali vengono trasformati in segnali adatti per la
trasmissione sulle linee analogiche. A destinazione, i segnali analogici vengono
trasformati alla forma digitale originaria.
Nella figura di seguito, una connessione WAN con modem
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3.2 Terminale ISDN
Essenzialmente è un modem, talvolta chiamato ‘adattatore’, perchè non converte i
segnali digitali in analogici.
Quindi la sua è una funzione di ‘adattamento fra la Rete e altre apparecchiature con
interfacce no ISDN, ad esempio un router con interfaccia EIA – 232 (seriale).
Nella figura di seguito: il Terminal Adapter connette ad altre interfacce
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4. ADSL: tecnologia di comunicazione a banda
larga.
4.1 Cos’è l’ADSL?
La sigla ADSL è l’acronimo di Asymmetrical Digital Subscriber Line.
L’ADSL è una tecnologia di comunicazione a banda larga che permette un accesso
veloce a Internet e ai network remoti usando le normali linee telefoniche.
I vantaggi dell’ADSL rispetto ai tradizionali modem sono:
•
È sempre ON
• Permette di intrattenere una conversazione telefonica e contemporaneamente
navigare in Internet, con una sola linea telefonica
• La connessione a Internet con questo sistema è almeno 140 volte più veloce
rispetto a quella che si realizza con un modem normale
ADSL1 offre differenti livelli di velocità:
•
Full-Rate ADSL
•
G. Lite ADSL
Central Office Telephone
Exchange
Customer Premises
POTS Phone Network
Modem
Splitter
Splitter
DSLAM
Phone Line
ISP
L’ADSL funziona utilizzando le linee telefoniche già esistenti, ma ciò causa alcuni
problemi. Il primo è rappresentato ovviamente dal fatto che le linee telefoniche non
sono state pensate per la trasmissione di dati ad alta velocità:cavi non schermati,
decine di fili nello stesso cavo, diverse sezioni di cavi, pezzi di linea non correttamente
terminata etc.
In secondo luogo le linee telefoniche domestiche non sono conformi agli standard di
telecomunicazione.
I modem ADSL possono essere di due tipi: modem USB oppure i cosiddetti Router: oggi
iniziano a diffondersi dei modem wireless (Wi-Fi, IEEE 802.11x).
15
Le connessioni ADSL non sono diffuse omogeneamente su tutto il globo terrestre, come
testimonia il grafico riportato.
Principali tipi di Modem:
•
USB
•
Ethernet router
•
Wireless IEEE 802.11x router
Fino ad ora ADSL è stata venduta come mezzo per navigare su Internet più
velocemente. In futuro saranno i servizi aggiuntivi che faranno aumentare la
diffusione delle tecnologie ADSL a larga banda: DATI-VOCE-VIDEO.
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5. Wireless. Una nuova frontiera della
comunicazione.
Può sorprendere ma le prime forme di comunicazione furono wireless.
Solo con l’invenzione del telegrafo si iniziò a parlare di comunicazione wire-connected.
Prima non c’erano fili.
Gli Indiani d’America comunicavano attraverso segnali di fumo che potevano essere
visti da un buon numero di persone anche a una distanza considerevole. I marinai
invece facevano uso di bandierine per lanciare segnali ad esempio SOS. Come non
ricordare la romanzesca figura del piccione viaggiatore.
Ci sono molti altri esempi che si potrebbero citare di comunicazione, non face-to-face,
nei quali si impiegano segnali codificati.
Il codice Morse permise di trasmettere caratteri e simboli scritti attraverso un filo di
rame ma le prime applicazioni che ebbe furono wireless, fasci di luce intermittenti erano
utilizzati in questo caso.
Il primo esempio di comunicazione via radio si deve a Guglielmo Marconi, a lui riuscì la
prima trasmissione transatlantica utilizzando il codice Morse nel 1901.
In quegli anni la voce umana già poteva essere trasmessa attraverso cavi, in molte case
della borghesia erano presenti i primi telefoni.
Via radio, al contrario si poteva solo utilizzare il codice Morse. Si dovette aspettare fino
al 1904 per avere una prima dimostrazione di trasmissione della voce via etere. Il codice
Morse restò ai marinai.
Un’altra storia invece è quella della cosiddetta “data communication”, cioè della
trasmissione di informazioni non in forma di discorso. Si tratta ad esempio di messaggi
vocali, video, immagini.
Questo tipo di comunicazione è stata rivoluzionata dall’avvento del digitale e,
recentemente questo tipo di data communication ha caratterizzato le ormai diffuse
tecnologie della telefonia mobile. Con i moderni cellulari si possono trasmettere wireless
non solo messaggi vocali ma anche immagini e addirittura file musicali.
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5.1 Il sistema Bluetooth
Bluetooth è un metodo per la trasmissione di dati che
utilizza short-range radiolink in sostituzione dei cavi
normalmente utilizzati nella connessione tra computer e
unità connesse.
Il progetto denominato Bluetooth è stato opera della
Ericson Mobile Communication ed ebbe inizio nel 1994.
Con l’aumento della presenza di dispositivi digitali nelle
nostre vite, sono aumentati anche i cavi di vario genere,
che connettono queste nuove unità. Un cavo per
connettere stampanti a computer, un cavo per connettere
fotocamere digitali a computer...
Bluetooth può sostituire i numerosi cavi di cui facciamo uso nelle nostre case e sulle
nostre scrivanie.
5.1.2 La differenza tecnica tra cavi e Bluetooth.
Un’obiezione che comunemente può essere mossa alla diffusione di questo tipo di
sistema riguarda il fatto che non esistano prove certe del fatto che l’organismo umano
non possa essere danneggiato dal fatto di vivere in un ambiente percorso da onde
elettromagnetiche.
Al di là di queste perplessità di senso comune delle quali comunque coloro che
sviluppano una nuova tecnologia devono necessariamente tenere conto, ci sono delle
caratteristiche di Bluetooth che ne rendono sconsigliabile l’utilizzo in determinate
situazioni.
Bluetooth non è stato sviluppato per reggere un traffico eccessivamente intenso. Non è
considerata una tecnologia adeguata a rimpiazzare cavi LAN, WAN o Backbone.
E neppure è consigliabile in server-based application.
L’utilizzo di Bluetooth può essere considerato molto vantaggioso nel campo delle
telecomunicazioni mobili e nella connessione di unità che richiedono collegamenti
sporadici.
5.1.3 In che modo può essere utilizzato Bluetooth.
I campi di applicazione di Bluetooth vanno al di là di ciò che possiamo immaginare.
L’ambizione di coloro che hanno sviluppato questa tecnologia è quella di poterla
applicare alla maggior parte degli strumenti digitali di cui facciamo uso nelle nostre
case e nei nostri moderni uffici.
Virtualmente ogni digital device può essere parte del sistema Bluetooth.
Facciamo alcuni esempi delle applicazioni di Bluetooth:
1) Un mouse Bluetooth può essere utilizzato anche a una certa distanza dal monitor, e
mentre ci si muove per la stanza
2) Una tastiera Bluetooth potrebbe essere utilizzata lontana dal monitor, con un
sollievo immediato per gli occhi non più sottoposti allo stress derivante dall’obbligo di
digitare stando vicini al monitor. Inoltre una tastiera di questo tipo potrebbe
indirizzarsi a più computer contemporaneamente.
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3) Possibilità di ricevere un segnale sul proprio cellulare nel momento in cui si riceve
una email sul proprio PC.
4)
Fotocamere, Stampanti, fax senza fili
Il primo Bluetooth-mouse è stato presentato al CeBIT ad Hannover nel febbraio del
2000.
All’annuale show Comdex a Las Vegas
nell’autunno del 1999, nel padiglione Bluetooth,
Motorola ha presentato un palmare in grado di
sincronizzarsi con un cellulare.
Il palmare utilizzava una Bluetooth radio per
trasmetere e ricevere dati. Inoltre aveva un
browser
con
tecnologia
WAP
(wireless
application protocol) per visualizzare pagine
WEB.
Bluetooth
permetteva
anche
la
sincronizzazione
di
dati
comuni,
quali
indirizzario e agenda.
5.1.4 Caratteristiche tecniche di Bluetooth
La tecnologia Bluetooth è molto complessa. Ciò non sorprende se si considerano i
compiti da eseguire. La base principale è lo standard IEEE 802.11, di cui una breve
descrizione di seguito. Bluetooh usa la modalità Ad-hoc. Questo significa che ogni
stazione di trasmissione e ricezione deve permettere accesso alle altre unità osservando
correttezza nei protocolli (netiqette).
Lo schema descrive i blocchi principali di una Rete Bluetooth. Con la tecnologia oggi
disponibile la parte trasmissione/ricezione può avere le dimensioni di un anello e
l’antenna può essere compresa nella stessa apparecchiatura (si veda capitolo su
antenne), come ormai diffuso nei cellulari. Quindi le connessioni del passato fra le varie
unità spariranno e l’apparato di trasmissione e ricezione sparirà fra gli altri circuiti
elettronici.
Lo standard IEE802.11
Lo standard di comunicazione IEEE 802.11 definisce i protocolli per due tipologie di reti
di connessione fra apparati: Ad-hoc e client/server.
Ad-hoc è una Rete semplice in cui le comunicazioni avvengono fra apparati presenti in
un area ristretta senza la necessità di accedere a un unico punto di accesso o server. Lo
19
standard specifica la netiquette che ciascuna stazione deve osservare così che tutte le
unità abbiano un accesso similare alle risorse wireless. Lo standard IEE802.11 definisce
i metodi per arbitrare le richieste di utilizzazione dei media assicurando che tutti gli
utilizzatori nell’area servita abbiano accesso alla stessa quantità di dati con la stessa
velocità.
La Rete client/server usa un punto di accesso che controlla il tempo di trasmissione
allocato a tutte le stazioni di trasmissione/ricezione oltre a permettere ai dispositivi
mobili di passare da una cella ad un altra. Il ‘punto di accesso’ è usato per coordinare il
traffico dai punti radio-mobili alla Rete client/server wired e wireless. Questo permette
il coordinamento di tutte le stazioni presenti in una certa area e assicura la corretta
gestione del traffico di dati. Il punto di accesso permette la trasmissione dei dati fra le
varie stazioni o da e a le Rete ‘server’.
Tipicamente le wireless LAN controllate da un punto di accesso danno una performance
migliore delle reti Ad-hoc.
5.1.5 Le radiazioni sono davvero pericolose?
Il timore di un possibile inquinamento elettromagnetico del sistema Bluetooth è diffuso.
In realtà la potenza di questo tipo di onde è
troppo limitata per poter essere percepita
dall’organismo umano.
Quando si usa un telefono wireless o un
dispositivo Bluetooth, parte dell’energia RF
irradiata viene assorbita dal corpo. La profondità di penetrazione delle radiazioni è di
circa 1.5 cm per una frequesnza di 2450 MHz, quindi l’assorbimento è veramente
superficiale.
2450 MHz non è una frequenza di risonanza dell’acqua: quindi l’esposizione a emissioni
Bluetooth RF non riscalda il corpo umano. La potenza in uscita da un dispositivo
Bluetooth è troppo bassa per causare un cambiamento di temperatura misurabile. Per
comparazione la massima escursione di temperatura causata da un telefono cellulare e’
meno di 0.1°C.
Tuttavia esistono individui che sono particolarmente sensibili alle radiazioni
elettromagnetiche. Una lunga esposizione a forti campi elettromagnetici per un periodo
prolungato (anni) rende alcuni individui così sensibili che non sopportano la vicinanza
di campi elettromagnetici. Bluetooth appartiene al trend di continua espansione di
antenne e alter sorgenti di radiazioni nelle nostre città. Solo il futuro ci dirà se sarà
stato uno sviluppo senza effetti negativi sulla nostra salute.
5.1.6 Qual è il potenziale di crescita della tecnologia
Bluetooth.
La tecnica wireless diventerà sempre più importante. Il suo sviluppo è legato anche alla
diffusione dei PC portatili.
La diffusione di questo tipo di sistemi è anche subordinata ai prezzi che devono essere
mantenuti sufficientemente bassi da rendere questa tecnologia accessibile ai
consumatori.
Alcuni analisti prevedono per il 2006 un giro d’affari dei soli chips, utilizzati nei
dispostivi , di 700 M$.
Il singolo chip Bluetooth costerà ai produttori di computer portatili circa 30$, che
permetterà una diffusione pervasiva della comunicazione fra portatile e telefono
cellulare,con una ovvia semplicita’ di trasferimento dati.
20
5.1.7 Trasmissione dei dati e sicurezza.
Sicurezza significa due cose:
• Vogliamo essere sicuri che i dati trasmessi giungano a destinazione non corrotti
da interferenze
• Vogliamo che i dati che trasmettiamo possano essere letti solo da coloro ai quali
li avevamo effettivamente indirizzati
Per quanto riguarda il primo aspetto del concetto di “sicurezza”, le unità Bluetooth sono
spesso attivate in ambienti in cui può esserci un certo “rumore” elettromagnetico.
Bluetooth usa diversi sistemi di controllo per l’individuazione di possibili errori, la
correzione avviene secondo tre sistemi:
•
1/3 rate FEC (Forward Error Correction)
•
2/3 rate FEC
•
ARQ unnumbered scheme (Automatic Repeat Request).
L’obiettivo dello schema FEC è quello di evitare fenomeni di ridondanza.
Bluetooth è stato sviluppato con sistemi di autenticazione che lo rendono molto sicuro in
ogni ambiente.
Inoltre Bluetooth assicura una trasmissione più veloce rispetto a qualunque altro
sistema di connessione. Tutto ciò unito a una modulazione della potenza d’uscita in
funzione della distanza dal dispositivo di ricezione, rende il sistema difficile da
penetrare.
21
5.2 Introduzione alla tecnologia WiMAX
WiMAX appartiene al gruppo dei sistemi di trasmissione BWA (Broadband Wireless
Access)
La missione di WiMAX è di rendere lo standard IEEE 802.16 utilizzabile da dispositivi
e reti wireless in modo trasparente ed affidabile. In effetti l’acronimo (Worldwide
Interoperability for Microwave Access) descrive compiutamente questo obiettivo.
WiFi (Wireless Fidelity) ha fatto lo stesso per lo standard 802.11.
I primi dispositivi WiMAX ufficiali saranno disponibili a fine 2005.
WiMAX non è semplicemente ‘meglio’ di WiFi.
I sistemi BWA nel passato sono sempre stati ‘proprietari’, questa è la prima volta che
assistiamo a una spinta decisiva verso la ‘’interoperability’’.
La grande maggioranza dei sistemi BWA nel passato richiedeva LOS (line of sight)
mentre WiMAX è progettato dal suolo-up per offrire NLOS (non line of sight operation).
La velocità di 70Mb/s per canale permette ad un ampio numero di utenti una velocità
comparabile a DLS.
Alcuni casi in cui WiMAX potrebbe sostituire DSL sono:
•
DSL non è disponibile, zone con infrastrutture telefoniche limitate
• I costi di installazione DSL sono troppo elevati in relazione alla densità di
popolazione.
Però, nei casi in cui DSL è disponibile, WiMAX non può competere facilmente.
Se lo standard 802.16a sarà a complemento delle tecnologie esistenti o le soppianterà si
vedrà nel futuro.
22
Per il momento sarà sicuramente un complemento a Wi-Fi 802.11a, permettendo agli
utenti Wi-Fi di aumentare in maniera considerevole la distanza dalle reti cablate.
Wi-Fi possono operare con una distanza massima di 100 metri, quindi in un
appartamento o ufficio di modeste dimensioni; WiMax puo’ operare in un ambito di
50Km su un’ampia area geografica. Quasi sicuramente quando saranno disponibili
(2007-2008), le tecnologie/standard 3G/3.5G HSDPA soppianteranno gli altri wireless
standard.
Dalla propria automobile sarà possibile avere un collegamento continuo di trasmissione
dati,voce,video ad alta velocità.
WiMAX Air
Interface
In-Building
WiFi
Air Interface
802.11
100BT
WiMAX Air
Interface
WiFi
Air Interface
802.11
5.2.1 Perche’ WiMax
Una larga parte della popolazione mondiale non ha accesso a sistemi di trasmissione
dati a larga-banda
È ormai una necessità la possibilità di mobilità nella connessione alle reti: una DSL
‘mobile’.
23
5.2.3 Un esempio di vita con WiMAX
Silvia e suo marito Claudio attendono l’arrivo del loro
primo figlio che si chiamerà Luca.
Ma se decidere il nome del piccolo non è stato un
problema, più difficile è stata la scelta di dove farlo
nascere.
La gravidanza infatti è stata difficile anche se i
problemi di Silvia non sono assolutamente gravi.
Per Luca, Silvia vuole la migliore assistenza possibile.
Leggendo il Corriere della Sera, al link:
http://www.corriere.it/speciali/2004/Scienze_e_Tecnologia/eccelle
nze/ginecologia/ i due coniugi scoprono che nella classifica dei
centri di eccellenza per la nascita, al 4° posto c’è un ospedale di
Roma, il Policlinico Gemelli.
Claudio propone immediatamente alla moglie di recarsi in
quell’ospedale. Ma Silvia è combattuta. Infatti lei vuole assolutamente
che nella sala parto sia presente la sua amica Giulia. Giulia è
un’ostetrica del piccolo ospedale San Sebastiano di Frascati, città in cui
risiede la coppia. Le due si conoscono da quando erano giovanissime e
Silvia si fida molto di Giulia.
La dottoressa le è stata vicina per tutta la
gravidanza, ma ora non sa proprio cosa
consigliarle perché sicuramente al Policlinico ci sono
professionisti e mezzi che potrebbero aiutare Silvia in caso
di complicazioni.
Che fare? Cosa potrebbe risolvere il dubbio di Silvia?
Ovviamente WiMAX.
L’ospedale di Frascati dista dal Policlinico Gemelli 44.4 Km, come i due coniugi
verificano su www.it.mappe.yahoo.net.
La distanza tra i due ospedali non supera i 50 km, dunque può essere utilizzata la
tecnologia WiMAX per comunicare tra i due ospedali.
24
Sono le 6.00 di martedì 6 settembre, è il momento! Claudio agitato si infila i calzini alla
rovescia, il cappotto, nonostante il caldo torrido e dopo aver chiamato Giulia, parte in
macchina. Ops, si è dimenticato Silvia! Torna indietro e la fa
accomodare tra due cuscini sul sedile anteriore.
Luca nascerà nell’ospedale di Frascati ma attraverso un sistema
WiMAX e una videocamera digitale un’equipe specializzata del
Policlinico Gemelli potrà assistere Giulia durante tutte le fasi del
parto.
La tecnologia WiMAX può risolvere anche il secondo
problema di Silvia. Giovanni, padre di Silvia si è
fratturato la caviglia proprio una settimana fa e non
può spostarsi da casa. Sua moglie Lucia deve assisterlo
24 ore su 24. Silvia avrebbe tanto voluto che sua
madre vedesse il piccolo Luca appena nato.
Non c’è problema!
I genitori di Silvia infatti abitano
a Tivoli, a soli 38 Km da Frascati.
La tecnologia WiMAX copre una
distanza di questa entità.
25
Appena Claudio si riprende dallo shock e riesce a ricominciare a capire cosa sta
succedendo, invia le immagini di Luca che i nonni possono veder comparire sul loro
televisore.
26
7. CURIOSITÀ : come funziona un’antenna.
1. Cos’è una antenna ?
Qualsiasi conduttore che irradia un campo elettromagnetico quando attraversato da
una corrente elettrica alternata o ad impulsi, può essere definito una antenna.
Se un’altra antenna è posta nelle vicinanze (la distanza dipende dalla forza della
radiazione elettromagnetica) il campo elettromagnetico che attraversa questa antenna
induce una corrente elettrica che è la copia della corrente originale, solamente più
debole.
tx
rx
Più la lunghezza d’onda del conduttore è grande, maggiore è la distanza che verrà
coperta dal campo elettromagnetico.
La lunghezza tipica di una antenna è λ/4, un quarto della lunghezza d’onda, nelle
microapplicazioni viene aggiunto anche un piano di terra per evitare radiazioni ed
effetti indesiderati.
Di seguito alcuni esempi :
2. Quali sono le caratteristiche che identificano una antenna ?
•
La Banda di trasmissione (Bandwidth)
•
Guadagno
•
Polarizzazione
•
Efficienza
2a. Bandwidth
27
Rappresenta lo spettro delle frequenze in cui il trasmettitore può trasferire potenza (di
trasmissione-generazione del campo elettromagnetico) in una antenna.
2b. Gain
Il guadagno misura quanto forte una antenna irradia campo elettromagnetico vs una
antenna ‘campione’ di riferimento. In relazione al guadagno è chiaramente associato il
pattern di radiazione e la ‘direttività’.
2c. Polarization
La Polarizzazione si riferisce all’orientamento del vettore dell’onda del campo
elettromagnetico E.
Se l’orientamento è verticale, l’antenna si definisce verticalmente polarizzata.
La polarizzazione è importante per l’accoppiamento con l’antenna ricevente e influenza
anche la propagazione delle onde radio.
L’accoppiamento è massimo se l’antenna trasmittente e la ricevente hanno la stessa
polarizzazione.
2d. Efficienza
Per efficienza si intende quanto efficacemente la potenza trasferita all’antenna, dal
trasmettitore, è irradiata nello spazio.
Progettata una antenna nei suoi aspetti base esistono molti interventi ‘marginali’ che
possono aumentarne l’efficienza.
Le antenne miniaturizzate.
I principali vantaggi delle antenne miniaturizzate, quindi realizzate direttamente sul
circuito stampato dei microtrasmettitori sono:
•
bassissimo costo di fabbricazione
•
le dimensioni e il profilo sono molto piccoli
•
se necessario possono essere adattate anche su superfici curve
•
sono resistenti agli urti e alle vibrazioni
•
è facile ottenere il tipo di polarizzazione desiderata
I principali svantaggi sono :
•
Una larghezza di banda limitata
28
• Le perdite dovute alle caratteristiche dielettriche e le perdite possono
influenzarne negativamente l’efficienza, influenzata da fattori quali umidità e
temperatura.
La progettazione di antenne è un processo che necessita continue reiterazioni fino ad
ottenere i risultati necessari.
Esistono diversi programmi di simulazione che permettono di verificare la
progettazione ma è sempre necessario procedere alla fabbricazione di prototipi per le
verifiche finali e l’ottimizzazione del progetto.
La necessità di soddisfare la richiesta dei dispositivi wireless di dimensioni sempre più
piccole e di costi sempre più bassi ha dato un impulso significativo alla progettazione e
fabbricazione di microantenne.
I seguenti due esempi di antenne mostrano in modo evidente quante tipologie possono
essere ideate e realizzate.
29
Conclusione.
Così si conclude questo lavoro di ricerca e questo viaggio attraverso le innovazioni che
hanno fatto sì che il mondo della comunicazione mediata da computer assumesse le
caratteristiche che oggi conosciamo.
La semplicità dell’utilizzo degli strumenti di comunicazione digitale in commercio
spesso ci spinge a trascurare quella che un tempo era una necessità, ovvero
comprendere il funzionamento della tecnologia.
Ma siamo sicuri che questa affrancatura dalle conoscenze tecniche in campo digitale sia
realmente possibile e non solo una mera illusione che crea dei consumatori disattenti
alla mercé di sedicenti tecnici.
Quindi, un discorso all’apparenza monosettoriale e in quanto tale parziale si rivela
trasversale a vari campi di analisi e, almeno nelle mie intenzioni, interessante come
premessa per accedere alla comprensione di fenomeni sociologici ed economici legati alle
nuove modalità della comunicazione.
Isabella Lavelli, 27 novembre 2005
30
Fonti e Bibliografia
TCP/IP tutorial and network introduction
http://www.redbooks.ibm.com/abstracts/gg243376.html?Open
Introduction to WAN technologies
http://www.cisco.com/en/US/netsol/ns339/ns392/ns399/ns400/networking_solutions_whi
te_paper0900aecd800df195.shtml
How the Internet works.
http://www.cisco.com/en/US/netsol/ns339/ns392/ns399/ns438/networking_solutions_whi
te_paper0900aecd800dbd67.shtml
www.dslforum.org - DSL Forum - in-depth technical DSL overview
www.dsllife.com - consumer-friendly DSL information
Sito del CEI – Comitato Elettrotecnico Italiano
http://www.ceiweb.it/
Sito ISO – International Organization for Standardization
http://www.iso.org/iso/en/ISOOnline.frontpage
Sito di QUEST – Quality Excellence for Suppliers of Telecommunication
http://www.questforum.org/index.htm
Materiale pubblicato dalle maggiori aziende del settore telecomunicazioni
IBM International Technical Support Organization, An Introduction to Wireless
Tchnology, Raleigh 1995
WiMAX Forum Update, WiFi & WiMAX Opportunities & Directions, a cura di
Shakouri, Mohammad
31

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