UNIVERSITATEA TITU MAIORESCUFacultatea de Informatic

CONF. DR. IOSIF PRAOVEANU

Curs pentru nvmntul la distan

Bucureti 2010

Obiectivele cursuluiReele de calculatoare este una dintre disciplinele de pregtire de specialitate care, pentru specializarea INFORMATIC, l ajut pe student s cunoasc i s neleag specificul lucrului i comunicrii n reea. Disciplina este recomandat pentru studiu de ctre Agenia Naional pentru Asigurarea Calitii n nvmntul Superior (ARACIS) ca esenial pentru pregtirea studenilor din specializarea menionat. Disciplina se desfoar n anul III, pe un semestru i urmrete acumularea de cunotine teoretice i formarea de deprinderi practice privind construcia, funcionarea i operarea reelelor de calculatoare. Modul de prezentare a acestui material are n vedere particularitile nvmntului la distan, la care studiul individual este determinant. Opbiectivele cursului nu pot fi atinse fr un studiu sistematic din partea studenilor, cel puin n limitele timpului planificat prin calendarul disciplinei, prin ndeplinirea obligaiilor i sarcinilor specificate i prin participarea la activitile asistate. Disciplina Reele de calculatoare i propune urmtoarele obiective specifice: Cunoaterea modului de construcie, funcionare i operare a reelelor de calculatoare; Cunoaterea i nsuirea modelelor arhitecturale i a protocoalelor care stau la baza operrii reelelor; Descrierea detaliat pe nivele arhitecturale a funcionrii reelelor; Cunoaterea modului de interconectare i interoperare a diferitelor tipuri de reele i protocoale; Cunoaterea i nsuirea unor servicii i aplicaii de reea larg utilizate (pot electronic, servicii web, aplicaii multimedia etc.) nsuirea unor elemente de proiectare i realizare a reelelor. Precizez c, din punct de vedere al verificrilor i al notrii, cu adevrat important este capacitatea pe care trebuie s o dobndii i s o probai de a nsui i explica corect noiunile teoetice, de a dovedi capacitatea de a rspunde corect la ntrebrile de verificare i de da soluii practice viabile la problemele propuse. La unele teme vei avea de ntocmit lucrri de cas sau proiecte care s stimuleze cerativitatea dumneavoastr, capacitatea de a v documenta din literatura de specialitate i de a elabora soluii originale.

Tema 1. ASPECTE GENERALE PRIVIND REELELE DE CALCULATOARETema are ca scop cunoaterea unor noiuni i concepte de baz privind construcia i funcionarea reelelor de calculatoare ca sisteme deschise interconectate. Sunt definite conceptele de reea de calculatoare, topologia i arhitectura unei reele, modele arhitecturale stratificate de reele i rolul lor n descrierea funcionrii unei reele, protocoale i servicii de reea. Dup parcurgerea i nsuirea acestei teme, studentul va cunoate: Ce este o reea de calculatoare i care sunt elementele constitutive de baz Clasificarea reelelor i tipuri de reele Ce sunt arhitectura i topololgia unei reele i exemple uzuale Descrierea modelelor arhitecturale ISO-OSI, TCP-IP i ATM Rolul fiecrui nivel arhitectural Ce este un protocol de reea i exemple de protocoale uzuale Importana i utilitatea standardizrii n domeniul reelelor Materialul trebuie parcurs n ordinea sa fireasc prezentat n continuare, inclusiv n poriunea referitoare la aplicaii. Se recomand conspectarea i notarea ideilor principale i consultarea Internetului pentru detalii i informaii suplimentare. Timpul minim pe care trebuie s-l acordai acestui modul este de 6 ore.

Societatea modern se bazeaz pe crearea, procesarea, transmiterea i consumul (utilizarea) informaiei, procese suportate n primul rnd de sistemele informatice integrate, n care reelele de calculatoare au un rol fundamental. Reelele de comunicaii i calculatoare asigur utilizarea n comun, de ctre un numr mare de utilizatori, a resurselor fizice (hardware ) i logice (software) avnd posibilitatea schimbului de informaii ntre ei. O reea de calculatoare este o colecie de echipamente de calcul i de comunicaii interconectate prin intermediul unor medii de comunicaie, funcionnd pe baza unor seturi de reguli sau protocoale, n scopul asigurrii unor servicii legate de transmiterea i prelucrarea informaiei. Principalele componente ale unei reele sunt: 1. echipamentele de generare, stocare i prelucrare a datelor (calculatoare, staii de lucru, servere, imprimante, diverse terminale de date, ); 2. echipamente de comunicaii de date (emitoare i receptoare de date numite i transceivere), echipamente de comutaie (switchuri, rutere, comutatoare), canalele de comunicaie realizate pe diverse medii (linii cu fir, cabluri electrice, medii optice, medii radio, pe satelit). 3. programe i produse software care implementeaz seturi de protocoale necesare realizrii aplicaiilor i serviciilor de reea, inclusiv asigurarea proteciei i siguranei informaiilor 1

transmise prin reea. Astfel exist software pentru transmiterea datelor, pentru comutarea pachetelor sau fluxurilor de date, pentru administrarea reelei, pentru protecie i securitate datelor, etc. n general, aceste produse soft sunt integrate ntr-un sistem de operare de reea (NOS Network Operation System)

1.2 Servicii oferite de reeaO reea poate oferi utilizatorilor, n principal, urmtoarele categorii de servicii: - partajarea accesului la informaii (pentru securizarea anumitor informaii). - partajarea accesului la resursele hardware (imprimante, modemuri, scanere, HDD, FDD, CDROM, uniti de band conectate la un PC din reea sau echipamente conectate direct n reea). - partajarea accesului la resursele software (software-ul poate fi instalat centralizat i se poate restriciona accesul anumitor membri ai reelei la un produs sofware). - pstrarea informaiilor soluii de backup, una din sarcinile foarte importante ale unui administrator de reea. - protejarea informaiilor (mult mai bine asigurat dect la un calculator izolat, reeaua oferind mai multe niveluri de securitate). - pota electronic (e-mail). - navigare pe Internet -acces la surse de informaii i baze de date aflate oriunde n lume -servicii de mesagerie, forumuri de discuii -servicii de videoconferin -acces la programe de divertisment (muzic, filme, cltorii virtuale) -servicii de pli on line (e-banking), de comer electronic (e-commerce), -nvmnt i instruire la distan (e-learning) -grupuri de lucru, cercetare, proiectare, dezvoltare de programe i produse -alte schimburi de informaii pe diverse teme, subiecte, domenii etc.

1.3 Clasificarea reelelorReelele de calculatoare se pot clasifica dup mai multe criterii. 1. Dup aria de ntindere: reele locale (LAN-uri) care cuprind cteva zeci sau sute de calculatoare rspndite pe o arie de sute de metri, la nivelul unui birou, unei cldiri, unei societi sau a unei organizaii. 2

-

reele de arie medie (MAN-uri) care interconecteaz abonai sau reele locale rspndite la nivelul unul ora reele de arie larg (WAN-uri) cu ntindere la nivel regional, naional sau fhiar internaional

2. Dup topologie: de tip stea de tip magistral de tip inel de tip arbore grtar topologie compus 3. Dup raportul n care se afl entitile care folosesc reeaua: reele de tip client server reele egal la egal 4. Dup modul de conectare a abonailor: reele punct la punct reele multipunct reele broadcast 5. Dup tehnica de transmitere a datelor orientate pe conexiune neorientate pe conexiune 6. Dup gradul de agregare a datelor: reele de acces/distribuie reele de transport (backbone, core) 7. Dup sistemul de operare de reea folosit: reele Windows reele Novell reele IBM 8. Dup destinaie: reele casnice reele de campus reele de cercetare reele bancare reele educaionale 9. Dup gradul de securizare a datelor: reele securizate reele nesecurizate. 10. Dup mediul de conectare: reele cablate 3

-

reele necablate (wireless)

1.4 Vedere general a unei reele de comunicaii i calculatoareO structura general a unei reele mari, alctuit din multe reele i subreele, interconectate la nivel global prin Internet, se poate vedea n fig. 1.1. Este de remarcat diversitatea mare de tipuri de reele, de utilizatori i de nevoi de servicii care trebuie asigurate. Exist utilizatori individuali care lucreaz acas sau la firme mici, birouri individuale, care au nevoie de conectare la Internet fie folosind reeaua telefonic comutat public (PSTN), fie reeaua numeric cu servicii integrate (ISDN), fie reeaua de distribuie pentru servicii de televiziune (CATV). Practic aceste reele asigur doar serviciul de conectare la o alt reea, aceea a unui furnizor de servicii de Internet (ISP). Furnizorii de servicii Internet gestioneaz domeniile i adresele de Internet i le pun contra cost i la cerere, la dispoziia utilizatorilor. Conectarea diverselor reele la Internet se face, de regul pri pori de acces numite gateways (GW). Exist apoi reele locale de nivel campus (universiti, firme mici, diverse societi) care fac trafic local dar au i nevoie de acces la Internet, tot prin ISP. O alt categorie sunt reelele de divertisment (TV interactiv, acces la programe muzicale, jocuri etc.)Intranet (Reea privat de ntreprindere)LANBackbone Local

Utilizatori casnici Server

PC

Reea telefonic(ISDN/CATV)LAN PC WS LAN

Firme mici

LAN Server GW

Server

GW

Reea ISP (furnizor de servicii Internet

Reea global (Internet)

LAN Campus Server

GW

GW

Acces radio

Reele wireless

Reele divertisment

Sistem muzical

TV

Fig. 1.1 Configuraie de reele interconectate prin Internet

4

1.5 Topologii de reelePrin topologia unei reele se nelege structura de vecinti a echipamentelor, modul n care sunt ele interconectate n reea. Topologiile de baz sunt: stea, magistral, grtar i arbore. Din combinarea acestora pot rezulta topologii compuse. Topologia stea are la baz un nod central prin care circul informaia ce se va distribui celorlalte staii. Nodul central poate fi un nod pasiv, de tip hub, care primete datele pe un port de intrare i le distribuie pe toate celelalte porturi la care sunt conectate celelalte staii. Pachetul este astfel difuzat la toate staiile din reea. Dac nodul central este de tip comutator care recunoate adrese fizice, atunci el poate distribui pachetul doar staiei destinaie, crescnd mult eficiena transmisiei prin evitarea difuzrii de pachete spre destinaii nedorite. Trebuie reinut c se poate face deosebire ntre topologie fizic i topologie logic. n figura 1.2 se poate vedea implementarea unei topologii logice inel peste o topologie fizic stea. Dac staia 1 are de trimis un pachet unei staii oarecare n si transmiterea se face direct, fie prin difuzare, fie prin selecie pe baz de adres, atunci se vorbete de o topologie fizic stea i logic stea. Dac ns staia 1 trimite spre staia n prin salturi succesive, folosind staiile intermediare 2, 3..., atunci se vorbete despre o topologie logic inel suprapus peste topologia fizic stea. n fig. 1.3 se poate vedea cum o topologie fizic bus (liniar) poate fi privit logic ca o topologie stea.1 2 1 2

3 6 3

Fig. 1.2 a) Topologie fizic stea b) topologie logic inel realizat peste o topologie fizic stea1 2 3 4

Fig. 1.3 Topologie logic stea implementat peste o topologie fizic liniar

5

1.6 Aspecte soft ale reelelor1.6.1 Softuri i protocoale Programele soft care asigur funcionarea unei reele sunt n pezent structurate i ierarhizate pe nivele. Acest mod de abordare reduce complexitatea proiectrii lor i permite o tratare unitar a lor indiferent de tipuri, dimensiuni, tehnologii folosite etc. Numrul de nivele sau straturi, coninutul i funciile lor, difer de la o reea la alta. Cazul cel mai general este modelul de referin ISO-OSI cu 7 nivele (ISO-OSI Refference Model). Scopul fiecrui nivel este s ofere servicii nivelului superior, bazndu-se pe funcii proprii i pe serviciile nivelului imediat inferior. Nivelul n de pe o main comunic cu nivelul n de pe maina corespondent ntre care se face transfer de date pe baza unor reguli de conversaie denumite protocol de nivel n. Protocolul reprezint un set de reguli prin care entitile egale, situate pe aceleai nivele, comunic ntre ele (comunicare n sens logic). n realitate, datele sunt transmise n mod fizic pe nivel cel mai de jos, mediul fizic. Un set ierarhic de protocoale care face posibil transmiterea datelor ntre dou calculatoare formeaz stiva sau suita de protocoale. Mulimea de niveluri i protocoale precum i modul de mplementare concret a acestora pe baza creia funcioneaz o reea este numit arhitectur de reea. Fiecare nivel din stiva ierarhic asigur servicii pentru nivelul superior i folosete, la rndul su, servicii furnizate de nivelul inferior. De exemplu, nivelul reea (nivelul 3 din ierarhia OSI) se ocup cu dirijarea pachetelor n reea de la surs pn la destinaie, asigurnd nivelului superior, nivelul transport, o legtur sigur cap la cap, indiferent de ruta sau rutele urmate de pachetele individuale care compun un mesaj.Abonat X Nivel n+1 Interfa n+1/n Nnivel n Interfa n/n-1 Nivel n-1 Protocol nivel n-1 Nivel n-1 Protocol nivel n Nnivel n Protocol nivel n+1 Abonat Y Nivel n+1

Mediul fizic

Fig. 1.4 Structurarea pe nivele a legturii dintre doi abonai La rndul su, nivelul 3 beneficiaz de serviciile nivelului 2, legtur de date, care are drept scop transmiterea corect, fr erori, a blocurilor de date ntre dou noduri vecine din reea. 6

Fiecare nivel are nevoie de un mecanism de a identifica transmitorii i receptorii, cine cu cine comunic, adic de un mod de adresare. Serviciile efectuate de fiecare nivel pot fi de dou feluri: - serviciu orientat pe conexiune care presupune mai nti stabilirea unei ci (rute) prin reea, transferul datelor i apoi desfacerea conexiunii. Acest mod de funcionare este similar procedurii unei convorbiri telefonice. - serviciu fr conexiune care nu presupune stabilirea unei anume rute nainte de nceperea transferului de date. Dirijarea blocurilor de date se face din nod n nod, doar pe baz de adres, asemntor serviciului potal. Fiecare serviciu trebuie s poat fi caracterizat printr-o anumit calitate a serviciului. Unele trebuie s fie sigure, n sensul c nu pierd niciodat date. Pentru aceasta, receptorul verific corectitudinea blocului de date primit folosind proceduri adecvate i apoi confirm transmitorului primirea corect a mesajului. Urmtoarea transmisie poate ncepe, n funcie de protocolul convenit, numai dup confirmarea individual a recepiei corecte, sau se poate transmite continuu pn la detectarea unui pachet eronat cnd se reia transmisia etc. Procesul de confirmare introduce ns ntrzieri suplimentare. Exist i servicii mai puin pretenioase, fr confirmare i fr conexiuni, cum este serviciul datagram.

Primitive de serviciu Un serviciu este specificat printr-o serie de operaii sau aciuni numite primitive, care trebuie executate n cadrul unui protocol. Ele comand serviciului s execute anumite aciuni i s raporteze despre executarea lor. Primitivele reprezint un schimb de informaii ntre nivelele adiacente (schimb de informaii pe vertical n modelul stratificat). Setul de primitive depinde de serviciul oferit. Pentru un serviciu cu confirmare exist 4 tipuri generice de primitive: 1. Cerere (request) prin care un nivel solicit efectuarea unui serviciu de ctre nivelul inferior. 2. Indicaie (indication) care reprezint o notificare de la un nivel inferior spre unul superior despre apariia unui eveniment 3. 4. Rspuns (response) care este rspunsul la o cerere. Confirmare (acknowledgement) reprezentnd un mesaj al nivelului inferior spre cel superior pentru a preciza rezultatele unei cereri.

N-SAP N-1 SAP Confirmare Indicare Cerere Rspuns Indicare

N-SAP N-1 SAP Cerere Rspuns

Fig. 1.5 Perechile de primitive la un serviciu cu confirmare 7

Setul de servicii oferite de nivelul N definete o interfa abstract ntre nivelele N i N+1. Ea descrie semantica interaciilor dintre cele dou nivele. Punctele prin care se acceseaz serviciile se numesc puncte de acces la servicii de nivel N (N SAP). O interfa concret ofer specificaii electrice, mecanice, de conectare, definete un program soft (procedur) care trebuie executat pentru obinerea serviciului dorit. Relaia dintre servicii i protocoale Serviciile i protocoale sunt concepte distincte, dei adesea se confund. Un serviciu este un set de primitive (aciuni) pe care un nivel le furnizeaz nivelului superior. El precizeaz numai ce operaii este pregtit a le realiza pentru utilizatorii lui, dar nu spune nimic despre modul n care sunt implementate ele. Un protocol este un set de reguli care descriu formatul i semnificaia cadrelor, pachetelor sau mesajelor pe care le schimb ntre ele entitile pereche de pe fiecare nivel. Protocoalele implementeaz serviciile, dar nu sunt vizibile pentru utilizatorul serviciului.

1.6.2 Sisteme de operare de reea Software-ul de operare de reea (NOS-Network Operating System) este o component major a unei reele de calculatoare i este destinat gestionrii resurselor, aplicaiilor de reea i a utilizatorilor. El face posibil ca o reea s funcioneze unitar, coerent i sigur, ca un sistem integrat. La nceputul dezvoltrii tehnologiilor IT se fcea deosebire clar ntre sistemele de operare de tip desktop destinate staiilor de lucru individuale i sistemele de operare de reea. Odat cu dezvoltarea i generalizarea reelelor de calculatoare aceast separare s-a estompat, n prezent aproape toate sistemele de operare pentru staii de lucru individuale au componente puternice de integrare i funcionare n reea. Cele mai rspndite sisteme de operare de reea n momentul de fa sunt: Windows Server (variantele NT, 2000, 2003, 2008) Novell Netware Netware 3.12, Intranetware 4.11, Netware 5.0 i 5.1 UNIX HP-UX, Sun Solaris, BSD, SCO Linux RedHat, Caldera, Debian, Slackware

n mod tradiional, sistemele de operare de reea erau mprite n dou mari categorii de produse: Sisteme de operare de reea peer-to-peer, cunoscute ca reele LAN ieftine, oferind o instalare uoar i servicii de fiiere i imprimare pentru grupuri mici de lucru sau departamente; Sisteme de operare de reea client-server oferind capaciti puternice, inclusiv suport pentru lucru a sute de utilizatori i posibilitatea de a interaciona cu alte sisteme de operare de reea prin intermediul gateway-urilor. Clasificarea actual mparte sistemele de operare de reea n dou categorii: NOS Client i NOS Server. Pentru a nelege specificaiile arhitecturale ale NOS din zilele noastre, este necesar s 8

se evidenieze cerinele funcionale pe care trebuie s le ofere aceste sisteme. Pe lng cerinele tradiionale (lucru cu fiiere i servicii de imprimare) au aprut cerine noi: Servicii de aplicaii (multiprocesare, multitasking, multithreading, motoare pentru baze de date, motoare pentru mesagerie/comunicaie, ) Servicii de directoare (servicii globale de nume i directoare, definirea obiectelor din reea ntr-un singur loc i partajarea de ctre toare aplicaiile, pstrarea informaiei de directoare n baze de date distribuite i replicate pentru siguran i redundan) Servicii pentru integrare/migrare (posibilitatea ca mai multe sisteme de operare de reea client diferite s interopereze cu mai multe sisteme de operare de reea server diferite, posibiliti de upgradare i de trecere la alte sisteme de operare de reea). n tehologia informaiei termenul de server desemneaz un program de aplicaie (uneori inclule i maina, partea hardware pe care este instalat) care furnizeaz servicii altor aplicaii (numite aplicaii client), aflate pe acelai calculator sau pe calculatoare diferite. Serverele au aprut odat cu reelele de calculatoare. Arhitectura client-server reprezint un model de descompunere a unei aplicaii n dou componente distincte: o componenta client i o component server. Componenta client se execut pe o staie de lucru unde receptioneaz date de la un utilizator, le structureaz i transmite cereri de realizare a unor servicii pe baza acestor date ctre componenta server. De cealalt parte, server-ul ateapt cereri de la clieni. Atunci cnd acesta recepioneaz o cerere, server-ul o proceseaz i returneaz rezultatul clientului. Elemente caracteristice ale arhitecturii client/server: Serviciu: client/server reprezint n primul rnd o relaie ntre procese care se execut pe maini de calcul separate. Server-ul furnizeaz anumite servicii, n timp de clientul este un consumator de servicii. n esen, tehnologia client/server furnizeaz o separare clar a functionalitilor pe baza ideii de serviciu. Resurse partajate: un server poate servi mai muli clieni n acelai timp i controleaz accesul acestora la resursele partajate. Protocoale asimetrice: ntre server i clieni exist o relaie 1-n. Clienii sunt cei care iniiaz dialogul cu un server prin cererea unui anumit serviciu. Serverele sunt entiti pasive care ateapt cererile clienilor i transmit acestora doar replici la cererile recepionate. Transparena locaiei: serverul este un proces care poate fi localizat pe aceeai main de calcul (calculator) ca i clientul sau pe o main de calcul diferit, aflat n reea. n general aplicaiile client/server ascund clienilor informaiile referitoare la poziia serverului n cadrul unei reele, redirectnd cererile de servicii atunci cnd este necesar. Comunicaie bazat pe mesaje: clienii i serverele interacioneaz ntre ele prin intermediul mecanismului de transmisie de mesaje. Mesajul reprezint mecanismul de cerere i replicare a unui serviciu. ncapsularea serviciilor: un mesaj specific serverului serviciul cerut. Determinarea modului n care este satisfcut cererea cade n responsabilitatea server-ului. Server-ele pot fi 9

modificate, actualizate i/sau optimizate fr afectarea clienilor acestora, atta timp ct interfaa public a mesajelor nu este modificat. Scalabilitate: sistemele client/server pot fi scalate pe orizontal sau vertical. Scalarea orizontal reprezint influenarea strict a performanei la creterea sau scderea numrului de clieni. Scalarea vertical semnific migrarea ctre maini server rapide sau spre multiservere. Integritate: datele i codul server-ului sunt reinute centralizat, ceea ce implic o actualizare i securizare eficient a datelor partajate. n acelasi timp, clienii rmn independeni de server. Microsoft Windows NT lansat n 1993 a fost primul sistem de operare Windows care combina suportul pentru aplicaii de nivel nalt client/server cu aplicaii de interes personal cu productivitate ridicat. In acelai timp cu lansarea primei versiuni desktop a lui Windows NT, a fost lansat i primul sistem de operare pentru server al companiei Microsoft: Windows NT Advanced Server 3.1. Acesta a fost proiectat s acioneze ca un server dedicat n mediul client/server oferind putere, scalabilitate, rezisten mare la erori i interoperabilitate. Evoluia sistemelor de operare Windows Server este pe scurt urmtoarea: . Windows NT Server 3.5 (1994) - noua versiune a lui Windows NT Server a fost construit pstrnd multe din caracteristicile versiunii anterioare, dar include i noi unelte de administrare, mbuntind modul de configurare al clienilor, capacitatea de conectare la distan i sistem de repornire. Windows NT Server 3.51(1995) - acest variant, uor imbuntit, include unelte pentru conectarea cu noul sistem de operare -Windows 95- i un sistem de monitorizare a licenelor de acces pe server. Windows NT Server 4.0 (1996) - cu aceasta noua apariie, Windows NT Server devine un sistem de operare complet funcionabil pe 32-bii i imprumut modul de utilizare i operare foarte populare de la Windows 95. Windows NT 4.0 adaug de asemenea multe faciliti avansate pentru utilizatorii din domeniul economic i tehnic: conectivitate i vitez de lucru n reea crescute; servicii rapide pentru lucru cu fiiere i periferice; suport robust pentru aplicaii; server integrat WEB; set complet de unelte pentru proiectarea i administrarea de reele Intranet. n anul 2000 si-a facut aparitia familia Windows 2000 Server i a fost disponibil n urmtoarele versiuni: Windows 2000 Server, un sistem multifuncional pentru stocarea detelor, server de listare, server de aplicaii, server de Internet i web. Windows 2000 Advanced Server cu roluri speciale pentru aplicaii specifice companiilor mijlocii i mari. Windows 2000 Datacenter cu cea mai larg scal de roluri i aplicaii. Familia Windows Server 2003 a fost lansat n aprilie 2003. Este primul sistem de operare de tip server care contine Microsoft.NET si ofera o stabilitate superioara si nivel de securitate mbunatatit. Acesta a fost lansat n 4 versiuni: Windows Server 2003 Web Edition Windows Server 2003 Standard Edition. 10

Windows Server 2003 Enterprise Edition Windows Server 2003 Datacenter Edition n anul 2008 a fost lansat Microsoft Windows Server 2008. Acesta este cel mai avansat sistem de operare Windows Server de pna acum, conceput s stea la baza urmtoarei generaii de reele, aplicaii i servicii Web. Microsoft Windows Server 2008 se sprijin pe succesul i puterea versiunilor precedente oferind n plus noi funcionaliti de valoare, noi intrumente pentru web, tehnologie avansat de virtualizare, mbuntiri de securitate i de administarare simplificat.

1.7 Modele pentru arhitecturi de reeleStructurarea pe nivele funcionale a arhitecturii reelelor de calculatoare se poate face dup mai multe modele. Cele mai cunoscute sunt modelul de referin ISO-OSI (ISO OSI RM) i modelul TCP/IP. Alte modele arhitecturale de reele de calculatoare sunt: Novell NetWare, Digital DECnet, Apple Talk, IBM Systems Network Arhitecture. Pentru alte reele, n special pentru reelele de transport de date se folosesc modele care detaliaz doar primele trei/patru nivele, cum ar fi: modelul ATM (Asychronous Transfer Mode), modelul SDH (Synchronous Digital Hierarchy), modelul ISDN (Integrated Service Digital Network), modelul arhitectural al reelelor GSM. 1.7.1 Modelul de referin ISO-OSI Modelul de referin ISO-OSI este cel mai general i a fost gndit pentru interconectarea sistemelor deschise. Sistemele deschise sunt sistemele care pot intercomunica unele cu altele, pot accepta thnologii, protocoale i standarde diferite i pot rula aplicaii diferite. Modelul ISO- OSI nu reprezint n sine o arhitectur de reea pentru c precizeaz doar serviciile care trebuie realizate, nu i protocoalele utilizate pe fiecare nivel. El spune doar ce trebuie s fac fiecare nivel, nu i cum trebuie s fac. Protocoalele de pe fiecare nivel au fost definite n timp i publicate ca recomandri sau standarde internaionale separate. 1. Nivelul fizic se ocup cu transmiterea semnalelor numerice care reprezint datele binare (biii) printr-un canal de comunicaie. Proiectarea nivelului fizic trebuie s asigure c atunci cnd se transmite bitul 1 se recepioneaz tot 1, nu 0, indiferent de nivelele de tensiune sau de putere folosite, codul de linie, tipul de modulaie, dac se folosete sau nu criptarea, indiferent de conectoarele folosite, dac transmisia este full duplex sau nu etc. Prin urmare, trebuie specificate precis interfeele mecanice, electrice, funcionale, procedurale, caracteristicile mediului de transmisie. Exemple de standarde pentru protocoale de nivel fizic sunt RS-232, RS-449/422/423, X.21 etc. 2. Nivelul legtur de date are ca scop s asigure c legtura fizic este bun, de ncredere. Nivelul LD trebuie s recunoasc din fluxul serial de date blocuri de lungime prestabilit i s le poat prelucra din punct de vedere al controlului erorilor i al controlului congestiei. Pentru aceasta, la nivel LD se definesc cadrele (frame-uri). 11

Cadrele sunt blocuri de date specifice fiecrui protocol de acest nivel, separate prin delimitatori de nceput i de frit de cadru. Echipamentele de reea care opereaz la acest nivel recunosc cadrele din fluxul de date de la nivel fizic, le stoceaz i le prelucreaz dup proceduri specifice. Nivelul legtur de date asigur trei servicii importante nivelului reea: a) Principalul serviciu oferit de nivelul legtur de date este acela de detecie i control al erorilor. Prin aceasta, nivelul superior este eliberat de sarcina controlului erorilor, adic lui i se asigur o transmisie virtual fr erori. Controlul erorilor presupune dou lucruri: detecia erorilor i corecia lor. Ele se pot realiza prin procedee diferite. b) O alt funcie a nivelului LD este controlul fluxului pentru evitarea congestiei. Congestia n reea poate s apar atunci cnd un transmitor prea rapid trimite necontrolat date unui receptor lent, care nu mai este capabil s le prelucreze n timpul disponibil. Congestia aprut ntr-o reea are tendina de a se autontreine. c) n sfrit, nivelul LD trebuie s mai rezolve i problema controlului accesului la mediul de comunicaie (MAC), ceea ce presupune stabilirea i respectarea unei discipline atunci cnd mai muli utilizatori ncearc s foloseasc simultan un mediu comun de transmisie. Exemple de asemenea protcoale sunt Ethernet, Token ring, LAP-B etc.

Fig. 1.6 Modelul OSI

3. Nivelul reea se ocup n principal de dirijarea mesajelor prin nodurile reelei, de la surs la destinaie. El elibereaz nivelul transport de grija de a tii cum i pe unde se face rutarea mesajelor, cum se stabilesc i elibereaz conexiunile, ce este de fcut dac se defecteaz un nod sau o linie de comunicaie etc. Sarcina nivelului reea este foarte diferit de la o reea la alta

12

Echipamentele de nivel reea trebuie s cunoasc configuraia ntregii reele, s tie cum se poate ajunge de la un nod de reea la altul i de la o reea la alta Printre cele mai cunoscute protocoale de reea se pot meniona X.25, IP, IPX etc. 4. Nivlul transport are drept scop furnizarea unui mecanism sigur pentru schimbul de date ntre procesele care ruleaz pe diferite sisteme. El asigur c mesajele se transmit fr erori, n ordinea fireasc, n secven i la timp, fr pierdri sau duplicri. Altfel spus, el face transmisia cap la cap mai sigur. Nivelul transport se poate ocupa i de optimizarea serviciilor de reea, de asigurarea unui nivel cerut al serviciilor, de a interveni i a rezolva probleme care depesc posibilitile nivelurilor inferioare. Dimensiunea i complexitatea unui protocol de nivel transport depind de nivelul i calitatea serviciilor care se obin la nivelul reea. Cele mai cunoscute protocoale de transport sunt TCP i UDP. Nivelele 1 4 sunt direct legate de reeaua de transport a datelor. Nivlele 5 7 sunt sunt legate mai ales de utilizator, i mai puin de reea. 5. Nivelul sesiune este mai puin important i dezvoltat, rolul su fiind, n principal, de a asigura mecanismul de control al dialogului dintre aplicaii. El se ocup de iniierea, deschiderea, gestiunea i nchiderea unei sesiuni dintre dou entiti care vor s comunice. In plus poate asigura i alte servicii de genul tipului de dialog (full dulpex sau altul), stabilirea unor puncte de verificare i retransmiterea dac sesiunea se ncheie n mod anormal etc. 6. Nivelul prezentare se ocup cu sintaxa datelor care se transmit ntre entitile corespondene. Scopul este de a rezolva diferenele de format i reprezentare a datelor. 7. Nivelul aplicaie cuprinde toate mecanismele, procesele i procedurile necesare ca o aplicaie de reea s poat accesa toate resursele de reea necesare desfurrii ei n condiii bune, la un nivel de calitate ateptat sau negociat. Nivelul aplicaie interacioneaz direct cu utilizatoul final pe care l deservete. Protocoalele de nivel aplicaie sunt foarte diverse i ele concretizeaz aplicaiile de reea dorite de utilizatori: FTP pentru transferul de fiiere, SMTP pentru pota electronic, telnet pentru conectare la un calculator aflat la distan, HTTP pentru transfer de hipertext, DNS pentru numele de domenii pe Internet etc.

1.7.2 Modelul arhitectural TCP/IP Modelul TCP/IP simplific modelul ISO-OSI avnd doar 4 nivele ( primele dou sunt contopite, iar nivelele sesiune i prezentare lipsesc). Modelul este dezvoltat n jurul a dou protocoale fundamentale, unul la nivel reea, IP i altul la nivel transport, TCP. Nivelul gazd-reea cuprinde nivelele fizic i legtur de date din modelul OSI i reprezint o particularitate a modelului TCP/IP deoarece acesta nu spune mare lucru despre ce se afl sub nivelul reea. Se precizeaz doar c gazda trebuie s se conecteze la reea folosind un protocol anume. Nivelul reea (internet) care se ocup cu dirijarea pachetelor din nod n nod este nivelul fundamental pentru ntreaga arhitectur. Rolul su este de a permite gazdelor emit pachete n orice reea i de a face ca acestea s circule independent de la surs pn la destinaie. Ordinea sosirii pachetelor nu intereseaz la acest nivel, deoarece rearanjarea lor se va face la nivelele superioare. 13

Nivelul internet definete oficial un format de pachet i un protocol numit IP (Internet Protocol), cu rolul fundamantal de a livra pachetele IP spre destinaie. Nivelul transport, situat deasupra nivelului internet, este proiectat astfel nct s permit conversaii ntre entiile pereche surs destinaie. Au fost definite n acest scop dou protocoale cap la cap: TCP (Transmission Control Protocol) i UDP (User Datagram Protocol). TCP este un protocol sigur, orientata pe conexiune, care permite ca un flux de octei trimii de o main surs s ajung fr erori la orice main destinaie din reea (sau interreea) numai pe baza adresei. Pentru aceasta, protocolul fragmenteaz fluxul de octei n blocuri de date i le plaseaz nivelului inferior, internet. La destinaie procesul TCP receptor reasambleaz mesajul din blocurile componente pe care le aeaz n ordinea lor normal. TCP asigur i controlul fluxului pentru a nu sufoca receptorul cu date mai mult dect poate prelucra. UDP este un protocol mai puin sigur, fr conexiuni, destinat aplicaiilor care fac singure reasamblarea i secvenierea. El este folosit n acele cazuri n care comunicrile sunt scurte, gen ntrebare i rspuns, unde este mai important rapiditatea comunicrii dect acurateea i care se poate repeta imediat dac nu este corespunztoare. Nivelul aplicaie se afl imediat deasupra nivelului transport i conine toate protocoalele de nivel nalt (aplicaie): Telnet, FTP, HTTP etc.Telnet Protocoale TCP IP Reele Starnet LAN ARPANET Radio cu pachete FTP SMTP UDP DNS Aplicaie Transport Internet (Reea) Gazd-reea (LD i fizic)

Fig. 1.7 Protocoale i reele din modelul TCP/IP

1.7.3 Modelul ATM Reeaua ATM (Asynchronous Transfer Mode) are propriul su model de referin, diferit i de modelul OSI i de modelul TCP/IP. El are trei nivele de baz: nivelul fizic, nivelul ATM i nivelul de adaptare ATM (AAL ATM Adaptation Layer), peste care se pot suprapune alte nivele superioare, de la nivel reea n sus. Nivelele ierarhice ATM conin subnivele. Reelele ATM sunt, n general, reele de transport de mare vitez, care se bazeaz pe pachete mici, de lungime constant (53 octei), funcionnd n modul orientat pe conexiune, destinate aplicaiilor de transfer de date cu trafic neuniform. Prin acest mod de transfer se caut soluia optim a adaptrii traficului de date cu diferite caracteristici la reele de comunicaii existente. El este legat de conceptul de reele cu sevicii integrate de band larg (B-ISDN). 14

Nivelul fizic se ocup de mediul fizic: nivele de semnal, coduri de linie, adaptarea la mediul de transmisie (fibr optic, radioreleu sau cablu coaxial), sau de mpachetarea celulelor n alte formate de transmisie (SONET/SDH). El are dou subnivele: convergena transmisiei (TC) i subnivelul dependent de mediul de transmisie (PMD) care trebuie s asigure independena transmisiei de mediul fizic. Nivelul ATM se ocup de celule i transportul lor. Definete structura celulelor, tipurile de celule, semnificaia cmpurilor, stabilirea i eliberarea circuitelor virtuale i a cilor virtuale, controlul congestiei. Nivelul AAL se ocup n principal de spargerea mesajelor n blocuri de regul de 48 de octei din care se vor forma celulele prin adugarea antetului de 5 octei la nivelul ATM, de reasamblarea mesajelor din celule.Plan de management Plan de management Plane de control Nivele superioare CS SAR Plan utilizator Nivele superioareCS-Convergence Sublayer SAR- Segmentation and Reassemble Sublayer TC- Transmission Convergence PMD- Physical Medium Dependent

Nivel de adaptare ATM (AAL) ((AAL) Nivel ATM

TC PMD

Nivel fizic

Fig. 1.8 Modelul de referin B-ISDN ATM El are dou subnivele: subnivelul de convergen (CS) i subnivelul de segmentare i reasamblare (SAR). Subnivelul CS face posibil folosirea ATM pentru diverse servicii i aplicaii: voce, transfer de fiiere, imagini fixe, video conferin, video la cerere etc, servicii care necesit transfer n timp real sau pot accepta ntrzieri variabile.

1.8 Aspecte generale privind protocoalele1.8.1 Caracteristicile protocoalelor Pentru ca dou entiti (calculatoare) conectate ntr-o reea s poat comunica ntre ele i s poat face schimbe de date, ele trebuie s vorbeasc aceeai limb, s respecte un set de reguli acceptate i recunoscute de fiecare. 15

Setul de reguli sau de convenii care guverneaz schimbul de date dintre dou entiti se numete generic protocol. Dup caracteristicile lor, protocoalele pot fi: 1. directe sau indirecte, n funcie de specificul comunicaiei dintre entiti. Dac sistemele folosesc o legtur punct la punct, entitile comunic direct, fr intervenia unui agent activ. Dac sistemele sunt conectate printr-o reea de comunicaii, atunci trebuie luate n consideraie i aspectele legate de transferul informaiei prin reea. 2. structurate sau nestructurate, n funcie de faptul c au sau nu sub ele alte protocoale de comunicaie. De exemplu un protocol de nivel reea (IP) are sub el protocoale de nivel legtur de date (de exemplu protocolul HDLC), iar mai jos protocoale de nivel fizic. 3. simetrice sau asimetrice, dup cum comunicaia se face ntre entiti egale sau de tipul client server. 4. standardizate sau nestandardizate. Cele standardizate sunt folosite de mai multe aplicaii sau calculatoare, celelalte fiind valabile doar n cazuri speciale. 1.8.2 Funcii realizate de potocoale

Orce protocol trebuie s realizeze un set de funcii necesare la diferite nivele. 1. Segmentarea i reasamblarea La nivelul aplicaie protocolul trebuie s asigure transfeul unui bloc mare de date, un mesaj. Din motive bine definite, acest bloc este segmentat n uniti mai mici numite uniti de date protocol (PDU). Motivele segmentrii sunt diverse: reeaua de comunicaii lucreaz mai eficient cu blocuri de date mai scurte tratarea erorilor este mai uoar acces mai facil la canalul partajat ntrziere mai mic de prelucrare n noduri memorii tampon mai mici Exist i dezavantaje ale segmentrii: - fiecare PDU necesit informaie de control, deci redundan mare la transmisie - inundarea reelei cu pachete multe i scurte 2. Incapsularea (mpachetarea) Fiecare PDU de pe un nivel ierarhic trimis mai jos are ataat un antet (header) iar n cazul nivelului legtur de date i o coad (trail) care conin informaii de control i coordonare a transmisiei: - adrese surs i destinaie - informaie de secveniere (numr de ordine) - coduri pentru detecia /corecia erorilor - controlul protocolului (informaie suplimentar pentru realizarea funciilor protocolului) Antetele reprezint i suportul pentru transmiterea unor informaii de administrare a reelei. 3. Controlul conexiunii care depinde de modul de transfer al datelor, orientat pe conexiune sau neorientat pe conexiune. Modul orientat pe conexiune este preferat n cazul transmisiilor lungi ntre utilizatori stabili. El are trei faze: stabilirea conexiunii, transferul datelor i desfacerea conexiunii. 4. Controlul fluxului este necesar pentru a limita debitul datelor transmise de emitor n cazul n care se depesc posibilitile de preluare a lor la recepie. 16

5. Controlul erorilor asigur protecia mpotriva pierderii sau distrugerii informaiei de date sau de control. Majoritatea tehnicilor persupun detecia erorilor aprute prin propagare n mediul fizic urmate de proceduri de corectare sau retransmisie. n unele cazuri retransmisia poate fi activat de un contor de timp. Procedura cea mai simpl de detecie a erorilor este tehnica bitului de paritate. Exist i tehnici mai sofisticate care pot detecta un anumit numr de bii eronai dintr-un cuvnt i pot face chiar i corectarea automat a lor dac se folosec coduri detectoare i corectoare de erori. 6. Sincronizarea are multe aspecte i este o problem foarte important n transmisiile de date. Ea poate fi privit la nivel de bit, de cadru sau de echipament. Primele dou sunt specifice reelelor de comunicaii. A treia este mai general i se refer la faptul c dou entiti aflate n legtur la acelai nivel trebuie s fie n orice moment contiente de starea celelalte. Procedurile de sincronizare evit situaiile conflituale n care, de exemplu, un transmitor emite, date dar receptorul nu este pregtit s le primeasc. 7. Secvenierea este aceea funcie a protocolului care identific ordinea n care PDU-urile informaionale au fost trimise prin reea pentru a le rearanja n acceai ordine la recepie. Imformaia de secveniere se nscrie ntr-n cmp special din antetul PDU-ului. 8. Adresarea este necesar pentru stabilirea legturii surs-destinaie att n modul orientat pe conexiune ct i n cel neorientat. n primul caz adresa permite stabilirea circuitului sau cii virtuale n faza stabilirii conexiunii, nainte de nceperea transmisiei. n al doilea caz adresa este foosit pentru dirijarea pas cu pas a pachetelor prin nodurile reelei. 9. Multiplexarea este o alt operaie necesar la realizarea conexiunilor dintre entiti. De exemplu, mai multe conexiuni de nivel aplicaie (FTP, e-mil, descrcare de fiiere etc.) pot fi realizate pe acceai conexiune de reea, adic pe acelai calculator. n acest caz multiplxarea se face pe baz de adrese de reea i porturi. Multiplexarea se poate face i la nivel fizic prin maparea (aranjarea) biilor n fluxuri sau cadre (PDH, STM etc.). Evident c este necesar i operaia invers, demultiplexarea. 10. Serviciile de transmisie sunt de multe ori necesate a fi implementate n cadrul protocoalelor de comunicaii. Asemenea servicii pot fi: prioritatea care trebuie s rezolve ordinea de transmisie atunci cnd apar mesaj concurente la emisie calitatea serviciului se refer la acurateea datelor, timpi de ntrziere, rate de transfer minime acceptate etc. securitatea poate fi cerut prin imlementaea unor mecanisme de tipul restricionare acces, criptare, autentificare corespondent etc. taxarea (contabilitatea) legturii este specific reelelor publice i permite urmrirea cu precizie a timpului i gradului de folosire a reelei de ctre abonai Pentru buna funcionare a protocoalelor pe diferite nivele, entitile corespondente trebuie s prelucreze date specifice i s fac schimb de informaii legate de protocol. Aceste informaii se transmit n reea n dou moduri principale: 1. prin pachete speciale de date protocol 2. prin intermediul antetelor ataate pachetelor de date informaionale.

17

Fig 1.9 mpachetarea succesiv a datelor n structura arhitectural

1.9 Standardizarea n domeniul reelelorNecesitatea standardizrii n domeniul reelelor de calculatoare rezult din urmtoarele considerente: - existena a numeroi productori i furnizori de echipamente, reele, servicii care pot genera haos, incompatibiliti i lips de interoperabilitate; - permite dezvoltarea unei producii de mas, cu preuri mici, beneficii mari ; - reduce costurile de cercetare; - permite unificarea pieei, interschimbabilitate, interoperbilitate. Autoritile de standardizare internaionale pot fi mprite n dou clase: a. stabilite prin tratate internaionale interguvernamentale (de exemplu ITU) ; b. organizaii (grupuri de lucru) voluntare, neguvernamentale. Cteva orgaizaii de standardizare n domeniul reelelor de comunicaii i calculatoare sunt: International Standard Organisation (ISO) este o organizaie nonguvernamental, fondat n 1946. Membrii ei sunt Organizaiile de standardizare din cele 89 de state membre. ISO produce standarde n cele mai variate domenii, inclusiv n domeniul telecomunicaiilor i reelelor. Are aproximativ 200 de comitete tehnice (TC) mprite n subcomitete (SC) i n grupuri de lucru (WG). TC 97 se ocup de calculatoare i prelucrarea infomaiei. 18

American National Standard Institute (ANSI) este reprzentantul SUA n ISO. Multe standarde elaborate de ANSI au fost preluate de ISO ca urmare a naltului nivel tehnic i tehnologic al SUA. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) este un actor foarte important n lumea standardizrii. IEEE este n fapt cea mai mare organizaie profesional din lume. Comitetul IEEE 802 a dezvoltat multe standarde n domeniul reelelor de calculatoare. International Telecommunication Union (ITU) este o organizaie interguvernamental internaional creat n Europa cu scopul standardizrii telecomunicaiilor internaionale. nceputurile ei dateaz pe la 1865, iar n 1947 a devenit agenie a Naiunilor Unite. Are trei ramuri: ITU-R sectorul de radiocomunicaii ITU-T sectorul de standardizare n teecomunicaii (denumit pn n 1986 Comitetul Consultativ Internaional de Telefonie i Telegrafie CCITT) ITU D sectorul de dezvoltare. ITU -T are aproxmativ 200 de membrii guvernamentali (organizaiile naionale de telecomunicaii) i peste 500 membrii sectoriali de genul: -companii de telefonie (AT&T, Vodafone, WorldCom etc.) -productori de echipamente de telecomunicaii Cisco, Nokia, Nortel etc. -productori de chipuri (Intel, Motorola, Sun ...) -companii media CBS, Sony, Time Warner etc.). n domeniul Internetului exist Internet Architecture Board (Consiliul Arhitecturii Internet) care se ocup de standardizare producnd Request for Comments (RFC). Din 1989 IAB a fost reorganizat i redenumit Internet Request Task Force (IRTF) Departamentul de Inginerie Internet.

Concluzii Reelele de comunicaii i calculatoare stau la baza sistemelor informatice (reprezint infrastructura acesora) avnd o foarte mare rspndire i utilizare n cele mai diverse domenii ale activitii umane. O reea de calculatoare cuprinde deopotriv o infrastructur hard i o component soft, ambele de o mare diversitate i care trebuie s poat opera n comun. Reelele sunt interconectate la diferite niveluri i arii, inclusiv la nivel planetar. n acest scop, standarizarea are un rol deosebit de important n construcia i funcionarea reelelor, cu att mai mult cu ct exist o mare diversitate de proiectani de reele, furnizori de echipamente, softuri i servicii de reea, de cerine i nevoi ale utilizatorilor. Abordarea structurii reelelor pe baza unor modele arhitecturale stratificate permite analiza i proiectarea acestora pornind de la unele principii generale, indiferent de elementele concrete de infrastructur, sisteme de operare i aplicaii. Cele mai cunoscute modele arhitecturale sunt modelul ISO - OSI (un model teoretic, conceptual) i modelul TCP/IP (un model arhitectural concret).

ntrebri de control1. Care sunt cele mai cunoscute modele arhitecturale de reele de calculatoare i descriei asemnrile i deosebirile lor? 2. Ce sunt arhitectura i topologia unei reele? Exemple. 19

3. Ce sunt protocoalele de comunicaii i ce rol au n funcionarea unei reele? 4. In ce const activitatea de standardizare n domeniul reelelor de calculatoare Exemple de organizaii i standarde. 5. Modelul ISO-OSI: descriere, rolul nivelelor, comparaii cu alt modele arhitecturale. 6. Care sunt caracteristicile, topologia i aplicaiile unui LAN? 7. Care sunt caracteristicile, topologia i aplicaiile unui MAN? 8. Descriei caracteristicile, topologia i aplicaiile unui WAN? 9. Ce este o reea virtual privat (VPN)? 10. Care sunt elementele costitutive ale unei reele de calculatoare i rolul lor n funcionarea acesteia? 11. Care sunt avantajele organizrii protocoalelor pe niveluri? 12. Care este diferena principal dintre comunicaia orientat pe conexiuni i cea neorientat pe conexiuni? 13. Dou reele furnizeaz fiecare servicii orientate pe conexiuni sigure. Una ofer un flux sigur de octei, iar cealalt un flux sigur de mesaje. Sunt acestea identice? Dac da, de ce se face aceast distincie? Dac nu, exemplificai diferena. 14. Care dintre nivelurile OSI se ocup de: a) descompunerea fluxului de bii transmii n cadre? b) determinarea traseului folosit n reea? 15. Dac la nivel reea se transmit pachete iar la nivel LD se transmit cadre, atunci se spune c pachetele ncapsuleaz cadre sau invers? 16. De ce folosete ATM celule de lungime mic (53 octei) 17. Ethernetul transmite pe cablu, la un moment dat, un singur pachet. Au i reelele fr fir aceast caracteristic? 18. Comparai avantajele i dezavantajele reelelor cablate fa de cele fr fir. 19. Ce sunt i ce rol au furnizorii de servicii de Internet (ISP) i furnizorii de servicii de transport (IBP)?

Teme de cas1. Descriei principalele activiti pe care le desfoar dou organisme de standardizare, de exemplu ITU i OSI. Folosii pentru documentare site-urile lor, www.itu.org i respectiv www.iso.org. 2. Facei o scurt prezentare a Internet-ului folosind informaii de pe diverse site-uri. 3. Descriei tipurile de reele i arhitectura acestora folosite la locul d.voastr de munc sau la universitate. 4. Descriei modelul de reea client server i dai exemple concrete. 5. Descriei modelul de reea peer-to-peer i dai exemple concrete. 6. Descriei modelul arhirtectural ISO-OSI i rolul fiecrui nivel 7. Descriei modelul arhirtectural TCP/IP i rolul fiecrui nivel 8. Descriei alte modele arhitecturale de reea (SONET, SDH, ATM, etc.) 9. Detaliai rolul sistemelor de operare de reea. Dai exemple de astfel de produse 10. Descriei elementele componente ale unei reele de calculatoare, rolul lor i dai exemple concrete de astfel de componente

Probleme rezolvate 20

1. Un cadru de nivel legtur de date are un antet de 24 octei, un cmp de date utile 100 octei i o coad de un octet. Cadrele se transmit cu o rat de 2000 cadre pe secund. Care este rata biilor n linie? R. Lungimea total a cadrului este : L = (100 + 24 + 1) 8 = 1000 bii Rata biilor n linie este : R = 1000 2000 = 2 Mbps2. Dac irul de date din problema 1 se transmite prin unde electromagnetice cu propagare n atmosfer, care este lungimea n spaiu a unui bit, tiind c viteza de propagare a cmpului electromagnetic n aer este c=299 792 m/s?

R.

l = c T =

c 299792 = = 0,149896 m = 14,9896cm R 2 10 6

3. O celul ATM are un antet de 5 octei i un spaiu pentru informaie utilizator de 48 de octei. Care sunt eficiena utilizrii canalului de comunicaie din punct de vedere al utilizatorului i redundana transmisiei? Depinde aceast eficien de mediul fizic prin care are loc transmisia?

R.4.

=

48 = 0.905 , 1 = 0.095 ; eficiena transmisiei nu depinde de mediul de 53

transmisie

Probleme propuse1. Calculai lungimea unui bit dintr-un cadru FastEthenet (100Mbps) care se transmite pe un cablu UTP cat. 5, dac viteza de transmisie este 0.66 din viteza luminii n vid. 2. O imagine necomprimat are 1024x768 pixeli i fiecare pixel este codat pe 3 octei. Ct dureaz transmiterea ei pe canale cu modemuri de 56 kbps, de 1Mbps sau pe Ethernet de 10Mbps? Are importan c Ethernet-ul folosete mpachetarea succesiv (pachete, cadre)? 3. Care este lungimea unui bit n standardul 802.3 dac rata de transmisie este 10 Mbps iar viteza de transmitere pe cablu coaxial este 0.66 din viteza luminii? 4. Un sistem are o ierarhie organizat pe 4 nivele. Dac nivelul aplicaie genereaz mesaje de lungime 1024 octei iar fiecare nivel adaug cte un antet de 10 octei, ce fraciune din lrgimea benzii este disponibil efectiv aplicaiei?

21

Tema 2. NIVELUL FIZICTema are ca scop prezentarea detaliat a rolului nivelulu fizic i descrierea unor standarde i protocoale de nivel fizic utilizate n diverse reele de comunicaii i calculatoare, n special cele folosite n Internet. Dup parcurgerea i nsuirea acestei teme, studentul va cunoate: Care sunt rolul i importana nivelului fizic ntr-o reea de comunicaii i calculatoare Ce este un canal de comunicaie i care sunt parametrii si mai importani din punct de vedere al transmiterii fizice a datelor Cum se utilizeaz semnalelor electrice modulate pentru transmiterea informaiei Care sunt principalele medii fizice i ce caracteristici au Protocoalele de nivel fizic din Internet i n unele reele locale (Ethernet, FDDI, DQDB) Protocoale de nivel fizic n reele fr fir Standarede de nivel fizic folosite n reeaua telefonic Studenii vor ntocmi o tem de cas care const descrierea detaliat a unui standard de nivel fizic utilizat curent n reelele de comunicaii. Timpul minim pe care trebuie s-l acorda istudierii acestui modul este de 8 ore.

Nivelul fizic se ocup de transmiterea datelor pe canalele (mediile) fizice specificnd cerine privind emisia i recepia semnalelor informaionale, tipuri i nivele de semnale, tipuri de modulaie, coduri de linie, dispozitive de conectare (conectoare, mufe), caracteristici ale mediului de comunicaie, modul de acces la mediu. Nivelul fizic se bazeaz aproape exclusiv pe echipamente hard i conine o serie de standarde referitoare la aceste echipamente i la tehnicile de transmitere-recepie a datelor i informaiilor. Echipamentele aferente nivelului fizic sunt: - plcile de reea, NIC- network inteface card - HUB-urile pasive - HUB-urile simple active, - terminaiile de reea, modemurile - dispozitivele de cuplare - cablurile i conectoarele - repetoarele - multiplexoarele - transmitoarele i receptoarele de semnale electrice modulate (transceiverele).

2.1 Transmiterea informaieiTransmiterea informaiei la nivel fizic se face prin semnale electromagnetice (electrice, radio, microunde, optice). Semnalele pot fi analogice sau numerice, n banda de baz sau modulate (analogic sau numeric). Pentru a putea fi trimis i recepionat la distan, informaia necesit un suport energetic (energia electric, electromagnetic, acustic, mecanic etc.). 21

Transpunerea datelor primare pe o purttoare electromagnetic poart numele de modulare a semnalului. Informaia se poate transmite n dou forme: prin semnale analogice sau prin semnale digitale. Celor dou tipuri de semnale le corespund dou tipuri de transmisii: - prin semnale analogice (are o variaie continu n timp i nivel) - prin semnale digitale (numerice); are variaie discret n timp i nivel.

Fig. 2.1. Forme de semnale analogic i digital a) Semnale digitale Deoarece toate calculatoarele sunt digitale, marea majoritate a reelelor de calculatoare utilizez datele digitale pentru transferul informaiilor, existnd mai multe metode de codificare a datelor ntr-un semnal. Aceste metode se numesc scheme de codificare i pot fi grupate n dou mari categorii: - codificare pe baza strii curente (pe baza atingerii unui nivel de tensiune) - codificare pe baza tranziiei ntre stri (pe baza unei tranziii de la un nivel de tensiune la altul). La codificarea pe baza strii curente, datele sunt codificate pe baza prezenei sau absenei unui anumit semnal sau a unei stri (de ex. +5V reprezint 0 binar, iar 5V valoarea 1 binar). Semnalul este continuu monitorizat de echipamentele de reea, care i determin starea curent ce indic valorile datelor codificate corespunztor acestei stri. Schemele care utilizeaz codificarea pe baza strii curente sunt: - scheme de codificare unipolar utilizez dou niveluri de tensiune pentru codificarea datelor, dintre care unul zero i cellalt pozitiv sau negativ - scheme de codificare bipolar utilizeaz dou nivele de tensiune, unul pozitiv i cellalt negativ. - scheme de codificare RZ (return to zero), utilizeaz tranziia semnalului la zero la mijlocul fiecrui interval de bit (tranziie pozitiv poate reprezenta 0, iar negativ 1) Codificarea pe baza tranziiei ntre stri utilizeaz tranziiile de semnal pentru reprezentarea datelor. De exemplu o tranziie de la o tensiune mare la una mic poate reprezenta bitul 1, iar o tranziie de la nivel mic la un nivel mare poate reprezenta bitul 0. Schemele ce utilizeaz acest tip de codificare sunt: - codificarea Manchester o tranziie de la o tensiune mare la una mic reprezint valoarea 1, iar de la o tensiune mic la una mare valoarea 0; - codificarea Manchester diferenial utilizeaz tranziia la mijlocul intervalului de bit, i ine seama i de tranziiile anterioare.

b) Semnalul analogic 22

Este constituit din unde electromagnetice, o und fiind caracterizat prin modificarea permanent a formei. Cmpul electromagnetic are o variaie periodic n timp i spaiu, dup o funcie armonic: (2.1) 2 este unde E 0 este amplitudinea componentei electrice a cmpului electromagnetic, = T 2 este constanta de propagare n spaiu, frecvena unghiular, T este perioada semnalului, k = E ( z , t ) = E 0 sin(t kz + 0 )

este lungimea de und asociat undei electromagnetice iar 0 este faza iniial a undei.

Caracteristicile unui semnal analogic sunt: - amplitudinea, care msoar nlimea semnalului, exprimat n voli - frecvena, inversul intervalului de timp n care o und face un ciclu complet, exprimat n heri - faza iniial, starea relativ a undei la momentul iniial n raport cu o und de referin, exprimat n radiani. - lungimea de und, reprezint distana de propagare n spaiu a undei pe durata unui ciclu, exprimat n metri. Mrimea = t kz reprezint faza undei si caracterizeaz variaia periodic n timp i spaiu a acesteia. Toate aceste caracteristici pot fi utilizate pentru codificarea datelor transmise prin semnale analogice, pentru aceasta existnd trei tehnici principale de modulare: - modularea de amplitudine (ASK Amplitude Shift Keying), valoarea maxim a amplitudinii reprezint valoarea 1, iar cea minim 0 - modularea frecvenei (FSK Frequency Shift Keying), o frecven reprezint bitul 1 i alta reprezint bitul 0 - modularea fazei (PSK Phase Shift Keying), cnd o faz iniial reprezint bitul 1 i alt valoare reprezint bitul 0.

c) Transmisii n banda de baz i pe purttoare Un semnal informaional produs de o surs de informaie are un anumit spectru de frecvene, numit spectru de baz sau banda de baz a acestuia. Un asemenea semnal poate fi transmis ca atare pe canalul de comunicaie (transmisie n banda de baz) sau poate fi transpus pe o purttoare din alt domeniu de frecven (radio, microunde, optic). n acest caz are loc o translatare a spectrului semnalului informaional n alt band i se vorbete de transmisie pe purttoare. Translatarea pe purttoare mrete spectrul ocupat de semnalul informaional fa de banda de baz. De exemplu, n cazul translatrii prin modulaie de amplitudine, spectrul purttoarei modulate este cel puin dublul spectrului informaional din banda de baz.Canalul de transmisie deschis ntr-un mediul fizic trebuie s asigure o band de frecvene cel puin egal cu spectrul semnalului informaional, fie c este n banda de baz, fie c este translatat pe o purttoare.

2.2. Canalul de transmisie23

2.2.1 Canalul de transmisie i caracteristicile sale Canalul de transmisie reprezint suportul creat ntr-un mediu fizic prin care are loc propagarea semnalelor informaionale. Acest mediu poate fi sub form de ghid de und (cabluri, fibre optice) sau mediu deschis, neghidat (incintele unor cldiri, spaiu atmosferic, spaiu extraatmosferic etc.). Un canal de transmisie este caracterizat de urmtorii parametrii mai importani: Banda de frecven (banda de trecere), f, care reprezint spectrul de frecven n care 1. nivelul semnalului nu scade sub o anumit valoare (de regul 3dB din valoarea maxim). n unele cazuri banda se poate defini i n funcie de ali parametrii (distorsiuni, eficiena modulaiei etc.). Zgomotul propriu reprezentnd puterea electric a tuturor perturbaiilor existente n 2. canal. Ele se manifest ca nite semnale aleatoare perturbatoare, care afecteaz calitatea semnalelor informaionale. Semnalele utile, purttoare de informaie trebuie s aib o putere mult mai mare dect zgomotele, adic s se asigure un raport semnal zgomot (RSZ) suficient de mare. Altfel, informaia util coninut de semnal este acopertit de zgomot i nu poate fi extras la recepie. n multe sisteme de comunicaii analogice sau numerice se cere un RSZ>20 dB. Deoarece semnalele utile se atenueaz prin propagare de-a lungul canalului iar zgomotele se acumuleaz, periodic este necesar refacerea (amplificarea) semnalului informaional i eventual reducerea nivelului zgomotelor. Viteza maxim de transfer a datelor cu N nivele discrete de tensiune (amplitudine), pe 3. un canal cu banda de trecere f, este dat de relaia lui Nyquist:Vmax = 2f log 2 N

(2.2)

4.

Capacitatea de transmisie a unui canal de comunicaii depinde de banda de trecere i de raportul semnal zgomot i este dat de ecuaia lui Shannon:

C = f log 2 (1 + RSZ ) [bps]5. 6.

(2.3)

7.

ntrzierea de propagare este dat de viteza finit de propagare a cmpului electromagnetic prin canalul de comunicaie Dispersia n timp a componentelor spectrale este dat de vitezele diferite de propagare ale acestor componente care vor ajunge la recepie cu ntrzieri variabile. Acest efect produce distorsiunile faz freven care determin alterarea informaiei utile nglobat n semnale. Atenuarea semnalelor care determin scderea puterii semnalului la recepie i micorarea raportului semnal zgomot. Atenuarea semnalului este produs de fenomene de absorbie, difuzie, dispersie etc. existente n orice canal de comunicaie.

2.2.2 Medii de transmisie24

Cabluri de transmisie Cablul bifilar torsadat este cel mai simplu, ieftin i rspndit mediu de propagare, dar i cu performanele cele mai modeste. Sunt mai multe categorii de cabluri bifilare: categoriile 3, 5, 6, 7 etc. Sunt constituite din perechi de fire de cupru izolate i rsucite (torsadate), grupate, de regul, n cabluri multifilare. Rsucirea determin reducerea influenelor reciproce dintre perechile de fire aflate n acelai cablu (diafonia) i mrete banda de trecere a canalului bifilar. Cu ct pasul de rsucire este mai mic, cu att performanele cablului sunt mai bune. Banda de trecere a cablului bifilar dedinde de lungimea sa i este uzual de zeci, sute kHz, putnd ajunge la MHz pe distane scurte. Atenuarea acestor cabluri crete semnificativ cu frecvena. Un cablu bifilar larg folosit n LAN-uri este cel torsadat neecranat, cu 8 perechi de fire, cunoscut su denumirea UTP (Unshilted Twisted Pair). Cablul coaxial este un ghid de und format dintr-un conductor central i un nveli metalic separate printr-un dielectric. Cmpul electromagnetic se propag ghidat prin dielectricul dintre cele dou conductoare. Radiaia extern a cmpului este foarte redus i, ca urmare, atenuarea i influenele cu alte cabluri din apropiere sunt foarte mici. Cablurile coaxiale sunt de mai multe feluri, cu proprieti i aplicaii diverse. Se pot meniona: - cablurile uoare cu diametru mic, band mare (sute MHz), impedan caracteristic 50 sau 75 ; - cablurile grele cu diametru mare, band foarte mare (GHz), impedan caracteristic 50. Cablurile coaxiale sunt folosite pentru transmisii de date de mare vitez i pe distane mari, zeci de km. Totui este de menionat c la frecvene (viteze de transmitere) foarte mari, atenuarea acestor cabluri este semnificativ i impune folosirea regeneratoarelor (amplificatoarelor) de semnal la intervale de civa km. Fibrele optice sunt ghiduri electromagnetice n gama optic care se bazeaz pe fenomenele de reflexie intern i refracie optic pentru a transmite la distane foarte mari semnale optice modulate. Spectrul optic utilizat n prezent pentru comunicaii optice este situat n zona lungimilor de und de 1300 i 1550 nm (sute THz), unde banda de trecere a fibrei optice este enorm, zeci de THz. Fibrele optice sunt construite din sticl de siliciu de nalt puritate, au diametrul foarte mic, cca. 200 micrometri, greutate foarte redus i parametrii de transmisie exeleni, neatini de nici un alt mediu de transmisie. Atenuarea foarte redus, de ordinul sub 1 dB/km, banda de trecere foarte larg i zgomotele propri neglijabile, fac din fibrele optice canale de comunicaii ideale. Tehnologia de producere a fibrelor optice, a surselor de radiaie optic (diode laser sau LED-uri), a fotodetectoarelor i a echipamentelor de comunicaii optice este bine elaborat i competitiv ca pre. n prezent sunt n stadiul de elaborare reele optice cu multiplexare n lungime de und, WDM (wavelength division multiplxing) care permit ca pe una i acceai fibr s poat fi transmise simultan mai multe lungimi de und, fiecare reprezentnd un canal independent de comunicaie. Combinaia dintre domeniile optic i electric ca medii de transmitere i prelucare a informaiei, realizarea reelelor hibride multistrat au creat un cmp vast de experimentare i extindere a nevoilor de transmitere n continu cretere a informaiilor. Medii de transmisie neghidateComunicaiile neghidate folosesc propagarea semnalelor electromagnetice n spaiul liber (neghidat). Spectrul electromagnetic folosit n comunicaii neghidate este foarte larg, de la cca. 104 Hz pn la 1016 Hz. El este mprit n trei mari domenii (radio, microunde i optic). Primele dou 25

sunt submprite n domenii de frecven: LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF, EHF, THF, iar ultimul n trei ferestre spectrale: 800nm, 1300nm i 1550nm. Un canal radio sau pe microunde (satelit, radioreleu) are o fercven central, f0, (purttoare) i o band de trecere n jurul acesteia, f, n care se poate face transmisia semanlelor informaionale. Cu ct frecvena purttoare este mai mare, cu att banda canalului este mai mare. De exemplu, o lrgime relativ a canalului de 1% nseamn f =10kHz la f0 =1MHz i f =300MHz la f0=30GHz. Exist i canale radio cu spectru mult mai larg, unde nu se poate vorbi de o singur frecven purttoare. Acestea sunt sistemele radio cu spectru mprtiat sau cu salt de frecven. Ele sunt foarte utilizate n sistemele de comunicaii cu acces multiplu n cod (CDMA).

Caracteristicile canalului radio Undele radio sunt uor de generat, se propag pe distane foarte mari, sunt puin atenuate de corpurile nemetalice, difuzeaz practic n tot spaiul de propagare. Pot fi direcionate ntr-o anumit msur cu antene directive. Undele medii i scurte (MF i HF) se propag i prin refexie pe ionosfer acoperind distane foarte mari (mii de km). Un fenomen specific undelor medii i scurte este fadingul cauzat de propagarea pe ci multiple. El se manifest prin fluctuaia semnalului n punctul de recepie cauzat de de interferena dintre unda direct i cea reflectat. Microundele se propag practic n linie dreapt, la limita vizibilitii directe. Pot fi uor direcionate cu antene directive, sunt puternic influenate de condiiile atmosferice (praf, ploaie, zpad), sunt oprite de obstacole naturale. Spectrul electomagnetic din domeniul radio i microunde este foarte aglomerat i trebuie riguros administrat. Exist reglemntri naionale i internaionale n privina utilizrii sale, spre deosebire de comunicaiile optice care nu necesit, cel puin pn n prezent, licene de frecvene de emisie. De aceea pentru transmisiile n spaiul deschis pe distane mici ncep s se foloseasc tot mai mult purttoarele optice (FSO - Free Space Optics). Sateliii de comunicaii sunt echipamente de recepie transmisie automat (transponder) care recepioneaz o poriune de spectru electromagnetic purttor de informaie, eventual l amplific i l retransmit (difuzeaz) spre pmnt pe o alt frecven purttoare (pentru a evita interferenele).

26

Fig. 2.2 Spectrul electromagnetic

2.2.3 Transmisii de date pe reeaua telefonicReeaua telefonic este n prezent, alturi de Internet, ce mai mare reea de comunicaii cu extindere mondial i poate fi utilizat pentru transmisii de date, inclusiv ntre calculatoare. Reeaua telefonic are trei componente majore: - bucla local sau reeaua de acces i transport local; - oficiile (centralele) de comutare pe diferite niveluri; - trunchiurile (linkurile) care interconecteaz centrele de comutare. Bucla local este, n majoritate, analogic i, de regul, pe fire torsadate. Are banda de trecere limitat la 3003400 Hz (limitarea este fcut intenionat n centrala de acces) i atenuare mare. Un oficiu local este un comutator (central telefonic) la care sunt conectai abonaii dintr-o arie. Poate avea pn la cca 10 000 de abonai. Dac se dorete conectarea unui calculator n locul aparatului telefonic trebuie folosit un modem. Rolul su este de a adapta semnalul numeric al calculatorului la caracteristicile liniei analogice din bucla local. Modemurile pot realiza diferite tipuri de modulaie: n amplitudine (amplitude shift keying - ASK), n frecven (frequency shift keying - FSK), n faz (phase shift keying - PSK), n faz n cuadratur (QPSK), n amplitudine i n faz simultan (QAM-16 sau QAM-64) etc. Diversitatea de tipuri de modulaii permite obinerea unor rate de modulaie (bauds) i rate ale biilor (bps) de la 200 la 19600 i chiar mai mult n banda canalului telefonic standard. Trunchiurile care interconecteaz centrele de comutaie transport fluxuri numerice structurate dup dou standarde de baz: - PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) cu viteze de la 2Mbps (multiplexul primar E1) pn la 140 Mbps (multiplexul de ordinul 4, E4); - SDH (Synchronous Digital Hierarchy) cu viteze de la 155 Mbps (STM-1) pn la 10Gbps (STM-64).

27

Ierarhia plesiocron este n prezent n curs de nlocuire cu ierarhia sincron SDH sau SONET (standardul american). Modemurile sunt echipamente de emisie - recepie (modulator-demodulator) care modulaz numeric un semnal analogic. Semnalele analogice sunt semnale continue n timp i nivel. Semnalele discrete sunt discontinue n timp, nivel sau n ambele domenii. Trecerea de la un semnale continuu la unul discret se face prin eantionare n timp i cuantizare n nivel (amplitudine). Fiecare nivel de amplitudine poate fi reprezentat n cod binar, rezultnd semnalul numeric binar. Rata de eantionare reprezint numrul de de eantioane de semnal trimise n linie n unitatea de timp (secund). Se msoar n bauds (Bd). Rata semnalului binar sau rata de transmisie, RT, reprezint numrul de simboluri binare (1 i 0) trimise n linie n unitatea de timp. Se msoar n bii pe secund (bps). Rata de modulaie, RM, reprezint numrul de schimbri pe secund a unei valori semnificative a semnalului. Se msoar n bauds (Bd). O mrime semnificativ poate fi, de exemplu, amplitudinea semnalului. Ea poate lua dou valori, 1 i 0, n cazul semanlelor binare sau, n general, N valori. Alte mrimi semnificative pot fi frecvena semnalului, faza sa etc. Rata de transmisie i rata de modulaie sunt legate prin relaia:

RT (bps ) = RM ( Bd ) log 2 N

(2.4)

unde N este numrul de valori semnificative ale parametrului semnalului modulat Viteza maxim a informaiei pe bucla de abonat din sistemul telefonic, dac se folosesc modemuri adecvate, este aproximativ 56 kbps, limitat din cauza atenurii i a zgomotelor din linie. Necesitatea introducerii serviciilor de band larg la abonat a impus gsirea altor soluii de cretere a vitezei n bucla de abonat. Au aprut aa-numitele soluii DSL (Digital Subscriber Line), cu 2 variante: ADSL (Asimetric DSL) i HDSL (High DSL). ADSL-urile trebuie s asigure fluxuri de date n ambele sensuri, de la abonat la comutator i invers. ADSL-ul este caracterizat de vitez mic de la abonat la centrala telefonic (pn la 1Mbps) i vitez mare (pn la 8 Mbps) invers. Acest lucru este posibil deoarece este nlturat limitarea de frecven 300-3400 Hz din central. ADSL-urile trebuie s funcioneze pe liniile existente fr a influena legtura telefonic sau faxul existente. Practic furnizorii ADSL ofer 64kbps pe fluxul ascendent i 256kbps pe fluxul descendent. Partajarea spectrului de frecven disponibil pe linia de abonat (aprox. 1.1MHz pe distana de 5km) se face satfel: - partea inferioar, aproximativ 4kHz pentru telefonie vocal - partea central pn spre 100kHz pentru fluxul ascendent - partea superioar 100kHz1100kHz pentru fluxul descendent. O alternativ a ADSL este DTM (Discrete Multitone), ton multiplu discret, n care spectrul buclei de abonat de aprox. 1,1MHz este divizat n 256 de canale independente de 4,312 kHz fiecare. Canalul 0 este folosit pentru serviciul telefonic tradiional (POTS Plane Old Telephone Service), canalele 1 5 nefolosite pentru evitarea interferenelor iar din restul de 250, dou sunt pentru controlul fluxurilor ascendent i descendent, celelalte 248 fiind la dispoziia utilizatorului.

28

256 canale de cca 4 kHz

f0 1.... 5 6 7 256

1100kHz

Voce liber

flux ascendent

flux descendent

Fig. 2.3 a) Varianta ADSL cu DTMComutator telefonic Coder vocal PCM Separator de fercven DSLAM Modem ADSL Linie tf. analogic (bucl local) NID Tf Separator fercven

Spre ISP Oficiu telefonic final

Ethernet/ USB

Locuin clientNID -Network Interface Device ISP- Internet Service Provider DSLAM- Digital Subcscriber Line Access Multiplexer

Fig.2.3 b) Configuraie tipic de echipament ADSL

2.3 Protocoale de nivel fizic n reele de calculatoare2.3.1. Reeaua EthernetStandardul IEEE 802.3, recunoscut i ISO 8802.3, cuprinde o ierarhie format din urmtoarele protocoale: - un protocol pentru nivelul fizic (de fapt un evantai de protocoale posibile a se folosi pentru nivelul fizic); - un protocol pentru subnivelul MAC, bazat pe algoritmul de acces la mediu CSMA/CD i acceptnd ca protocol al subnivelului LLC superior, standardul IEEE 802.2. Subnivelele MAC i LLC aparin nivelului 2, nivelul legtur de date. Standardul IEEE 802.3 s-a bazat initial, la nivel fizic, pe o arhitectura de tip magistral cu cablu coaxial i a evoluat ctre topologia de stea, bazat pe cablu torsadat UTP i fibr optic. Vitezele de transmisie prevzute de standard pentru diversele variante de medii sunt de 1Mbps, pentru varianta 1Base5 i 10Mbps pentru versiunile: 29

10Base5, 10Base2, 10Broad36, toate bazate pe cablu coaxial; 10BaseT pentru cablul cu perechi de fire rsucite UTP; FOIRL, 10BaseFP, 10BaseFB, 10BaseFL pentru fibra optic. Reelele care lucreaz la viteze peste 10Mbps sunt considerate reele de mare vitez i sunt prezentate sub denumirea de LAN de mare viteza HSLAN (High Speed LAN). Standardele 10Base5, 10Base2, 10Broad36 bazate pe cablu coaxial sunt depite n prezent. -

Fig. 2.5 Protocoalele de nivel fizic i legtur de date n reele Ethernet

Standardul 10BaseTStandardul 10BaseT constituie o prima abordare structurat a problemelor legate de dezvoltarea reelelor, n sensul ca staiile ataate sunt legate toate la un repertor multiport (numit i hub), sunt conectate mpreun, nu sunt inserate fiecare n diverse locuri ale mediului. Standardul specific caracteristicile unitii de ataare la mediu i caracteristicile mediului de transmisie, legate de transmisia la 10MHz, n banda de baza i pe un segment de cablu torsadat (twisted pair, de unde i indicativul 'T' din al treilea cmp al numelui standardului). Conform acestui standard, singura modalitate de conectare a dou staii este printr-o legtur punct-la-punct, de unde necesitatea utilizrii repetoarelor multiport, pentru conectarea a mai mult de dou staii, formandu-se astfel o topologie stelar. La nivel MAC se implementeaz identic protocolul 802.3. Principalele funcii ale unui transceiver 100BaseT sunt cele obinuite pentru un transceiver 802.3, cu particularitatile proprii mediului de transmisie, si anume: -transmisia datelor primite de la interfaa 802.3, date codificate Manchester, ctre mediu, respectiv ctre perechea de linii de transmisie date TD (Data Transmitting); n lipsa datelor de transmis, se transmite pe linie un semnal idle TP_IDL, care este de fapt o secven specific de impulsuri; -recepia datelor de pe perechea de linii RD (Data Receiving) i transmiterea ctre interfat; -detectarea semnalului de coliziune n mediu (pe liniile RD) si elaborarea semnalului corespunzator ctre interfa; -generarea de semnal de test pentru circuitele de detectare a coliziunii (semnal SQET); 30

-funcia de buclare (loop-back), prin care datele transmise catre mediu sunt transmise n ecou napoi ctre interfa; -funcia de test integritate a legturilor, bazat pe faptul ca dac o perioad de timp (50-150ms) nu se primete semnal de date sau semnal TP_IDL, se considera cdere de linie. Un segment 10BaseT este constituit dintr-un cablu torsadat format din cel puin dou perechi de fire rsucite, cu urmtoarele caracteristici: -impedana de 100 + 15 ohmi, pentru frecvene de pn la 16MHz; -lungimea de maxim 100m (n timp aceasta a fost mrit datorit folosirii cablurilor UTP de categoria 5, pentru care diafonia i atenuarea au sczut mult; se poate lucra aici pn la 165m); -viteza de propagare a semnalului electric este de cel putin 0,585c (c fiind viteza luminii); -atenuarea este de maxim 11,5dB. Reteaua 10BaseT prezint avantajele legate de raportul cost/performan, de uurina de instalare i gestionare a reelei, de modernizare, fiind modelul ideal pentru reelele dedicate grupurilor de lucru.

Standardul pentru fibra optic 10BaseFSetul de standarde 10BaseF reglementeaz folosirea cablu1ui cu fibra optic pentru un LAN 802.3. Este compus din urmtoarele standarde: -10BaseFP, bazat pe steaua pasiv; -10BaseFB, bazat pe transmisia sincron pe fibra optic; -10BaseFL, o mbunataire a standardului FOIRL.

Standardul 10BaseFBO alta posibilitate de folosire a fibrei optice este dat de standardul 10BaseFB, care descrie condiiile necesare folosirii cablului de fibr optic ca i coloan vertebral (backbone) ntre dou repetoare. Cmpul FB din nume semnific exact folosirea fibrei optice ca backbone. Transmisia este de tip sincron, lucru care face eficace folosirea de echipamente transceiver tolerante la erori (faulttolerant). Aceste echipamente sunt dotate cu dou porturi (interfee) pentru accesul la mediu, una principal i una de restaurare, care intr n funciune la defectarea primei.

Standardul 10BaseFLStandardul 10BaseFL se refer la problemele folosirii optice ca legatur (Link) ntre repetoare sau staii ale unui LAN 802.3. Legturile pot fi de tip punct-la-punct sau stelare (dac sunt folosite repetoare multiport). Un segment 10BaseFL const ntr-o conexiune punct-la-punct prin fibra optic ntre dou uniti MAU (uniti legate prin cabluri la repetoare sau staii). El poate avea o lungime de pn la 2000m. Transceiver-ul este compatibil cu MAU FOIRL i are aceleasi caracteristici optice precum MAU 10BaseFB.

31

2.3.5 Reeaua Fast Ethernet 100BaseXReea Ethernet la 10Mbps nu mai poate asigura nevoile de vitez crescut datorit noilor aplicaii, ndeosebi aplicaii multimedia, care solicit o band de frecvene superioar, deci operarea la vitez ridicat. S-au cutat soluii pentru realizarea unei noi reele, tot de tip Ethernet, dar de viteza superioar. De asemenea organizaiile de standardizare au creat grupuri speciale de lucru pentru reproiectarea unei reele Ethernet rapide. Astfel a fost creat grupul de lucru IEEE pentru elaborarea standardului 802.13 (pentru reea 100BaseX), precum i o asociaie FEA (Fast Ethernet Alliance) pentru promovarea produselor i standardizarea n domeniul reelei Ethernet rapide. Mai popular dect numele 100BaseX este denumirea Fast Ethernet, larg cunoscut printre utilizatori. Fast Ethernet este definit pentru trei implementri fizice diferite: - reea 100BaseTX utilizeaz cabluri torsadate UTP de categoria 5, cte dou perechi de fire pentru fiecare direcie de transmisie; ea foloeste aceleai perechi de fire i configuraii de pini, aceeai topologie ca reeaua 10BaseT. n plus, ea lucreaz full duplex la 100Mbps, i pentru a asigura compatibilitatea la nivelul fizic cu standardul FDDI, utilizeaz codarea 4B/5B. - reea 100BaseFX utilizeaza fibra optic multimodal; constituie dezvoltarea retelei de tip 10BaseFL, folosit pentru legturi punct-la-punct, pe o lungime de pn la 2km. Reeaua 100BaseFX are aceei utilitate, asigur aceeai distan de legare ntre dou repetoare, dar la viteza de 100Mbps, n mod full duplex. - reea 100BaseT4 pentru posibilitatea utilizrii cablurilor torsadate UTP cu patru perechi de fire, categoria 3; este necesar ns ca toate cele patru perechi s fie conectate ntre nod i hub (la 10BaseT exista posibilitatea utilizrii a numai dou perechi). n aceasta implementare, datele transmise/recepionate de interfaa vor fi multiplexate/demultiplexate pe trei perechi de fire ale cablului, a patra fiind folosit pentru controlul coliziunii. Pentru aceasta se utilizeaz o tehnic special de codare 8B/6T, folosind semnale ternare. Avnd la dispoziie trei perechi de fire pentru transmisie i folosind semnale ternare, se pot codifica pn la 27 de simboluri, deci pe cele trei fire se pot transmite n cursul unei perioade de ceas cte 4 bii. Cum viteza de sernnalizare folosit este de 25MHz (deci cu puin superioar celei de 20MHz, folosit pentru codarea Manchester utilizat de reeaua 10BaseT), vitez care este suportat de cablurile UTP categoria 3, per global se va obine o vitez de transmisie de 100Mbps.

2.3.6 Reeaua Gigabit EthernetDezvoltarea reelelor Ethernet a continuat n ultimii ani cu propunerea de standard i realizarea reelei Ethernet la 1000Mbps. Fore reunite ale IEEE, prin comitetul de lucru 802.3z sau 802.3ab i colective din cadrul organizaiei Fast Ethernet Alliance au pus n discuie deja o variant de standard pentru reeaua 1000BaseT, bazat pe cablul torsadat, sau reeaua 1000BaseLX, bazat pe fibr optic. Deoarece toate aceste reele poart numele generic Gigabit Ethernet, se va folosi i aceast denumire pe parcurs. Gigabit Ethernet definete acelai format de cadru, folosete metoda de acces CSMA/CD, are aceleai mecanisme de control i management ca reeaua tradiionala i opereaz de 100 ori mai repede. Ca medii fizice se utilizeaz cu precdere a cablului torsadat de categoria 5, de categoria 6 (suporta transmisie la 200MHz) i categoria 7 (poate transporta semnal la 600MHz) precum i fibra 32

optic. Reeaua, numit 1000BaseT prevede o lungime a cablurilor ntre staii i concentrator de peste 100m, supunndu-se normelor EIA/TIA 568.

2.4 Reele locale fr fir - WLANReelele fr fir, numite i reele WLAN (Wireless LAN), au o dezvoltare important, datorat progreselor n comunicaiile digitale, comunicaiile mobile i tehnologia semiconductoarelor. Dei nc performanele WLAN sunt inferioare reelelor cablate, ele constituie un complement la acestea. Ele au o dezvoltare i o utilitate similare cu cea avut de echipamentele de calcul mobile, precum calculatoarele notebook sau laptop. Ele prezint diverse avantaje fa de reelele cablate i anume: - prezint flexibilitate n poziionarea staiilor; - ofer usurin n instalarea, reconfigurarea i ntreinerea staiilor; - permit folosirea de staii mobile. Necesitatea de a dezvolta un model de operare care s asigure compatibilitatea ntre diverii producatori de echipamente WLAN, a fcut ca organizaiile de standardizare IEEE i ETSI (European Telecommunications Standards Institute), s organizeze un grup de lucru pentru elaborarea unui standard pentru WLAN, folosindu-se de asemenea experiena acumulat n cadrul forumului WLI Forum (Wireless LAN Interoperability Forum). Astfel a aprut standardul 802.11, standard pentru reelele WLAN, comparat ca importan cu standardul 802.3 pentru reelele LAN obinuite. Dup lungimea de und folosit, reelele WLAN se pot considera a fi: - bazate pe raze infraroii; - bazate pe unde radio; - bazate pe microunde. Standardul 802.11 se ocup n principal de dou nivele, dezvoltnd protocoale specifice pentru: - nivelul fizic, unde menioneaz posibilitatea alegerii a trei tehnologii de nivel fizic, unua bazat pe radiaie optic n infrarrou i alte dou pe unde radio n banda ISM. Posibilitatea folosirii mai multor nivele fizice este avantajoas pentru c d oportunitatea utilizatorilor de a exploata avantajele fiecreia, dar are dezavantajul c necesit specificarea adiional a tipului de mediu folosit i a vitezei de operare a datelor (necesar a fi cunoscut la nivelul de operare al WLAN, pentru asigurarea interoperabilitii). - accesului la mediu, propunnd protocolul accesului multiplu cu detectarea purttoarei i evitarea coliziunii CSMA/CA, gsit cel mai potrivit pentru specificul transmisiilor cadrelor (transmisie asincrona i cu timp limitat pentru ajungerea cadrelor la destinaie).

WLAN bazat pe raze infraroiiPentru o reea WLAN avnd nivelul fizic bazat pe folosirea razelor infraroii, fiecare staie legat n reea posed un echipament de conectare (transceiver) alctuit dintr-un LED (Light Emitting Diode) sau DL (diod laser) ce emite n infrarou i o fotodiod funcionnd pe aceeai lungime de und. Se pot folosi trei moduri de conectare a staiilor:

33

-

conectarea punct-la-punct, ce implic alinierea transceiverelor pentru a se putea vedea reciproc; acest mod de conectare este de folos n reele de tip inel, Token Ring de exemplu, putndu-se prevedea o distan ntre staii de pn la 10m; n acest mod se pot realiza LAN n cadrul unei sli sau cldiri; - conectarea folosind propagarea prin semi-difuzie; - conectarea folosind propagarea prin difuzie total.

Ultimele dou moduri folosesc pentru propagarea fascicolului luminos suprafee pentru reflectarea razelor infraroii, fie suprafee pasive (precum tavanul sau pereii ncperii), cazul metodei cu difuzie total, fie suprafee active (numite satelii), cu rol de amplificare i direcionare a semnalului, cazul semi-difuziei. Aceste dou ultime metode sunt folosite la implementarea WLAN cu difuzie (broadcast), precum reele de tip Ethernet. Realizrile practice acoper viteze de transmisie de pn la 16Mbps (cazul reelelor de tip Token Ring), reelele ocupnd un spaiu limitat, de obicei o singur ncpere.

WLAN bazat pe unde radio n banda ISMn spectrul electromagnetic, anumite benzi de frecvene sunt alocate, prin reglementri internaionale, unor aplicaii civile, n domeniul industrial, tiinific i medical, de unde vine i denumirea de banda ISM (benzile sunt alocate de ctre Federal Communication Comitee). Sunt alocate trei domenii ISM: ISM# 1, cu banda de frecvene 902 - 928MHz; ISM#2, cu banda 2400 - 2483MHz; ISM#3, cu banda 5725 - 5850MHz.

In ultimii ani, operatorii WLAN au folosit intens aceste benzi, ndeosebi ultimele dou (pentru benzile ISM nu este necesara licena, singura restricie este s nu se emit la o putere superioar de 1 W), ajungndu-se la un nivel de interferen ce coboar calitatea comunicaiei. S-a fcut necesar utilizarea unei metode de modulare noi, folosit pn atunci doar pentru transmisiile militare, metoda numita modularea prin lrgirea spectrului (spread spectrum modulation). n esen ea const n rspndirea (distribuirea) energiei unui semnal de banda limitat, n cadrul unei benzi mult mai largi, densitatea spectral a energiei scznd. Se obine astfel un semnal cu o energie inferioar celui a zgomotului de fond ambiental, deci semnalul devine imperceptibil, iar interferenele sunt minime. Standardul 802.11 definete la nivel fizic dou tehnici pentru obinerea unui semnal de band limitat cu spectru lrgit: - semnal de spectru lrgit cu secveniere direct DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Tehnica presupune folosirea pentru transmiterea fluxului de bii, a unei purttoare de frecven variabil, frecven dat de o funcie de distribuie. Aceast funcie este cunoscut att de emiator ct i de receptor. Standardul definete rate de bii de 1 sau 2 Mbps, folosindu-se canale de transmisie de 26MHz, n cadrul benzii de 2,4-2,483GHz. - semnal de spectru lrgit cu salturi de frecven FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). Tehnica presupune c att emitorul ct i receptorul s lucreze n rafal, trecnd de la o frecven la alta n mod sincron, dup un ablon de frecvene cunoscut. Standardul opereaz de asemenea la 2,4GHz, folosind 79 de canale de 1MHz fiecare. Fiecare sub-banda folosete minim 2,5 salturi/sec. 34

La nivelul protocoalelor pentru accesul la mediu (protocoale MAC), standardul propune metoda accesului multiplu prin detectarea purttoarei i evitarea coliziunii (CSMA/CA). Fiind un protocol bazat pe rezervare, nu pe concuren, alocndu-se un punct central de control, metoda devine eficient pentru aplicaiile WLAN, asigurnd o utilizare eficient a spectrului.

2.7 Accesul la reelele publice2.7.1 Nivelul fizic al accesuluiReelele de calculatoare de arie medie sau larg utilizeaz n multe cazuri reele publice sau private de transport a datelor. Pentru aceasta ele trebuie s acceseze i s foloseasc infrastructura de comunicaii. Reelele publice stabilesc legturi ntre dou elemente ale reelei prin intermediul unor circuite comutate sau nchiriate, realizate prin funcii specifice de ctre centralele (comutatoarele) acesteia. Cel dinti i cel mai simplu serviciu pentru transmisiile de date a fost obinut prin utilizarea unui canal telefonic obinuit, accesat prin intermediul unui modem. Prin introducerea centralelor telefonice digitale a nceput procesul de nlocuire a liniilor telefonice analogice prin trunchiuri digitale de mare vitez, aprnd posibilitatea punerii la dispoziia constructorilor de reele a canalelor directe digitale, fcndu-se posibila dezvoltarea unor reele de mare ntindere cu o vitez ridicat i rat scazut de erori; n acest mod, doar linia de legare a utilizatorului ctre central (bucla local) a rmas cea clasic. Prin apariia reelelor publice comutate digitale ISDN (Integrated Services Digital Network), i aceast ultim legtur analogic (de la utilizator la central) este nlocuit, aprnd posibilitatea integrarii pe o linie telefonic a unor servicii diverse, precum: telefonie, transmisie de date, fax, video-conferine, telealarme, etc.

2.7.2 Interfaa serialToate echipamentele (terminale, calculatoare, routere) care se conecteaz la linia de transmisie telefonic, fie ea analogic, fie digital, folosesc pentru realizarea conectrii, interfaa serial. Standardele ITU-T au introdus notaiile DTE (Data Terminal Equipment - Echipament Terminal de Date) pentru echipamentele care se conecteaz (cele enumerate mai sus), i DCE (Data Circuit-Terminating Equipment - Echipament Terminator al Circuitului de Date) pentru aparatura de comunicaie folosit, cum ar fi modemul. Conectarea unui DTE cu un DCE constituie o parte a coninutului nivelului fizic. Exista numeroase standarde care definesc protocoale pentru acest tip de nivel fizic, precum RS-232, RS-449, V.24, V.35, primele dou fiind cele mai rspndite i fiind prezentate sintetic n continuare.

2.7.3 Standarde de transmisie n telefonia digitalSpre deosebire de comutarea circuitelor, care a stat la baza transmisiei prin intermediul liniilor telefonice comutate, transmisia bazat pe comutarea pachetelor asigur o mai buna utilizare a canalelor de transmisie. Aceast nou form de comutare este realizabil doar pe baza transmisiei digitale (numerice). Ea a dus la nlocuirea treptat a canalelor directe analogice cu cele digitale, legturile ntre centralele telefonice fiind realizate prin trunchiuri digitale de nalt vitez, folosind 35

tehnica de transmisie prin diviziune n timp