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Cosa sono e come funzionano le telecomunicazioni

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Cosa vuol dire la parola telecomunicazioni, ma anche come funziona Internet: dalla rete fissa alla rete mobile, passando per le dorsali oceaniche, la fibra ottica e il 5G

smartphone Shutterstock

Il mondo in cui viviamo non sarebbe certamente lo stesso senza le telecomunicazioni. Ogni giorno milioni di persone ricevono o trasmettono informazioni di varia natura: dall’audio al video, dalle immagini al testo. 

Per farlo utilizzano dispositivi e tecnologie anche molto diverse tra loro: dal telefono alla radio, dalla televisione al computer. In tutti questi casi è possibile parlare di telecomunicazioni. 

Certo, in questo momento storico parlare di telecomunicazioni spesso e volentieri significa parlare di web: quindi di rete fissa e rete mobile; di fibra ottica, dorsali oceaniche e 5G

Proprio per questo motivo una guida dedicata al mondo delle telecomunicazioni non può prescindere dal fornire indicazioni su come funziona Internet. Ma anche su quali sono e come funzionano le principali reti di comunicazione mondiali. E ancora, su cosa sono le dorsali e cosa significano acronimi quali 3G, 4G o 5G.

  • 0. Cosa si intende per telecomunicazioni

    telecomunicazioni

    Credits Shutterstock

    Per capire il significato della parola telecomunicazione bisogna concentrarsi soprattutto su uno specifico gruppo di lettere. Più precisamente sul prefisso “tele”, che viene dal greco “tèle” e che letteralmente significa “lontano”. 

    Dal punto di vista concettuale le telecomunicazioni sono quindi delle comunicazioni pensate per arrivare lontano. Da quello tecnico si tratta invece di attività di trasmissione di segnali, parole o immagini. Contenuti che viaggiano a lunga distanza, tramite l’utilizzo di dispositivi elettronici e di canali fisici. 

    I dispositivi elettronici delle telecomunicazioni si distinguono innanzitutto tra trasmettitori e ricevitori. Il trasmettitore è il dispositivo fonte del messaggio, mentre il ricevitore è il dispositivo che lo fruisce. Si tratta dunque di una specie di corrispettivo elettronico dei soggetti coinvolti nella telecomunicazione: mittenti da una parte, destinatari dall’altra. 

    La telecomunicazione è la trasmissione di contenuti che viaggiano a lunga distanza. Le tecnologie alla base delle telecomunicazioni si distinguono tra IT e ICT

    Un altro distinguo importante da applicare alle tecnologie legate alle telecomunicazioni è quello tra IT e ICT. L’acronimo IT sta per Information Technology e fa riferimento alla categoria delle tecnologie dell’informazione. L’acronimo ICT sta invece per Information and Communications Technology e fa riferimento alla categoria delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione.

    La differenza tra IT e ICT è spesso sottile. Di solito si parla di Information Technology per fare riferimento a sistemi che permettono tecnicamente l’archiviazione, l’elaborazione o la trasmissione dati. Nel caso delle telecomunicazioni è possibile citare ad esempio i router, i data center o il GPS

    Si parla invece di Information and Communications Technology nel caso in cui i dispositivi siano particolarmente centrati su scopi di comunicazione. Si pensi in tal senso alle reti, al Wi-Fi e allo stesso Internet

    IT e ICT sono base della cosiddetta terza rivoluzione industriale, che ha letteralmente cambiato il mondo a partire dalla seconda metà del XX secolo. La rete fissa, la rete mobile e più in generale la società dei mass media sono tutte frutto della diffusione e della crescita di IT e ICT. 

  • 1. Breve storia delle telecomunicazioni

    vecchia foto legata alle telecomunicazioni

    Credits Shutterstock

    Un focus sulle principali evoluzioni delle telecomunicazioni è sicuramente utile per capire come funziona Internet. E più in generale per farsi un’idea di come si sia arrivati all’attuale scenario di interconnessione e condivisione delle informazioni quasi in tempo reale. 

    Si inizierà col dire che la storia delle telecomunicazioni è molto più antica di quanto non si potrebbe immaginare. Basti pensare che anche i segnali di fumo o i messaggi inviati tramite percussione dei tamburi possono essere considerati delle prime forme di telecomunicazione. Lo stesso discorso vale per le comunicazioni ottiche o acustiche delle torri di avvistamento dell’Antica Roma. Addirittura per i piccioni viaggiatori, introdotti per trasportare messaggi a chilometri di distanza già al tempo degli Egizi

    Paradossalmente la prima grande evoluzione della tecnologia delle telecomunicazioni sarebbe arrivata centinaia di anni dopo. Più precisamente nel 1792, quando l’ingegnere francese Claude Chappe costruì il primo esemplare di telegrafo ottico di cui vi sia traccia. 

    Il sistema era piuttosto rudimentale e molto costoso, ma permetteva comunque di inviare messaggi grazie a torri disposte a circa 20 chilometri l’una dall’altra. La vera svolta sarebbe arrivata circa un secolo dopo, con l’invenzione del telegrafo elettrico. Una duplice invenzione, considerato che ne vennero costruiti due esemplari a pochi mesi di distanza: il primo dallo statunitense Samuel Morse nel 1837; il secondo dagli inglesi Wheatstone e Cooke nel 1839. 

    La storia delle telecomunicazioni inizia con i piccioni viaggiatori degli Egizi. La radio e la televisione sarebbero state inventate soltanto durante il XX secolo 

    Successivamente, nel 1849, viene inventato il telefono. Il primo a realizzarlo è l’italiano Antonio Meucci, ma il modello che avrebbe dato il La alla telefonia come la intendiamo ancora oggi è quello di Alexander Bell. Lo scienziato britannico realizza il suo dispositivo soltanto nel 1876, ma le migliorie apportate e il deposito di un brevetto fecero la differenza, consegnandolo alla storia. 

    Il XX secolo è decisivo per la storia delle telecomunicazioni, grazie a invenzioni che avrebbero letteralmente rivoluzionato il concetto di trasmissione di un messaggio a distanza. Nel 1901 Guglielmo Marconi riesce a stabilire una comunicazione senza fili tra Canada e Inghilterra ricorrendo alle onde radio: un’idea che avrebbe reso possibile la nascita della radio e della televisione. Oltre a valergli il premio Nobel per la fisica del 1909

    Non a caso già nel 1925 l’inglese John Logie Baird riesce a trasmettere immagini in movimento all’interno di un centro commerciale. La sua televisione viene battezzata televisione meccanica ed è la base di cui si serve la BBC per le sue prime trasmissioni. E poi pochi anni dopo il fisico tedesco Karl Braun completa l’opera realizzando una televisione basata sul tubo catodico

  • 2. Telecomunicazioni e Internet

    modem

    Credits Shutterstock

    A partire dalla seconda metà del Novecento se si parla di telecomunicazioni si parla giocoforza anche di come funziona Internet. Anche perché non è semplice capire quanto l’invenzione di una rete globale abbia influenzato la crescita delle telecomunicazioni e quanto invece sia stata proprio la crescente necessità di abbattere le distanze geografiche a dare il La alla nascita del web così come lo intendiamo oggi.

    I primi esperimenti che hanno a che fare con la telecomunicazione e i computer sono datati addirittura 1940. All’epoca l’informatico statunitense George Stibitz riuscì a inviare dati tra calcolatori dislocati negli stati di New York e del New Hampshire. 

    Detto questo gli esperimenti sulla commutazione a pacchetto si sarebbero sviluppati soltanto vent’anni dopo. Erano i primi passi di quella che sarebbe divenuta nota come ARPANET: la prima rete di computer realizzata nel 1969 dal Dipartimento della Difesa USA.

    Negli anni ’70 vengono sviluppati i protocolli per reti locali LAN (Local Area Network). Invece i protocolli IP (Internet Protocol) e TCP (Transmission Control Protocol), su cui si poggia Internet come lo conosciamo, sono stati inventati nel corso del 1981.

    La storia delle telecomunicazioni via Internet inizia addirittura nel 1940. Tra i momenti più importanti, l’invenzione di ARPANET e quella dei protocolli IP e TCP

    Impossibile poi non citare il 20 dicembre 1990: il giorno in cui viene pubblicato il primo sito web della storia. Il primo tassello di una rete di ampiezza mondiale che avrebbe permesso a milioni di persone di navigare contenuti più o meno collegati tra loro. 

    Si arriva così al millennio in corso, che ha reso possibile innanzitutto la diffusione di Internet, del web e di dispositivi in grado di connettersi in maniera sempre più rapida: a partire dai computer, fino ad arrivare agli smartphone e ai tablet

    Anche perché, sempre nel nuovo millennio, aumenta notevolmente la capacità di trasmissione dati tanto della rete fissa quanto rete mobile: le principali tipologie di accesso alla rete a disposizione dell’utente. 

    In entrambi i casi è possibile parlare prima di banda larga e poi addirittura di banda ultra larga. Basti pensare che si è partiti da una velocità di download delle informazioni in Internet da pochi Kb/s, fino ad arrivare a picchi da 1.000 Mb/s per la fibra ottica FTTH. Per non parlare poi del 5G, che ha recentemente dimostrato di poter raggiungere una velocità massima di circa 1,8 Gb/s.

  • 3. Come si classificano le telecomunicazioni

    smart city

    Credits Shutterstock

    Dopo aver definito i concetti di base delle telecomunicazioni e avere individuato alcune date fondamentali della loro storia, è possibile entrare nel merito di un’analisi più approfondita. 

    In linea di principio, le telecomunicazioni vengono distinte in tre macro-categorie di servizio per l’utente. La prima è quella della fonia, ovvero del trasferimento di dati vocali inviati in tempo reale, spesso attraverso sorgenti informative di tipoCBR (Constant Bit Rate).

    La seconda categoria prevede la trasmissione di audio e video. Anche in questo caso la trasmissione avviene in tempo reale, ma le sorgenti informative sono spesso e volentieri di tipo VBR (Variable Bit Rate). 

    Infine la comunicazione dati in senso più ampio: quella che può riguardare dati testuali o più in generale contenuti trasmessi non in tempo reale. Si pensi in tal senso alla telegrafia, ma anche ai sistemi, alle reti di calcolatori o al più recente streaming

    Le telecomunicazioni possono essere catalogate in base al tipo di contenuto e al canale di trasporto, ma anche in base alla quantità di utenti coinvolti.

    Un altro modo di approcciarsi alle telecomunicazioni prevede una distinzione tra le tipologie di trasporto del contenuto, a prescindere dalla sua natura. In questo caso si parla innanzitutto di comunicazione simplex o duplex. La comunicazione simplex monodirezionale può essere rappresentata da radio e televisione. La comunicazione duplex è invece bidirezionale e si distingue in half-duplex e full-duplex. 

    La comunicazione half-duplex si verifica nel caso in cui la comunicazione bidirezionale coinvolta un solo utente alla volta: si pensi in tal senso ai walkie-talkie. La comunicazione full-duplex è invece tanto bidirezionale quanto contemporanea: si pensi in tal senso al telefono. 

    Infine è possibile catalogare le telecomunicazioni anche in base alla quantità di utenti a cui si rivolgono. In questo caso si parte dalla comunicazione unicast o point to point, che si rivolge a una sola persona alla volta. Si passa poi alla comunicazione multicast o punto-multipunto, che prevede un mittente e svariati destinatari.

    Si pensi in tal senso a una video-conferenza. Fino ad arrivare al broadcast o comunicazione punto-tutti, che coinvolge qualsiasi utente sia abilitato alla ricezione di un servizio o una tecnologia. Si pensi in tal senso alla radio o alla televisione. 

  • 4. Telecomunicazioni e rete fissa

    donna con smartphone

    Credits Shutterstock

    Un’ultima importantissima distinzione da tenere a mente quando si parla di telecomunicazioni è quella che passa tra comunicazioni cablate e comunicazioni wireless. Le prime sono anche note come comunicazioni a rete fissa e prevedono l’utilizzo di impianti fisici di varia natura: dai cavi ai connettori, dai permutatori a eventuali infrastrutture di supporto.

    Queste componenti per la realizzazione di reti e garantiscono tanto le comunicazioni elettriche quanto quelle ottiche. La comunicazione elettrica è quella fondata sul filo dirame e più in generale sui conduttori di elettricità: il cavo coassiale, la guida d’onda metallica e il celebre doppino telefonico. 

    La comunicazione elettrica è stata la prima a diffondersi a livello internazionale, già a partire dal XIX secolo con la diffusione della rete telegrafica. Tanto allora quanto oggi le comunicazioni elettriche possono essere classificate in analogiche e digitali. 

    La comunicazione ottica è tecnicamente più recente, ma fa riferimento a concetti e presupposti addirittura ancestrali. Infatti si può parlare di comunicazione ottica anche nel caso dellinguaggio del corpo e di quello dei segni

    Detto questo oggi per comunicazione ottica si intende quella che sfrutta la luce come mezzo di trasmissione. I canali usati dalla comunicazione ottica possono essere diversi, ma il più celebre è senza ombra di dubbio la fibra ottica: un materiale che viene realizzato a partire da filamenti vetrosi o macromolecolari con un diametro da circa 125 micrometri. 

    La fibra ottica presenta diversi vantaggi pratici. A partire dal suo peso ridotto, fino ad arrivare alla sua elevatissima resistenza: tanto ai disturbi elettrici quanto alle variazioni di temperatura. Ma soprattutto è in grado di trasmettere segnali su grandi distanze e di fornire accessi di rete a banda larga. 

  • 5. Rete fissa: cosa sono le dorsali

    rete internet in città

    Credits Shutterstock

    Le cosiddette dorsali rappresentano un vero e proprio pilastro della rete fissa contemporanea. Anche note col nome di Internet backbone, hanno la funzione di connettere segmenti strategici della rete. Ma anche server o router

    Le dorsali garantiscono alta velocità di trasmissione e spesso svolgono un ruolo di smistamento. Si tratta infatti di linee logiche, singole o multiple, che si interconnettono a tronchi di rete di livello superiore.

    Il collegamento dorsale garantisce un risparmio considerevole: sia dal punto di vista del cablaggio che da quello più generale dei costi associati. Non a caso esistono addirittura delle dorsali oceaniche, che permettono di collegare gli Stati Uniti e l’Europa. 

    Queste dorsali sono cavi sottomarini in grado di resistere a una pressione semplicemente spaventosa: basti pensare che si considera un aumento di circa 100 atmosfere per ogni chilometro verticale.

    Tanto le dorsali quanto le dorsali oceaniche possono gestire le telecomunicazioni tanto tramite segnale elettrico quanto tramite segnale ottico: ciò vuol dire che possono essere realizzate sia con cavi di rame che con la fibra ottica

  • 6. Dorsali in Italia: il caso GARR

    cavi

    Credits Shutterstock

    Un esempio celebre di dorsale italiana è la GARR, laddove l’acronimo GARR sta per Gruppo per l’Armonizzazione della Rete e della Ricerca. 

    La dorsale GARR è una rete a banda ultra larga realizzata durante gli anni ’90. Il suo scopo è fornire connettività al mondo del sapere italiano: dalla comunità scientifica a quella accademica, passando per le principali istituzioni culturali nazionali. 

    La dorsale GARR connette circa 1.000 sedi equamente distribuite su tutto il territorio dell’Italia. Riesce a raggiungere più di due milioni di utenti sfruttando più di 100 POP. I POP (Point of Presence) sono semplicemente punti di accesso alla rete, che permettono di instradare il traffico in maniera efficiente. 

    La GARR propone decine di servizi diversi, tutti caratterizzati da un alto tasso di innovazione. A partire dalla gestione della rete, dei domini, degli indirizzi IP e delle DNS. Fino ad arrivare a test di vulnerabilità, monitoraggio della sicurezza informatica e previsione dei rischi. 

    È dotata di un’infrastruttura dedicata all’autenticazione e l’autorizzazione dell’identità digitale e di un cloud storage riservato. Ma anche di un’app web pensata per il trasferimento di file di grandi dimensioni e di un archivio software da circa 240 Terabyte.

  • 7. Telecomunicazioni e rete mobile

    smartphone

    Credits Shutterstock

    La rete mobile si distingue dalla rete fissa cablata per via della presenza di terminali mobili che rappresentano punti di accesso radio. In Italia è anche nota col nome di rete cellulare. La ragione dietro a questo nome si spiega con il fatto che il territorio servito dalla rete cellulare è diviso in aree di piccole dimensioni, note col nome di “celle”

    La rete mobile rientra nella più ampia famiglia delle tecnologie wireless, di cui condivide diversi vantaggi. L’eliminazione di cablaggio in accesso e la sua riduzione complessiva si traducono in abbassamento dei costi. A ciò si aggiunge una diffusione della connettività ancora più capillare, che si traduce in vantaggio diretto per tutti gli utenti che usufruiscono del servizio. 

    Per comprendere meglio la rete mobile è sicuramente utile menzionare il concetto di ambiente di radiopropagazione. Anche perché a diversi ambienti spesso corrispondono diversi livelli di potenza del segnale.

    Si parla di ambiente o modello urbano nel caso in cui siano presenti diversi edifici. Le aree urbane spesso interrompono la linea diretta di vista che collega la stazione radio-base e i diversi terminali mobili.

    Si parla di ambiente o modello semi-urbano nel caso in cui il territorio alterni aree più incolte ad agglomerati di edifici. Si parla infine di ambiente o modello rurale nel caso in cui l’area sia vasta, poco edificata e ricca di vegetazione. 

    La qualità e la potenza del segnale della rete mobile dipendono soprattutto dal posizionamento del terminale rispetto alla stazione radio-base. Ma anche dalla presenza di eventuali ostacoli, come già accennato in precedenza. 

  • 8. Rete mobile e standard

    5G

    Credits Shutterstock

    Parlando di rete fissa si è evidenziata la netta differenza tra comunicazione elettrica e comunicazione ottica: tanto in termini di materiali e tecnologie, quanto in termini di performance. 

    Un elemento utile a distinguere tra le varie velocità della rete mobile sono i cosiddetti standard, spesso rappresentati da numeri affiancati alla lettera “G” (che sta per “Generation”). 

    Il 3G è dunque un acronimo che indica gli standard e le tecnologie di terza generazione. Ha iniziato a diffondersi su scala globale a partire dal 2000 e permetteva di raggiungere picchi di velocità da 40-42 Mb/s. Lo standard successivo 4G aumenta considerevolmente il livello di copertura e performance, raggiungendo picchi da 150 Mb/s

    Il 5G rappresenta un’ulteriore evoluzione e un ulteriore balzo in avanti. Come anticipato nei capoversi precedenti, il 5G su onde millimetriche è potenzialmente in grado di raggiungere una velocità massima di addirittura 1,8 Gb/s

A cura di Cultur-e

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