La Telematica

La parola telematica nasce dall'unione dei termini telecomunicazioni e informatica, e significa gestione delle informazioni e dei dati a distanza.

Nella telematica sono di particolare interesse i nodi, cioè stazioni di elaborazione che si scambiano dati e messaggi tramite vie di comunicazione. L'insieme di questi nodi e delle connessioni che si vengono a creare fra esse  prendono il nome di rete.

Prima di approfondire ulteriormente il concetto di telematica mi sembra opportuno analizzare come avviene fisicamente la trasmissione dei dati approfondendo alcuni concetti di telecomunicazione.

Mezzi fisici di trasmissione

I mezzi fisici che vengono utilizzati per trasferire le informazioni possono essere solidi (quando il segnale viaggia sui cavi) e hertziani (quando il segnale è costituito da onde elettromagnetiche che viaggiano nell'etere).

I mezzi solidi più usati sono il doppino telefonico, il cavo coassiale e la fibra ottica.

Il doppino telefonico, usato originariamente per le trasmissioni telefoniche, è attualmente il mezzo di trasmissione più semplice e diffuso anche per la trasmissione dei dati nelle reti, il grosso vantaggio offerto da tale mezzo è quello di permettere l'uso delle tecnologie e degli strumenti di installazione tipici della telefonia, ampiamente collaudati e diffusi.

Il doppino telefonico è formato da due fili di rame, normalmente intrecciati, collocati all'interno di una guaina di plastica. Il problema maggiore di questi cavi, noti anche con l'acronimo UTP (Unshielded TwistedPair) è quello di essere sensibili alle interferenze elettriche dovute a sorgenti esterne che generano sulla linea interferenze. Questa vulnerabilità costringe a utilizzare basse velocità di trasmissione dai (240 bit al secondo ai 28.000 bit al secondo) poiché maggiore è la velocità e più facilmente si possono perdere informazioni. Il doppino telefonico viene comunemente impiegato per collegare apparecchiature non molto distanti tra loro (massimo 4 chilometri) e si è obbligati ad utilizzare dei ripetitori di segnale.

Per unire il cavo UTP al computer si usano in genere i connettori RJ - 45 gli stessi utilizzati nei telefoni.

Per ridurre i disturbi e aumentare la velocità e la quantità di dati trasportabili viene utilizzato il cavo coassiale.  Si tratta di un cavo rivestito di plastica al cui interno vi è un filo centrale circondato da una calza metallica.

Il cavo coassiale consente alte velocità di trasmissione (10 - 12 Mbit per secondo) con disturbi molto ridotti, anche se il costo risulta rispetto al doppino.

In base al tipo di trasmissione permessa, il cavo coassiale si distingue in baseband (trasmissione in banda di base) e broadband (trasmissione a banda larga):

Banda base (baseband): tutti gli utilizzatori trasmettono sulla stessa frequenza, e quindi sul mezzo può transitare un solo messaggio per volta;

Larga banda (broadband): in questo caso il canale fisico viene suddiviso in più canali logici con differenti frequenze che possono trasmettere simultaneamente segnali di diversi utilizzatori anche sotto forme diverse (ad esempio, immagini, dati).

Le fibre ottiche sono un mezzo trasmissivo lungo il quale il messaggio viene trasportato sotto forma di impulsi luminosi. Una fibra ottica ha un diametro inferiore al decimo di millimetro ed è costituita da un nucleo di silice (vetro) o quarzo rivestito di altro materiale vetroso.

Le velocità di trasmissione raggiungibili con le fibre ottiche sono molto alte, fino a milioni di bit per secondo, grazie alla larghissima banda e all'immunità dai disturbi elettrici e magnetici.

Nella trasmissione in fibra ottica i segnali elettrici vengono convertiti in impulsi luminosi tramite un apparecchio detto modulatore, convogliati sulla fibra ottica tramite una sorgente di luce (LED - Light Emitting Diode), ricevuti e riconvertiti in segnali elettrici tramite diodi fotoelettrici.

Anche utilizzando le fibre ottiche il segnale si attenua con l'aumentare della distanza dalla fonte emittente, ma in questo caso l'attenuazione del segnale e quindi la necessità di amplificarlo, avviene dopo circa 10 Km, cioè a distanza quasi tre volte più grande rispetto a un segnale trasmesso su un collegamento via cavo di rame.

I segnali, oltre che via cavo, possono essere trasmessi anche via etere grazie alle onde elettromagnetiche. I principali tipi di segnali trasmessi via etere sono i segnali radio, le microonde e i segnali infrarossi.

Il canale radio sfrutta lo spazio libero per comunicazione utilizzando le onde radio e i satelliti. A differenza degli altri mezzi la velocità di trasmissione è quella della luce (300.000 Km/sec) e quindi è praticamente indipendente dalla distanza.

Questi mezzi possono essere usati per comunicazioni più ampie, sfruttando tecniche di radiodiffusione (broadcast) o utilizzando ponti radio multitratta (uno ogni 25 miglia). Il problema delle trasmissioni via radio è che necessitano di apposite licenze per poter trasmettere e inoltre si tratta di trasmissioni a vista, sensibili quindi a ostacoli fisici e meteorologici.

I sistemi radio a microonde utilizzano la banda di frequenza della gamma dell'infrarosso (la stessa di certi telecomandi televisivi),e si usano essenzialmente per la comunicazione tra terminali (tastiera, mouse ecc.) senza l'uso dei fili.

Modalità di trasmissione

La modalità con cui vengono inviati i segnali attraverso il mezzo trasmissivo varia, non solo a causa del mezzo, ma anche in base ad altri fattori quali il tipo di segnale, la quantità di bit trasmessi in contemporanea la sincronizzazione tra gli apparati.

L'informazione può essere trasmessa in forma analogica (segnale continuo) o digitale (segnale discreto).

I mezzi attualmente più diffusi ed economici per trasmettere le informazioni sono quelli analogici, perché usano la rete telefonica già esistente, e fanno uso di uno strumento (modem) in grado di trasformare l'informazione digitale in formato analogico e viceversa.

Il modem (MODulatore - DEModulatore) è in grado di trasformare un segnale in formato digitale in un segnale continuo e viceversa.

Compito del modem non è solo la conversione dei segnali in forma opportuna ma anche quello di effettuare la chiamata telefonica attivando la connessione, di rilevare ed eventualmente correggere gli errori di trasmissione, di segnalare i guasti.

La comunicazione tra due nodi avviene attraverso un canale fisico di trasmissione e può essere di tre tipi: simplex, half-duplex, full-duplex. In tutti i casi si hanno due sistemi collegati tra loro dove il sistema che invia il messaggio prende il nome di trasmittente, mentre quello che lo riceve è il ricevente.

La comunicazione tra due sistemi è di tipo simplex, quando si tratta di trasmissione a senso unico. Esiste una fonte che sempre e solo invia sul canale il segnale (trasmittente) e una componente che è sempre e solo ricevente.

Il flusso dei dati avviene sempre nella stessa direzione (monodirezionale) dal trasmittente al ricevente. Un esempio sono la televisione e le stampanti.

- La comunicazione tra due sistemi è di tipo half-duplex, quando si tratta di trasmissione a doppio senso alternato. Il flusso dei dati avviene in entrambe le direzioni tra le due componenti in tempi diversi.

Quando uno dei due trasmette l'altro può solamente ricevere e viceversa. Un esempio sono le ricetrasmittenti.

- La comunicazione tra due sistemi è di tipo full-duplex, quando si tratta di trasmissione a doppio senso. In questo caso il flusso dei dati avviene in entrambe le direzioni facendo uso di due linee distinte.

Ogni componente si comporta contemporaneamente da trasmittente e da ricevente. Un esempio è il telefono.

La trasmissione dei dati codificati (cioè dei bit) può avvenire in due modi, serialmente se viene trasmesso un bit per volta sulla linea, o parallelamente se sulla linea sono inviati più bit in contemporanea.

Se la trasmissione è seriale, è necessario un dispositivo che effettui la serializzazione dei bit da trasmettere perché sui bus interni del computer essi viaggiano in parallelo. In modo analogo i bit ricevuti devono essere raggruppati (parallelizzati) per ricostruire il byte di partenza.

Nel caso di trasmissione parallela si tratta invece di avere a disposizione cavi composti da otto fili detti Bus per riuscire a far viaggiare un byte tutto insieme. I bus vengono usati per collegare terminali, elaboratori o componenti molto vicine poiché il vantaggio della trasmissione è sicuramente la velocità, ma di contro c'è una maggiore complessità di gestione e un notevole dispendio economico.

Il tipo di trasmissione può essere classificata anche in base alle regole di sincronia dei messaggi. Si parla dunque di due tipi di trasmissione, quella asincrona e quella sincrona.

La trasmissione asincrona viene generalmente usata quando la comunicazione avviene a velocità ridotta, come nella comunicazione uomo-macchina.

Questo tipo di comunicazione si usa quando l'invio di caratteri è limitato nel tempo e non è preordinato (ad esempio la battitura di un tasto sulla tastiera).

Con la trasmissione sincrona, invece,  non si invia più un solo carattere per volta, ma insiemi di caratteri, anche centinaia, raggruppati in blocchi (un esempio di comunicazione sincrona è quella che si viene ad instaurare tra la CPU e un terminale).

Le reti

Una rete è un insieme di nodi (elaboratori o terminali) connessi tra di loro da archi di collegamento (mezzi trasmissivi).

Una rete si considera formata da due parti: una hardware e una software.

La parte hardware è composta dalle connessioni di rete, cioè particolari schede inserite nel computer che permettono la connessione con l'elaboratore , e dal mezzo trasmissivo, cioè i cavi che deve permettere il colloquio tra i nodi della rete.

La parte software rappresenta il sistema operativo di rete ed è chiamata  NOS (Network Operating System).

Sono molti i criteri in base ai quali si possono classificare le reti e una delle modalità di classificazione è basata sulla loro topologia, ossia su come sono dislocati fisicamente i vari nodi e i loro collegamenti.

Due nodi si dicono collegati in modalità "punto-punto" se esiste un circuito che collega i due nodi senza dover passare per un nodo intermedio

Si parla invece di collegamento "multipunto" quando si ha una sola linea condivisa da più nodi e questi sono collegati tra loro attraverso quest'unica linea.

Una volta chiarite le modalità di collegamento, possiamo analizzare le topologie nelle quali si possono organizzare i vari nodi.

- Nella topologia gerarchica, i nodi sono collegati gerarchicamente in modo da avere un elemento principale a cui gli altri nodi fanno riferimento.

E' la classica organizzazione dei calcolatori centrali a cui sono collegati degli elaboratori periferici, che a loro volta comunicano con i terminali degli operatori e le stampanti.

- Nella topologia ad anello, i nodi sono collegati circolarmente a formare un anello. Ogni nodo è quindi direttamente collegato con il nodo precedente e con quello successivo tramite modalità punto a punto.

La comunicazione può avvenire in una sola direzione (unidirezionale) o in entrambe le direzioni (bidirezionale), e se un nodo è guasto o non è attivo tutta la rete non funziona.

- Nella topologia a bus, esiste una via di comunicazione principale chiamata dorsale,a cui i vari nodi si possono collegare . Se uno dei nodi non dovesse funzionare non verrebbe pregiudicata la capacità di comunicazione degli altri nodi.

- Nella topologia a stella, esiste un nodo centrale che fa da controllore e smistatore. Tutti gli altri nodi per comunicare tra loro devono passare dal nodo principale.

E' molto facile gestire, ma ha lo svantaggio che se non funziona il nodo centrale tutti gli altri nodi risultano isolati.

- Nella topologia completamente connessa, tutti i nodi sono collegati tra di loro.

E' molto efficiente nelle comunicazioni dirette, ma molto costosa soprattutto quando è elevato il numero di nodi da collegare.

- Nella topologia a maglia, ciascun nodo è connesso con almeno un altro della rete. Tutti i nodi sono quindi raggiungibili, anche se non in modo diretto.La gestione delle comunicazioni risulta più complessa.

Dimensione Geografica

Un'altra modalità di classificazione delle reti è basata sulla loro dimensione geografica, le reti cosi si possono suddividere in reti locali e reti geografiche.

Le reti locali (LAN, Local Area Network) sono reti dalla superficie ridotta caratterizzate da alte prestazioni e mezzi trasmessivi molto veloci.

In genere si collocano all'interno di un edificio e non passano sul suolo pubblico.

Normalmente le reti locali prendono il nome dalla topologia della rete (anello, bus, stella) o in base al metodo di accesso alla rete (cioè al canale trasmissivo) da parte delle unità elaborative. Queste modalità di accesso vengono chiamati protocolli di trasmissione, poiché rappresentano le regole che i vari nodi devono rispettare per utilizzare il canale trasmissivo. I protocolli stabiliscono quindi alcune norme che permettono una buona comunicazione definendo un linguaggio comune e alcune regole per lo scambio dei dati.Inoltre forniscono informazioni su come evitare e recuperare gli errori, su come regolare la velocità del flusso di informazioni da un nodo all'altro.

Un caso particolare è quando la rete copre un'intera area urbana. In questo caso si parla di MAN (Metropolitan Area Network) e viene usata una tecnica di interconnessione tipo LAN. Il mezzo è quasi sempre la fibra ottica per gestire la dorsale cittadina e i cavi coassiali per collegare gli elaboratori alla dorsale. Una rete locale è per definizione limitata come spazio e ha funzionamenti ottimali quando non è particolarmente lunga. Nel caso di superfici molto ampie ma che necessitano di un collegamento di tipo locale (ad esempio uno stabilimento di produzione di grandi dimensioni) è possibile utilizzare i repeater, apparecchiature che amplificano il segnale fisico permettendo a due tronconi di rete unirsi allungando così la massima distanza coperta.

Quando l'estenzione di una rete supera qualche chilometro, o comunque deve attraversare il suolo pubblico (ad esempio collegare elaboratori situati in due edifici diversi,), si parla di rete geografica (WAN, Wide Area Network). Poiché i nodi possono essere collegati anche a grandi distanze (migliaia di chilometri), vengono di norma utilizzati mezzi di comunicazione poco costosi e già ampiamente diffusi (generalmente le line telefoniche) con la conseguenza che la trasmissione risulta più lenta.

Le reti geografiche nascono alla fine degli anni Sessanta come progetto di ricerca accademica per fornire un sistema di comunicazione efficiente tra siti.

La prima rete progettata e realizzata è stata Arpanet, nata sperimentalmente con quattro siti, che è poi cresciuta fino a diventare una rete mondiale di reti (Internet). Poiché i siti di una WAN sono fisicamente distribuiti su una vasta zona geografica le comunicazioni sono spesso lente, inoltre i vari computer hanno capacità elaborative differenti e i collegamenti tipici sono le linee telefoniche (pubbliche o private) e i canali via satellite.

Le reti di comunicazione che realizzano i collegamenti tra i nodi sono quasi sempre pubbliche e il collegamento tra due nodi avviene "a richiesta" e in modo non permanente, cioè non si fa uso di linee dedicate come nelle LAN, ma di linee commutate.

Quando si parla di linee dedicate si intende un collegamento fisso che esiste tra due nodi della rete, come ad esempio quello esistente tra un computer e una stampante. In genere le reti locali, avendo necessità di scambiare dati a grande velocità, fanno uso di line dedicate.

Una linea commutata è una linea che può essere utilizzata da nodi diversi in momenti diversi e con modalità diverse. Quando due nodi smettono di comunicare la linea da loro usata viene rilasciata e quindi altri nodi la possono utilizzare.

Le tecniche di commutazione attualmente esistenti sono a commutazione di circuito, di messaggio, di pacchetto.

- Nella commutazione di circuito, per ogni chiamata deve essere stabilito un appropriato percorso tra i nodi interessati al colloquio. E' il metodo più tradizionale, anche perché è quello utilizzato normalmente nella telefonia.

La comunicazione avviene in tre fasi:

connessione, mediante la quale, l'utente fornisce le indicazioni per attivare il circuito e vengono individuati eventuali nodi intermedi;

scambio dati, mediante la quale, avviene lo scambio delle informazioni utilizzando il circuito definito;

disconnessione, con la quale, vengono rilasciate le risorse occupate.

Si tratta allora di creare un circuito fisico tra due nodi (ad esempio due telefoni) che rimane fissato e utilizzato in esclusiva per tutto il tempo della comunicazione.

- Nella commutazione di messaggio, invece di considerare il collegamento tra due nodi creando un circuito, si stabilisce un percorso che colleghi il nodo di partenza al nodo di destinazione tramite nodi intermedi, attraverso i quali verrà effettuato il passaggio del messaggio.

La scelta del percorso di un messaggio può avvenire in modo fisso o in base al traffico sulla rete. In questo secondo caso una volta inviato il messaggio, viene scelto il pezzo di linea più libera mano a mano che sorge la necessità creando di volta in volta i collegamenti tra due nodi intermedi.

A questo scopo esistono particolari tecniche di routing per trovare il percorso (ottimale) per raggiungere una determinata destinazione.

E' importante precisare che per poter inviare un messaggio è necessario conoscere il nome (o l'indirizzo) del nodo di destinazione.

- Nella commutazione di pacchetto, da considerarsi come un evoluzione della commutazione di messaggio, i messaggi vengono strutturati in pacchetti, ognuno dei quali è costituito da un certo numero di bit.

Ogni pacchetto contiene l'indirizzo di destinazione, il riferimento al messaggio d'origine e il numero progressivo al suo interno, trovandosi quindi libero sulla rete di effettuare il percorso più conveniente per raggiungere la destinazione.

I pacchetti viaggiano "parallelamente" tra loro e non in modo sequenziale; è da notare che è possibile che arrivi a destinazione prima la fine del messaggio (ultimo pacchetto), piuttosto che l'inizio (primo pacchetto).

Sarà il sistema che si trova nel nodo "ricevente" a ricomporlo in base al numero progressivo contenuto in ciascun pacchetto.

Applicazioni Telematiche

Le applicazioni che la telematica trova nel mondo di oggi giorno non si esauriscono soltanto nei servizi commerciali quali l'e-commerce o l'home banking , già ampiamente analizzati, ma esistono una miriade di servizi già ben avviati, o ancora in fase di sperimentazione in cui la telematica sta trovando utilizzo.

Analizziamo alcuni di essi:

Teletext:

Vengono diffuse informazioni di carattere generale attraverso il segnale televisivo.

Il ricevitore può essere un normale televisore con adattatore e telecomando, dove viene scelta dall'utente la pagina da visualizzare. Poiché le pagine vengono trasmesse in continuazione e la selezione avviene localmente "fermando" la pagina che interessa, esiste una limitazione nel numero delle pagine che si possono trasmettere.

Questo servizio è denominato "videografica diffusa" ed è realizzato in Italia dalla Rai, con il nome di Televideo.

Videotex:

Viene chiamato servizio di "videografica interattiva"; sono presentate all'utente pagine che dal punto di vista grafico sono come le pagine Teletext, ma la differenza consiste in una interattività tra l'utente e il servizio.

L'utente, infatti, invia tramite linea telefonica, il numero della pagina richiesta e, sempre sulla linea telefonica, gli viene inviata solo questa.

In Italia funziona con il nome di Videotel, e tramite esso è possibile collegarsi ed effettuare richieste alle banche dati collegate sulla rete pubblica, nonché effettuare acquisti e prenotazioni su "cataloghi elettronici".

Teleconferenza:

Prendono il nome di teleconferenza quei sistemi che offrono la possibilità di svolgere "riunioni tematiche" tra gruppi di utenti collocati in località differenti, scambiandosi in tempo reale dati e messaggi.

La chat è il sistema più semplice di teleconferenza, in cui gli interlocutori si scambiano messaggi scritti che compaiono sul video dell'altra persona nel momento stesso in cui viene digitato.

La videoconferenza  permette a due o più utenti che dialogano di scambiarsi immagini e voci.

Dobbiamo fate attenzione però a distinguere il videotelefono e la multiconferenza.

Il videotelefono è orientato al dialogo fra due persone, mentre la multiconferenza può essere effettuata fra più postazioni, ciascuna costituita da più utenti.

La multiconferenza necessita di una specifica componente di controllo, denominata "unità di multiconferenza", che ha il compito di distribuire l'immagine e l'audio di una determinata postazione alle altre.

Il joint editor è un sistema specializzato che permette a più utenti di operare in modo condiviso sullo stesso documento. Tale sistema deve realizzare un rapido scambio di documenti tra gli utenti, permettendo la visualizzazione condivisa di ogni modifica effettuata da un qualsiasi utente in real-time anche sugli schermi degli altri utenti.

Posta elettronica (E-mail):

Permette agli utenti del sistema di scambiarsi messaggi anche se il destinatario non è collegato al computer. La posta può essere inviata a singoli o a gruppi, includendo ad essa allegati file di vario tipo.

Nasce alla fine degli anni Sessanta con l'avvento di Arpanet come infrastrutture di ricerca del Ministero della difesa americana, e con l'avvento di Internet è diventato un "normale" mezzo di comunicazione alternativo alla posta tradizionale.

Telemedicina:

Mediante il suo utilizzo i medici e i ricercatori sparsi in tutto il mondo possono accedere, tramite terminale, ai database distribuiti in ospedali e centri di ricerca con informazioni generali su malattie terapie ecc.

E' possibile inoltre accedere e visualizzare i dati clinici di un paziente anche se questi sono memorizzati in un ospedale distante centinaia di chilometri.

Per casi particolarmente delicati, è possibile attivare sessioni di videoconferenza tramite le quali i medici possono colloquiare.

Internet:

Nata per scopi militari, ovvero quello di collegare le varie basi militari permettendo il rapido trasferimento di dati da un sito all'altro in caso di invasione nemica, divenne un servizio utilizzato dalle università per collegare i vari istituti e permettere ai docenti e ricercatori universitari di scambiarsi messaggi, dati e di accedere alle documentazioni presenti nelle varie università.

Questa prima rete, che prese il nome di Arpanet, nata senza fini di lucro, è cresciuta nel tempo collegando siti anche in altre parti del mondo fino a diventare una rete mondiale di reti (Internet).

Internet attualmente è l'insieme di migliaia di reti collegate fra loro; le singole reti possono oggi essere consultate da qualsiasi utente che possieda un calcolatore che faccia parte della rete.

Una volta collegati ad un computer, sia esso posizionato in qualsiasi parte del mondo, si possono visualizzare file, descriverli, trasferirli sul nostro computer.

World Wide Web (WWW):

E' una vastissima biblioteca elettronica di documenti in formato ipertestuale, ovvero documenti che consentono di passare da un argomento all'altro non solo secondo gli schemi classici sequenziali, ma anche secondo le libere associazioni della mente.

Le informazioni possono essere di vario genere e sono memorizzate in file; le pagine di questi file sono legate fra loro tramite link, cioè legami particolari tra una pagina e l'altra.

La particolarità del WWW consiste che le pagine possono essere collocate su calcolatori differenti, del sistema che si preoccupa, quando ha la necessità di accedere ad una pagina, di effettuare il collegamento con il nodo della rete desiderato.

Per aiutare la consultazione di questo vastissimo mondo esistono dei programmi che effettuano la ricerca nel WWW, in base a indicazioni fornite dall'utente.

Intranet:

Si indica l'utilizzo delle tecnologie proprie di internet per uso privato all'interno di una organizzazione aziendale.

L'obiettivo principale di un progetto Intranet è quello di migliorare i processi di comunicazione aziendale.

Si utilizzano gli stessi protocolli di trasmissione e la stessa tecnologia di internet, usufruendo degli stessi vantaggi operativi.

EDI:

Electronic Data Interchange, permette di trasferire via modem, da un cliente ad un fornitore, i dati relativi all'ordine in modo che il ricevente abbia a sua disposizione tutte le informazioni necessarie senza l'invio del modulo cartaceo relativo all'ordine o alla fattura.

Ovviamente i due enti interessati, devono utilizzare lo stesso software per l'EDI o basarsi su uno standard comune.

Formazione a distanza:

Tramite la formazione in rete, l'iter di studi si adegua alle esigenze di ogni partecipante, annullando i vincoli di spazio e di tempo e permettendo ai partecipanti di comunicare in differita e di seguire il corso nei momenti che preferiscono.

Lo studente può quindi accedere al materiale preparato dal docente quando lo desidera, così come può effettuare le prove e i test in vari momenti, ponendo i propri risultati in apposite directory.

A sua volta il docente può esaminare in momenti diversi le prove degli studenti.

Lo scambio di messaggi con richieste di chiarimenti e le relative spiegazioni possono avvenire tramite posta elettronica.