seminar internet

16
  - 1 - Introducere în Internet Ce este Internetul? ........................................................................................ 1 Definiţie şi concepte de baz ă ............................................................................ 1  Scurt istoric al Internetului .............................................................................. 3  Definiţia unui protocol de reţea ........................................................................ 4  Protocoalele TCP/IP ........................................................................................ 5  Arhitectura Internetului ................................................................................. 6 Componente ale Internetului.......................................................................... 8 Sisteme gazdă, servere şi clienţi ....................................................................... 8  Servicii de conexiune ...................................................................................... 9  Nucleul reţelei .............................................................................................. 10  Reţele bazate pe comutare de circuite ............................................................. 11  Reţele bazate pe comutare de pachete ............................................................ 12  Reţele bazate pe comutare de mesaje ............................................................. 14  Rutarea în reţele .......................................................................................... 15  Reţele ce folosesc datagrame ......................................................................... 15  Reţele ce folosesc circuite virtuale .................................................................. 15  Ce este Internetul? Defini ţ ie  şi concepte de baz ă Internetul este un termen nou, intrat de curând în vocabularul nostru de zi cu zi. Unii chiar abordează subiecte legate de "sindromul Internet" sau dependenţa de Internet. Nu vom analiza aici aspecte sociale în conexiune cu acest termen ci vom încerca să clarificăm definiţia acestuia, având în vedere că până şi mulţi utilizatori împătimiţi ai Internetului nu ştiu să fac ă deosebirea între Internet şi Web sau între serviciul de poştă electronică şi cel de transfer de fişiere. Trebuie să l ămurim de la început că nu se poate da o definiţie complexă a termenului de Internet în câteva rânduri. Având îns ă câteva noţiuni de bază şi o serie de caracteristici lămurite, ne putem face o privire de ansamblu asupra concepţiei de Internet. În primul rând, Internetul este o reţea de calculatoare (este, de fapt, o re  ţ ea de re  ţ ele) la nivel mondial prin intermediul cărora sunt interconectate milioane de echipamente de calcul (aici sunt incluse şi calculatoarele personale) din întreaga lume. O reţea de calculatoare reprezintă o colec  ţ ie de calculatoare interconectate  între ele, adică sunt capabile să schimbe informaţie între ele [Tanenbaum, 1996]. Pe de altă parte, Internetul este denumirea celei mai vaste grupări de surse de informaţie din lume. Reţeaua de care vorbeam mai înainte are o

Upload: footmuste

Post on 05-Oct-2015

21 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

...

TRANSCRIPT

  • - 1 -

    Introducere n Internet

    Ce este Internetul? ........................................................................................ 1 Definiie i concepte de baz ............................................................................ 1 Scurt istoric al Internetului .............................................................................. 3 Definiia unui protocol de reea ........................................................................ 4 Protocoalele TCP/IP ........................................................................................ 5

    Arhitectura Internetului ................................................................................. 6 Componente ale Internetului .......................................................................... 8

    Sisteme gazd, servere i clieni ....................................................................... 8 Servicii de conexiune ...................................................................................... 9

    Nucleul reelei .............................................................................................. 10 Reele bazate pe comutare de circuite ............................................................. 11 Reele bazate pe comutare de pachete ............................................................ 12 Reele bazate pe comutare de mesaje ............................................................. 14

    Rutarea n reele .......................................................................................... 15 Reele ce folosesc datagrame ......................................................................... 15 Reele ce folosesc circuite virtuale .................................................................. 15

    Ce este Internetul?

    Definiie i concepte de baz

    Internetul este un termen nou, intrat de curnd n vocabularul nostru de zi cu zi. Unii chiar abordeaz subiecte legate de "sindromul Internet" sau dependena de Internet. Nu vom analiza aici aspecte sociale n conexiune cu acest termen ci vom ncerca s clarificm definiia acestuia, avnd n vedere c pn i muli utilizatori mptimii ai Internetului nu tiu s fac deosebirea ntre Internet i Web sau ntre serviciul de pot electronic i cel de transfer de fiiere.

    Trebuie s lmurim de la nceput c nu se poate da o definiie complex a termenului de Internet n cteva rnduri. Avnd ns cteva noiuni de baz i o serie de caracteristici lmurite, ne putem face o privire de ansamblu asupra concepiei de Internet.

    n primul rnd, Internetul este o reea de calculatoare (este, de fapt, o reea de reele) la nivel mondial prin intermediul crora sunt interconectate milioane de echipamente de calcul (aici sunt incluse i calculatoarele personale) din ntreaga lume. O reea de calculatoare reprezint o colecie de calculatoare interconectate ntre ele, adic sunt capabile s schimbe informaie ntre ele [Tanenbaum, 1996].

    Pe de alt parte, Internetul este denumirea celei mai vaste grupri de surse de informaie din lume. Reeaua de care vorbeam mai nainte are o

  • - 2 -

    dimensiune extins la mrimea planetei noastre i cuprinde o cantitate inimaginabil de resurse fizice, logice, informaionale.

    Printre echipamentele interconectate se gsesc: calculatoare personale, staii de lucru Unix, servere de Web sau de e-mail, laptop-uri, pagere, telefoane mobile, etc. De curnd au fost conectate la Internet i dispozitive electrocasnice, cum ar fi frigiderul sau cuptorul cu microunde. Se prevede c n viitor multe dintre echipamentele electrocasnice vor dispune de conexiune Internet. Toate aceste echipamente sunt denumite sisteme gazd (hosts sau end systems). Aplicaiile Internet care ne sunt tuturor foarte familiare (pota electronic sau web-ul) sunt de fapt, aplicaii de reea ce ruleaz pe aceste sisteme gazd.

    Pentru a comunica ntre ele, sistemele gazd folosesc aa numitele protocoale pentru controlul transmiterii, recepiei i coreciei informaiilor care circul prin Internet. Mai multe despre protocoale n continuarea capitolului. Dintre aceste protocoale, TCP (Transmission Control Protocol) i IP (Internet Protocol) sunt cele mai importante protocoale folosite n Internet. De asemenea, pentru asigurarea conexiunii ntre ele, sistemele gazd folosesc legturi de comunicaie ce constau din diverse tipuri de cabluri, printre care cablu coaxial, torsadat, fibr optic sau pot fi conexiuni fr fir, prin unde radio, de exemplu. Una dintre caracteristicile importante ale acestor legturi este viteza teoretic de transfer a datelor care este denumit lime de band (bandwidth) i care se exprim n bii sau multipli ai acestora pe secund.

    Sistemele gazd nu sunt interconectate direct ntre ele, ci prin intermediul unor dispozitive intermediare denumite rutere. Pe scurt, un ruter este un dispozitiv care preia informaia ce ajunge la el prin intermediul uneia dintre legturile (de intrare) de comunicaie i o trimite mai departe pe o alt legtur (de ieire) de comunicaie. Formatul informaiilor care sunt recepionate i transmise mai departe ntre rutere i sistemele gazd sunt precizate de protocolul IP. Acest protocol reprezint "limbajul universal" al Internetului i de aceea se mai numete i "Internet dial tone". Drumul pe care l parcurg informaiile de la transmitor la receptor poart numele de rut (route sau path) n reea.

    Modalitatea de stabilire a unei conexiuni n Internet (pentru a putea transmite informaii de la un transmitor la un receptor) se bazeaz pe o tehnic denumit comutare de pachete, care permite mai multor sisteme s comunice pe o rut (sau o poriune dintr-o rut) Internet, n acelai timp. Topologia Internetului (structura sistemelor conectate la Internet) este ierarhizat n modul urmtor: la baz sunt sistemele gazd conectate la un ISP (Internet Service Provider - Furnizor de Servicii Internet) local prin intermediul unor reele de acces, furnizorii locali sunt conectai la nite furnizori naionali sau internaionali, iar acetia din urm sunt conectai mpreun la cel mai nalt nivel din aceast ierarhie.

    Este interesant de remarcat faptul c pot fi adugate noi componente sau nivele (noi reele sau noi reele de reele) n aceast topologie ierarhic ntr-o manier foarte simpl, aa cum ai aduga noi piese ntr-un joc de Lego [Kurose 2001]. Internetul a crescut n ultimii ani i continu s creasc ntr-un ritm exponenial: dac n prima jumtate a lui 1996 au fost adugate aproximativ 3.000.000 de host-uri (sisteme gazd) [Network 1996], n prima jumtate a lui 2001 au aprut 16.000.000 de noi host-uri conectate la Internet [Network 2001].

  • - 3 -

    Aceast reea uria care este Internetul nu ar fi s-ar fi putut crea dac nu ar fi fost create, testate i implementate o serie de standarde. Dac n faza incipient a reelelor de calculatoare (anii 1970) era imposibil s interconectezi computere provenite de la diveri productori (un computer IBM cu un server Gateway, spre exemplu) datorit incompatibilitii protocoalelor folosite, treptat s-a ajuns la concluzia c trebuie folosite standarde generalizate de comunicaie pentru a putea interconecta diverse echipamente provenite de la diveri productori. Astfel au luat fiin aa numitele standarde deschise (open-standards) i necesitatea conectivitii indiferent de platform (cross-platform). Aceste standarde sunt dezvoltate de organisme internaionale specializate, precum IETF (Internet Engineering Task Force) ale cror documente poart denumirea de documente RFC (Request For Comments). Dup cum reiese i din denumirea original (cereri pentru observaii, comentarii), RFC-urile s-au nscut pentru a rezolva problemele arhitecturale ale predecesorilor Internetului.

    Documentele RFC au evoluat astfel nct acum sunt adevrate standarde, documente tehnice i detaliate, care cuprind definiii de protocoale cum ar fi TCP (Transmission Control Protocol), IP (Internet Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) sau HTTP (Hyper Text Transfer Protocol). La ora actual exist peste 2000 de documente RFC. Copii ale documentelor RFC sunt gzduite de numeroase site-uri Web. Una dintre aceste locaii este la Institutul de tiine ale Informaiei (ISI Information Sciences Institute - http://www.rfc-editor.org). Alte locaii sunt: http://www.faqs.org/rfcs, http://www.pasteur.fr/other/ computer/RFC i http://www.csl.sony.co.jp/rfc/.

    Internetul este un domeniu public, care cuprinde, dup cum am mai spus, o varietate de reele publice ale unor companii private, instituii educaionale sau guvernamentale. Exist ns i reele asemntoare private, ale cror calculatoare gazd nu sunt accesibile din afara reelei respective. O astfel de reea se numete intranet i de regul folosete aceleai tehnologii ca cele folosite n Internet.

    Scurt istoric al Internetului

    Funcionarea Internetului se bazeaz pe protocolul TCP/IP, care este de fapt o colecie de protocoale dintre care cele mai importante sunt TCP i IP, de unde provine i denumirea de TCP/IP. De multe ori ntlnim denumirea de stiv de protocoale TCP/IP (TCP/IP Protocol Stack). Pentru a nelege funcionarea unei reele TCP/IP (bazat pe TCP/IP) trebuie s cunoatem o serie de considerente care au stat la baza naterii reelei Internet i a stivei de protocoale TCP/IP.

    Dac la nceputurile dezvoltrii sistemelor de calcul comerciale (sfritul anilor '60, nceputul anilor '70) companiile foloseau arhitecturi i protocoale proprietare (ce aparineau unui anumit productor), treptat s-a ajuns la nevoia de a achiziiona echipamente provenite de la mai muli productori. Aceste echipamente trebuiau interconectate i fcute s lucreze mpreun pe baza acelorai standarde i protocoale.

    Utilizarea computerelor n programul ageniei americane de stat ARPA (Advanced Research Projects Agency) din cadrul Departamentului de Aprare (DOD Department Of Defense) a condus la elaborarea coordonrii dezvoltrii unei reele independente de productor pentru a conecta marile centre de cercetare. Necesitatea unei astfel de reele a fost prima prioritate a acestui

  • - 4 -

    program, avnd n vedere c, iniial, fiecare centru de cercetare folosea tehnologii proprietare. Anul 1968 a marcat nceputul elaborrii unei reele bazate pe comutare de pachete, care mai trziu a devenit reeaua ARPAnet.

    Reeaua ARPAnet a fost prima reea de calculatoare de arie larg (WAN Wide Area Network) din lume, conceput s permit unor pachete de date s fie rutate n reea ca entiti de sine stttoare. Acest lucru a reprezentat o revoluie n domeniu, deoarece reelele anterioare se bazau pe comutarea de circuite, ce nsemna stabilirea de conexiuni dedicate ntre dou locaii pentru ca acestea s poat schimba date. Mai mult, ARPAnet oferea pentru prima dat posibilitatea interconectrii mai multor locaii ntr-o topologie neregulat, permind datelor s circule ntre oricarea dintre aceste locaii pe diverse rute. Conceptul de baz era urmtorul: dac una din locaii era distrus (eventual bombardat ntr-un rzboi s nu uitm c era vorba despre un proiect militar), acest lucru nu afecta comunicaiile dintre celelalte locaii care fceau parte din reea.

    n aceeai perioad de timp i ali furnizori de servicii de reea au nceput s dezvolte conexiuni cu locaii din reeaua ARPAnet, ceea ce a dus treptat la apariia termenului de Internet. n anii urmtori tot mai multe organizaii au fost adugate n ARPAnet, n paralel cu dezvoltarea altor reele i tehnologii de reea, precum Ethernet.

    Toate aceste dezvoltri ulterioare au condus la concluzia c este nevoie de o serie de protocoale de reea care s opereze la un nivel superior celui fizic, astfel nct s se permit schimbul de informaii ntre diverse reele fizice. Aceste protocoale trebuiau implementate n software deasupra oricrei topologii de reea, indiferent c era vorba despre o reea de arie larg WAN cu comutare de pachete (ARPAnet) sau o reea local LAN (Local Area Network) Ethernet sau Token Ring.

    Definiia unui protocol de reea

    Unul din termenele cele mai folosite atunci cnd este vorba de o reea de calculatoare sau de Internet este termenul de "protocol". Vom prezenta n continuare o definiie i cteva exemple pentru a putea identifica un protocol.

    Un protocol de reea este asemntor unui protocol uman, excepie fcnd obiectele comunicrii: n loc s avem de-a face cu oameni, avem de-a face cu componente hardware sau software ale reelei. Toate activitile dintr-o reea de calculatoare (deci i din Internet) sunt bazate pe funcionarea unui anumit set de protocoale. De exemplu, comunicarea dintre dou calculatoare n reea se face prin protocoale implementate n hardware la nivelul plcii de reea pentru controlul fluxurilor de bii transmii prin intermediul suportului fizic; protocoalele de control al congestiilor au grij s controleze viteza de transmitere a datelor ntre un transmitor i un receptor iar protocoalele de pot electronic guverneaz modalitatea de transmitere i de recepie a mesajelor de tip e-mail.

    n figura 1 este prezentat cazul n care un calculator face o cerere unui server Web (asta se ntmpl n momentul n care scriem adresa web n fereastra browserului), se primete un rspuns afirmativ de conexiune din partea serverului i apoi calculatorul folosete un mesaj de tip "GET" pentru a recepiona pagina respectiv. n cele din urm, serverul returneaz coninutul fiierului ctre calculatorul care a fcut cererea.

  • - 5 -

    Ca urmare a analogiei cu comportamentul uman, putem da urmtoarea definiie a protocolului: un protocol definete formatul i ordinea mesajelor schimbate ntre dou sau mai multe entiti ce comunic ntre ele, precum i aciunile ce sunt ntreprinse odat cu transmiterea sau recepia unui mesaj sau a unui alt eveniment.

    Figura 1 Analogie ntre un protocol uman i un protocol de reea

    Protocoalele TCP/IP

    Naterea Internetului a dus n 1973 la nceputul dezvoltrii stivei de protocoale TCP/IP, care se dorea a fi o colecie de protocoale de reea bazate software care s permit oricrui sistem s se conecteze cu orice alt sistem, folosind orice topologie de reea. Cinci ani mai trziu, n 1978, era gata versiunea 4 IP, adic aceeai versiune pe care o folosim i astzi. Imediat dup aceea au nceput s apar o serie de semnale pozitive n legtur cu recunoaterea TCP/IP: Universitatea Berkeley din California a ncorporat stiva de protocoale TCP/IP n versiunea proprie de UNIX-FreeBSD (distribuit gratis) ce avea s devin cel mai folosit sistem de operare n comunitile academice i de cercetare.

    Introducerea la scar larg a suitei de protocoale TCP/IP a produs o serie de schimbri majore n lumea reelelor de calculatoare. n primul rnd, topologia de baz a unei reele era concentrat pe un nod central, n care fiecare sistem ataat trimitea datele unui nod central (pe post de dispecer) pentru a fi procesate. Cu alte cuvinte, utilizatorii din reea nu aveau independen n lucru, orice procesare, tiprire la imprimant, etc. trebuind s treac pe la nodul central.

  • - 6 -

    Figura 2 Arhitectura general a Internetului

    Odat cu introducerea TCP/IP, lucrurile s-au schimbat: s-a introdus

    "descentralizarea", astfel nct fiecare echipament din reea era tratat independent i complet funcional, fr a mai depinde de un nod central. Comunicarea cu alt echipament din reea se putea face acum direct, fr s se comunice mai nti cu nodul central. Reelele bazate pe protocolul IP sunt oarecum anarhice, fiecare echipament acionnd pe cont propriu ca o unitate autonom, responsabil pentru serviciile de reea proprii [Hall 2000]. Aceast concepie arhitectural a permis partajarea aplicaiilor i a resurselor la scar larg, avnd n vedere c un model centralizat top-down nu era viabil n cazul existenei a milioane de echipamente larg rspndite. n plus, acest model oferea siguran n exploatare n cazul "cderii" unei componente din reea, n contrast cu modelul centralizat n care toat funcionarea se oprea n cazul "cderii" nodului central.

    Arhitectura Internetului

    De-a lungul timpului, ARPAnet a evoluat ntr-o "reea de reele", folosind TCP/IP i conectnd ntre ele diverse organizaii comerciale, educaionale, politice, etc. A rezultat astfel o structur general destul de neregulat a Internetului (Figura 2). n reeaua Internet exist:

    Furnizorii de servicii Internet care asigur clienilor acces la Internet - ISP (Internet Service Provider);

  • - 7 -

    Furnizorii de servicii de reea, care asigur conexiunile ntre furnizorii de acces la Internet din ntreaga lume - NSP (Network Service Provider sau Backbone Provider);

    n figur se mai pot observa aa numitele NAP (Network Access Points) care reprezint punctele de acces la reea.

    Astzi se tinde spre o arhitectur mai structurat, organizat ierarhic ca un arbore (Figura 3).

    La primul nivel din arbore se afl civa furnizori de servicii care ofer majoritatea serviciilor de interconectare la nivel unei ri sau la nivel mondial, care se numesc furnizori naionali. Majoritatea acestor firme sunt mari companii de telecomunicaii specializate n reele de scar larg.

    Pe urmtorul nivel n arbore gsim furnizorii de acces Internet sau de servicii Internet (ntlnii uneori i sub denumirea de IAPs Internet Access Providers) pe care i denumim furnizori regionali. Acetia ofer acces la nivel unei localiti sau regiuni geografice restrnse, avnd servicii de conexiune la viteze mai reduse dect furnizorii naionali.

    Figura 3 Structura ierarhic a Internetului

    Urmtorul nivel l constituie clienii reelei (fie ei clieni PC sau servere) ce sunt conectai prin intermediul unui furnizor de servicii Internet la un punct de acces la reea, de unde se face legtura spre ntreaga reea Internet.

    Punctele de acces la reea sunt, de regul, bazate pe tehnologie ATM i FDDI; n Statele Unite cele mai cunoscute astfel de companii sunt: PacBell, Sprint, MAE-East i MAE-West.

  • - 8 -

    Componente ale Internetului

    Sisteme gazd, servere i clieni

    Computerele folosite n jargonul reelelor de calculatoare sunt denumite, de regul, calculatoare gazd (hosts) sau sisteme terminale (end-systems). Denumirea de calculator gazd provine de la faptul c acesta gzduiete programe de nivel aplicaie (program de e-mail, navigator web sau program de chat). Denumirea de sisteme terminale provine de la faptul c ele se afl la "marginea" Internetului (vezi figura 4). Calculatoarele gazd se mpart n dou categorii: clieni i servere. Clienii sunt reprezentai de calculatoare PC sau staii de lucru, n timp ce serverele sunt calculatoare mai puternice care au de obicei funcionaliti specifice: pot fi servere de baze de date, servere de mail sau servere de Web, etc. Sintagma client/server este ns cu mult mai important n cadrul reelelor de calculatoare, avnd n vedere faptul c majoritatea acestora folosesc modelul client/server. Conform acestui model, un program client ce ruleaz pe un sistem terminal cere i primete informaii de la un program server ce ruleaz pe alt sistem terminal. Cele mai multe aplicaii Internet (Web, e-mail, ftp, telnet) folosesc acest model; datorit faptului c un program client ruleaz pe un calculator i programul server ruleaz alt calculator, aceste aplicaii se mai numesc i aplicaii distribuite.

    Dac cele mai multe sisteme terminale sunt formate din calculatoare personale, staii de lucru i servere, n ultimul timp au aprut din ce n ce mai multe echipamente conectate la Internet ca sisteme terminale (camere digitale, sisteme WebTV, etc.) [Dertouzous 1999].

    Figura 4 Componente ale Internetului

  • - 9 -

    Servicii de conexiune

    Sisteme terminale aflate n reea comunic ntre ele i fac schimb de informaii conform unui protocol de comunicaie. Serverele, ruterele, legturile fizice i alte componente ale Internetului ofer mijloacele transportrii acestor mesaje ntre aplicaiile sistemelor terminale. Serviciile de conexiune oferite se mpart n dou tipuri: servicii neorientate pe conexiune (connectionless) i servicii orientate pe conexiune (connection-oriented).

    Serviciile orientate pe conexiune

    ntr-un astfel de serviciu, programele client i server trimit pachete de control unul altuia nainte de a trimite pachetele cu date. Acest procedeu se numete handshaking ("strngere de mn") i are rolul de a ateniona att clientul ct i serverul c urmeaz s aib loc schimbul de date.

    O dat ncheiat procedura de handshaking, se spune c se stabilete o conexiune ntre cele dou sisteme terminale. Sistemele terminale sunt informate despre aceast conexiune dar modalitatea prin care pachetele care sunt trimise de la surs la destinaie prin Internet nu permite stocarea unor informaii legate de starea conexiunii. Serviciul orientat pe conexiune din Internet ofer i alte servicii ce in de transferul sigur al datelor, de controlul fluxului sau de controlul congestiilor.

    Transferul sigur al datelor (reliable data transfer) nseamn faptul c o aplicaie se poate baza pe conexiune pentru a transmite datele fr erori i n ordinea corect. Sigurana transmisiei datelor n Internet se face prin utilizarea confirmrilor i a retransmisiilor. Pentru a ne face o idee general asupra modului n care funcioneaz acest lucru, s presupunem c a fost stabilit o conexiune ntre dou sisteme terminale X i Y. Atunci cnd X primete un pachet de la Y, i trimite o confirmare; atunci cnd Y primete confirmarea, atunci el tie c respectivul pachet a ajuns la destinaie. Dac sistemul Y nu primete confirmarea, atunci presupune cpachetul respectiv nu a fost primit de ctre X i n acest caz retransmite pachetul.

    Controlul fluxului este folosit pentru a ne asigura de faptul c nici una dintre prile implicate n conexiune nu-i aglomereaz "interlocutorul" trimind mai multe date dect acesta este capabil s recepioneze n unitatea de timp. ntr-adevr, o aplicaie de la unul dintre capetele conexiunii poate s nu fie n stare s proceseze informaia la fel de repede aa cum ea sosete, existnd riscul supra-ncrcrii. Serviciul de control al fluxului foreaz sistemul ce transmite datele s reduc viteza de transmitere ori de cte ori apare riscul supra-ncrcrii.

    Serviciul de control al congestiilor previne intrarea ntr-o situaie de blocaj. Cnd un ruter devine congestionat, dimensiunea memoriilor sale tampon poate fi depit i s se produc pierderi de pachete. n astfelm de situaii, dac fiecare dintre sistemele pereche ce comunic continu s trimit pachete n reea, are loc un blocaj i astfel puine dintre aceste pavhete vor mai ajunge la destinaie. Internetul evit aceast problem fond sistemele terminale s-i reduc ratele de transfer la cer trimit pachete n reea n astfel de perioade de congestie. Sistemele terminale sunt atenionate de existena congestiilor atunci cnd nu mai primesc confirmri pentru pachetele pe care le-au trimis la destinaie.

    Transferul sigur de date, controlul fluxului i controlul congestiilor nu reprezint caracteristicile generale ale unui serviciu orientat pe conexiune; orice

  • - 10 -

    serviciu sau protocol orientat pe conexiune are la baz doar procedura de handshaking pentru iniierea transferului de date ntre cele dou sisteme terminale. Serviciul orientat pe conexiune al Internetul este TCP (Transmission Control Protocol), definit iniial n documentul RFC 793. Caracteristicile TCP includ transferul sigur de date, controlul fluxului i controlul congestiilor. Detalii despre toate acestea vor fi prezentate n capitolul 2.

    Serviciile neorientate pe conexiune

    Dup cum ne putem atepta, ntr-un astfel de serviciu de conexiune nu exist procedura de handshaking. n momentul n care una dintre aplicaiile ce comunic trimite pachete celeilalte aplicaii, transmitoarea trimite pur i simplu pachetele de date. Avnd n vedere c nu mai exist procedura iniial de stabilire a conexiunii, nseamn c datele pot fi transmise mai rapid. Cum nu exist nici confirmri de primire a pachetelor, nseamn c cel care trimite datele nu este niciodat sigur c acestea au ajuns la destinaie. Acest tip de serviciu nu se ocup nici cu controlul fluxului, nici cu controlul congestiilor. Serviciul neorientat pe conexiune din Internet poart numele de UDP (User Datagram Protocol), definit n documentul RFC 768.

    Printre aplicaiile Internet ce folosesc serviciul TCP se numr: TELNET conectare la distan, SMTP pot electronic, FTP transfer de fiiere, HTTP World Wide Web. Exemple de aplicaii Internet care folosesc UDP sunt: Internet phone, audio-la-cerere (audio-on-demand) i video conferina.

    Nucleul reelei

    La capetele terminale ale Internetului am vzut c se gsesc sisteme gazd, sisteme client sau sisteme server precum i diverse alte echipamente. S ptrundem n continuare n inima reelei Internet, n "nucleul" su, pentru a vedea cum se petrec lucrurile aici. Miezul sau nucleul unei reele de calculatoare este conceput de regul folosindu-se unul dintre cele dou concepte de baz: comutarea pe baz de circuite sau comutarea pe baz de pachete.

    Diferena esenial ntre aceste dou abordri este urmtoarea: n reelele bazate pe comutare de circuite, resursele necesare de-a lungul unei rute din reea pentru comunicaia dintre sistemele terminale sunt rezervate pe durata sesiunii de comunicaie, n timp ce n reelele bazate pe comutare de pachete, acestea nu sunt rezervate. n acest ultim caz, sistemele solicit resurse atunci cnd au nevoie de ele, de aceea pot fi introduse ntr-o coad de ateptare pentru a avea acces la resurse.

    Reelele telefonice clasice sunt exemple de reele bazate pe comutare de circuite. nainte ca cineva s trimit informaia (voce sau fax) folosind reeaua telefonic, aceasta trebuie s stabileasc n prim faz o conexiune ntre expeditor i destinatar, conexiune care se numete circuit. Atunci cnd acest circuit este creat, se rezerv o rat de transmisie constant pe toat durata conexiunii. Aceast rezervare permite expeditorului s trimit date destinatarului la o vitez constant garantat.

    Spre deosebire de reeaua telefonic clasic, reeaua Internet este o reea bazat pe comutare de pachete. S vedem ce se ntmpl cnd dorim s transmitem informaii la o anumit destinaie ntr-o astfel de reea. Ca i n cazul comutrii de circuite, informaiile sunt transmise de-a lungul unor legturi de

  • - 11 -

    comunicaie. n cazul comutrii de pachete, pachetele de date sunt transmise n reea fr rezervarea prealabil a unei limi de band i fr a se stabili o vitez garantat de transfer. Dac una din legturi este congestionat din cauza altor pachete de date care trebuie transmise pe aceeai rut n acelai timp, atunci pachetele noastre de date trebuie s atepte ntr-o memorie tampon la captul liniei de transmisiune i n acest caz va aprea o ntrziere n transmiterea pachetelor de date. Internetul face tot posibilul s transporte datele la destinaie n cele mai bune condiiuni, dar nu ne ofer nici un fel de garanie c acest lucru se va ntmpla. Acest sistem de transport de date se numete transport best effort.

    Trebuie s remarcm faptul c nu toate reelele de telecomunicaii pot fi clasificate drept reele pur bazate pe comutare de circuite sau pe comutare de pachete. Spre exemplu, ntr-o reea ATM o conexiune poate s fac o rezervare a resurselor i totui trebuie s atepte n cazul apariiei unei congestii.

    Figura 5 Reea bazat pe comutare de circuite

    Reele bazate pe comutare de circuite

    Vom oferi n continuare o descriere general asupra reelelor bazate pe comutare de circuite, pentru a nelege mai bine diferena ntre acest tip de reele i cele bazate pe comutare de pachete. n figura 5, cele trei comutatoare de circuite sunt interconectate prin intermediul a dou legturi; fiecare dintre acestea folosete n circuite, astfel nct fiecare legtur de comunicaie poate avea n comunicaii simultane. Sistemele terminale sunt direct conectate la unul dintre aceste comutatoare iar unele pot avea acces analog la comutatoare iar altele acces digital. n cazul accesului analog, este necesar un modem pentru acces. Atunci cnd dou sisteme vor s comunice ntre ele, reeaua stabiliete un circuit dedicat capt-la-capt (end-to-end) ntre cele dou sisteme terminale (sunt posibile, de asemenea, comunicaii ntre mai multe sisteme terminale apelurile gen conferin). n acest caz, cnd sistemul X dorete s transmit un mesaj sistemului Y, reeaua trebuie s rezerve un circuit pe fiecare din cele dou

  • - 12 -

    legturi de comunicaie. Fiecare legtur avnd n circuite, fiecare circuit dedicat capt-la-capt va primi o cot de 1/n din limea de band total pe durata comunicaiei.

    Un circuit din cadrul unei legturi de comunicaie este implementat folosindu-se fie multiplexarea prin divizarea frecvenei (FDM Frequency Division Multiplexing), fie multiplexarea prin divizarea timpului (TDM Time Division Multiplexing). n cazul multiplexrii FDM, spectrul de frecven al unei legturi este mprit ntre conexiunile stabilite de-a lungul legturii. Aceasta nseamn c legtura dedic o band de frecven pentru fiecare conexiune pe durata valabilitii acesteia. n reelele telefonice, aceast band de frecven are de regul mrimea de 4 KHz (4000 de Heri sau 4000 de cicluri pe secund). Limea de band se numete bandwidth. Staile de radio FM folosesc de asemenea, tehnica FDM pentru a partaja spectrul de frecven al microundelor.

    Tendina n telefonie este de a schimba tehnica FDM cu tehnica TDM. Astfel, n zilele noastre majoritatea legturilor din sistemele de telefonie din lume aplic tehnica TDM. n cazul acesteia, timpul este divizat n cadre de durat fix i fiecare astfel de cadru este divizat ntr-un numr fix de cuante de timp. Atunci cnd reeaua stabilete o conexiune de-a lungul unei legturi de comunicaie, aceasta dedic o cuant de timp din fiecare cadru conexiunii. Aceste cuante de timp sunt dedicate pentru uzul exclusiv al acelei conexiuni, iar o cuant de timp (pentru fiecare cadru) este disponibil pentru transmiterea datelor.

    Reele bazate pe comutare de pachete

    Protocoalele pe care se bazeaz comunicaia dintre aplicaii fac uz, de regul, de un schimb de mesaje ntre ele pentru a duce la bun sfrit sarcina pe care o au de ndeplinit. Aceste mesaje conin informaii ce se pot referi la controlul conexiunii sau pot conine date efective, precum fiiere text, Postscript, pagini web sau orice alt tip de fiiere. n reelele bazate pe comutare de pachete sursa care trimite informaiile le divizeaz n buci mai mici de date, numite pachete. Aceste pachete sunt trimise de la surs ctre destinaie folosind o legtur de comunicaie i nite dispozitive care controleaz drumul pe care o iau aceste pachete, care se numesc rutere. Aceast operaie de coordonare a pachetelor pe drumul de la surs la destinaie poart numele de rutare.

    Majoritatea ruterelor folosesc o transmisie de tipul store-and-forward (stocheaz-i-trimite mai departe) la intrri, care nseamn c ruterul trebuie s recepioneze ntregul pachet nainte de a l direciona pe urmtoarea legtur. Aceast modalitate de transmisie creeaz o ntrziere la fiecare intrare a unei legturi de-a lungul unei rute a unui pachet de la surs la destinaie. Tehnologii moderne de comunicaie despre care vom discuta mai n detaliu n capitolul 5 nu mai folosesc acest tip de transmisie store-and-forward, fcnd posibil nceperea direcionrii pachetelor de date nainte de a fi recepionate n ntregime.

    Dispozitivele de rutare posed mai multe memorii tampon (buffere), o memorie buffer de intrare i o memorie buffer de ieire. Memoria buffer de ieire joac un rol deosebit de important n comutarea pachetelor. Dac un pachet ce tocmai a fost primit trebuie retransmis de-a lungul unei legturi i aceast legtur este ocupat cu transmisia altu pachet, acest pachet trebuie s fie stocat n memoria buffer de ieire. Apare astfel o alt ntrziere datorat cozii de ateptare din memoria buffer de ieire. Aceste ntrzieri sunt variabile i depind

  • - 13 -

    de nivelul aglomerrii reelei la un moment dat. Deoarece memoria buffer are o dimensiune limitat, un pachet ce sosete poate gsi aceast memorie ocupat cu stocarea altor pachete sosite anterior; n acest caz se spune c avem de-a face cu o pierdere de pachete.

    S considerm cazul unei reele obinuite bazate pe comutare de pachete (figura 6). Presupunem c sistemele terminale X i Y trimit pachete de date sistemului terminal Z. Iniial, pachetele sunt trimise de-a lungul legturii de 100 Mbps Ethernet pn la primul comutator, care le direcioneaz pe legtura de tip T1 (1,544 Mbps). Dac aceast legtur nu este aglomerat, pachetele sunt trimise ntr-o coad de ateptare n memoria buffer de ieire nainte de a fi transmise mai departe. Secvena de pachete trimise de sistemele terminale X i Y nu are nici o regul de aranjare; ordonarea lor n coada de ateptare se face la ntmplare. Un astfel tip de multiplexare se numete multiplexare statistic (statistical multiplexing). Tehnologii relativ recente precum Frame Relay sau ATM folosesc acest tip de tehnic de multiplexare. Vom analiza n capitolul 5 dou tehnici de multiplexare statistic: modul de transfer sincron i modul de transfer asincron.

    X

    Y

    Z Coad de ateptare n memoria buffer

    W

    100 Mbps Ethernet

    1,544 Mbps T1

    45 Mbps

    Figura 6 Reea bazat pe comutare de pachete

    Avnd acum o imagine asupra tehnologiilor bazate att pe comutarea de circuite ct i pe comutarea de pachete, s ncercm s facem o comparaie ntre acestea. Susintorii comutrii de circuite au argumentat deseori alegerea lor prin faptul c tehnologiile bazate pe comutare de pachete nu ar fi potrivite pentru aplicaii n timp real (apeluri telefonice sau apeluri n regim de video-conferin) datorit ntrzierilor variabile i imprevizibile. Susintorii comutrii de pachete argumenteaz c aceast tehnologie ofer o serie de avantaje, precum:

    Ofer o mai bun partajare a limii de band dect comutarea de circuite;

    Este mai simpl, mai eficient i mai puin costisitoare dect comutarea de circuite.

    Dar s vedem de ce este comutarea de pachete mai eficient dect comutarea de circuite. S considerm exemplul n care o legtur de comunicaie de 2 Mbps este partajat ntre 10 utilizatori. n perioadele de activitate (atunci cnd se transfer date) rata de transfer pentru fiecare utilizator este de 2Mbps/10=200Kbps. Presupunem c perioadele de activitate reprezint 10% din timpul total al conexiunii, restul de 90% fiind perioad de inactivitate. n cazul comutrii de circuite, rata de 200 Kbps trebuie asigurat i rezervat pentru

  • - 14 -

    fiecare utilizator pe toat durata conexiunii. n acest mod se asigur acces pentru exact 10 utilizatori simultan. n cazul comutrii de pachete, dac se consider cazul a 35 de utilizatori simultan, probabilitatea ca s existe 10 sau mai muli utilizatori activi este mai mic de 0,0017. n cazul contrar, n care exist 10 sau mai puini utilizatori activi (cu o probabilitate de 0,9983), rata total de transfer este cel mult egal cu 2Mbps, adic rata maxim de transfer a legturii de comunicaie. n acest caz, pachetele de date sunt trimise n reea fr ntrzieri, ca i n cazul comutrii de circuite.

    n cazul n care exist mai mult de 10 utilizatori activi, atunci rata combinat de transfer va depi capacitatea legturii i astfel coada de ateptare din memoria buffer de ieire va crete. Datorit faptului c probabilitatea existenei a mai mult de 10 utilizatori simultani este foarte mic, comutarea de pachete are aproape ntotdeauna aceleai performane ca i comutarea de circuite, dar n condiiile unui numr de utilizatori de 3,5 ori mai mare [Kurose 2001].

    Soluiile tehnologice din zilele noastre adopt ambele variante de comutare, dar este clar tendina n telecomunicaii de migrare spre comutarea de pachete. Multe din companiile telefonice (bazate pe comutare de circuite) existente azi au nceput s migreze ncet dar sigur spre comutarea de pachete.

    Reele bazate pe comutare de mesaje

    Dup cum am mai spus, tehnologia comutrii de pachete presupune c mesajele lungi (datele sau irurile de bii) sunt divizate n pachete mai mici de date care apoi sunt trimise n reea. Operaia de transformare a mesajului iniial n pachete poart numele de asamblare, pe cnd operaia invers, de refacere a mesajului iniial din pachete poart numele de reasamblare. Mai multe detalii despre aceste noiuni vom prezenta n capitolul 2.

    Unele dintre reelele bazate pe comutare de pachete realizeaz ns o comutare de mesaje n acest caz sursa care trimite informaiile nu divide mesajul n segmente; n acest caz se spune c avem de-a face cu o comutare de mesaje, care este un caz particular al comutrii de pachete. n figura 7 este prezentat o reea bazat pe comutare de mesaje observm c mesajul rmne nemodifcat pe durata traversrii reelei. n cazul comutatoarelor store-and-forward trebuie s se recepioneze ntregul mesaj nainte de a l transmite mai departe n reea.

    surs

    MESAJ

    Comutator

    Figura 7 Reea cu comutare de mesaje

    Comutator destinaie

  • - 15 -

    Rutarea n reele

    Reelele bazate pe comutare de pachete se pot clasifica n dou mari categorii: reele ce folosesc datagrame i reele ce folosesc circuite virtuale. Diferena de baz ntre aceste dou tipuri de reele este aceea c primul tip direcioneaz (ruteaz) pachetele n reea pe baza adresei sistemului terminal destinaie, pe cnd cel de-al doilea tip de reea realizeaz aceast direcionare pe baza numrului unui circuit virtual. Pe scurt, o datagram (sau pachet) reprezint "unitatea de msur" a datelor trimise ntr-o transmisie la nivelul reea fr a se stabili anterior un circuit virtual. Datagrama IP este unitatea fundamental a informaiei transmis n Internet. Exemple de tehnologii ce folosesc circuitele virtuale sunt X.25, Frame Relay, ATM.

    Reele ce folosesc datagrame

    Din multe puncte de vedere, reelele ce folosesc datagramele funioneaz asemntor cu serviciile potale. Scrisorile trimise la o anumit adres conin informaii precum numele destinatarului, numele i numrul strzii, codul potal, orajul, judeul, ara, etc. Serviciile potale in cont de adresa de pe plic pentru a direciona scrisoarea ctre destinaie.

    ntr-o reea bazat pe datagrame, aciunile sunt similare: fiecare pachet traverseaz reeaua coninnd n header-ul su adresa destinaiei, aceast adres avnd o structur ierarhic asemntoare cu adresa potal. n momentul n care un comutator recepioneaz un pachet din reea, pe baza unei tabele de rutare (ce conine adrese de destinaii) face o alegere ctre o conexiune de ieire. Spre deosebire de reelele ce folosesc circuite virtuale, reelele bazate pe datagrame nu stocheaz informaii de stare a conexiunii n comutatoarele folosite pentru rutare. Din acest motiv, reelele cu circuite virtuale cresc n complexitate dar au avantajul de a oferi o mai mare varietate de servicii de reea.

    Reele ce folosesc circuite virtuale

    Un circuit virtual (CV) este alctuit din:

    Un drum (format din conexiuni de reea i comutatoare) ntre surs i destinaie;

    Un numr al circuitului (un numr diferit pentru fiecare rut a drumului)

    Intrri ntr-o tabel de tranlatare a numrului circuitului virtual pentru fiecare comutator de-a lungul drumului n reea.

    Odat stabilit un circuit virtual ntre o surs i o destinaie, pachetele pot fi trimise mpreun cu numrul respectiv al circuitului virtual. Deoarece un CV are un numr diferit pe fiecare legtur, comutatorul intermediar de pachete trebuie s nlocuiasc acest numr (pentru fiecare pachet ce traverseaz reeaua) cu unul nou. Noul numr al circuitului virtual se obine din tabela de translatare a numerelor circuitelor virtuale.

  • - 16 -

    n figura 8 presupunem c sistemul terminal X necesit un circuit virtual pentru a comunica cu sistemul Y. Dac reeaua alege ruta X-C1-C2-Y, atribuind numerele 11, 22 i 33 corespunztoare celor trei legturi din aceast rut. Atunci cnd pachetul pleac de la A are numrul de circuit virtual 11, cnd pleac din C1 are numrul 22 i cnd pleac din C2 va avea numrul 33. Numerele ataate conexiunilor comutatorului C1 din desen sunt numerele interfeelor.

    surs

    C1

    Figura 8 Circuite virtuale n reea

    destinaie

    X Y C2

    2

    1 3

    C4 C3

    Avnd n vedere conceptele prezentate pn acum, putem spune c o

    reea de telecomunicaii poate fi n prim faz bazat pe comutare de pachete sau pe comutare de circuite. O conexiune ntr-o reea cu comutare de circuite poate folosi fie multiplexare FDM, fie TDM, pe cnd reelele cu comutare de pachete pot fi reele ce folosesc circuite virtuale sau reele ce folosesc datagrame.

    O reea ce utilizeaz datagrame poate oferi servicii bazate pe conexiune pentru unele aplicaii i servicii neorientate pe conexiune pentru alte aplicaii. Internetul ofer ambele tipuri de servicii, pe cnd reelele ce folosesc circuite virtuale (X.25, Frame Relay, ATM) sunt orientate pe conexiune.