Laboratorio di Calcolo Avanzato del Dipartimento di Fisica
La scelta dell'insieme dei cavi adatti per le reti fonia/dati è diventato uno dei più importanti argomenti dal punto di vista economico delle imprese moderne. I costi iniziali devono essere controbilanciati dalla capacità di far fronte alle richieste di prestazioni sempre più elevate, in modo da fornire un sistema di cavi flessibile e disponibile a supportare le innovazioni tecnologiche che si presentano sul mercato.
Inoltre, la scelta del mezzo trasmissivo dipende dalle prestazioni che si vogliono ottenere, da poche centinaia di bps, a miliardi di bps. E' quindi utile essere a conoscenza delle caratteristiche fisiche ed elettriche di ogni mezzo trasmissivo per poter compiere una scelta adeguata alle proprie necessità.
Il cavo che assicura le prestazioni migliori è un mezzo poco dispersivo e poco dissipativo.
Ha, quindi, bassi valori di resistenza, capacità ed induttanza e deve essere il più possibile indeformabile quando sottoposto a trazione durante la posa per evitare il deterioramento delle sue qualità trasmissive.
L'impedenza è un parametro che, in un solo valore sintetizza la resistenza, la capacità e l'induttanza presenti sul cavo.
Sia il trasmettitore che il ricevitore devono adattarsi a questo valore per ottimizzare la trasmissione dati, cioè per aumentare il più possibile la potenza ricevuta/potenza trasmessa. Inoltre l'impedenza deve essere invariante rispetto alla frequenza di utilizzo, o avere un range di oscillazione molto limitato.
I mezzi trasmissivi si dividono in due categorie:
Noi ci occuperemo delle prime 2 categorie che rappresentano attualmente la quasi totalita' delle reti installate.
Il doppino (Twisted Pair) consiste in una coppia di fili di rame, isolati singolarmente, ritorti tra di loro, in modo da formare una treccia. Il passo di questa è detto binatura e serve a ridurre i disturbi e.m..
Oggi si costruiscono doppini facendo molta attenzione ad inguainare e a binare i due fili in modo il più possibile uniforme, in modo da avere disturbi e.m. simmetrici e quindi facilmente eliminabili.
Ne esistono di tre tipi standard:
Esistono anche cavi proprietari come IBM tipo 1 e 2, AT&T 1061 e 2061.
Per aiutare nella scelta esistono cinque categorie, ognuna delle
quali comprende le caratteristiche delle categorie inferiori:
Il cavo coassiale (coax) prima dell'avvento dei doppini di nuova generazione era molto usato. Oggi si preferisce usare i doppini per medie prestazioni e le fibre ottiche per alte prestazioni. Vengono comunque usati nelle LAN a bus o ad anello e, a volte, nel cablaggio orizzontale.
Il coax consiste in un'anima di acciaio sulla quale viaggia il segnale, circondata da una calza di rame (massa).
Ne esistono alcuni tipi:
Oltre ai doppini e ai coax, esistono anche cavi in fibra ottica. La fibra ottica è il materiale del futuro poiché presenta notevoli vantaggi:
Un cavo in fibra ottica è costituito dal core, dal cladding, da un rivestimento primario e dalla guaina protettiva; il core è il nucleo, il cladding è il mantello. Hanno due indici di rifrazione diversi, il primo è maggiore del secondo, affinché la luce rimanga confinata all'interno del core.
La fisica delle fibre ottiche è l'ottica geometrica. Molto importante è l'angolo rispetto l'asse del cavo con cui i raggi luminosi vengono indirizzati all'interno del core. Esiste infatti un angolo massimo di incidenza , detto angolo critico, al di sotto del quale i raggi vengono totalmente riflessi dal cladding e rimangono, quindi, all'interno del core.
Si nota, inoltre, come per diversi angoli di incidenza aumenti il cammino del raggio luminoso all'interno del core. Se la sorgente luminosa è puntiforme e se presenta raggi di differente lunghezza d'onda (per es. una sorgente che emette nell'infrarosso), i raggi percorrono cammini diversi (dispersione cromatica) e, a parità di tempo trascorso, avremo uno sfasamento dei raggi.
Le fibre ottiche che consentono a più raggi di entrare sono dette multimodo ed hanno una dimensione di 50/125 o 62.5/125 micron.
Per ovviare a questo fatto, il brusco gradino dell'indice di rifrazione tra il cladding ed il core (FO multimodo step-index) viene smorzato ed il core presenta un indice di rifrazione che, da un valore massimo al centro, decresce fino al cladding (FO multimodo graded-index), facendo convergere i raggi in alcuni punti ed eliminando la differenza di fase.
Questi problemi si eliminano del tutto se si utilizzano FO monomodali .
Il core in queste fibre è sottile per permettere l'entrata di un solo raggio luminoso proveniente, però, non da un LED come le FO precedenti, ma da un LASER. La dimensione tipica di una FO monomodale e` di 10/125 micron.
Un vantaggio sottovalutato delle fibre ottiche è l'impossibilità di intercettazione del segnale inviato a causa, purtroppo, della difficoltà di giunzione e connettorizzazione.
In prossimita' della lunghezza d'onda dell'infrarosso la fibra ottica presenta 3 finestre di attenuazione ridotta che vengono utilizzate per la trasmissione del segnale luminoso.
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Con i mezzi trasmissivi possiamo realizzare tre tipi di canali per la comunicazione:
Con la fibra ottica possiamo realizzare unicamente connessioni punto a punto
(2 connessioni monodirezionali).
Il doppino puo' funzionare in modo bidirezionale (fonia) e in multipunto,
ma usualmente si utilizza per T.D. in modo monodirezionale punto a punto
(come la fibra).
Il coassiale e' tipicamente multiaccesso (o broadcast).
La topologia a stella ha un punto di criticita' nel nodo centrale, ma
semplifica la gestione e la manutenzione.
La struttura dell'albero viene utilizzata per il cablaggio strutturato.
L'anello ed il bus sono topologie tipiche di rete locale (token-ring,
ethernet, FDDI)
La maglia e' la configurazione delle reti geografiche.
Implica problemi di instadamento e quindi richiede l'esistenza di
"Intermediate Systems" (router).
In questi ultimi anni è nata l'esigenza di progettare una rete di calcolatori nel momento in cui si progetta la costruzione dell'edificio in cui sorgerà l'azienda stessa. Infatti, progettare una rete di elaborazione dati ad edificio realizzato, presenta problematiche non sempre risolvibili nel migliore dei modi ma sicuramente evitabili se l'evoluzione della rete segue di pari passo quella dell'edificio, proprio come progettare l'impianto idraulico od elettrico.
Nel 1985 l'Associazione delle Industrie Elettroniche si assunse il compito di sviluppare uno standard per regolamentare il cablaggio strutturato degli edifici, cioè l'impiantistica standard di una rete di trasmissione dati, chiamato EIA/TIA 568. Nel luglio '91 l'ANSI lo ratifica per gli Stati Uniti.
Esiste, inoltre, un'altra proposta di cablaggio standard, l'ISO/IEC 11801, non ancora approvata, ma che sta suscitando un notevole interesse.
Oggi sul mercato esistono diversi sistemi di cablaggio, alcuni proprietari come il Cablying System IBM e il DECconnect Digital, altri varianti dei sopracitati standard. Questi ultimi si dividono un due famiglie:
Le specifiche trattate in uno standard di cablaggio riguardano:
E' uno standard per il cablaggio di un edificio o di una serie di edifici facenti parte dello stesso comprensorio.
I limiti del comprensorio sono:
I mezzi trasmissivi utilizzati da questo standard sono:
La flessibilita` del sistema e' dovuta alla possibilita' di utilizzare lo stesso cablaggio per diversi protocolli di trasmissione dati oppure per trasmissione dati e fonia.
ISO/IEC 11801 si differenzia dall'EIA/TIA 568 per la nomenclatura utilizzata, introduce test e vincoli più rigorosi e restrittivi per i mezzi trasmissivi, non utilizza i cavi coax. Inoltre non si occupa degli aspetti della documentazione, ma tratta in modo più approfondito gli aspetti della messa a terra.
La topologia è stellare e le distanze massime ammesse sono riportate in figura
Per il cablaggio orizzontale sono previsti due cavi per ogni posto
di lavoro, uno di categoria almeno 3, l'altro di categoria 5 o,
in alternativa la fibra ottica multimodale. La placchetta di utente
deve avere delle targhette permanenti con scritto l'identificativo
del cavo. I balun e gli adattatori devono essere esterni.
I cavi di dorsale dovrebbero essere in FO, ma in alternativa si
possono usare i doppini da 100, 120 e 150 Ohm.
I mezzi trasmissivi:
