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2. Reti di computer: Livello fisico

Dopo la breve introduzione, passiamo al livello fisico ovvero dove i segnali elettrici trasportano i bit sui diversi canali. Qui entrano in gioco nozioni di matematica e fisica che cerchiamo di evitare per rendere il testo più scorrevole possibile.

2.1. Come trasmettere le informazioni

Variando alcune proprietà fisiche come il voltaggio o la corrente nel tempo si riesce a modellare il comportamento di un segnale e di conseguenza analizzarlo matematicamente. L’analisi di Fourier permette di decomporre un segnale periodico in una serie di funzioni sinusoidali e rappresentare quindi il segnale matematicamente. In questo contesto vanno tenuti in considerazione anche i limiti e disturbi dovuti al canale di trasmissione. Utilizzando un linguaggio ancor più informale lo scopo è quello di ridurre le informazioni in segnali elettrici, trasmetterle su cavo o etere e poi ricostruirle a destinazione.

Due canali di trasmissione guidati

Il canale di trasmissione forse più diffuso e conosciuto rimane il doppino telefonico che consiste in due fili di rame ritorti per non creare antenne e ridurre i disturbi. Il suo utilizzo varia da rete a rete, per esempio, le reti a 100-Mbps utilizzano due delle quattro coppie, una coppia per direzione mentre le reti a 1-Gbps utilizzano tutte e quattro le coppie in entrambe le direzioni. La categoria specifica del cavo (Cat. 3/5..) definisce maggiori restrizioni sull’utilizzo dei segnali a frequenze più alte e trasmissioni più veloci.

Il canale invece più desiderato è la fibra ottica che viene già utilizzata per le dorsali oceaniche e per le LAN ad alta velocità. Un sistema di trasmissione su fibra ottica consiste di una sorgente luminosa, del mezzo di trasmissione e di un ricevitore; la sorgente luminosa converte segnali elettrici in impulsi per poi riconvertirli in segnali elettrici alla fine del tragitto. Diciamo pure che un segnale luminoso rappresenta il bit a 1 e l’assenza di luce rappresenta il bit a 0.
La fibra ottica necessita di ripetitori, per l’attenuazione del segnale, ogni 50km rispetto i 5km del doppino, non è affetta da disturbi esterni e ha una capacità di trasmissione molto elevata.

Canale di trasmissioni wireless

L’esigenza di essere sempre connessi con telefoni e computer ha portato ad un forte sviluppo delle trasmissioni senza fili propagate sull’etere tramite onde elettromagnetiche. In base alla frequenza, ovvero a quante oscillazioni al secondo raggiungono queste onde, si va a formare il seguente spettro elettromagnetico:

1000px-EM_Spectrum_Properties_it.svg

Lo spettro elettromagnetico indica l’insieme di tutte le possibili frequenze delle radiazioni elettromagnetiche. Comunemente si utilizzano le radio frequenze per le trasmissioni radio, le microonde per trasmissioni satellitari o cellulari e gli infrarossi per i diversi telecomandi della televisione o del registratore.

La telefonia cellulare

Il sistema telefonico tradizionale purtroppo non è in grado di soddisfare gli utenti che vogliono poter telefonare e navigare durante i propri spostamenti, per queste persone viene in aiuto la telefonia mobile che consiste nel suddividere le aree da coprire in celle di specifiche dimensioni e di permetterne la comunicazione. Nel corso degli anni si sono evolute varie generazioni, vediamo di riassumerle brevemente:

  1. Prima generazione o 1G: questo tipo di reti trasmettevano i dati secondo uno standard analogico, in Italia si utilizzava il Total Access Communication System (TACS) dove le trasmissioni in ciascuna cella avveniva a diverse frequenze permettendo così la non interferenza tra celle contigue. Permetteva solamente comunicazioni vocali e quindi niente SMS, fax o e-mail e nessuna protezione della comunicazione;
  2. Seconda generazione o 2G: trasmissione digitale tramite il sistema GSM, protezione della comunicazione e possibilità di utilizzare servizi dati come gli SMS, fax o WAP. Il segnale vocale può essere compresso rispetto a quello analogico e quindi ottenere un maggior numero di chiamate a parità di banda e la potenza per trasmettere minore per una maggiore durata delle batterie;
  3. Terza generazione o 3G: trasmissione digitale di voce e dati tramite, per esempio, lo standard UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) che permette, rispetto al GSM una maggiore velocità di trasmissione.
  4. Quarta generazione o 4G: tecnologie e standard che permettono applicazioni multimediali avanzate e collegamenti dati con elevata banda. Nel 2010 ITU ha autorizzato l’utilizzo della denominazione 4G per tecnologie quali LTE e Wimax.

 

Leggi anche: Introduzione alle reti di computer

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