Reţele de calculatoare

Cursul nr. 2 Principiile reţelelor de calculatoare

2

Terminologia reţelei • Dispozitivele unei reţele de calculatoare :

– Dispozitive end-user – PC-uri, imprimante, scanere, servere, etc.

• host, gazde, dispozitiv utilizator • permit utilizatorilor să împartă, creeze şi să obţină informaţii,

– Dispozitive de reţea – includ toate dispozitivele care conectează dispozitivele end-user împtrună şi le permit să comunice între ele.

• sunt utilizate pentru a extinde conexiunea cablurilor, a concentra conexiunile, a converti formatul datelor şi administra transferul de date, ca exemple menţionăm: repetoare, hub-uri, bridges (poduri), switch-uri (comutatoare) şi routere

– Placa de reţea – fiecare NIC este identificat de un cod unic, numit adresă MAC (Media Acces Control)

3

Figura 4. Dispozitivele reţelei de calculatoare. Figura 3: Dispozitive end-user.

4

Definiţii ale dispozitivelor reţelei: • Repetorul - regenerează semnalele digitale sau analogice care sunt distorsionare de

pierderile transmisiei datorate atenuării. – nu ia nici o decizie inteligentă referitoare la retransmiterea pachetelor.

• Hub-rile concentrează conexiunile – multiport-repeater. – iau un grup de gazde şi permit reţelei să le vadă ca o singură unitate. – Acest lucru este făcut pasiv, fără nici un efect asupra transmisiei de date. – de asemenea regenerează datele.

• Bridge-urile (podurile) convertesc formatul datelor şi realizează un management de bază al datelor pe baza adreselor MAC.

– Podurile asigură conectarea LAN-urilor. – verifică datele pentru a determina dacă le permite traversarea podului.

• Switch-urile multiport bridge – adaugă mai multă inteligenţă managementului transferului de date pe baza adresei MAC. – Determină dacă data poate rămâne într-un LAN şi transferă datele numai către portul

corespunzător. – Poate realiza şi conversia formatului datelor (UTP – FO)

• Router- conectează reţele nu end-useri – pot regenera semnalele, concentra mai multe conexiuni, converti formatul de transmisie a

datelor şi gestiona transferul datelor. – se pot conecta la un WAN, ceea ce permite conectarea LAN-urilor aflate la distanţe mari. – nici un alt tip de dispozitiv nu poate oferi o astfel de conexiune.

• Mediaconvertoare – realizează conversia de la un tip de mediu la altul

MAC

MAC

IP

5

Clasificarea reţelelor după topologi a fizică 1. Bus topology: (topologia bară) foloseşte un sigur cablu central

(backbone cable) care are terminatori la ambele capete. Toate gazdele se conectează la acest cablu central;

2. Ring topology (topologia Inel): conectează o gazdă cu următoarea gazdă, iar pe ultima cu prima. Acest lucru creează un inel de cabluri;

3. Star topology (topologia stea): conectează toate cablurile la un punct central;

4. Extended star topology (topologia stea extinsă): conectează stele individuale între ele prin conectarea hub-urilor sau a switch-urilor;

5. Hierarchical topology (topologie ierarhică): similară topologiei stea extinsă; dar în loc să conectăm hub-uri sau switch-uri între ele, sistemul este conectat cu un calculator care controlează traficul în reţea;

6. Mesh topology (topologia plasă) este implementată pentru a oferi protecţie maximă împotriva întreruperii conexiunii. Ffiecare gazdă este conectată cu toate gazdele din reţea.

Cu toate că Internetul are mai multe căi către orice destinaţie, nu adoptă topologia mesh completă.

6

Clasificarea reţelelor după topologi a logică

• Topologia logică a reţelei determină cum gazdele comunică între ele de-a lungul mediului.

• Cele două tipuri uzuale de topologie logică sunt – broadcast (difuziune) – Ethernet

• fiecare gazdă trimite propriile date către toate celelalte gazde din reţea.

• nu există nici o ordine pe care staţiile trebuie să o urmeze pentru a transmite în reţea – primul venit, primul servit.

• Reţeaua Ethernet funcţionează în acest mod – token passing (jeton trecător) – Token ring, FDDI

• un jeton electronic este trecut în mod secvenţial pe la fiecare gazdă. • numai gazda care recepţionează jetonul poate transmite date pe reţea. • dacă gazda nu are date de transmis, el pasează (trece) jetonul către

gazda următoare şi procesul se repetă la nesfârşit.

7

Clasificarea reţelelor după întindere • LAN – Local Area Network – Reţea Locală

– Permit firmelor că partajeze local fişierele de pe calculatoare, imprimantele şi fac posibilă comunicarea internă.

– Unele din tehnologiile LAN includ următoarele: Ethernet, Token Ring, FDDI.

– LAN-urile conţin: Calculatoare, plăci de reţea, dispozitive periferice, mediul reţelei, dispozitive de reţea.

– Caracteristicile reţelelor locale sunt: • operează pe o arie geografică restrânsă; • permit acces multiplu pe o lărgime de bandă mare; • control al traficului în reţeaua privată sub o administrare locală; • oferă acces permanent la serviciile locale; • conectează fizic dispozitivele adiacente. • dispozitivele folosite sunt: router-e, switch-uri, hub-uri, bridg-uri,

repetoare.

8

• WAN – Wide Area Network - – WAN-urile interconectează reţelele locale de calculatoare, care asigură în acest fel

accesul la calculatoare sau servere aflate la distanţă mare. – permit firmelor să comunice pe distanţe mari. – WAN-urile oferă comunicaţii instantanee de-a lungul unei arii geografice extinse.

• Programele software oferă acces în timp real la informaţii şi resurse şi permit întâlniri la distanţă.

• WAN a creat o nouă clasă de muncitori, numiţi telecommuters; aceştia nu-şi părăsesc niciodată locuinţa pentru a pleca la muncă.

• Reţelele WAN sunt proiectată să facă următoarele: – să opereze peste arii geografice mari şi separate; – permit comunicarea în timp real între utilizatori; – oferă acces permanent de la distanţă către serviciile locale; – oferă: poştă electronică, Internet, transfer de fişiere şi comerţ şi servicii electronice.

• Unele tehnologii WAN includ: – modeme, – ISDN (Integrated Services Digital Network), – DSL (Digital Subscriber Line), – Frame Relay, T1, E1, T3 şi E3; – SONET (Synchronous Optical Network)

9

• MAN – Metropolitan Area Network – Reţea metropolitană – O reţea metropolitană constă de obicei din două sau mai multe reţele locale

aflate într-o arie geografică comună. – De exemplu, o bancă cu mai multe sucursale poate utiliza MAN. – Tipic, un furnizor de servicii este folosit pentru a conecta două sau mai multe

LAN-uri utilizând linii de comunicaţii private sau fibră optică. • SAN – Storage-Area Network – reţea de stocare a datelor

– O reţea de stocare a datelor (SAN) este o reţea dedicată, de foarte înaltă performanţă, folosită pentru a muta date între servere şi resursele pentru stocare.

– Deoarece este separată, este o reţea dedicată, se evită orice conflict de trafic între client şi server.

– Tehnologia SAN realizează o conexiune de viteză ridicată între: server-unitate de stocare, unitate de stocare către unitate de stocare sau server-server.

– SAN oferă următoarele facilităţi: • Performanţă – permite accesul la disk sau banda magnetică prin două sau mai multe

servere de mare viteză. • Disponibilitate – are încorporat un sistem de toleranţă la dezastru. Datele pot fi

duplicate la peste 10 km distanţă. • Scalabilitate – foloseşte o varietate de tehnologii, ceea ce permite uşurinţă în

realocarea backp-ului.

10

• VPN – Virtual Private Network – Reţea Virtuală Privată – O reţea virtuală privată este o reţea privată care este construită înăuntru reţelei

publice cum ar fi Internetul. – Folosind VPN-ul, un telecommuter poate accesa de la distanţă reţeaua de la

sediul companiei. – De-a lungul Internetului,se construieşte un tunel securizat între PC-ul

telecommuterului şi un router VPN de la sediul companiei. • Beneficiile VPN:

– VPN păstrează aceeaşi politică de securitate şi management ca şi o reţea privată. – Utilizarea VPN-ului este cea mai eficientă metodă de a stabili o conexiune point-

to-point dintre utilizatorul aflat la distanţă şi reţeaua firmei. • Principalele trei tipuri de reţea VPN sunt:

– Access VPN – oferă acces de la distanţă pentru birouri mobile sau mici, de acasă (SOHO) către o reţea Intranet sau Extranet pe o structură publică. Access VPN utilizează analog dial-up, ISDN, DSL, IP mobil, şi tehnologii prin cablu pentru a securiza conexiunea mobil utilizator, telecommuter şi birou central;

– Intranet VPN – foloseşte conexiuni dedicate pentru a lega birouri regionale sau depărtate la o reţea internă peste o infrastructură publică. Acesta permite doar accesul angajaţilor companiei la reţeaua locală a companiei;

– Extranet VPN – foloseşte conexiuni dedicate pentru a lega parteneri de afaceri la o reţea internă peste o infrastructură publică. Se permite şi accesul persoanelor din afara companiei.

11

Lăţimea de bandă - bandwidth • Cantitatea de informaţii care poate fi transportată printr-o conexiune a

reţelei într-o anumită perioadă de timp . • Caracteristicile lăţimii de bandă:

– lăţimea de bandă este limitată de fizică şi de tehnologie; – lăţimea de bandă nu este gratis; – necesarul de lăţime de bandă are o rată rapidă de creştere; – lăţimea de bandă este critică pentru performanţa reţelei

• Analogii pentru lăţimea de bandă – Diametrul unei conducte de apă – Numărul de benzi de pe o autostradă

• Unitatea de măsură a lărgimii de bandă este bps – biţi pe secundă. • Multiplii folosiţi pentru a măsura lărgimea de bandă sunt:

– 1000 bps = 1kbps = 103 bps; – 1 milion bps = 1Mbps = 106 bps; – 1 bilion de bps = 1 Gbps = 109 bps; – 1 trilion de bps = 1 Tbps = 1012 bps.

12

Mediul Lărgimea de bandă teoretică maximă

Lungimea teoretică maximă

Cablu coaxial 50 Ω (10BASE2 Ethernet, subţire) 10 Mbps 185 m

Cablu coaxial 50 Ω (10BASE5 Ethernet, gros) 10 Mbps 500 m

Cat5 UTP (10BASE-T Ethernet) 10 Mbps 100 m

Cat5 UTP (100BASE-TX Ethernet) 100 Mbps 100 m

Cat5e UTP (1000BASE-TX Ethernet) 1000 Mbps 100 m

Fibră Optică multimode (62,55/125 µm) (100BASE-FX Ethernet) 100 Mbps 220 m

Fibră Optică multimode (62,5/125 µm) (1000BASE-FX Ethernet) 1000 Mbps 220 m

Fibră Optică multimode (50/125 µm) (1000BASE-SX Ethernet) 1000 Mbps 550 m

Fibră Optică singlemode (9/125 µm) (100BASE-LX Ethernet) 1000 Mbps 5000 m

13

Puterea de trecere - throughput • Lărgimea de bandă este echivalentul debitului teoretic maxim de informaţii care pot

trece prin reţea • Puterea de trecere (debitul real) se referă la valoarea reală a lărgimii de bandă, la un

moment dat al zilei, folosind rutări specifice şi în timp ce un set specificat de date este transmis pe reţea.

• puterea de trecere este deseori mai mică decât lărgimea de bandă maximă a mediului folosit.

• Următorii sunt câţiva din factorii care determină puterea de trecere: – dispozitivele reţelei; – tipul de date transferat; – topologia reţelei; – numărul utilizatorilor din reţea; – calculatoarele utilizatorilor; – server-ele;

• Lărgimea de bandă teoretică a unei reţele este importantă în proiectarea reţelei, - acesta nu va fi niciodată mai mare decât limitele impuse de mediul şi tehnologia alese pentru a construi reţeaua.

• Trebuie luaţi în considerare factorii care pot afecta puterea de trecere actuală. • Prin măsurarea regulată a puterii de trecere, un administrator de reţea poate fi

conştient de modificările performanţelor reţelei şi de modificarea nevoilor utilizatorilor reţelei.

• Astfel, reţeaua poate fi ajustată în acord cu aceste nevoi.

14

Modelele reţelei • Straturile (layere) sunt folosite pt. a descrie

comunicaţiile dintre calculatoare; • În fig. sunt arătate un set de întrebări în legătură cu

fluxul de informaţii. • Aceste întrebări ne arată cum conceptul straturilor

ne ajută în descrierea detaliilor procesului de circulaţie a informaţiilor

• Un “pachet” este o unitate de informaţii grupate logic, care este transferată între calculatoare.

• Fiecare strat adaugă informaţii (antet /+ subsol) care fac posibilă comunicarea cu statul corespondent de la celelalte PC-uri.

• Modele: – OSI (Open System Interconnection) – TCP/IP

Ce circulă ?

Ce obiecte circulă ?

Ce reguli se aplică ?

Unde are loc circulaţia ?

15

Modelul OSI - Open System Interconnection)

• A fost elaborat în 1984 de ISO (Organizaţia Internaţională pentru Standardizare)

• oferă un set de standarde care asigură o mare compatibilitate şi interoperabilitate între diferite tehnologii de reţea produse de companiile din întreaga lume,

• Beneficiile modelului OSI: – reduce complexitatea; – standardizează interfeţele; – facilitează proiectarea modulară; – asigură interoperabilitatea tehnologiilor; – accelerează evoluţia; – simplifică predarea şi învăţarea.

Figura 8. Straturile modelului OSI.

7 Aplicaţie

6 Prezentare

5 Sesiune

4 Transport

3 Reţea

2 Legăuri de date

1 Fizic

16

7 Aplicaţie Procesarea reţelei către aplicaţie – interfaţa cu utilizatorul: •asigură serviciile reţelei către procesele aplicaţiei, cum ar fi poşta electronică, transferul fişierelor şi emularea terminalelor.

6 Prezentare Reprezentarea datelor: •se asigură că datele pot fi citite de sistemul destinaţie; •formatează datele; •structurează datele; •negociază sintaxa de transfer al datelor pentru stratul aplicaţie

5 Sesiune Comunicarea între gazde: •stabileşte, coordonează şi termină sesiunea dintre aplicaţii

4 Transport Conexiunea end-to end:- porturi •se interesează de rezultatul transmisie dintre gazde; •se asigură de transportul sigur al datelor; •stabileşte, menţine şi termină circuite virtuale; •detectează erorile şi restabileşte controlul asupra fluxului de date.

3 Reţea Adresarea în reţea şi determinarea drumului cel mai bun: •adresare logică; Adresa IP •efort optim de livrare (best effort delivery) routere

2 Data Link Controlul legăturii directe, Acces la mediu: MAC; switch, bridge •asigură transferul sigur al datelor pe mediu; •adresare fizică, topologia reţelei, disciplina liniei, notificarea erorilor, ordonarea livrării cadrelor, controlul traficului.

1 Fizic Transmisie binară: curent, tensiune, lumină, unde radio,… •conductoare, conectori, tensiuni, cantitatea datelor

17

Comunicaţia peer-to-peer • Straturile comunică între ele, de la egal la egal, • fiecare strat al modelului OSI de la sursă trebuie să comunice cu stratul

echivalent de la destinaţie, • Fiecare strat are protocoalele proprii, ce schimbă între ele PDU (protocol data

unit), • Straturile inferioare oferă servicii straturilor superioare

Figura 9. Comunicarea peer to peer.

7 Aplicaţie

6 Prezentare

5 Sesiune

4 Transport

3 Reţea

2 Legăuri de date

1 Fizic

7 Aplicaţie

6 Prezentare

5 Sesiune

4 Transport

3 Reţea

2 Legăuri de date

1 Fizic biţi

cadre

pachete

segmente

date

date

date PC destinaţie PC sursă

18

Modelul TCP/IP • Proiectat de Dep Apărării al USA:

– Să reziste unui atac nuclear – Să funcţioneze pe orice tip de mediu: cupru, FO, unde radio . – Standard deschis – oricine îl poate folosi

• Creşterea vitezei de dezvoltare a TCP/IP ca standard

• Aplicaţie: reprezentarea, codarea şi controlul dialogului;

• Transport: calitatea serviciilor: siguranţa, controlul traficului şi corecţia erorilor – TCP – Transfer Control Protocol

• Orientat pe conexiune, • Menţine dialogul între sursă şi destinaţie

• Internet: divide segmentele TCP în pachete şi le transmit la destinaţie pe diferite căi

– IP – internet protocol – Determină calea optimă pt fiecare pachet

• Acces la Reţea – toate componentele fizice şi logice, care sunt necesare unei conexiuni fizice

Figura 10. Nivelurile modelului TCP/IP.

4 Aplicaţie

3 Transport

2. Internet

1. Accesul la reţea

19

Capsularea datelor • Capsularea ambalează datele cu informaţiile necesare protocolului înainte

de a tranzita reţeaua. • formarea datelor – când se transmite un e-mail, acesta este în format

alfanumeric, aceste caractere sunt convertite în date care traversează inter-reţeaua;

• împachetarea datelor pentru transport – datele sunt împachetate pentru transportul inter-reţea. Folosind segmente, funcţia transport se asigură că mesajele gazdelor de la ambele capete ale sistemului de e-mail pot comunica în siguranţă;

• adăugarea adresei IP a reţelei la antet – datele sunt puse într-un pachet sau datagramă care conţine un pachet antet cu adresa logică a sursei şi a destinaţiei. Aceste adrese ajută dispozitivele reţelei să trimită pachetele prin reţea de-a lungul unei căi alese;

• adăugarea antetului şi subsolului stratului legături de date – fiecare dispozitiv de reţea trebuie să pună pachetul într-un cadru. Cadrul permite întotdeauna conexiunea cu următorul dispozitiv de reţea direct conectat. Fiecare dispozitiv din calea de reţea aleasă necesită "cadrarea" pentru a se conecta cu următorul dispozitiv.

• conversia în biţi pentru transmisie – cadrele trebuie convertite într-un şir de 1 şi 0 pentru transmisia pe mediu. O funcţie de sincronizare permite dispozitivelor să distingă aceşti biţi în timp ce ei traversează mediul.

20

Figura 10. Capsularea datelor

7 Aplicaţie

6 Prezentare

5 Sesiune

4 Transport

3 Reţea

2 Legăuri de date

1 Fizic

7 Aplicaţie

6 Prezentare

5 Sesiune

4 Transport

3 Reţea

2 Legăuri de date

1 Fizic 11001101100101101001101

Antet cadru

Segmentare =

Şir de date

Şir de date

Şir de date

PC destinaţie PC sursă

Antet reţea

[data] sfârşit cadru

porturi

adr. IP / Router

adr. MAC / Switch

Antet reţea

[data]

[data] [data] [data]

Sfârşit

http://cadredidactice.ub.ro/sorinpopa grupa2112abc