Fondamenti della Trasmissione Dati e Infrastrutture di Rete

Trasmissione Sincrona

In questo tipo di trasmissione è necessario che il trasmettitore e il ricevitore usino la stessa frequenza di clock. In questo caso, la trasmissione avviene in blocchi, definendo due gruppi di bit chiamati delimitatori, che vengono indicati all'inizio e alla fine di ogni blocco.

Questo metodo è più efficace perché il flusso di informazioni si verifica in modo uniforme, rendendo possibile raggiungere elevate velocità di trasmissione.

Per realizzare la sincronizzazione, il trasmettitore invia un segnale di avvio; la trasmissione è attivata dal clock del ricevitore. Da quel momento, il trasmettitore e il ricevitore sono sincronizzati.

Trasmissione Asincrona

La connessione asincrona è quella in cui viene inviato ogni carattere a intervalli di tempo irregolari (ad esempio, un utente che invia caratteri immessi sulla tastiera in tempo reale).

Per ovviare a questo problema, ogni carattere è preceduto da informazioni che indicano l'inizio della trasmissione del carattere (chiamato bit di start) e termina con l'invio di informazioni riguardanti il completamento della trasmissione (chiamato bit di stop o END, che può anche essere composto da più bit di completamento).

Mezzi di Trasmissione

Il mezzo di trasmissione è il canale che permette il passaggio di informazioni tra i due terminali in un sistema di trasmissione. La trasmissione delle onde viene solitamente effettuata mediante propagazione elettromagnetica attraverso il canale.

A volte il canale è fisico e a volte no, poiché le onde elettromagnetiche possono propagarsi anche nel vuoto.

Mezzi Guidati

I mezzi di trasmissione guidati sono costituiti da un cavo responsabile della guida dei segnali da un'estremità all'altra.

La velocità di trasmissione dipende direttamente dalla distanza tra i terminali e dal tipo di collegamento utilizzato (punto-punto o multipunto). A causa di ciò, diversi mezzi di trasmissione hanno diverse velocità di collegamento per ospitare usi misti.

Esempio: Cavo UTP (twisted pair), fibra ottica e cavo coassiale.

Mezzi Non Guidati

I mezzi di trasmissione non guidati non utilizzano cavi per l'invio dei segnali; i segnali si propagano liberamente attraverso un mezzo non fisico, come l'aria o il vuoto.

Sia la trasmissione che la ricezione delle informazioni vengono effettuate attraverso le antenne. Durante la trasmissione, l'antenna irradia energia elettromagnetica nell'ambiente; al contrario, in ricezione, l'antenna cattura le onde elettromagnetiche circostanti.

Le impostazioni per le trasmissioni non guidate possono essere:

• Direzionali: L'antenna trasmittente emette energia concentrandosi su un raggio elettromagnetico; le antenne del trasmettitore e del ricevitore devono essere allineate.
• Omnidirezionali: La radiazione avviene in modo isolato, emettendo in tutte le direzioni, e il segnale può essere ricevuto da più antenne.

In generale, maggiore è la frequenza del segnale trasmesso, più è probabile che l'energia si limiti a un fascio direzionale. La trasmissione dei dati attraverso mezzi non guidati aggiunge ulteriori problemi causati dalla riflessione del segnale su diverse barriere presenti nel mezzo.

Esempio: Bluetooth, infrarossi, Wi-Fi.

Modalità di Trasmissione

• Simplex: È quella in cui una stazione agisce sempre come sorgente e l'altra sempre come ricevitore. Questo metodo consente la trasmissione di informazioni in una sola direzione. Esempio: la televisione.
• Semi-duplex o Half Duplex: In questa modalità, una stazione alla volta funge da sorgente (A) e l'altra da ricevitore (B); successivamente, i ruoli si invertono. Permette la trasmissione in entrambe le direzioni, ma non contemporaneamente. Esempio: Walkie-talkie o radio SW.
• Full Duplex: Due macchine (A e B) agiscono contemporaneamente come sorgente e ricevitore. Permette la trasmissione in entrambe le direzioni nello stesso momento. Esempio: una conversazione telefonica.

Tecniche di Multiplexing

È la procedura mediante la quale diverse informazioni possono condividere lo stesso canale di comunicazione.

Multiplexing a Divisione di Frequenza (FDM)

Questa tecnica divide la banda disponibile sul supporto fisico in parecchi canali logici indipendenti più piccoli, ciascuno con una banda passante ridotta. Viene effettuata dividendo lo spettro disponibile in gamme di frequenza assegnate a diversi utenti, permettendo comunicazioni simultanee senza interferenze.

Multiplexing a Divisione di Tempo (TDM)

Una tecnica che permette la trasmissione di segnali digitali occupando un canale di trasmissione da diverse fonti per ottenere un migliore utilizzo del mezzo. La larghezza di banda totale è assegnata a ogni canale per una frazione del tempo totale (intervallo di tempo).

Tipologie di Trasmissione

Trasmissione Unicast

L'invio di pacchetti da un singolo emittente a un unico ricevitore (uno a uno). È una trasmissione punto a punto. In un ambiente unicast, se più utenti richiedono le stesse informazioni, il server risponderà inviando i dati separatamente a ciascuno, il che può causare l'allagamento (flooding) della rete per l'eccessivo traffico.

Trasmissione Multicast

L'invio di informazioni a molteplici ricevitori contemporaneamente (uno a molti). L'emittente invia il messaggio una sola volta e il router si occupa della distribuzione ai destinatari interessati. Esempio: una videoconferenza. A differenza del broadcast, il multicast invia informazioni solo a un gruppo specifico.

Trasmissione Broadcast

Modalità in cui un nodo trasmettitore invia informazioni a tutti i nodi della rete simultaneamente (uno a tutti). Esempio: un trasmettitore radio o il segnale televisivo. Il problema principale è l'aumento del traffico dati e il fatto che le informazioni raggiungano computer non interessati.

Requisiti per Progettare una Rete

La progettazione di una rete consiste nel determinare la sua struttura fisica. Una buona progettazione è essenziale per evitare la perdita di dati, cadute continue, lentezza e problemi di sicurezza. È necessario determinare l'hardware da utilizzare (switch, router, schede Ethernet, connettori RJ45).

Elementi da definire:

• Tipo di hardware per ogni computer.
• Scelta del server per le connessioni.
• Tipo di schede di rete necessarie.
• Hardware necessario: modem, router, switch, tipo di cavo, canaline.
• Funzionalità del processore e dispositivi di memoria.
• Misurazione dello spazio tra computer e server.

Altri requisiti fondamentali:

• Numero di punti di cablaggio: Definire con chiarezza la quantità necessaria.
• Posizione dell'installazione: Disporre di piani dettagliati e fare visite tecniche per verificare limitazioni.
• Materiali e strumenti: Utilizzare cavi e connettori certificati dal produttore.
• Certificazione del cablaggio: Garantire la conformità agli standard.
• Scheda di Interfaccia di Rete (NIC): Necessaria per compensare le diverse velocità tra rete e processore.
• Sicurezza: Utilizzare più dischi rigidi per il backup e unità a nastro.

Controllo di Flusso

Tecnica utilizzata per garantire che un trasmettitore non sovraccarichi il ricevitore con una quantità eccessiva di dati. Il ricevitore riserva un'area di memoria temporanea (buffer); senza controllo di flusso, questa memoria potrebbe riempirsi e traboccare durante l'elaborazione.

Controllo di Flusso mediante Finestra Scorrevole

Meccanismo software per controllare il flusso di dati tramite lo scambio di frame di controllo. Risolve problemi di efficienza e velocità.

• Finestra di Trasmissione: Permette al mittente di inviare più pacchetti prima di attendere una conferma (ACK). Il mittente mantiene i frame in un buffer finché non riceve la convalida.
• Finestra di Ricezione: Permette al ricevitore di accettare frame anche se arrivano disordinati, memorizzandoli temporaneamente finché la sequenza non è completa.

Controllo di Flusso Stop and Wait

Il trasmettitore invia un frame e deve attendere una conferma di ricezione prima di procedere con il successivo. Il destinatario può fermare il flusso semplicemente non inviando la conferma.

Rilevamento degli Errori

Tecniche basate sull'aggiunta di informazioni ridondanti. Alcuni metodi includono:

• Parità: Si aggiunge un bit extra (bit di parità) agli n bit originali.
  • Parità Pari: Il bit è 0 se il numero di 1 è pari, 1 se è dispari.
  • Parità Dispari: Il bit è 1 se il numero di 1 è pari, 0 se è dispari.
  Esempio: Per il carattere 0111001, con parità pari si aggiunge 0 (00111001); con parità dispari si aggiunge 1 (10111001).
• Controllo di Ridondanza Ciclico (CRC): Funzione che restituisce un valore fisso basato sui dati in ingresso. È molto efficace contro gli errori causati dal rumore nei canali.

Controllo degli Errori (ARQ)

Si riferisce ai meccanismi di rilevazione e correzione. Gli errori potenziali sono:

• Trama persa: Il frame non raggiunge la destinazione.
• Trama danneggiata: Il frame arriva con bit modificati.

Queste tecniche sono chiamate ARQ (Automatic Repeat Request). Esistono tre tipi:

ARQ Stop and Wait

Basato sul controllo di flusso omonimo. Se un frame è danneggiato, il ricevitore lo scarta. Se il mittente non riceve l'ACK entro un tempo limite (timeout), invia nuovamente il frame. Può causare duplicati se l'ACK stesso viene perso o danneggiato.

ARQ Go-Back-N (Nessun passo indietro)

Basato sulla finestra scorrevole. Una stazione invia una serie di frame numerati. Se il destinatario rileva un errore, invia un riconoscimento negativo (REJ). Il mittente deve quindi ritrasmettere il frame errato e tutti i frame successivi già inviati.

ARQ con Rifiuto Selettivo

In questo caso, viene ritrasmesso solo il frame che ha generato l'errore. Questo migliora l'efficienza ma richiede più memoria nel ricevitore per memorizzare i frame successivi e riordinarli correttamente prima di passarli al livello superiore.