La telematica

Negli ultimi anni si sono avuti notevoli progressi nel campo dell'Informatica, la scienza che studia i computer e nel campo delle telecomunicazioni, scienza che studia la trasmissione a distanza delle informazioni, dalla loro fusione è nata la telematica.

Una delle branche della telematica e la trasmissione dati, tecnica consistente nel trasmettere a distanza informazioni di tipo digitale fra due elaboratori attraverso un canale di comunicazione.

Il collegamento può avvenire fra due soli computer, e assume il nome di collegamento punto-punto, oppure può avvenire tra un elaboratore centrale e altri computer, trasmissione chiamata punto-multi punto.

Oggi si possono connettere tanti PC tra loro, o in reti locali (LAN) o in reti internazionali (Internet).

Segnali analogici e segnali digitali

Le grandezze fisiche, come la temperatura, la pressione, la velocità, la luminosità, ecc, possono essere rivelate con opportuni sensori e trasmesse a distanza utilizzando segnali elettrici, attraverso linee di collegamento.

I segnali elettrici trasmessi da una linea possono essere essenzialmente di due tipi: Analogici o Digitali.

Sono analogici quei segnali che, al variare del tempo, possono assumere tutti i valori compresi fra i valori massimo e minimo consentiti dal canale di comunicazione.

Un classico esempio può essere costituito dalla corrente microfonica che attraversa il doppino telefonico che collega un utente all'altro per mezzo della rete telefonica ed i cui valori istantanei sono proporzionali alla pressione dell'onda sonora della voce che devono trasmettere a distanza.

Con il termine digitale, o numerico, si intende invece un segnale che può assumere solo due valori, o comunque soltanto un numero discreto di valori, come, ad esempio avviene per i dati generati dai computer.

Informazione

Oggi intendiamo per informazione qualunque cosa che sia in grado di eliminare un'incertezza.

Dunque si trasmette maggiore informazione se si comunica un evento molto improbabile e mino informazione se si comunica un evento che poteva realizzarsi con facilità

La quantità minima di informazione è la scelta fra due sole possibilità che si indicano di solito con 0 e 1, e assume il nome di BIT.

L'informazione racchiusa in un segnale digitale è data dal numero di bit necessari per rappresentarlo.

L'informazione presente in un segnale analogico si ottiene, invece, praticamente, dopo averlo convertito in digitale e contando quindi i bit ottenuti dopo la conversione.

La minima informazione allora è scelta fra due sole possibilità, simboleggiate dalle cifre binarie 0 e 1, se invece la scelta è effettuata fra molte possibilità diverse tra loro ed equiprobabili, allora la quantità di informazione racchiusa nella scelta fra tanti simboli è data dal numero di BIT necessari per rappresentare, con le loro varie combinazioni, tutti i simboli dati.

In generale la quantità  Q di informazione racchiusa nella scelta di una fra M possibilità equiprobabili è:

Q = log2M

Spettro di un segnale

Un segnale numerico di periodo T può essere sviluppato in serie di Fourier in una somma di infinite sinusoidi di ampiezza.

Un segnale numerico aleatorio si sviluppa invece secondo uno spettro a bande.

Larghezza di banda di un canale

I canali di telecomunicazioni usati per trasmettere dati sono: il doppino telefonico, il cavo coassiale, le fibre ottiche, l'etere.

Ognuno di questi consente di norma il passaggio di segnali comprendenti soltanto alcune frequenze escludendone quindi altre.

È definita pertanto larghezza di banda B l'insieme delle frequenze che una canale di telecomunicazioni fa passare.

Per consentire il passaggio di un segnale attraverso un particolare canale di comunicazione, bisogna quindi effettuare la sua modulazione, in modo da adattare il suo spettro a quello del canale che deve attraversare.

Velocità di trasmissione dei dati

I dati generati in un luogo, per mezzo di sensori opportuni o emessi da un computer in uscita, devono spesso essere trasmessi a distanza per essere utilizzati da altri utenti.

La trasmissione avviene per mezzo di opportuni canali di telecomunicazione che collegano l'utente trasmittente con quello ricevente e che hanno una limitata banda passante B.

Bisogna, nell'ambito della trasmissione dati, distinguere due diversi tipi di velocità:

Velocità di modulazione (Baud rate): La velocità di modulazione Vb indica il numero di simboli che arrivano a destinazione ogni secondo e si misura in Baud.

Velocità di trasmissione (Bit rate): La velocità di trasmissione V indica la quantità totale di informazione che arriva a destinazione, si misura in BIT/sec.

Protocolli di trasmissione

Esistono oggi diversi tipi di modem, tecniche di codifica, modulazioni, metodi di correzione ed individuazione degli errori semplici o complessi, velocità di trasmissione e così via.

L'ISO è certamente il più importante degli organismi internazionali che stabilisce, nel campo della trasmissione dati, tutta una serie di regole che assumono il nome di protocolli di trasmissione, atte a rendere compatibile il dialogo fra due modem.

L'ISO ha delineato il modello generale, detto OSI, al quale devono unificarsi tutte quelle aziende costruttrici che intendono produrre materiale compatibile a quello già esistente sul mercato.

Modello ISO/OSI

Ha assunto il nome particolare di modello ISO/OSI lo standard internazionale dei protocolli di trasmissione oggi generalmente accettato.

Questo standard individua 7 livelli di comunicazione che si possono vedere nello schema:

I protocolli sono dunque una serie di norme che vanno applicate per rendere compatibili i collegamenti tra due sistemi di elaborazione dati.

Essi devono quindi rendere compatibili le tensioni elettriche in forme d'onda del DTE e del DVE, devono consentire un uguale tipo si trasmissione, cioè sincrona o asincrona, scegliere lo stesso metodo per la correzione degli errori e così via.

Caratteristiche dei livelli

Ogni livello dei protocolli di trasmissione riceve informazioni e comandi dal livello inferiore e li passa al superiore, o viceversa, senza interpretarli esattamente ma eseguendo soltanto le istruzioni di sua competenza.

I due sistemi sono effettivamente collegati fra loro tramite la linea telefonica, però è come se ogni livello colloquiasse con il corrispondente livello dall'altro sistema di elaborazione.

I protocolli di livello 1-2-3-4 si occupano di rendere compatibili i segnali elettrici che attraversano la linea e vanno da un elaboratore all'altro.

I protocolli 5-6-7, invece svolgono funzioni di elaborazione dei dati dal punto di vista del software.

In dettaglio vediamo ogni tipo di livello:

7° Livello

APPLICAZIONE - È il livello più alto del modello OSI, l'inizio e la fine di tutte le attività svolte dagli altri livelli ed è l'unico direttamente accessibile all'utente.

È costituito dalle procedure applicative necessarie per svolgere il lavoro di elaborazione che l'utente deve effettuare all'interno del software, dagli archivi, e di tutti i pacchetti applicativi che sta usando.

L'utente applica queste procedure direttamente, anche se fisicamente esse risiedono su un computer lontanissimo, come avviene navigando su internet.

6° Livello

PRESENTAZIONE - Consente la giusta interpretazione dei dati scambiati fra due unità, in modo che siano esattamente interpretabili dagli utenti indipendentemente dai formati, codici, caratteri di controllo, criteri di compressione e così via.

È quindi come un interprete che si interpone fra i due utenti e presenta loro una stessa schermata.

5° Livello

SESSIONE - Attiva il collegamento logico con l'utente cercato, e lo disattiva a richiesta del chiamante, senza influire sul livello superiore, scegliendo quindi autonomamente il tipo di connessione, attraverso un dialogo con il protocollo di pari livello dell'utente chiamato.

4° Livello

TRASPORTO - Gestisce la trasmissione dei dati numerici fra i due utenti stabilendo la lunghezza dei blocchi da trasmettere, individua i dati pervenuti errati e li corregge o ne chiede la ritrasmissione.

3° Livello

RETE - Gestisce la connessione fra i due utenti attraverso le varie connessione possibili dalla rete.

Divide il messaggio dati in vari pacchetti che numera progressivamente, ne stabilisce il percorso all'interno della rete telematica provvedendo alla sua fatturazione.

2° Livello

LINEA- E' il livello che si occupa del corretto trasferimento del messaggio attraverso la linea.

Questo livello si occupa della formazione delle trame, della sincronizzazione e del recupero dei dati errati tramite la trasmissione delle trame errate.

1° Livello

FISICO - E' il più basso livello e definisce le caratteristiche meccaniche ed elettriche del collegamento.

Protocolli sincroni

I protocolli sincroni consentono una velocità di trasmissione dei dati maggiore di quella dei protocolli asincroni in quanto non utilizzano i bit di start e i bit di stop per ogni carattere.

I sistemi sincroni trasmettono trame sequenziali costituite da tanti blocchi di dati numerici precedute dai caratteri di sincronismo, indispensabili per rigenerare la portante in arrivo e consentire la comprensione e la decodifica dei dati ricevuti.

I protocolli sincroni si suddividono in famiglie:

Protocolli orientati al Byte

Protocolli orientati al Bit

I protocolli orientati al byte usano come elemento costitutivo delle trame di caratteri, cioè byte e sono nati per primi.

I protocolli orientati al bit, nati per ultimi, usano invece il bit come elemento costitutivo delle trame.

Protocolli orientati al Byte

Il protocollo BSC è un protocollo orientato al carattere molto diffuso ed è conosciuto in tre diversi tipi:

BSC1 usato nei collegamenti punto-punto su linea dedicata

BSC2 usato nei collegamenti punto-punto su linea commutata

BSC3 usato nei collegamenti multi punto - punto su linea dedicata

Protocolli orientati al bit

I protocolli orientati al bit sono nati circa dieci anni dopo quelli orientati al byte ed hanno parecchi vantaggi su di essi, di cui i principali sono:

È possibile il funzionamento sia in half duplex che in full duplex

È possibile trasmettere molte trame di seguito senza attendere riscontro

I blocchi trasmessi possono contenere sia dati che elementi di  controllo

Si effettua il controllo degli errori sia sui dati trasmessi che sulle informazioni di servizio

È sempre possibile la trasmissione in trasparenza