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La rete informatica Lo scopo principale di una rete di calcolatori è la condivisione di informazioni e risorse (sia hardware che software). In altre parole è un sistema che fornisce servizi relativi al trasferimento di informazioni ad una popolazione di utenti distribuiti geograficamente. Le reti di calcolatori generano traffico di tipo fortemente impulsivo, a differenza del telefono, e per questo hanno dato origine - e usano tuttora - la tecnologia della commutazione di pacchetto.
Cavi di telecomunicazione • I cavi di telecomunicazione servono per trasferire informazioni da una delle loro estremità all'altra. • Per essere trasmesse queste informazioni devono essere prima trasformate in segnali elettrici mediante appropriati trasduttori. • Questi segnali elettrici non sono altro che livelli di tensione variabili più o meno velocemente nel tempo a seconda della loro complessità. • Per facilitare la trasmissione durante il suo percorso, molto spesso il segnale elettrico viene opportunamente trattato mediante: • traslazione in frequenza (modulazione) che avviene tramite trasmissione analogica, • oppure il suo livello istante per istante viene rappresentato con numeri binari (campionamento)che avviene tramite trasferimento digitale.
La rete telefonica. • L'insieme di strade che percorre il segnale per raggiungere la sua meta finale, dove altri trasduttori provvedono a ricomporre l'informazione iniziale, viene detta rete telefonica. • La rete telefonica si può suddividere in : • Rete interna, solitamente di proprietà dell'utente e collocata all'interno di uno o più edifici, che va dai vari punti dove si genera il segnale al punto dove il segnale viene consegnato all'operatore del sevizio telefonico. • Rete urbana che va dai punti di consegna all'operatore alla prima centrale telefonica e viceversa (dall'ultima centrale telefonica all'utente ricevente). • Rete interurbana per la interconnessione delle varie centrali.
Mezzi fisici di trasmissione. • Trasmissione tramite cavo elettrico(doppino); • Trasmissione tramite cavo coassiale; • Trasmissione tramite cavo in fibra ottica;.
Doppino telefonico • In telecomunicazioni, per doppino si intende la coppia di fili di rame che viene utilizzato per la trasmissione delle comunicazioni telefoniche. È un elemento essenziale della rete telefonica. • Migliore è la qualità del rame, migliore sarà la qualità del segnale.
Costituzione di un doppino • Tipicamente il doppino è costituito da una coppia di conduttori ritorti mediante un processo di binatura. La binatura del doppino ha lo scopo di fare in modo che i campi elettromagnetici esterni agiscano in modo uguale sui due conduttori. Impiegando poi una tecnica di trasmissione differenziale, sarà possibile eliminare ulteriori disturbi. Il doppino può essere singolo (una sola coppia) oppure in una treccia di una serie più o meno numerosa di coppie. In questo caso ogni coppia presenta una frequenza di twistatura diversa (binatura), per ridurre il più possibile il fenomeno di diafonia tra le varie coppie di doppino tra loro contigue. Una problematica tipica dei doppini ritorti è il delay skew (o distorsione di propagazione), ovvero una variazione nel ritardo di propagazione del segnale sulle singole coppie, dovuta al diverso passo di binatura delle coppie in un cavo multicoppia.
Schermatura. • I doppini possono essere schermati per ridurre l'interferenza elettromagnetica. Poiché è fatta di metallo, tale schermatura agisce anche da terra. • Esistono vari tipi di schermatura.i più comuni sono: • Unshielded Twisted Pair(UTP) • Shielded Twisted Pair (STP) • Screened Shielded Twisted Pair (S/STP) • Screened Unshielded Twisted Pair (S/UTP)
Unshielded Twisted Pair (UTP) I cavi UTP non sono schermati. Ciò comporta un elevato grado di flessibilità e resistenza agli sforzi. Si usano ampiamente nelle reti telefoniche ed ethernet.
Shielded Twisted Pair (STP) I cavi STP includono una schermatura metallica per ogni coppia di cavi. Un esempio è quello definito da IBM per la sua rete Token Ring.
Shielded Twisted Pair (S/STP) • I cavi S/STP sono cavi STP ulteriormente protetti da una schermatura metallica che racchiude l'intero cavo; ciò migliora ulteriormente la resistenza alle interferenze.
Screened Unshielded Twisted Pair (S/UTP) • S/UTP, noto anche come Fully-shielded (or Foiled) Twisted Pair (FTP) o Screened Fully-shielded Twisted Pair (S/FTP), è un cavo UTP schermato.
I cavi coassiali • Un tubo coassiale è costituito da un conduttore interno formato da un filo unico di rame coassiale a un tubo di rame che funge da secondo conduttore. • Il campo elettromagnetico si propaga entro il tubo. • L'attenuazione che dipende dal prodotto resistenza per capacità è tanto più piccola quanto più grande è la dimensione del tubo. Infatti crescendo le dimensioni del tubo diminuisce la resistenza dei conduttori e anche la capacità che è funzione della distanza tra il conduttore interno e il tubo. • La capacità dipende anche dal mezzo interposto tra i due tubi e cioè dall'isolante. L'ideale sarebbe che tra il conduttore e il tubo non ci fosse interposto niente. Occorre però metterci qualcosa che tenga il conduttore interno coassiale col tubo. • Le soluzioni adottate dipendono dalle dimensioni del tubo e perciò dall'attenuazione accettabile. • I cavi coassiali si possono dividere in tre categorie a seconda della loro grandezza e vengono chiamati: • Cavi coassialoni; • Cavi coassialini; • Cavi microcoassiali.
I coassialoni. • Per i tubi più grossi, detti coassialoni, la coassialità del conduttore interno è garantita da una serie di anellini di politilene coassiali con il conduttore interno e su cui si appoggia il tubo esterno. • Detti anelli possono essere infilati attraverso una fessura praticata in essi al conduttore. • Possono essere anche realizzati per stampaggio direttamente sul conduttore mediante una macchina ad iniezione facendo avanzare il conduttore a tratti per dare in tempo alla pressa ad iniezione di stampare una serie di anelli e poi aprirsi per lasciar avanzare il conduttore di un passo. • In entrambi i casi lo spessore degli anelli e il loro numero per metro è il minimo necessario per avere una struttura meccanicamente stabile. • I coassialoni vengono adoperati nella rete interurbana e prima dell'avvento della fibra ottica costituivano il principale mezzo per interconnettere le città.
I coassialini. • Per i tubi medi, detti coassialini, si adotta una soluzione a salsicciotto. • I coassialini sono formati da un tubo di politilene, di spessore decisamente inferiore alla distanza tra conduttore interno e tubo, che viene fatto aderire per un tratto al conduttore interno e per un altro, contiguo, al conduttore esterno. • I coassialini sono stati adoperati sempre sulla rete interurbana per l'interconnessione di centrali a breve distanza.
I microcoassiali • Per i tubi più piccoli, detti microcoassiali, tra conduttore e tubo esterno è applicata una guaina isolante su cui si appoggia il conduttore esterno, realizzato in alcuni casi da politilene espanso le cui bolle d'aria sortiscono l'effetto di diminuirne la densità con benefici sull'attenuazione. • Il tubo esterno è costituito da un nastro di rame applicato longitudinalmente. • Quando la rigidità del tubo coassiale con nastro di rame non è accettabile, come negli impianti interni, il tubo esterno è costituito da una calza di rame trecciata con la densità richiesta dalle caratteristiche elettriche che deve avere il tubo. • I microcoassiali sono adoperati essenzialmente negli impianti interni per interconnettere apparecchiature che trattano segnali a larga banda come antenne ad apparecchi televisori.
I cavi in fibra ottica. • Le fibre ottiche sono filamenti di materiale vetroso, realizzati in modo da poter condurre la luce. Sono normalmente disponibili sotto forma di cavi. • Le fibre ottiche sono classificate come guide d'onda dielettriche. • Esse, in altre parole, permettono di convogliare al loro interno un campo elettromagnetico di frequenza sufficientemente alta con perdite estremamente limitate. • Vengono comunemente impiegate nelle telecomunicazioni su grandi distanze e nella fornitura di accessi di rete a larga banda (dai 10 MBit/s al Tbit/s).
Costituzione • Le fibre ottiche sono composte da due strati concentrici di materiale vetroso estremamente puro: un nucleo cilindrico centrale, o core, ed un mantello o cladding attorno ad esso. • I due strati sono realizzati con materiali con indice di rifrazione leggermente diverso, il cladding deve avere un indice di rifrazione minore rispetto al core. • Come ulteriore caratteristica il mantello deve avere uno spessore maggiore della lunghezza di smorzamento dell'onda evanescente, caratteristica della luce trasmessa. • Se le condizioni vengono rispettate gran parte della potenza è mantenuta all'interno del core. • Diversi tipi di fibre si distinguono per diametro del core, indici di rifrazione, caratteristiche del materiale, profilo di transizione dell'indice di rifrazione, drogaggio (aggiunta di piccole quantità di altri materiali per modificare le caratteristiche ottiche).
Funzionamento • Le fibre ottiche si basano sul fenomeno di riflessione totale interna, la discontinuità dell'indice di rifrazione tra i materiali del nucleo e del mantello intrappola la radiazione luminosa finché questa mantiene un angolo abbastanza radente, in pratica finché la fibra non compie curve troppo brusche. Il fascio a incide con un angolo θa la superiore all'angolo critico di riflessione totale e rimane intrappolato nel nucleo; il fascio b incide con un angolo θbinferiore all'angolo critico e viene rifratto nel mantello e quindi perso.In ottica si indica l'angolo tra la radiazione e la normale alla superficie, cioè 90°-α dove α è l'angolo, più intuitivo ma più scomodo da utilizzare, tra la radiazione e la superficie.
Vantaggi delle fibre ottiche. I principali vantaggi delle fibre rispetto ai cavi in rame nelle telecomunicazioni sono: • bassa attenuazione, che rende possibile la trasmissione su lunga distanza senza ripetitori; • grande capacità di trasporto di informazioni; • immunità da interferenze elettromagnetiche, inclusi gli impulsi elettromagnetici nucleari (ma possono essere danneggiate da radiazioni alfa e beta); • alta resistenza elettrica, quindi è possibile usare fibre vicino ad equipaggiamenti ad alto potenziale, o tra siti a potenziale diverso; • peso e ingombro modesto; • bassa potenza contenuta nei segnali; • assenza di diafonia; • ottima resistenza alle condizioni climatiche avverse. • Un campo promettente di applicazione è quello della televisione.
Cavo composto da più fibre ottiche • All'interno di una fibra ottica il segnale può propagarsi secondo uno o più modi di propagazione. Le fibre monomodali consentono la propagazione di luce secondo un solo modo hanno un diametro del core compreso tra 8 µm e 10 µm, quelle multimodali consentono la propagazione di più modi, e hanno un diametro del core di 50 µm o 62.5 µm. Il cladding ha tipicamente un diametro di 125 µm. • Le fibre multimodali permettono l'uso di dispositivi più economici, ma subiscono il fenomeno della dispersione intermodale, per cui i diversi modi si propagano a velocità leggermente diverse, e questo limita la distanza massima a cui il segnale può essere ricevuto correttamente. • Le fibre monomodali di contro hanno un prezzo molto più elevato rispetto alle multimodali, ma riescono a coprire distanze e a raggiungere velocità nettamente superiori.
Prestazioni • Gli apparati commercialmente disponibili arrivano a velocità di trasmissione di 40 Gbit/s. Utilizzando tecnologie WDM è possibile trasmettere su una singola coppia di fibre fino ad alcune centinaia di migliaia di canali in frequenza, arrivando a capacità massime dell'ordine del Tbit/s.
FINE DEL PROGETTO. Progetto realizzato da: Foti Vincenzo.
