Managementul Resurselor Intr O Retea de Calculatoare
Managementul resurselor într-o rețea de calculatoare
CAP. 1 | TENDINȚE ȘI PREOCUPĂRI ÎN DOMENIUL INFORMATICII ÎN LUME ȘI ÎN ȚARĂ
Fiecare din ultimele trei secole a fost dominant pentru o anumită tehnologie. Secolul al XVIII-lea a fost secolul marilor sisteme mecanice care au însoțit Revoluția Industrială. Secolul al XIX-lea a însemnat era mașinilor cu aburi. În secolul XX, tehnologia cheie este legată de colectarea, prelucrarea și distribuirea informației. Printre alte realizări, am asistat la instalarea rețelelor telefonice mondiale, la inventarea radioului și a televiziunii, la nașterea și creșterea nemaivăzută a industriei de calculatoare și la lansarea sateliților de telecomunicații.
Datorită progresului tehnologic rapid, aceste domenii converg în ritm alert, iar diferențele între colectarea, transportul, stocarea și prelucrarea informației dispar pe zi ce trece. Organizații cu sute de birouri răspândite pe o arie largă se așteaptă să poată examina în mod curent printr-o simplă apăsare pe buton chiar și echipamentele lor cele mai îndepărtate. Pe măsură ce posibilitățile noastre de a colecta, prelucra și distribui informația cresc tot mai mult, cererea pentru o prelucrare și mai sofisticată a informației crește și mai rapid.
Deși industria de calculatoare este tânără în comparație cu alte industrii (de exemplu, construcția de automobile și transportul aerian), domeniul calculatoarelor a cunoscut a cunoscut un progres spectaculos într-un timp scurt. În primele decenii de existență sistemele de calcul erau foarte centralizate, de obicei în interiorul unei singure încăperi. Adesea, această încăpere avea pereți de sticlă prin care vizitatorii se puteau holba la marea minune electronică dinăuntru. O companie de mărime mijlocie sau universitate ar fi putut avea unul sau două calculatoare, în timp ce instituțiile mari ar fi putut avea cel mult câteva zeci. Ideea că în mai puțin de 20 de ani calculatoare la fel de puternice, mai mici decât un timbru poștal, vor fi produse pe scară largă în milioane de exemplare părea desprinsă dintr-un scenariu științifico-fantastic.
Întrepătrunderea dintre domeniul calculatoarelor și cel al comunicațiilor a avut o influență profundă asupra modului în care sunt organizate sistemele de calcul. Conceptul de “centru de calcul” – în accepțiunea sa de cameră unde există un calculator mare la care utilizatorii vin să-și ruleze programele – este total depășit. Vechiul model al unui singur calculator care servește problemelor de calcul ale organizației a fost înlocuit de un model în care munca e făcută de un număr mare de calculatoare separate, dar interconectate. Aceste modele se numesc rețele de calculatoare.
Se spune despre două calculatoare că sunt interconectate dacă sunt capabile să schimbe informație între ele. Conectarea nu se face neapărat printr-un cablu de cupru; pot fi folosite în acest scop fibre optice, microunde sau sateliți de comunicații. Impunând calculatoarelor cerința de a fi autonome, dorim să excludem sistemele în care există o relație de tip master/slave. Dacă un calculator poate să pornească, să oprească sau să controleze în mod forțat un altul, atunci calculatoarele nu sunt autonome. Un sistem cu o unitate de control și mai multe unități aservite nu este o rețea; așa cum nu este o rețea nici un calculator mare cu imprimante și terminale aflate la distanță.
În literatura de specialitate, se face deseori confuzie între o rețea de calculatoare și un sistem distribuit. Deosebirea esențială este că, într-un sistem distribuit, existența mai multor calculatoare autonome este transparență pentru utilizator. Acesta poate tasta o comandă pentru a executa un program și programul se va executa. Este sarcina sistemului de operare să aleagă procesorul cel mai potrivit, apoi să găsească și să transfere toate fișierele de intrare către respectivul procesor și să depună rezultatele în locul corespunzător.
Cu alte cuvinte, utilizatorul unui sistem distribuit nu este conștient că există mai multe procesoare; sistemul arată ca un singur procesor virtual. Alocarea fișierelor pe procesoare și a fișierelor pe discuri, transferul de fișiere între locul unde ele sunt stocate și locul unde sunt necesare, orice altă funcție de sistem – toate acestea trebuie să se execute automat.
Într-o rețea, utilizatorii trebuie să se conecteze explicit la o anumită mașină, să comande explicit execuția proceselor la distanță, să transfere explicit fișierele și, în general, să personalizeze toată administrarea rețelei. Într-un sistem distribuit nu e nimic de făcut în mod explicit; totul este realizat automat de către sistem, fără cunoștința utilizatorilor.
De fapt, un sistem distribuit este un sistem de programe constituit pentru o rețea. Programele asigură rețelei un grad mare de coeziune și transparență. De aceea, diferența majoră între o rețea și un sistem distribuit nu apare la nivel de echipamente, ci de programe (în special la nivelul sistemului de operare).
Nu mai puțin adevărat este faptul că între cele două sisteme există o suprapunere considerabilă. De exemplu, atât sistemele distribuite cât și rețelele de calculatoare au nevoie să transfere fișiere. Diferența se referă la cine invocă transferul: sistemul sau utilizatorul.
Introducerea pe scară largă a rețelelor va ridica noi probleme sociale, etice și politice. O aplicație populară a multor rețele sunt grupurile de interese sau sistemele de informare în rețea (BBS-urile), unde oamenii pot schimba mesaje cu persoane având preocupări similare. Atâta vreme cât este de vorba de subiecte tehnice sau de pasiuni precum grădinăritul, nu sunt motive să apară multe probleme.
Problemele se ivesc în cadrul grupurilor de interese care iau în discuție probleme delicate sau extrem de disputate, cum ar fi politica, religia sau sexul. Atitudinile exprimate în cadrul acestor grupuri pot fi considerate ofensatoare de către anumiți oameni. Mai mult chiar, nu este obligatoriu ca mesajele să se limiteze la text. Fotografii color de înaltă rezoluție sau chiar mici clipuri video pot fi transmise cu ușurință prin rețele de calculatoare. Unii oameni au o atitudine neutră dar alții consideră că trimiterea anumitor materiale este pur și simplu inacceptabilă. Din această cauză, dezbaterea este foarte aprigă.
Unii oameni au dat în judecată operatori de rețea, pretinzând că ei sunt responsabili de informația care circulă, exact ca în cazul ziarelor și revistelor. Răspunsul inevitabil este că rețeaua este ca o companie de telefoane sau ca un oficiu poștal și nu poate controla ceea ce discută utilizatorii săi. Mai mult chiar, dacă operatorii rețelei ar cenzura mesajele, atunci probabil că ei ar putea șterge orice fără a exista nici cea mai mică posibilitate de a-i da în judecată, încălcând astfel dreptul utilizatorilor la exprimare liberă.
O altă dispută animată are în atenție drepturile angajaților în raport cu drepturile patronilor. Multe persoane citesc și scriu poștă electronică la serviciu. Directorii unor firme au pretins că ar avea dreptul să citească și eventual să cenzureze mesajele angajaților, inclusiv mesajele trimise după orele de lucru de la terminalele de acasă. Numai că nu toți angajații agreează această idee.
Rețele de calculatoare permit cetățenilor obișnuiți să-și lanseze opiniile prin mijloace diferite și către audiențe diferite față de până acum. Această libertate nou descoperită aduce cu ea probleme nerezolvate de ordin social, politic și moral.
CAP. 2 | TOPOLOGIA REȚELELOR DE CALCULATOARE
2.1 Tehnologia De Transport
La început posibilitatea de utilizare a tehnologiei de conectare a calculatoarelor personale depindea de un singur factor : prețul. Interconectarea calculatoarelor, dacă erau apropiate (să spunem câțiva metri) nu era prea greu de realizat, însă imediat ce doreai să depășești această distanță te loveai de bariera prețului. Performanțele microcalculatoarelor interconectate nu creșteau prea mult și de aceea interconectarea lor nu se justifica. Nu era necesară o conexiune rapidă pentru că traficul era destul de redus.
Dintre primele conexiuni de rețea multe erau variante ale tehnologiei folosite pentru conexiunile seriale. Rezultă un sistem care poate transfera date cu o viteză de aproximativ 15.000 de caractere pe secundă. În acest moment trebuie să facem distincție între viteza semnalelor dintr-o rețea – cât de repede se transmit semnalele – și viteza datelor – viteza maximă cu care pot fi transmise datele prin rețea. Viteza semnalelor este determinată de tehnologia de transport utilizată și, în mare măsură, de distanța acoperită. Cu cât distanța e mai mare, cu atât e mai greu de transmis un semnal clar la o frecvență mai mare. Viteza reală a datelor este determinată de cantitatea datelor suplimentare folosite la descrierea și la verificarea datelor utile și de modul de lucru al tehnologiei de transport.
Primul produs cu adevărat comercial (aceasta înseamnă suficient de complet, robust, bine organizat și la un preț rezonabil) a fost sistemul ARC al firmei Datapoint, lansat în 1977. Acest produs a fost inițial proiectat pentru conectarea microcalculatoarelor. Sistemul a fost proiectat, datorită succesului pe care l-a avut, și pentru sisteme de tip IBM PC și redenumit ARCnet.
ARCnet a fost un mare înainte. Viteza semnalelor era de aproximativ 2,5 Mbps și viteza datelor era de aproximativ 188.000 caractere pe secundă. Viteza de comunicație a datelor a crescut foarte mult în ultimii ani. Cele mai bune produse de transport în rețea sunt :
Ethernet, care are o viteză a semnalelor de 10 Mbps ( o nouă versiune are o viteză de transfer a datelor de până la 100 Mbps)
Token Ring, care are două variante: una cu semnale de la 4 Mbps și una până la 16 Mbps
Rețeaua de date distribuite pe fibră optică (FDDI) și pe cupru (CDDI – Copper Distributed Data Interface), care funcționează la o viteză a semnalului de 100 Mbps
Un alt important set de tehnologii de transport sunt rețelele locale fără conexiuni fizice. Aceste sisteme fără cabluri sunt interesante, deoarece pot elimina problema mutării cablurilor atunci când un calculator trebuie mutat (un lucru foarte costisitor într-o rețea cu cablu). Utilizând acest sistem, vă veți putea pune calculatorul în vecinătatea unui receptor / transmițător central și veți fi conectat la rețea. Tehnologiile utilizate sunt: serviciile de telefonie celulară, legături radio obișnuite sau legături radio cu spectru larg de frecvențe și legături în infraroșu.
În ultimii 15 ani, rețelele de calculatoare locale au trecut de la o tehnologie experimentală la un mijloc de afaceri folosit de companii din întreaga lume. O rețea de calculatoare locală (LAN) este un sistem de comunicații foarte rapid proiectat pentru a lega calculatoare și mecanisme de procesare a datelor în interiorul unei arii geografice cum ar fi un grup de utilizatori, departament, sau un singur etaj sau o întreagă clădire. Mai multe rețele pot fi de asemenea interconectate în interiorul unei clădiri sau campus pentru a avea o extindere a conectivității.
2.2 Conexiuni
Cablul actual, numit de obicei mediu de transmisie, care realizează conexiunea între calculatoarele dintr-o rețea, are o mare varietate de forme și există mai multe tipuri pentru formă:
cablul coaxial folosește unul sau mai mulți conductori concentrici. Este folosit pentru ARCnet și câteva variante Ethernet
cablul torsadat folosește două perechi de fire, fiecare pereche răsucită separat și legate împreună, uneori cu un strat conductor pentru ecranare. Este folosit pentru o varietate Ethernet, Token Ring și CDDI
Cablul de fibră optică. Este folosit pentru FDDI și câteva produse brevetate, ca și o alternativă la Ethernet și una la Token Ring
Fibra optică este, dintre toate mediile, cea mai deosebită. Funcționează prin propagarea unui semnal care folosește ca agent de transport lumina laser. Deoarece fibra optică pierde foarte puțină lumină, poate transmite date la distanțe foarte mari (până la 100 Km) fără nec.000 caractere pe secundă. Viteza de comunicație a datelor a crescut foarte mult în ultimii ani. Cele mai bune produse de transport în rețea sunt :
Ethernet, care are o viteză a semnalelor de 10 Mbps ( o nouă versiune are o viteză de transfer a datelor de până la 100 Mbps)
Token Ring, care are două variante: una cu semnale de la 4 Mbps și una până la 16 Mbps
Rețeaua de date distribuite pe fibră optică (FDDI) și pe cupru (CDDI – Copper Distributed Data Interface), care funcționează la o viteză a semnalului de 100 Mbps
Un alt important set de tehnologii de transport sunt rețelele locale fără conexiuni fizice. Aceste sisteme fără cabluri sunt interesante, deoarece pot elimina problema mutării cablurilor atunci când un calculator trebuie mutat (un lucru foarte costisitor într-o rețea cu cablu). Utilizând acest sistem, vă veți putea pune calculatorul în vecinătatea unui receptor / transmițător central și veți fi conectat la rețea. Tehnologiile utilizate sunt: serviciile de telefonie celulară, legături radio obișnuite sau legături radio cu spectru larg de frecvențe și legături în infraroșu.
În ultimii 15 ani, rețelele de calculatoare locale au trecut de la o tehnologie experimentală la un mijloc de afaceri folosit de companii din întreaga lume. O rețea de calculatoare locală (LAN) este un sistem de comunicații foarte rapid proiectat pentru a lega calculatoare și mecanisme de procesare a datelor în interiorul unei arii geografice cum ar fi un grup de utilizatori, departament, sau un singur etaj sau o întreagă clădire. Mai multe rețele pot fi de asemenea interconectate în interiorul unei clădiri sau campus pentru a avea o extindere a conectivității.
2.2 Conexiuni
Cablul actual, numit de obicei mediu de transmisie, care realizează conexiunea între calculatoarele dintr-o rețea, are o mare varietate de forme și există mai multe tipuri pentru formă:
cablul coaxial folosește unul sau mai mulți conductori concentrici. Este folosit pentru ARCnet și câteva variante Ethernet
cablul torsadat folosește două perechi de fire, fiecare pereche răsucită separat și legate împreună, uneori cu un strat conductor pentru ecranare. Este folosit pentru o varietate Ethernet, Token Ring și CDDI
Cablul de fibră optică. Este folosit pentru FDDI și câteva produse brevetate, ca și o alternativă la Ethernet și una la Token Ring
Fibra optică este, dintre toate mediile, cea mai deosebită. Funcționează prin propagarea unui semnal care folosește ca agent de transport lumina laser. Deoarece fibra optică pierde foarte puțină lumină, poate transmite date la distanțe foarte mari (până la 100 Km) fără necesitatea unui amplificator (semnalul poate fi recepționat corect la capătul cel mai îndepărtat). Sunt posibile viteze foarte mari datorită naturii luminii. O viteză a semnalului de 100 Mbps nu este exagerată pentru această tehnologie.
Complexitatea problemei legată de modul în care cablurile se conectează la plăcile de interfață și modul cum se conectează între ele se află în dificultatea realizării unei adaptări optime între mediul de transmisie și dispozitivele de rețea. Sistemele cu fibră optică, de exemplu, necesită o aliniere foarte precisă a legăturii mecanice dintre capătul fibrei optice și placa de rețea. Dacă avem o conexiune de slabă calitate, atunci lumina, care transportă datele, poate fi prea slabă pentru a fi recepționată.
La cablurile de cupru, controlul caracteristicilor electrice ale cablului este crucial pentru obținerea și menținerea unui semnal “curat”. Aceasta necesită utilizarea unor conectori adecvați și instalarea corectă a lor pe cablu. Pentru rețele mari sau interconectate pot fi folosite dispozitive de “curățare” a semnalelor. Peste o anumită distanță, de exemplu, semnalele pot fi prea slabe pentru a fi detectate cu ușurință. Pentru a depăși această problemă, se folosesc repetoare ( dispozitive care asigură “claritatea” semnalului). În sistemele ARCnet se folosesc sisteme concentratoare (hub) pasive care sunt dispozitive care determină starea semnalelor și sisteme concentratoare active care condiționează și amplifică semnalele.
Rețelele Ethernet pot fi construite folosind trei tipuri diferite de mediuri : UTP și STP, cablul coaxial sau fibra optică. Mai demult cel mai des utilizat era cablul torsadat pentru că a fost asociat cu populara tehnologie de stea. Este ieftin, ușor de instalat, testat și reparat. Cablul UTP (unshilded twisted pair) folosit intr-o rețea locală este similar unui cablu telefonic dar e capabil să trimită unde electromagnetice (EMI) față de cablul telefonic. Cablul STP (shielded twisted pair), după cum îi spune și numele, vine cu un înveliș în jurul cablului pentru a proteja mai bine undele electromagnetice. Cel mai des utilizat este cablul UTP. Specificațiile pentru a rula Ethernet pe UTP sunt numite 10BASE-T. Acesta merge pentru 10 Mbps. Au mai apărut 10BASE5 și 10BASE2 pentru cablul coaxial și 10BASE-F pentru fibră optică.
Fast Ethernet. O extensie a popularului standard 10BASE-T, Fast Ethernet transportă date la 100 Mbps. Cu reguli definite în standardul IEEE 802.2u, Fast Ethernet suportă familiara tehnologie Ethernet și oprește protocolul CSMA/CD la 10Mbps. Sunt disponibile două tipuri a lui Fast Ethernet : 100BASE-TX care rulează peste Category 5 UTP și 100BASE-FX care operează peste toate tipurile de fibră optică.
Cablul coaxial a fost mediul original LAN și este folosit în ceea ce se numește topologia de magistrală (bus topology) (vezi figura 1). În această configurare, cablul coaxial formează o singură magistrală la care toate stațiile sunt atașate. Această topologie este rar folosită în ziua de azi deoarece este relativ dificilă adăugarea de noi stații sau mutarea celor existente dintr-un loc în altul. Este de asemeni dificil să repari unele probleme intr-o topologie bus dacă nu e rețeaua restrânsă.
2.3 Topologia De Magistrală (Bus)
Mai multe calculatoare sunt conectate la un singur cablu care servește ca mediu de comunicație pentru toate celelalte. Această conexiune fizică la rețea este făcută pentru a instala NIC (network interface card) în interiorul calculatorului și pentru a conecta cablul de rețea. O dată ce conexiunea fizică este realizată software-ul de rețea poate administra comunicațiile între stații.
Într-o rețea distribuită, atunci când o stație vrea să trimită un mesaj unei alte stații folosește software-ul de pe stație pentru a pune mesajul într-un “plic”. Acest plic numit pachet, ce conține mesajul înconjurat de header și trailer transportă informații speciale folosite de software-ul de rețea de pe stația destinație. NIC-ul transmite apoi pachetul în rețea. Pachetul este transmis ca un șir de biți ce reprezintă transformarea în semnale electrice. În timp ce pachetul călătorește de-a lungul cablului, toate stațiile atașate văd pachetul. În timp ce trece prin placa de rețea din fiecare stație se verifică adresa destinație din header-ul pachetului determinându-se dacă pachetul e adresat stație respective. Când pachetul trece pe la stația căruia îi e adresat, placa de rețea de pe stația respectivă copiază pachetul și extrage datele din plic și le dă calculatorului.
Figura 2-1 ilustrează o stație sursă trimițând un singur pachet unei singure stații destinație. Dacă mesajul pe care stația sursă vrea să-l transmită este prea mare pentru a intra într-un singur pachet, se vor trimite mai multe serii de pachete. Într-o rețea cu acces distribuit oricum mai multe stații împart același cablu. Pentru fiecare pachet chiar și mic trebuie foarte puțin timp pentru a ajunge la capătul cablului unde semnalele electrice se pierd. Deci, după ce un pachet ce transportă un mesaj între două stații trece de-a lungul firului, o altă stație poate să transmită un pachet oricărei stații dorește să-i transmită un mesaj. În acest fel mai multe procese pot să partajeze același mediu LAN.
Cea mai răspândită tehnologie LAN este Ethernet. Impresionează printr-un bun echilibru între viteză, preț, simplitate în instalare și suportabilitate. Circa 80% din conexiunile LAN instalate folosesc Ethernet.
Standardul Ethernet este definit de IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) în specificația cunoscută sub numele de IEEE 802.3. Specificația 802.3 acoperă reguli pentru Ethernet LAN, tipurile de medii ce pot fi folosite și ce elemente ale rețelei vor interacționa. Protocolul Ethernet furnizează servicii pentru straturile Fizic și Legătură de date ale modelului de referință OSI.
Un element al specificației 802.3 specifică faptul că rețelele Ethernet lucrează la o rată de transfer de 10 milioane biți pe secundă (10 Mbps) sau 100 milioane biți pe secundă (100 Mbps) în cazul lui Fast Ethernet. Un alt element important definit de 802.3 este metoda de acces folosită de stațiile conectate la Ethernet LAN numit CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection). Prin această metodă, fiecare stație își dispută accesul la mediul partajat. Este deci posibil ca două stații să încerce să transmită pachete în același timp rezultând o coliziune pe LAN. În rețelele Ethernet, coliziunile sunt considerate normale și CSMA/CD este proiectat pentru a restaura rapid rețeaua pentru a funcționa normal după o coliziune apărută.
Un pas important în cadrul proiectării și instalării unui LAN este selectarea celui mai bun mediu și a topologiei corespunzătoare. Topologia rețelei este termenul tehnic folosit pentru modul în care cablul va interconecta calculatoarele în rețea. Topologia este în parte determinată de modalitatea în care calculatoarele negociază accesul la rețea și parțial limitele semnalelor în sistem. Rețelele Ethernet pot fi configurate fie în topologie de magistrală, fie în topologie de stea și instalate folosind oricare tip de mediu.
Astăzi rețelele locale au o tehnologie de acces distribuit. Aceasta înseamnă ca toate mecanismele atașate LAN-ului împart un singur mediu de comunicații cum ar fi cablul coaxial, fibra optică. Figura de mai jos v-a ilustra acest concept.
Figura 2-1 | Topologie magistrală
Atunci când stația B trimite un pachet unei alte stații din rețea, trece pe la toate stațiile conectate la rețea. În rețeaua de tip magistrală (bus) ilustrată aici, semnalul electric reprezentat prin pachet călătorește de la stația care l-a trimis în ambele direcții pe cablul partajat. Toate stațiile văd pachetul dar numai stația căruia îi e adresat îi va acorda atenție.
Standardul IEEE 802.4 : LAN de tip jeton pe magistrală
Acest standard, 802.4 (Dirvin și Miller, 1986) descrie un LAN numit token bus (LAN cu jeton pe magistrală ). Din punct de vedere fizic, token bus este un cablu liniar sau în formă de arbore, la care sunt atașate stațiile. Din punct de vedere logic, stațiile sunt organizate intr-un inel, fiecare stație cunoscând adresele stațiilor din “stânga” sa și din “dreapta” sa. Atunci când inelul logic este inițializat, stația cu cel mai mare număr poate trimite primul cadru. După aceea, transferă permisiunea de a transmite către vecinul imediat următor, emițând către acesta un cadru special de control numit jeton (token). Jetonul străbate circular inelul logic, numai deținătorul jetonului vând permisiunea de a transmite cadre. Întrucât o singură stație deține jetonul la un moment dat, nu se produc coliziuni.
O observație importantă de care trebuie să ne dăm seama este că ordinea fizică în care stațiile sunt conectate la cablu nu are importanță. Deoarece cablul este în esență un mediu de difuzare, fiecare stație recepționează fiecare cadru, ignorându-le pe cele care nu îi sunt adresate. Atunci când o stație transferă jetonul, ea emite un cadru jeton adresat special vecinului ei logic din inel, indiferent unde se află acesta localizat fizic pe cablu. Merită de asemenea să notăm că, atunci când stațiile sunt pornite prima oară, ele nu se vor afla în inel (de exemplu, stațiile 14 și 19) deci protocolul MAC are prevăzută posibilitatea de adăugare și de eliminare a stațiilor din inel
Protocolul MAC 802.4 este foarte complex, fiecare stație trebuind să gestioneze zece ceasuri diferite și peste două duzini de variabile de stare. Standardul 802.4 este mult mai lung decât standardul 802.3. Cele două standarde sunt, de asemenea, destul de diferite ca stil, 802.3 oferind protocoale cu proceduri Pascal, în timp ce 802.4 le dă ca automate cu stări finite, cu acțiunile scrise în Ada.
Pentru nivelul fizic, token bus utilizează cablul coaxial de bandă largă de 75 ohmi, utilizat la televiziunea prin cablu. Sunt admise atât sisteme cu cablu simplu cât și cele cu cabluri duale, cu sau fără terminatori. Sunt permise trei scheme diferite de modulație analogică: deplasare de frecvență cu fază continuă, deplasare de frecvență cu deplasare coerentă și deplasare de fază cu modulație de amplitudine duo-binară binară multinivel. Sunt posibile viteze de 1, 5 și 10 Mbps. În plus, schemele de modulație nu furnizează doar modalități de reprezentare pentru 0,1 și cablu liber, ci și trei alte simboluri utilizate pentru controlul rețelei. În concluzie, nivelul fizic este total incompatibil cu 802.3 și mult mai complicat.
Protocolul subnivelului MAC la token bus
Atunci când este inițializat inelul, stațiile sunt inserate în el în ordinea adreselor de stație, de la cea mai mare la cea mai mică. Transferul jetonului se face de asemenea de la adrese mari la cele mai mici. De fiecare dată când o stație capătă jetonul, ea poate transmite cadre o anumită perioadă de timp; după aceea trebuie să transfere jetonul mai departe. În cazul în care cadrele sunt destul de scurte, pot fi trimise mai multe cadre consecutiv. Dacă stația nu are date de transmis , ea transferă jetonul de îndată ce l-a recepționat.
Token bus definește patru clase de priorități: 0, 2, 4 și 6 pentru trafic, cu 0 cea mai mică și cu 6 cea mai mare. Cel mai ușor este să ne gândim că fiecare stație este împărțită intern în patru substații, una pentru fiecare nivel de prioritate. Pe măsură ce datele intră în subnivelul MAC venind de deasupra, ele sunt verificate pentru a determina prioritatea și apoi dirijate către una din cele patru substații. Astfel, fiecare stație își păstrează propria sa coadă de cadre de transmis.
Atunci când jetonul sosește la stație prin cablu, el este transferat în interiorul substației cu prioritatea 6, care poate începe să transmită cadre, dacă are vreunul. Când a terminat (sau când timpul a expirat), jetonul este transferat intern substației cu prioritate 4, care apoi poate transmite cadre până când timpul ei expiră, moment în care jetonul este transferat substației cu prioritatea 2. Acest proces se repetă până când substația cu prioritate 0 și-a transmis toate cadrele sau timpul ei a expirat. În ambele cazuri, în acest moment jetonul este transferat următoarei stații din inel.
Fără a intra în detalii despre cum sunt gestionate toate ceasurile, ar trebui să fie clar că, setând corect ceasurile, putem fi siguri că o fracțiune garantată din timpul total de deținere al jetonului poate fi alocată traficului de prioritate 6. Prioritățile mai mici vor fi obligate să folosească ceea ce a mai rămas. Dacă substațiile cu priorități mari nu au nevoie de întreg timpul ce le-a fost alocat, substațiile cu priorități mai mici pot beneficia de timpul rămas, deci acesta nu va fi pierdut.
Această schemă de priorități, care garantează traficul de prioritate 6 o fracțiune cunoscută din lungimea rețelei, poate fi folosită pentru implementarea traficului de timp real. De exemplu, să presupunem că parametrii unei rețele de 50 de stații rulând la 10 Mbps au fost reglați pentru a da traficul de prioritate 6 1/3 din lungimea de bandă. Atunci fiecare stație are garantați 67 Kbps pentru traficul de prioritate 6. Această lungime de bandă poate fi utilizată pentru sincronizarea roboților pe o linie de asamblare sau pentru un canal digital de voce pe stație, iar puținul care a mai rămas pentru informațiile de control.
Formatul cadrului token bus este prezentat în figura de mai jos. Din nefericire, acesta este diferit de formatul cadrului 802.3. Preambulul este folosit pentru sincronizarea ceasului receptorului, ca la 802.3, cu excepția faptului că aici poate fi și un singur octet. Câmpurile Delimitator de început (Starting delimiter) și Delimitator de sfârșit (Ending delimiter) sunt folosite pentru a marca limitele cadrului. Ambele câmpuri conțin codificarea analogică a simbolurilor, altele decât 0 sau 1, astfel încât ele nu pot apărea accidental în datele utilizatorilor. În consecință nu este nevoie de câmp de lungime.
Formatul cadrului 802.4
1 1 1 2 sau 6 2 sau 6 0 – 8128 4 1
Controlul cadrului Delimitator de sfârșit
Delimitator de început
Preambul
Câmpul Controlul cadrului (Frame control) este folosit pentru a deosebi cadrele de date de cele de control. Pentru cadrele de date, acest câmp conține prioritatea cadrului. De asemenea el poate conține un indicator care să ceară stației destinație confirmarea recepției corecte sau incorecte a cadrului. Fără acest indicator, destinației nu îi va fi permis să transmită nimic, deoarece nu posedă jetonul.
Pentru cadrele de control, câmpul Controlul cadrului este folosit pentru a specifica tipul cadrului. Tipurile permise includ cadre de transfer al jetonului și diverse cadre de întreținere a inelului, inclusiv mecanismul care lasă noi stații să intre în inel, mecanismul care permite stațiilor părăsirea inelului și așa mai departe. Protocolul 802.3 nu are nici un cadru de control. Tot ce face nivelul său MAC este să furnizeze o cale de a transmite cadre prin cablu; nu îi pasă ce conțin acestea.
Câmpurile Adresă destinație (Destination address) și Adresă sursă (Source address) sunt la fel ca în 802.3. Ca și în 802.3, o rețea trebuie să utilizeze numai adrese pe 2 octeți sau numai adrese pe 6 octeți, nu un amestec pe același cablu. Standardul 802.4 inițial permite ambele dimensiuni. Adresarea individuală și de grup și de asemenea adresele locale și globale sunt identice cu cele de la 802.3.
Câmpul Date (Date) poate avea până la 8182 octeți atunci când sunt utilizate adrese pe 2 octeți și până la 8174 octeți atunci când sunt utilizate adrese de 6 octeți. Acesta este de 5 ori mai lung decât cadrul 802.3 maxim, care a fost făcut scurt pentru a preveni situația o stație ocupă canalul prea mult. Cu token bus, ceasurile pot fi utilizate ca o măsură împotriva acaparării, dar este bine să putem transmite cadre lungi atunci când traficul de timp real nu este o cerință. Suma de control (Check sum) este folosită pentru detectarea erorilor de transmisie. Ea folosește același algoritm și polinom ca 802.3.
Cadrele de control ale token bus-ului sunt prezentate în tabelul de mai jos. Ele vor fi discutate în continuare. Singurul cadru de care am vorbit până acum este cadrul jeton, folosit pentru a trece jetonul de la o stație la alta. Majoritatea celorlalte cadre se referă la adăugarea și eliminarea stațiilor din inelul logic.
Cadre de control la token bus
Întreținerea inelului logic
Din când în când, unele stații sunt pornite și vor să se atașeze la inel. Altele sunt oprite și vor să-l părăsească. Protocolul subnivelului MAC furnizează o specificare detaliată a modului în care este realizat exact acest lucru, menținând în același timp limita cunoscută a rotației jetonului în cazul cel mai favorabil.
O dată ce inelul a fost stabilit, interfața fiecărei stații păstrează intern adresele stațiilor predecesoare și succesoare. Periodic, deținătorul jetonului trimite unul din cadrele SOLICIT_SUCCESSOR pentru a solicita cereri de la stațiile care doresc să se alăture inelului. Cadrul oferă adresa expeditorului și adresa succesorului. Doar stațiile cuprinse între aceste limite pot cere intrarea (pentru a menține inelul sortat descrescător după adresele stațiilor).
Dacă nici o stație nu cere să intre în timpul unei cuante , fereastra de răspuns (response window) este închisă, iar deținătorul jetonului își continuă activitatea normală. Dacă o stație se oferă să intre, ea este inserată în inel și devine succesorul deținătorului jetonului.
Dacă două sau mai multe stații cer să intre, cadrele lor se vor ciocni și vor fi distruse. Apoi deținătorul jetonului va rula un algoritm de arbitrare, începând cu difuzarea unui cadru RESOLVE_CONTENTION (rezolvare conflict). algoritmul este o variantă a numărătorii inverse binare, folosind doi biți deodată.
Mai mult, toate interfețele stațiilor mențin intern doi biți aleatori. Acești biți sunt utilizați pentru a întârzia toate cererile cu 0, 1, 2 sau 3 cuante, pentru a reduce conflictele. Cu alte cuvinte, două stații intră în coliziune atunci când fac o cerere numai dacă cei doi biți de adresă curenți sunt identici și se întâmplă să aibă aceiași doi biți aleatori. Pentru a preîntâmpina ca stațiile care trebuie să aștepte 3 cuante să fie permanent dezavantajate, biți aleatori sunt regenerați de fiecare dată când sunt folosiți sau periodic la fiecare 50 msec.
Solicitarea de noi stații nu poate interfera cu cazul cel mai defavorabil garantat pentru rotația jetonului. Fiecare stație are un ceas care este resetat ori de câte ori primește jetonul. Când sosește jetonul, vechea valoare a acestui ceas (adică timpul de rotație anterior al jetonului) este inspectată chiar înainte ca ceasul să fie resetat. Dacă el depășește o anumită valoare de prag, înseamnă că în ultima vreme traficul a fost prea aglomerat, așa că acum nu mai poate fi solicitată nici o cerere de alăturare. Oricum, numai o singură stație poate intra la fiecare solicitare, pentru a limita timpul consumat cu întreținerea inelului. Nu există nici o garanție în privința timpului de așteptare necesar pentru ca o stație să se alăture inelului atunci când traficul este aglomerat, dar în practică el nu ar trebui să fie mai mare de câteva secunde. Această incertitudine este nefericită, făcând 802.4 mai puțin potrivit pentru sistemele de timp real.
Părăsirea inelului este ușoară. O stație X, cu succesorul S și predecesorul P, părăsește inelul prin trimiterea către P a unui cadru SET_SUCCESOR (stabilire succesor) care îi spune că de acum încolo succesorul lui va fi S în loc de X. Apoi X încetează transmisia.
Inițializarea inelului este un caz special de adăugare de noi stații. Să considerăm un sistem inactiv cu toate stațiile oprite. Atunci când prima stație pornește, ea observă că ne este trafic o anumită perioadă de timp. Apoi emite un cadru CLAIM_TOKEN (cere jeton). Neauzind pe nimeni concurând pentru jeton, creează un jeton și inițializează un inel care o conține numai pe ea. Periodic solicită cereri pentru ca noi stații să se alăture. Pe măsură ce sunt pornite noi stații, ele vor răspunde acestor solicitări și se vor alătura inelului conform algoritmului de tratare a conflictelor descris anterior. În cele din urmă, fiecare stație care vrea să intre în inel va putea să o facă. Dacă primele două stații sunt pornite simultan, protocolul rezolvă acest lucru lăsându-le să ceară jetonul folosind algoritmul numărătorii inverse binare standard modificat și cei doi biți aleatori.
Datorită erorilor de transmisie sau a problemelor hardware, se pot ivi probleme în legătură cu inelul logic sau cu jetonul. De exemplu, ce se întâmplă dacă o stație încearcă să transmită jetonul unei stații care a căzut ? Soluția e simplă. După ce a transferat jetonul, o stație ascultă să vadă dacă succesorul ei transmite un cadru sau transferă jetonul. Dacă nu face nici una, nici alta, jetonul este transferat a doua oară.
Dacă nici de data asta nu se întâmplă nimic, stația transmite un cadru WHO_FOLLOWS (cine urmează), specificând adresa succesorului ei. Când succesorul stației căzute vede un cadru WHO_FOLLOWS indicând predecesorul ei, ea răspunde trimițând un cadru SET_SUCCESOR către stația al cărei succesor a căzut, numindu-se pe sine ca nou succesor. În acest fel stația căzută este eliminată din inel.
Să presupunem că o stație nu reușește să transfere jetonul succesorului ei și nici să localizeze succesorul succesorului ei, care poate fi de asemenea căzut. Atunci adoptă o nouă strategie, trimițând un cadru SOLICIT_SUCCESOR_2 pentru a vedea dacă mai este “cineva viu”. Protocolul standard de tratare a conflictelor este rulat încă o dată, cu toate stațiile care vor să intre în inel concurând pentru un loc. În cele din urmă, inelul este refăcut.
Un alt tip de problemă apare dacă deținătorul jetonului cade și, odată cu el, dispare și jetonul. Această problemă este rezolvată folosind algoritmul de inițializare a inelului. Fiecare stație are un ceas care de fiecare dată este inițializat ori de câte ori în rețea pare un cadru. Când acest ceas atinge o valoare de prag, stația emite un cadru CLAIM_TOKEN și algoritmul numărătorii inverse binare modificat, cu biți aleatorii, determină cine primește jetonul.
O altă problemă o reprezintă jetoanele multiple. Dacă o stație deținătoare de jeton sesizează o transmisie de la o altă stație, ea renunță la propriul jeton. Dacă au fost două, acum va fi unul. Dacă au fost mai mult de două acest proces se va repeta mai devreme sau mai târziu, până când va rămâne unul singur. Dacă, accidental, sunt eliminate toate jetoanele, atunci lipsa activității va determina una sau mai multe stații să încerce obținerea unui jeton.
Topologia de magistrală este una dintre cele mai des folosite topologii de rețea. Avantajele sunt : nu necesită atât de mult cablu ca topologia de stea și fiecare calculator necesită doar conexiune la un cablu; o defecțiune a cablului ( o rupere a cablului sau defectarea unui calculator) nu duce la oprirea întregii rețele. Dezavanajul este că toate calculatoarele folosesc același cablu (trebuie să lupte pentru a câștiga accesul).
2.4 Topologia De Inel (Ring)
O altă tehnologie LAN utilizată azi este Token Ring (inel). Regulile Token Ring sunt definite în IEEE 802.5. Ca și Ethernet, protocolul Token Ring furnizează servicii pentru straturile fizice și legătură de date ale modelului de referință OSI. Rețelele Token Ring pot rula la două rate de transfer diferite : 4Mbps sau 16 Mbps.
Metoda de acces folosită în rețelele Token Ring este numită metoda jetonului trecător (token passing). Această metodă de acces este una deterministă în care coliziunile sunt prevenite prin asigurarea că doar o singura stație poate transmite la un moment dat de timp. Acest lucru e realizat prin trecerea unui pachet special numit jeton de la o stație la alta de-a lungul inelului. O stație poate trimite un pachet doar atunci când jetonul e liber. Când o stație primește un jeton liber și transmite un pachet, acesta călătorește intr-o singură direcție de-a lungul inelului trecând pe la toate stațiile de-a lungul drumului. Ca și la Ethernet, pachetul este de obicei adresat unei singure stații și când acesta trece pe la stația respectivă este copiat. Pachetul continuă să circule în inel până când ajunge la stația care l-a transmis care-l retrage și eliberează jetonul pentru următoarea stație din inel.
Rețelele Token Ring utilizează ceea ce se numește topologia de inel. O altă topologie de inel utilizată azi seamănă cu topologia de stea (vezi Figura 2-3 numită collapsed ring.)
Figura 2-2 | Topologia de inel
Topologia de inel folosită în rețelele Token Ring este cea de collapsed ring care arată ca și topologia de stea. Fiecare stație e conectată la concertator (Token Ring Wiring Concentrator).
Standardul IEEE 802.5: LAN de tip jeton pe inel
Rețelele de tip inel există de mulți ani și au fost îndelung utilizate atât pentru rețele locale cât și pentru cele de mare întindere. Printre multele lor caracteristici atractive se află și faptul că un inel nu este de fapt un mediu real de difuzare, ci o colecție de legături punct-la-punct individuale care întâmplător formează un cerc. Legăturile punct-la-punct implică o tehnologie bine pusă la punct și testată în practică și pot funcționa pe cabluri din perechi torsadate, cabluri coaxiale sau fibre optice. Ingineria inelului este aproape în întregime digitală, în timp ce 802.3, de exemplu, are o componentă analogică substanțială pentru detecția coliziunii. Un inel este și echitabil și are o limită superioară cunoscută pentru accesul la canal. Din aceste motive, IBM a ales inelul ca LAN al său, iar IEEE a aprobat standardul token ring sub denumirea de 802.5.
O parte importantă în proiectarea și analiza oricărei rețele de tip inel este “lungimea fizică” a unui bit. Dacă rata datelor din inel este de R Mbps, un bit este emis la fiecare 1/R sec. În cazul unei viteze tipice de propagare a semnalului de aproximativ 200 m/sec, fiecare bit ocupă 200/R metri de inel. Aceasta înseamnă, de exemplu, că un inel de 1 Mbps, a cărui circumferință este de 1000 m, poate obține doar 5 biți simultan.
Un inel constă în realitate dintr-o colecție de interfețe de inel conectate prin linii punct-la-punct. Fiecare bit sosit la o interfață este copiat într-un tampon de 1 bit și apoi copiat iarăși în inel. În timp ce se află în tampon, bitul poate fi inspectat și eventual modificat înainte de a fi expediat. Acest pas de copiere introduce o întârziere de 1 bit la fiecare interfață. În figura următoare sunt arătate un inel și interfețele sale.
Într-un token ring, un șablon special de biți, numit jeton, circulă de-a lungul inelului ori de câte ori toate stațiile sunt inactive. Când o stație vrea să transmită un cadru, trebuie să preia jetonul și să îl elimine din inel înainte de a transmite. Acest lucru e realizat inversând un singur bit din cei trei octeți ai jetonului, care se transformă instantaneu în primii 3 octeți ai unui cadru normal de date. Deoarece există un singur jeton, numai o singură stație poate transmite la un moment dat, rezolvând astfel problema accesului la canal în același mod în același mod în care este rezolvată și de token bus.
O consecință a proiectării la token ring este că inelul însuși trebuie să aibă o întârziere suficientă pentru a conține un jeton complet care să circule atunci când toate stațiile sunt inactive. Întârzierea are două componente: o întârziere de 1 bit introdusă de fiecare stație și întârzierea de propagare a semnalului. În aproape toate inelele proiectanții trebuie să presupună că stațiile pot fi oprite oricând, în special noaptea. Dacă interfețele sunt alimentate de inel, închiderea stațiilor nu are efect asupra lor, dar dacă interfețele sunt alimentate extern, ele trebuie proiectate astfel, încât să conecteze intrarea la ieșire atunci când alimentarea este oprită, eliminând astfel întârzierea de 1 bit. Aici ideea este că într-un inel scurt ar putea fi nevoie de introducerea unei întârzieri artificiale noaptea, pentru a fi siguri că încape un jeton în el.
Interfețele inelului au două moduri de operare: recepție și transmisie. În modul recepție, biții de intrare sunt pur și simplu copiați la ieșire, cu o întârziere de 1 bit, așa cum se arată în figura de mai sus. În modul transmisie, în care se ajunge numai după ce s-a primit jetonul, interfața rupe legătura între intrare și ieșire, introducând propriile informații pe inel. Pentru a putea comuta din modul recepție în modul transmisie în interval de 1 bit, interfața are nevoie, de obicei, să stocheze unul sau mai multe cadre proprii, decât să le adauge de la stație într-un timp atât de scurt.
Pe măsură ce biții care s-au propagat pe inel se întorc, ei sunt eliminați din inel de către emițător. Stația emițătoare poate fie să îi salveze pentru a-I compara cu datele inițiale, monitorizând astfel siguranța transmisie prin inel, fie să îi elimine. Deoarece pe inel nu apare niciodată integral întregul cadru în același timp, această arhitectură de inel nu limitează dimensiunea cadrelor. După ce o stație a terminat transmisia ultimului bit al ultimului său cadru, ea trebuie să regenereze jetonul. Atunci când ultimul bit al cadrului a executat un tur și s-a întors, el trebuie eliminat, iar interfața trebuie să comute imediat înapoi în modul recepție, pentru a evita eliminarea jetonului care ar putea urma dacă nici o altă stație nu l-a eliminat.
Într-un token ring confirmările sunt simplu de folosit. Formatul cadrului trebuie să includă numai un câmp de 1 bit pentru confirmări, inițial pus pe 0. Atunci când stația destinație a recepționat un cadru, setează bitul respectiv pe 1. Desigur, dacă o confirmare înseamnă că suma de control a fost verificată, bitul trebuie să urmeze sumei de control, iar interfața de inel trebuie să fie capabilă să verifice suma de control imediat după ce a sosit ultimul ei bit. Atunci când un cadru este difuzat mai multor stații, trebuie utilizat un mecanism de confirmare mai complicat.
Atunci când traficul este redus, jetonul va petrece mare parte din timp înconjurând nestingherit inelul. Ocazional, o stație îi va prelua, va transmite un cadru și apoi va elibera un nou jeton. Oricum, atunci când traficul este încărcat, astfel încât există o coadă la fiecare stație, imediat ce o stație își termină transmisia și regenerează jetonul, următoarea stație de pe parcurs va observa și va elimina jetonul. În acest fel permisiunea de transmisie este cedată circular prin inel, în genul round-robin. În condiții de încărcare mare, eficiența rețelei poate să se apropie de 100 %. La nivelul fizic, 802.5 cere perechi torsadate ecranate funcționând la 1 sau 4 Mbps, deși IBM a introdus mai târziu o versiune la 16 Mbps. Semnalele sunt codificate utilizând codificarea Manchester diferențială cu niveluri înalte și scăzute alese ca fiind semnale pozitive și negative cu valori absolute între 3.0 și 4.5 volți. În mod normal, codificarea Manchester diferențială utilizează combinații sus – jos sau jos – sus pentru fiecare bit, dar 802.5 utilizează și sus – sus și jos – jos în anumiți octeți de control. Aceste semnale nepurtătoare de informație apar întotdeauna în perechi consecutive, astfel încât să nu introducă o componentă de curent continuu în voltajul inelului.
O problemă cu rețele inel este că dacă se întrerupe cablul undeva, inelul moare. Această problemă poate fi rezolvată foarte elegant prin utilizarea unui centru de cablaj (wire center) . Deși logic este un inel, din punct de vedere fizic fiecare stație este conectată la centru de cablaj printr-un cablu conținând (cel puțin ) două perechi torsadate, una pentru datele către stație și alta pentru datele de la stație.
Înăuntrul centrului de cablaj se află relee de ocolire ce sunt alimentate cu curent de la stații. Dacă inelul se întrerupe sau o stație pică, pierderea de curent va decupla releul și va izola stația. Releele pot fi dirijate și prin software pentru a permite programelor de diagnosticare să elimine stațiile pe rând, pentru a găsi stațiile și segmentele de inel vinovate. Inelul poate apoi să își continue activitatea, segmentele defecte fiind ocolite. Deși standardul 802.5 nu cere oficial acest tip de inel, denumit adesea inel cu configurație de stea, pentru a îmbunătății siguranța și întreținerea, majoritatea LAN-urilor 802.5 utilizează de fapt centre de cablaj.
Atunci când o rețea constă din multe grupuri de stații, grupuri aflate la mari distanțe, poate fi utilizată o topologie cu mai multe centre de cablaj.
Protocolul subnivelului MAC la Token Ring
Funcția de bază a protocolului MAC este simplă. Atunci când pe inel nu există trafic, un jeton de 3 octeți circulă la nesfârșit, așteptând ca o stație să îl preia prin setarea unui bit specific de la 0 la 1, convertind astfel jetonul în secvența început – de – cadru. Stație emite apoi restul unui cadru normal de date, așa cum se arată în figura următoare.
În condiții normale, primul bit al cadrului va înconjura inelul și se va întoarce la emițător înainte ca întregul cadru să fie transmis. Numai un inel foarte lung va fi capabil să țină chiar și un cadru scurt. În consecință, stația emițătoare va trebui să dreneze inelul în timp ce continuă să transmită.
O stație poate păstra jetonul pentru un interval de deținere a jetonului (token-holding time), care este de 10 msec, dacă nu cumva este fixată o valoare diferită la instalare. Dacă după ce a fost transmis primul cadru a rămas destul timp pentru a expedia mai multe cadre, acestea pot fi și ele transmise. După ce toate cadrele aflate în așteptare au fost transmise sau dacă transmisia unui alta cadru ar depăși timpul de deținere al jetonului, stația regenerează cadrul jeton de 3 octeți și îl pune în inel.
(a)
Octeți 1 1 1 2 sau 6 2 sau 6 Nelimitat 4 1 1
Controlul cadrului Delimitator de sfârșit
Controlul accesului Stare de cadru
Delimitator de început
(b)
Formatul jetonului. (b) Formatul cadrului de date.
Câmpurile Delimitator de început (Starting delimiter) și Delimitator de sfârșit (Ending delimiter) din figura de mai sus marchează începutul și sfârșitul cadrului. Fiecare conține șabloane Manchester diferențial nevalide (sus – sus și jos – jos), pentru a le deosebi de octeții de date. Octetul de Control al accesului (Access control) conține bitul de jeton, precum și Bitul de monitor (Monitor bit), Biții de prioritate (Priority bits) și Biții de rezervare (Reservation bits). Octetul de Control al cadrului (Frame control) deosebește cadre de date de diferite cadre de control posibile.
Urmează câmpurile Adresă destinație (Destination address) și Adresă sursă (Source address), care sunt aceleași ca și în 802.3 și 802.4. Acestea sunt urmate de date care pot fi atât de lungi cât este necesar, cu condiția ca transmisia cadrului să poată fi efectuată în timpul de deținere al jetonului. Câmpul Sumă de control (Checksum), la fel ca și adresele sursă și destinație, este același de la 802.3 și 802.4.
Un octet interesant, care nu este prezent în celelalte două protocoale, este octetul de Stare a cadrului (Frame status). Acesta conține biții A și C. Atunci când un cadru sosește la interfața stației care are adresa destinație, ea comută bitul A de pe 0 pe 1, în timp ce acesta trece. Dacă interfața copiază cadrul pentru stație, ea comută și bitul C de pe 0 pe 1. O stație poate eșua în copierea unui cadru datorită lipsei de spațiu în zona tampon sau din alte motive.
Atunci când stația emițătoare preia cadrul din inel, testează biții A și C. Sunt posibile trei combinații:
A = 0 și C = 0 : destinația nu există sau nu este pornită.
A = 1 și C = 0 : destinația există, dar cadrul nu este acceptat.
3. A = 1 și C = 1 : destinația există și cadrul este copiat.
Această convenție furnizează o confirmare automată pentru fiecare cadru. Dacă un cadru este rejectat, dar stația este prezentă, emițătorul poate opta să încerce din nou peste puțin timp. Pentru a crește siguranța, biții A și C sunt prezenți de două ori în octetul de Stare a cadrului, întrucât ei nu sunt protejați de suma de control.
Delimitatorul de sfârșit conține un bit E, care este setat atunci când o interfață detectează o eroare (de exemplu, un șablon non – Manchester acolo unde nu este permis). El mai conține și un bit care poate fi folosit pentru a marca ultimul cadru dintr-o secvență logică, ca un fel de bit end – of – file (sfârșit de fișier).
Protocolul 802.5 are o strategie complexă pentru tratarea cadrelor cu priorități multiple. Cadrul jeton de 3 octeți conține în octetul din mijloc un câmp care dă prioritatea jetonului. Atunci când o stație vrea să transmită un cadru cu prioritatea n, el trebuie să aștepte până poate captura un jeton a cărui prioritate este mai mică sau egală cu n. Mai mult, atunci când trece un cadru de date, o stație poate încerca să rezerve următorul jeton, scriind prioritatea cadrului pe care dorește să îl transmită în Biții de rezervare ai cadrului. Dacă acolo a fost deja rezervată o prioritate mai mare, stația nu mai poate face rezervarea. atunci când cadrul curent s-a terminat, următorul jeton este generat la prioritatea care a fost rezervată.
Gândindu-ne puțin, vom vedea că acest mecanism acționează ca o pârghie unidirecțională, ridicând prioritatea rezervată din ce în ce mai sus. pentru a elimina această problemă, protocolul conține câteva reguli complexe. Esența ideii este că stația care crește prioritatea este responsabilă pentru micșorarea ei atunci când a terminat.
Această schemă de priorități diferă substanțial de schema de la token bus, în care fiecare stație își primește întotdeauna porțiunea corectă de lungime de bandă, indiferent de ce fac celelalte stații. La token ring, o stație care are numai cadre cu prioritate scăzută trebuie să aștepte apariția unui jeton cu prioritate scăzută.
Întreținerea inelului
Protocolul token bus tinde către lungimi considerabile pentru a realiza întreținerea inelului într-un mod complet descentralizat. Protocolul token ring realizează întreținerea destul de diferit. Fiecare stație token ring are o stație monitor (monitor station) care supraveghează inelul. Dacă monitorul cade, un protocol de tratare a conflictelor asigură că o altă stație este aleasă rapid ca monitor (fiecare stație are capacitatea de a deveni monitor). Cât timp monitorul funcționează corect, numai el este responsabil de funcționarea corectă a inelului.
Cadrele de control la Token Ring
La crearea inelului sau atunci când o stație observă că nu mai există monitor, ea poate transmite un cadru de control CLAIM_TOKEN (cere jeton). Dacă acest cadru înconjoară inelul înainte ca să fie transmis un alt cadru CLAIM_TOKEN, emițătorul devine noul monitor. Cadrele de control al token ring-ului sunt prezentate în figura de mai sus.
Printre responsabilitățile monitorului se află aceea de a observa dacă jetonul nu s-a pierdut, dar și preluarea inițiativei atunci când inelul se întrerupe, curățarea inelului atunci când apar cadre deteriorate și supravegherea cadrelor orfane. un cadru orfan apare atunci când o stație transmite în întregime un cadru scurt într-un inel mare și apoi cade sau este oprită înainte de absorbția cadrului. Dacă nu se face nimic, cadrul va circula la infinit.
Pentru a detecta jetoanele pierdute, monitorul are un ceas care este setat la cel mai lung interval de timp, posibil fără jeton: cel în care fiecare stație transmite pe întregul interval de deținere al jetonului. La expirarea intervalului de timp, monitorul golește inelul și emite un nou jeton.
La apariția unui cadru deteriorat, monitorul îl detectează datorită formatului său incorect sau a sumei de control, deschide inelul pentru a-l goli și emite un nou jeton atunci când inelul a fost curățat. În final, monitorul detectează cadrele orfane setând bitul monitor din octetul de Control al accesului ori de câte ori trece pe la el. Dacă un cadru sosit are acest bit setat, înseamnă că ceva este în neregulă, întrucât același cadru a trecut pe la monitor de două ori fără să fie absorbit, așa că monitorul îl va absorbi.
O ultimă funcție a monitorului vizează lungimea inelului. Jetonul are o lungime de 24 de biți, ceea ce înseamnă că inelul trebuie să fie destul de mare pentru a cuprinde 24 de biți. Dacă întârzierile de 1 bit din stații plus lungimea cablului adunate dau mai puțin de 24 de biți, monitorul inserează biți suplimentari de întârziere pentru ca jetonul să poată circula.
O funcție de întreținere care nu poate fi realizată de monitor este localizarea întreruperilor în inel. Dacă o stație observă că unul din vecinii săi este mort, trimite un cadru BEACON (baliză), dând adresa presupusei stații moarte. Când acest cadru s-a propagat cât de departe a putut, se poate vedea câte stații sunt oprite și acestea sunt eliminate din inel, utilizând releele de ocolire din centrul de cablaj, totul realizându-se fără intervenția operatorului.
Comitetul 802.4 a fost speriat de moarte de ideea de a avea vreo componentă centralizată care ar pute cădea pe neașteptate și prăbuși și sistemul o dată cu ea. De aceea ei au proiectat un sistem în care deținătorul curent al jetonului are puteri speciale (de exemplu, solicitarea cererilor de alăturare la inel), dar în care nici o stație nu e diferită în vreun fel de celelalte ( de exemplu, responsabilitatea administrativă atribuită curent pentru întreținere).
Pe de altă parte, comitetul 802.5 a simțit că având un monitor central se pot trata mult mai ușor jetoanele pierdute, cadrele orfane și așa mai departe. În plus, într-un sistem normal, stațiile cedează foarte rar, așa că suportarea ocazională a concurenței pentru un nou monitor nu este o mare dificultate. Prețul plătit este că dacă vreodată monitorul chiar a luat-o razna, dar continuă să emită periodic cadre de control ACTIVE MONITOR PRESENT (există monitor activ), nici o stație nu-l va înlocui. Monitoarele nu pot fi puse la îndoială.
Această diferență în abordări vine de la domeniile diferite de aplicații avute în vedere de cele două comitete. Comitetul 802.4 se gândea la fabrici mari de metal mișcându-se sub controlul calculatorului. Căderile rețelei puteau provoca pagube serioase și trebuiau prevenite cu orice preț. Comitetul 802.5 era interesat în automatizarea birourilor, unde căderi rare puteau fi tolerate ca preț pentru un sistem mai simplu.
2.5 Topologia De Stea (Star)
Figura 2-3 | Topologie stea
În topologia de stea toate stațiile legate la un concentrator numit hub. Similar tehnologiei de magistrală, pachetele trimise de la o stație la alta sunt repetate la toate porturile hub-ului. Aceasta permite tuturor stațiilor sa vadă fiecare pachet trimis pe rețea, dar numai stația căruia îi e adresat îi va acorda atenție.
Figura 2-3 ilustrează topologia de stea pe o rețea locală – care este o tehnologie mult mai robustă. În topologia de stea, fiecare stație e conectată la un concentrator numit hub printr-un cablu individul. Cablul e conectat la un capăt la plăcii de rețea a stației iar în celălalt capăt la un port al hub-ului. Hub-urile sunt plasate în cămăruțe localizate central în clădire. Cu excepția calculatorului central, fiecare calculator are o singură legătură, care îi e dedicată.
Topologia de stea necesită destul de mult cablu, iar calculatoarele trebuie conectate direct la calculatorul central. Acesta înseamnă că acel calculator trebuie să susțină destul de mult cablu. Dacă se defectează calculatorul central, atunci întreaga rețea se oprește. Această topologie poate fi văzută ca o topologie de arbore cu un singur nivel. Un avantaj al acestei topologii este că fiecare conexiune nu acceptă mai multe calculatoare care se luptă pentru acces și deci pot fi realizate viteze mari de transfer (deși pentru aceasta mașina centrală trebuie să fie destul de rapidă).
2.6 Alte topologii
Topologia “lanț de margarete” seamănă cu topologia de inel, cu excepția faptului că cercul nu este complet. Fiecare calculator este legat la alte două calculatoare cu excepția capetelor lanțului. De remarcat că această topologie seamănă cu un inel rupt. Această topologie nu este foarte răspândită. Are câteva avantaje, cum ar fi ușurința de instalare a cablului și faptul că necesită ceva mai puțin cablu decât topologia de magistrală. Dezavantajul este că defectarea unui calculator sau ruperea unui cablu “rup” rețeaua în două.
În rețelele Token Ring, fiecare stație este conectată la un concentrator, numit MAU (multistation access unit) . Ca și la rețelele Ethernet, MAU este localizat în centrul clădirii.
FDDI
Fiber Distributed Data Interface, numită mai comun FDDI, transportă date la 100 Mbps, mai mult decât Ethernet sau Token Ring. Rețelele FDDI cer fibră optică dar azi pot funcționa de asemenea și pe UTP. Fibra este preferată în cele mai multe rețele FDDI pentru că poate fi folosită pe distanțe mai mari decât cablul UTP. Ca și Token Ring, FDDI folosește ca metodă de acces metoda jetonului trecător. Poate fi configurată atât în topologie de collapsed ring sau stea. FDDI a fost folosită inițial ca un backbone, un segment al rețelei care leagă câteva grupuri de lucru sau departamente intr-o singură clădire. A fost apoi utilizată pentru a lega LAN-uri aflate în diferite clădiri.
2.7 Arhitecturi De Rețele De Calculatoare
În afară de mediile NOS tradiționale de bază, două arhitecturi relativ noi s-au afirmat pentru dezvoltarea aplicațiilor distribuite ce sunt în prezent tot mai utilizate în mediile LAN : arhitectura client – server și modelul egal – la – egal (peer – to – peer ) . Aceste arhitecturi utilizează amândouă atât OS cât și NOS-ul pentru a duce la bun sfârșit sarcinile asociate cu calcul distribuit.
Arhitectura client – server
O arhitectură client – server este un model de calcul în care aplicațiile software sunt distribuite între entitățile din LAN. Clienții cer informația de la unul sau mai multe server din LAN ce stochează aplicațiile software, date și sisteme de operare de rețea. Sistemul de operare de rețea permite clienților să partajeze atât datele cât și aplicațiile ce sunt stocate pe server și la perifericele din LAN. Figura 2-4 este o prezentare logică posibilă a unui mediu client – server , în timp ce figura 2-5 descrie același lucru din punct de vedere fizic. De remarcat că un singur server suportă mai mulți clienți simultan.
Figura 2-4 | Modelul client – server
Client Sever
Există trei funcții de bază ale unui mediu de calcul distribuit: (1) administrarea datelor, (2) procesarea și (3) prezentarea (către utilizator). Modelele client – server permit distribuția acestor funcții între mai multe echipamente. Tabelul de mai jos descrie unele din facilitățile asociate cu variante ale implementării modelului client – server.
Figura 2-5 | O configurație tipică a modelului client – sever
Facilități asociate cu diferite implementări ale arhitecturii Client – Server
Orice sistem de calcul din rețea poate fi un client, fie un server. Clientul este reprezentat de entitatea care cere execuția sarcinii. Un server este entitatea ce execută un set de sarcini în contul unui client.
Procesul utilizatorului controlează interfața utilizatorului și emite comenzi pentru a conduce activitatea serverului din LAN. Acest lucru este realizat prin utilizarea unor Apeluri de Procedură la Distanță (RPC – Remote Procedure Calls). RPC-urile sunt programe software cu capabilități distribuite. Aplicațiile ce sunt implementate în LAN pot apela aceste proceduri prin ordonarea mesajelor, traducerea diferitelor coduri și menținerea integrității protocolului. Nu toate aplicațiile dintr-o arhitectură client-server sunt stocate pe server: clienții sunt capabili de a stoca aplicații și date local. Când clienții posedă sisteme de operare proprii, rețeaua este de tip cu cuplaj slab (loosely coupled). Unele din avantajele unei arhitecturi client – server include:
creșterea productivității;
controlul sau reducerea costurilor prin partajarea resurselor;
ușurința administrării prin focalizarea eforturilor asupra a doar câteva servere;
capacitatea de a se adapta nevoilor.
În modelul de calcul de tip izolat (stand-alone), toată inteligența este plasată în PC. Chiar și atunci când informațiile sunt rezidente pe un server de fișiere aflat într-un LAN, serverul stochează fișierele ca și cum acestea s-ar afla pe un disc local. De exemplu, pentru a realiza o sortare, întregul fișier este transmis către PC, care realizează toată procesarea acestora. Fișierul poate eventual să fie reîncărcat într-o formă sortată pe server. Serverul nu are capacitatea de a administra sau a controla datele. Există două probleme cu această arhitectură de server static:
– numărul de utilizatori simultani este destul de mic (câteva zeci), datorită problemelor de performanță relativ la mutarea fișierelor și a indecșilor aferenți.
– aplicațiile multiple necesită de obicei replicarea datelor în baze de date multiple, deseori de formate de fișiere diferite. Acest lucru face ca sincronizarea bazelor de date să fie dificile.
Într-un mediu client-server, serverul de fișiere are capacitatea de a realiza administrarea bazei de date. Acest lucru înseamnă că serverul (cunoscut și sub numele de back-end sau mașina bazei de date – database engine) poate rula un sistem de administrare a bazei de date relațional utilizând un sistem de operare multitasking (de exemplu OS/2 sau Unix). Este necesar un microprocesor relativ puternic pentru a rula OS-ul de tip multitasking, administratorul bazei de date și sesiunile concurente de lucru ale utilizatorilor.
Într-un mediu client-server, stația (cunoscută și sub numele de front-end) este responsabilă de “prezentarea” funcțiilor (afișarea datelor în raport cu interfața utilizator specifică, editarea și validarea datelor, precum și administrarea tastaturii și mouse-ului). Aceste funcții sunt relativ ușor de implementat, astfel încât costul modulului repetitiv ( n module pentru n utilizatori finali) să fie mic. Aceste lucruri se concretizează în următoarele avantaje:
suport pentru mulți utilizatori (câteva sute);
reducerea costurilor, deoarece software-ul de front-end este simplu;
– se poate utiliza sotware-ul de la o mulțime de producători, realizând o varietate de funcții, precum și partajarea bazei de date;
integritatea informației ( o aceeași bază de date partajată de toți utilizatorii).
Cele patru metode comune de realizare a aplicațiilor client-server sunt prin 1) interfața de programare a aplicațiilor (API – Application Programming Interface), 2) prin servere de baze de date, 3) prin manipularea de ferestre la distanță (remote windowing) și 4) prin software de tip RPC.
1) Interfața de programare a aplicațiilor (API – Application Programming Interface). O metodă folosită în mod curent pentru partajarea informației într-o rețea client-server este realizată prin utilizarea de API-uri de rețea. Acestea sunt funcții oferite de către producător ce permit programatorilor de aplicații să acceseze resursele rețelei într-o manieră standard. API-urile de rețea permit de asemenea interconectarea diferitelor aplicații ce rulează sub același sistem de operare. API-urile oferite de producători nu sunt în general portabile de la un sistem de operare la altul. SPX al lui Novell Netware, Named Pipes al lui Microsift Lan Manager și Sokets al lui Berkeley Unix sunt exemple de API-uri. Un deziderat pe termen lung ar fi acela de a crea API-uri independente de producător.
2) Servere de baze de date. Un server de baze de date este un server dedicat într-o rețea client-server ce oferă clienților accesul la resursele bazei de date. Serverele bazei de date utilizează de obicei o bază de date relațională cu un limbaj de interogare structurat (SQL – Structured Query Language) ce asigură accesul clienților la baza de date. Utilizând SQL, serverele bazei de date permit unui client să primească de exemplu un tabel ca răspuns la o interogare, în loc să încarce o întreagă bază de date. Această facilitate reduce traficul prin LAN, prin aceasta îmbunătățindu-se mult performanțele. Serverele bazelor de date bazate pe SQL extind modul de procesare al aplicațiilor într-o gamă largă de sisteme de operare de rețea cu ajutorul RPC-urilor. SQL este un limbaj simplu de conversație bazat pe limba engleză, utilizând comenzi simple așa cum sunt SELECT, FROM, WHERE, etc. pentru a realiza diferite interogări ale bazei de date.
3) Manipularea de ferestre la distanță. Manipularea de ferestre la distanță este o extensie a conceptelor de “fereastră” utilizate în mod comun la PC-uri. Acest mod permite interconectarea produselor de proveniențe diferite prin utilizarea unui terminal standard universal. Acest concept permite vizualizarea unor aplicații de procesare ale mai multor utilizatori în mod curent, de la locații aflate la distanță. Pentru a distinge în mod corect Microsoft Windows de conceptul generic de fereastră, se utilizează următoarea definiție generică: Windowing (lucrul cu ferestre) este o facilitate software ce permite împărțirea ecranului în ferestre ce reprezintă diferite partiții dreptunghiulare ale ecranului și în care se execută diferite aplicații. Aceste zone dreptunghiulare sunt de obicei acompaniate de GUI-uri ce pot fi mutate sau redispuse pe ecran. Microsoft Windows este o aplicație specifică a acestei facilități.
4) Apeluri procedurale la distanță (RPC). RPC-urile sunt bazate pe principiile de inginerie software ale proiectării asistate (CASE). Acest concept permite apelurilor convenționale de proceduri de a fi extinse în întreg cuprinsul unei rețele, omogene sau neomogene. RPC funcționează la mai multe niveluri de comunicație. Programatorii sunt “ecranați” față de mediul de rețea, fiindu-le astfel permis a se concentra doar asupra aspectelor funcționale ale aplicației ce urmează a fi dezvoltată.
Industria calculatoarelor descrie în general două tehnologii RPC ca standarde. Acestea sunt Open Network Computing (ONC) RPC, (deseori numită SunRPC) și Network Computing System (NCS).
Producătorii de software au întâlnit unele dificultăți în migrarea de la modelul de tip server de fișiere la modelul client-server. Implementările specifice au apărut cu destulă întârziere pe piață. Se pare că programatorilor le-a fost necesar mai mult timp decât era de așteptat pentru a se acomoda cu noul mediu de calcul. Avantajele arhitecturii client-server sunt flexibilitatea, scalabilitatea și fiabilitatea.
Modelul egal-la-egal (peer-to-peer)
Rețelele bazate pe acest model reprezintă o tranziție de la strategia de rețea bazată pe tradiționalul main-frame (calculator mare), unde main-frame-ul tratează echipamentele utilizate ca terminale “neinteligente” (dumb), dotate cu capabilități limitate sau chiar inexistente. Modelul egal-la-egal introduce principiile de calcul distribuit pentru a suporta comunicațiile directe dintre utilizatori, fără a fi necesară utilizarea unui mainframe pentru operațiile de dirijare, așa cum este cazul într-o rețea ierarhică tradițională.
Produsele LAN timpurii includeau IBM PC LAN Program și DCA 10Net. Arhitectura egal-la-egal s-a născut datorită migrării SNA-ului spre arhitectura distribuită, deși același rol l-ar fi putut avea și apariția standardelor de comunicație de date pentru interconectare în sisteme deschise. Într-un mediu IBM SNA bazat pe un mainframe, Rețeaua Egal-la-Egal de tip Avansat (APPN – Advanced Peer-to-Peer Networking) implementează modelul egal-la-egal între oricare două echipamente configurare în mod corespunzător. Aceste echipamente sunt capabile de a realiza dirijarea și funcțiile de control ce erau înainte centralizate la gazdă, de obicei mainframe.
Astăzi APPN este piatra de temelie a IBM pentru a migra rețeaua SNA spre o arhitectură distribuită.
Produsele LAN timpurii ce implementau modelul egal-la-egal necesitau dimensiuni mari de memorie ale PC-ului, erau deseori legate de un hardware specific și ofereau facilități limitate. Mai recent, NOS-urile de tip egal-la-egal au evoluat prin utilizarea hardware-ului de LAN standard (tipic Ethernet). Cu administratori de memorie și NOS-uri îmbunătățite, interconectările în rețea pot fi realizate în mod direct.
Cele mai bune NOS-uri de tip egal-la-egal au performanțe bune, asigurând facilități puternice și flexibilitate și permit o administrare ușoară. Aceste produse sunt în general concepte pentru configurații de rețea de dimensiuni mici.
Avantajele NOS-urilor egal-la-egal include:
– Flexibilitatea. Fiecare PC poate deveni un server, sau un singur PC poate fi desemnat ca server (așa cum este cazul în LAN-urile tradiționale , de exemplu NetWare). PC-urile pot de asemenea să schimbe rolurile între cel de utilizator de servicii și cel de ofertant de servicii.
Ușurință și simplitate în instalare, administrare și utilizare.
NOS-urile egal-la-egal au încă unele limitări, mai ales faptul că cele mai multe utilizează protocoale private, lucru ce limitează conectivitatea. De exemplu, nu este disponibil suport pentru routere pentru a utiliza nivelele de protocol ale acestor LAN-uri de deasupra celui MAC (bridge-uri pot fi folosite).
CAP. 3 | RESURSELE HARDWARE ÎNTR-O REȚEA DE CALCULATOARE
3.1 Elementele Componente Ale Unei Rețele De Calculatoare
Deși nu există o taxonomie general acceptată în care pot fi încadrate toate rețelele de calculatoare, sunt extrem de importante două criterii : tehnologia de transmisie și scara la care operează rețeaua. Vom exprima pe rând fiecare din aceste aspecte.
În principal există două tipuri de tehnologii de transmisie:
Rețele cu difuzare
Rețele punct-la-punct
Rețelele cu difuzare au un singur canal de comunicații care este partajat de toate mașinile din rețea. Orice mașină poate trimite mesaje scurte, numite în anumite contexte pachete, care sunt primite de toate celelalte mașini. Un câmp de adresă din pachet specifică mașina căreia îi este adresat pachetul. La recepționarea unui pachet, o mașină controlează câmpul de adresă. Dacă pachetul îi este adresat, mașina îl prelucrează; dacă este trimis pentru a altă mașină este ignorat.
Sistemele cu difuzare permit în general și adresare unui pachet către toate destinațiile, prin folosirea unui cod special în câmpul de adresă. Un pachet trimis cu acest cod este primit și prelucrat de toate mașinile din rețea. Acest mod de operare se numește difuzare. Unele sisteme cu difuzare suportă de asemenea transmisia la un subset de mașini, operație cunoscută sub numele de trimitere multiplă. Una din schemele posibile este să se rezerve un bit pentru a indica trimiterea multiplă. Restul de n-1 biți de adresă pot forma un număr de grup. O mașină se poate abona la un grup sau la toate grupurile. un pachet trimis la un anumit grup va ajunge la toate mașinile abonate la grupul respectiv.
Prin contrast, rețelele punct-la-punct dispun de numeroase conexiuni între perechi de mașini individuale. Pentru a ajunge de la sursă la destinație pe o rețea de acest tip, un pachet s-ar putea să fie nevoit să treacă prin una sau mai multe mașini intermediare. Deseori sunt posibile trasee multiple, de diferite lungimi, de aceea algoritmii de dirijare joacă în rețelele de tip punct-la-punct un rol important. Ca o regulă generală, rețele mai mici, localizate geografic, tind să utilizeze difuzarea, în timp ce rețelele mai mari sunt de obicei punct-la-punct.
Un criteriu alternativ pentru clasificarea rețelelor este mărimea lor.
Clasificarea procesoarelor interconectate în funcție de distanță
Prima categorie o reprezintă mașinile de tip flux de date, calculatoare cu grad ridicat de paralelism dispunând de mai multe unități funcționale care lucrează la același program. Urmează apoi multicalculatoarele, sisteme care comunică transmițând mesaje pe magistrale foarte scurte și foarte rapide. Dincolo de multicalculatoare sunt adevăratele rețele, calculatoare care comunică prin schimbul de mesaje pe cabluri mai lungi. Acestea pot fi împărțite în rețele locale, rețele metropolitane și rețele larg răspândite geografic. În sfârșit, prin conectarea a două sau mai multe rețele rezultă o inter-rețea. Internetul este un exemplu bine cunoscut de inter-rețea. Distanța este un criteriu de clasificare important, pentru că, la scări diferite, sunt folosite tehnici diferite.
Rețele locale
Rețelele locale (Local Area Networks), denumite în general LAN-uri, sunt rețele private localizate într-o singură clădire sau într-un campus de cel mult câțiva kilometri. Ele sunt frecvent utilizate pentru a conecta PC-urile și stațiile de lucru din birourile companiilor și fabricilor, în scopul de a partaja resurse (imprimante, de exemplu) și de a schimba informații. LAN-urile se disting de alte tipuri de rețele prin trei caracteristici : mărime, tehnologie de transmisie și topologie.
LAN-urile au dimensiuni restrânse, ceea ce înseamnă că timpul de transmisie în cazul cel mai defavorabil este limitat și cunoscut dinainte. Cunoscând această limită, este posibil să utilizăm anumite tehnici de proiectare care altfel nu ar fi posibile. Totodată, se simplifică administrarea rețelei.
LAN-urile utilizează frecvent o tehnologie de transmisie care constă dintr-un singur cablu la care sunt atașate toate stațiile, așa cum erau odată cablurile telefonice comune în zonele rurale. LAN-urile tradiționale funcționează la viteze cuprinse între 10 și 100 Mbps, au întârzieri mici (zeci de microsecunde) și produc erori foarte puține. LAN-urile mai noi pot opera la viteze mai mari, până la sute de Mbps.
Pentru LAN-urile cu difuzare sunt posibile diverse topologii.
Calculator
Cablu
Calculator
Magistrală Inel
Figura 3-1 | Două rețele cu difuzare
Într-o rețea cu magistrală (cu cablu liniar), în fiecare moment una dintre mașini este master și are dreptul să transmită. Restul mașinilor nu pot transmite. Când două sau mai multe mașini vor să transmită simultan, este necesar de un mecanism de arbitrare. Mecanismul de arbitrare poate fi centralizat sau distribuit. De exemplu, IEEE 802.3, popular numită Ethernet, este o rețea cu difuzare bazată pe magistrală cu control descentralizat, lucrând la 10 sau 100 Mbps. Calculatoarele dintr-un Ethernet pot transmite oricând doresc; două sau mai multe pachete se ciocnesc, fiecare calculator așteaptă o perioadă de timp aleatorie și apoi încearcă din nou.
Un al doilea tip de rețea cu difuzare este rețeaua în inel. Într-un inel fiecare bit se propagă independent de ceilalți, fără să aștepte restul pachetului căruia îi aparține. În mod tipic, fiecare bit navighează pe circumferința întregului inel într-un interval de timp în care se transmit doar câțiva biți, de multe ori chiar înainte ca întregul pachet să fie transmis. Ca în orice alt sistem cu difuzare, este nevoie de o regulă pentru a arbitra accesele simultane la inel. Pentru aceasta se utilizează diferite metode. IEEE 802.5 (inelul cu jeton de la IBM) este un LAN popular de tip inel, care operează la 4 și la 16 Mbps.
Rețelele cu difuzare pot fi împărțite în statice și dinamice, în funcție de modul de alocare al canalului. O metodă tipică de alocare statică ar fi să divizăm timpul în intervale discrete și să rulăm un algoritm round-robin, lăsând fiecare mașină să emită numai atunci când îi vine rândul. Alocarea statică irosește capacitatea canalului atunci când o mașină nu are nimic de transmis în cuanta ce i-a fost alocată, astfel că majoritatea sistemelor încearcă să aloce canalul dinamic (la cerere).
Metode de alocare dinamică pentru un canal comun sunt fie centralizate, fie descentralizate. În cazul metodei centralizate de alocare a canalului există o singură entitate, de pildă o unitate de arbitrare a magistralei, care determină cine urmează la rând. Poate face acest lucru acceptând cereri și luând o decizie conform unui algoritm intern. În cazul metodei descentralizate de alocare a canalului nu există o entitate centrală; fiecare mașină trebuie să hotărască pentru ea însăși dacă să transmită sau nu. S-ar putea crede că în acest fel se ajunge întotdeauna la haos, dar lucrurile nu stau așa.
Celălalt tip de LAN-uri este construit cu linii punct-la-punct. Liniile individuale leagă o mașină specificată cu o altă mașină specificată. Un astfel de LAN reprezintă o rețea larg răspândită geografic în miniatură.
Rețele metropolitane
O rețea metropolitană (Metropolitan Area Network), sau MAN este, în linii mari, versiune extinsă de LAN și utilizează în mod normal tehnologii similare cu aceasta. O rețea metropolitană se poate întinde pe zona ocupată de un grup de birouri învecinate sau pe suprafața unui întreg oraș și poate fi atât privată cât și publică. Un MAN poate suporta atât date cât și voce și poate chiar să aibă legături cu rețeaua locală de televiziune prin cablu. Un MAN dispune numai de un canal sau două, fără să conțină elemente de comutare care deviază pachetele pe una din cele câteva posibile linii de ieșire. Nefiind necesară comutarea, proiectarea este mai simplă.
Motivul principal pentru care MAN-urile figurează ca o categorie specifică constă în adoptarea unui standard specific, standard care este acum implementat. Acesta se numește DQDB (Distributed Queue Dual Bus – magistrală duală cu coadă distribuită) sau, pentru cei care preferă numerele IEEE 802.6. DQDB constă din două magistrale (cabluri) unidirecționale la care sunt conectate toate calculatoarele. Fiecare magistrală are un capăt de distribuție (head-end) – un dispozitiv care inițiază activitatea de transmisie. Traficul destinat unui calculator din dreapta transmițătorului folosește magistrala de sus. Traficul către utilizatorii din stânga folosește magistrala de jos.
Un aspect cheie pentru un MAN este prezența unui mediu de difuzare (în cazul 802.6, două cabluri) la care sunt atașate toate calculatoarele. Aceasta simplifică mult proiectarea în comparație cu alte tipuri de rețele.
Rețele larg răspândite geografic
O rețea larg răspândită geografic (Wide Area Network), sau WAN, acoperă o arie geografică întinsă – deseori o țară sau un întreg continent. Rețeaua conține o colecție de mașini utilizate pentru a executa programele utilizatorilor (adică aplicații). În concordanță cu termenul uzual, vom numi aceste mașini gazde. Uneori este folosit în literatură termenul de sistem final. Gazdele sunt conectate printr-o subrețea de comunicație sau, pe scurt, subrețea. Sarcina subrețelei este să transporte mesajele de la gazdă la gazdă, exact așa cum sistemul telefonic transmite cuvintele de la vorbitor la ascultător. Prin separarea aspectelor de pură comunicație a rețelei (subrețelei) de aspectele referitoare la aplicații (gazdele), proiectarea întregii rețele se simplifică mult.
În majoritatea WAN-urilor , subrețeaua este formată din două componente distincte: liniile de transmisie și elementele de comutare. Liniile de transmisie ( numite și circuite, canale, sau trunchiuri) transportă biții între mașini.
Elementele de comutare sunt calculatoare specializate, folosite pentru a conecta două sau mai multe linii de transmisie. Când sosesc date pe o anumită linie, elementul de comutare trebuie să aleagă o nouă linie pentru a trimite datele mai departe. Din păcate, nu există terminologie standard pentru denumirea acestor calculatoare. Folosind diverși termeni, ele pot fi numite, de exemplu, noduri comutatoare a pachetelor, sisteme intermediare sau comutatoare de date. Vom folosi ca termen generic pentru aceste calculatoare de comutare cuvântul ruter. Conform acestui model, fiecare gazdă poate fi legată direct cu un ruter. Colecția de linii de comunicație și de rutere (dar nu și gazde) formează subrețeaua.
În cazul celor mai multe WAN-uri, rețeaua conține numeroase cabluri sau linii telefonice, fiecare din ele legând o pereche de rutere. Dacă două rutere nu împart un același cablu, dar doresc să comunice, atunci ele trebuie să facă acest lucru indirect, prin intermediul altor rutere. Când un pachet este transmis de la u ruter la altul prin intermediul unuia sau mai multor rutere, pachetul este primit în întregime de fiecare uter intermediar, este ținut acolo până când linia de ieșire cerută devine liberă și apoi este retransmis. O subrețea care funcționează pe acest principiu se numește subrețea punct-la-punct, subrețea memorează-și-retransmite sau subrețea cu comutare de pachete. Aproape toate rețelele larg răspândite geografic (excepție făcând cele care utilizează sateliți) au subrețele memorează-și-retransmite. Când pachetele sunt mici și au aceeași mărime, ele sunt adesea numite celule.
Atunci când se folosește o subrețea punct-la-punct, o problemă importantă de proiectare se referă la alegerea topologiei de interconectare a ruterelor. Rețelele locale proiectate astfel folosesc de obicei topologii simetrice. Din contră, rețelele larg răspândite geografic au, în mod tipic, topologii neregulate.
O a doua posibilitate pentru un WAN este utilizarea unui satelit sau a unui sistem radio terestru. Fiecare ruter are o antenă cu care poate să recepționeze și să emită. Toate ruterele pot auzi semnalul de la satelit, iar în unele cazuri, ele pot auzi totodată și transmisiile de la rutere către satelit.
Uneori ruterele sunt conectate la o rețea punct-la-punct și numai unele din ele au antene de satelit. Rețelele de sateliți sunt în mod inerent rețele cu difuzare și se utilizează mai ales atunci când proprietatea de difuzare este importantă.
Rețele radio
Calculatoarele mobile, așa cum sunt blocnotesurile sau asistenții personali digitali (PDA-urile), reprezintă segmentul din industria tehnicii de calcul cu dezvoltarea cea mai rapidă. Mulți posesori ai acestor calculatoare au la birou sisteme legate la LAN-uri și WAN-uri și vor să se conecteze la acestea, chiar și atunci când se află în locuri depărtate de casă sau pe drum. Deoarece legăturile prin fir sunt imposibile în mașini sau în avioane, interesul pentru rețele radio este foarte puternic.
Comunicațiile digitale fără fir nu reprezintă, de fapt, o idee nouă. Încă din 1901, fizicianul italian Gugliermo Marconi a realizat legătura între un vapor și un punct de pe coastă folosind telegraful fără fir și codul Morse. Sistemele radio moderne au performanțe mai bune, dar ideea fundamentală a rămas aceeași.
Rețelele radio au numeroase utilizări. Biroul portabil reprezintă una dintre ele. Oamenii aflați pe drum doresc adesea să folosească echipamentele lor electronice portabile pentru a trimite și primi faxuri și poștă electronică, pentru a citi fișiere aflate la distanță, pentru a se conecta la distanță, și așa mai departe. Și doresc să facă așa ceva din orice loc de pe uscat, apă sau aer.
Rețelele radio sunt de mare importanță pentru parcurile de camioane, taxiuri și autobuze, ca și pentru echipamentele de intervenție care trebuie să mențină contactul cu baza. Rețelele radio pot fi de asemeni utile pentru echipele de intervenție în locuri de dezastru unde sistemul telefonic a fost distrus. Calculatoarele aduse la fața locului pot să transmită mesaje, să înregistreze informații, etc.
În sfârșit, rețelele radio sunt importante pentru armată. Dacă trebuie să faci fată în cel mai scurt timp unui război care se poate desfășura oriunde în lume, atunci probabil că nu este o idee bună să te bazezi pe infrastructura de rețele existentă la fața locului. Este mai bine să-ți aduci propria rețea.
Elemente componente
Cabluri. În alegerea cablurilor trebuie să ținem seama de caracteristici ca cele de mediu fizic (coaxial, fire torsadate, fibre optice, etc.), caracteristici fizice proprii standardelor locale, caracteristice electrice și optice.
Într-un LAN pe fire torsadate (10Base-T), care este în prezent un tip comun utilizat, stațiile, serverele, bridge-uri, routere și gateway-uri sunt atașate la concentratoare folosind 2 perechi de cabluri pe fire torsadate. Toate echipamentele sunt conectate într-o configurație de tip stea într-un hub (ce poate avea și funcție de concentrator de cabluri) care suportă de la 8 la câteva sute de stații. Mai multe hub-uri pot fi utilizate pentru a suporta un număr mare de utilizatori. Hub-urile la rândul lor sunt conectate între ele folosind orice mediu enunțat mai înainte. Deoarece distanța limită între hub-uri este de aproximativ 100 de metri, proiectanții utilizează deseori cabluri de interconectare de un tip superior pentru a mări distanța între hub-uri (vezi figura următoare).
Figura 3-2 | Modul de cablare al unui Lan (10 Base-T) bazat pe pereche de fire torsadate
Caracteristicile fizice principale ale unui cablu metalic sunt grosimea (diametrul) firului activ și diametrul exterior. În plus sistemul de cabluri este caracterizat prin :
impedanță;
capacitate;
atenuare;
viteza semnalului;
caracteristici de zgomot.
Impedanța. Impedanța este funcție de rezistența, inductanța și capacitatea cablului. Valoarea trebuie să fie relativ constantă într-un domeniu de frecvențe, pentru a permite un transfer consistent și optimal de semnal spre transceivere (transmițător – receptor). Pentru cablul coaxial acest parametru este constant de la 60 Hz la 10 GHz. De exemplu, cablul RG 22 are o impedanță de 75 Ohmi; cablul RG 62 are o impedanță de 93 Ohmi; atât cablul 10 Base-5 cât și 10 Base-2 au o impedanță de 50 Ohmi. Pentru cablul tip pereche torsadată, acest parametru nu este constant și de aceea performanța sistemului scade odată ce distanța crește.
Capacitatea. Capacitatea e o funcție de material (constanta dielectrică a materialului), construcția cablului și lungimea lui. Are un efect direct asupra calității semnalului afectând atenuarea: atenuarea este direct proporțională cu capacitatea care la rândul ei e direct proporțională cu lungimea cablului. În plus apar distorsiuni ale formei semnalului. Pentru un anumit prag al atenuării – distorsiunii receiverului (receptorului) nu va mai fi capabil să detecteze semnalul. Capacitatea cablului coaxial este între 40 (RG 62) la 80 (10 Base-2) pF pe metru. Pentru perechea de fire torsadate capacitatea este de tipic 33-51 pF pe metru.
Atenuarea. Atenuarea este cauzată de factori rezistivi și capacitivi și este direct proporțională cu lungimea cablului. Prin urmare atenuarea este cu atât mai mică cu cât capacitatea este mai mică și lungimea cablului este mai mică. Alternativ, se poate micșora capacitatea pentru a mări raza de acțiune a cablului. În LAN-uri mai prezintă importanță și alți factori așa cum sunt timpul de propagare și protocolul utilizat.
Viteza semnalului. Viteza semnalului este o funcție dependentă de mediul de propagare. În vid semnalul se propagă cu m/s . În alte medii această viteză este mai mică. În cablul coaxial viteza este între 0,78 (RG 58) și 0,83 (RG 11) din viteza în vid. Pentru pereche de fire torsadate viteza este de 0,6 din viteza în vid. Pentru cablul de fibre optice viteza este de 0,66 din viteza în vid. Viteza semnalului determină cât de repede se propagă semnalul prin cablu. Deci va determina de asemenea cât timp va trebui să asigneze un protocol anumitor evenimente, pentru ca aceasta să aibă timp să se termine. Ca rezultat acest lucru va determina și capacitatea maximă a canalului.
Zgomot. Caracteristicile zgomotului depind de tipul cablului (coaxial, pereche de fire torsadate, fibră optică etc) și tipul constructiv (ecranat și neecranat). Zgomotul este generat de surse externe așa cum sunt motoare electrice, generatoare, lumini fluorescente, diafonie, etc. Din acest punct de vedere cablul pe fibre optice este cel mai imun la interferențe, având cel mai mic zgomot.
Cablul cu pereche de fire torsadate este cel mai susceptibil mediu, deoarece acționează ca o antenă. Un mijloc de contracarare a acestor deficiențe este de a mări numărul de torsadări (răsuciri) pe unitatea de lungime.
Cablarea structurată. Cablarea structurată are două avantaje: este independentă de aplicație și are un design flexibil și modular. Oamenii și echipamentele pot fi relocate într-un birou fără a fi necesară refacerea structurii cablajului. Atașarea de noi utilizatori precum și mentenabilitatea sunt simplu de realizat. Prin contrast, cablarea nestructurată poate fi dependentă de aplicație, deseori cerând refaceri de legături scumpe și nu suportă extinderi.
Organizația Electronics Industry Association / Telecommunications Industry Association (EIA/TIA) a emis un standard pentru cablări structurate în clădiri comerciale cunoscut sub numele de EIA/TIA 568. Standardul acoperă patru domenii:
Mediul fizic de transmisie (perechea torsadată, coaxial, fibre optice)
Topologia
Terminatori și conectori
Administrarea
Standardul specifică atât magistrala (backbone) principală precum și LAN-urile orizontale (rețele dispuse pe etaje). Asemenea sisteme cablate sunt considerate a avea o viață utilă ce depășește 10 ani. Standardul EIA/TIA 568 utilizează o topologie fizică de tip stea ierarhică. Topologiile logice așa cum sunt cea de magistrală, inel, arbore sau inel dublu pot fi adaptate acestei stele fizice.
Această rețea ierarhică are următoarele avantaje:
suportă o gamă largă de echipamente pasive și active
asigură puncte centralizate de administrare și mentenanță a rețelei
asigură o platformă modulară pentru o creștere nedistructivă a rețelei
Standardul partiționează topologiile de cablare în 5 subsisteme:
subsisteme de magistrală de campus împreună cu conectorul principal (MCC – Main Cross Connect)
subsisteme de magistrală pentru clădire împreună cu conectorul intermediar (ICC – Intermediate Cross Connect)
subsistemul dulapului de comunicații (TCC – Telecommunications Closet Subsystem)
subsistem de cablare în zona de lucru
subsistem de administrare
Subsistemul magistralei campusului leagă grupurile de clădiri ce sunt situate adiacent. Una dintre clădiri conține MCC-ul. MCC-ul constă atât din componente pasive cât și active ce suportă magistrala pentru clădirile din campus ce trebuie interconectate. Cablurile pe fibre optice instalate între clădiri sunt dispuse conform necesităților companiei.
Subsistemul magistralei (backbone) al clădirii asigură legătura între magistrala campusului și zonele orizontale și de grup de lucru. Acest subsistem constă dintr-un ICC situat într-o cameră specială. ICC-ul conține atât componente active cât și pasive. Cablul pe fibre este instalat din etaj în etaj, cu un dulap de cablare pe fiecare etaj.
TCC-ul , cunoscut și ca sistem orizontal, asigură legătura între magistrala clădirii și subsistemul de cablare al zonei de lucru. TCC-ul este punctul de graniță, între cablul pe fibre optice și alte medii fizice de transmisie. Dacă sistemul LAN de pe un etaj și zona de lucru respectivă nu necesită fibre, atunci fibrele se termină la TCC. Fibrele pot fi extinse în zona de lucru după nevoi.
Subsistemul de cablare al zonei de lucru conectează PC-urile, MPC-urile )PC multimedia) și stațiile de lucru la echipamentul de telecomunicații. Acest subsistem constă în mod tipic dintr-o cutie de comunicații ce poate fi configurată astfel încât să accepte diferite tipuri de cabluri.
Subsistemul de administrare constă din hardware-ul necesar administrării subsistemelor menționate mai sus. Asigură conectările, interconectările și informațiile necesare realizării unei conectivități coerente în cadrul întregii rețele.
Module de interfață cu rețeaua. PC-urile și stațiile obțin accesul fizic la LAN cu ajutorul unui modul de interfață cu rețea (NIC – Network Interface Card). Un NIC este o placă ce este instalată în PC și suportă funcții de partajare a mediului fizic , precum și de sincronizare. Aceste module în mod tipic implementează standardele IEEE așa cum sunt 802.2, 802.3, 802.4, 802.5. PC-urile mai noi și stațiile de lucru vin cu interfețe de rețea integrate.
Transceivers. În plus față de NIC, PC-urile pot avea nevoie de un transceiver (receptor – emițător) pentru a se conecta la LAN. Transceiver-ul este un echipament ce transmite și recepționează semnal între NIC-ul din PC și mediul fizic utilizat. Transceiverele nu sunt necesare în situația în care sunt utilizate conectoare Ethernet în T și care sunt atașate direct la conectorul BNC al unui NIC. Un transceiver poate fi de asemenea utilizat pentru a permite conectarea la un mediu fizic, altul decât cel normal utilizat pentru NIC. De exemplu, un model de interfață rețea ce necesită un cablu coaxial gros, poate comunica cu o rețea Ethernet pe fire torsadate utilizând un transceiver. Transceiverul asigură funcții de administrare, cu o flexibilitate sporită în configurarea LAN-urilor cu medii multiple de lucru.
Lanț de terminale (terminale localizate aproape)
Soluție timpurie de cablare: coaxial dispus pe tavanul încăperii
Administrare prin hub:
Probleme de izolație
Notificare prealabilă a defectării
Dirijare
Figura 3-3 | Evoluția modurilor de cablare ale LAN-urilor
Hub-uri pentru cablaje (wiring hubs). Aceste tipuri de hub-uri oferă un punct de control pentru cablajele aferente computerelor. Ele oferă administratorului rețelei un punct central de localizare a cablajelor, ceea ce facilitează monitorizarea, mutarea și eventuala mărire a sistemului. Ele servesc de asemenea pentru a conecta o zonă LAN (un grup de birouri, un etaj sau chiar o clădire întreagă) într-o rețea cu magistrală de mari dimensiuni. Nu există un consens asupra a ceea ce reprezintă de fapt un hub (care inițial era un simplu concentrator). Multe hub-uri suportă conexiuni prin cabluri ecranate și neecranate pe fire torsadate, fibre optice și cabluri coaxiale subțiri și groase. Hub-urile suportă în mod tipic de la 800 de noduri, oferind funcții de administrare rețea, cu o abordare modulară a structurii de interconectări și de administrare. Hub-urile permit de asemenea unui administrator să controleze și să monitorizeze de la distanță rețeaua cu ajutorul software-ului de administrare al rețelei.
Tendința este de a introduce cât mai multe funcții în hub. Acest lucru are ca rezultat câștigarea de spațiu și simplificarea administrării și controlului prin reducerea numărului de echipamente suplimentarea necesare. Termenul de hub administrat este utilizat pentru a identifica aceste noi și sofisticate hub-uri. Încă de la începutul ani lor ’90, producătorii de hub-uri au adăugat facilități de conectivitate a acestora, așa cum ar fi dirijarea (routing) . Astăzi și hub-urile pentru cabluri suportă funcții de servere de aplicație. au devenit disponibile produse noi, ce îmbunătățesc funcțiile hub-urilor, integrându-le într-o platformă așa cum sunt de exemplu cele pentru aplicațiile NetWare ce sunt în mod normal rezidente pe server. Ideea este de a degreva serverul de sarcini, diminuând necesitatea de a cumpăra unul nou. O soluție ar fi cea de a utiliza o arhitectură închisă într-un hub, utilizată de mai mulți producători. Altă posibilitate ar fi cea de a adăuga o funcție de cablare a unui server LAN. acest lucru este însă realizabil numai în LAN-uri de mici dimensiuni.
Unele facilități dintre noile facilități de hub sunt:
Procesarea semnalelor de alarmă pentru a determina dacă o problemă poate fi rezolvată fără a fi necesară anunțarea administratorului rețelei;
pornirea automată a rețelei și oprirea sa la momente specifice de timp;
capacitatea de a administra rețeaua;
operarea ca servere de terminal;
posibilitatea de a acționa ca gateway-uri de Ethernet;
platforme de aplicații : procesoare RISC cu discuri de Gbytes (file servere, print servere) integrate în locații de hub-uri protejate fizic. Funcțiile tipice includ dirijarea, E-mail, gateway SNA etc;
lărgime de bandă de secvență dedicată unei stații;
gateway-uri;
suport de bridge între FDDI și Token Ring;
funcții de securitate (limitarea accesului prin parole la porturi, criptarea pachetelor de date etc);
posibilitatea de comutare port cu port;
hub-uri pentru LAN-uri necablate.
La nivel general, hub-urile pot fi caracterizate în hub-uri Ethernet cu configurație fixă, hub-uri Ethernet cu configurație modulară și multislot și hub-uri multifuncție și mixte.
3.2. Componente De Legătură Între Rețele De Calculatore
Pe parcursul timpului s-a făcut resimțită o nevoie tot mai mare de interconectare a LAN-urilor, atât local cât și la distanță. Această conectivitate poate fi extinsă cu ajutorul repertoarelor, bridge-urilor, router-elor și a gateway-urilor.
Repertoare. Acestea sunt instrumente ce amplifică semnalele pentru a mări distanța fizică pe care poate acționa un LAN. Un repertor extinde un singur segment din LAN pentru a acomoda utilizatorii adiționali, deși anumite reperoare sunt capabile să extindă două LAN-uri simultan. Cele două segmente pot utiliza uneori două tipuri diferite de mediu fizic sau topologii diferite, deși acest lucru este mai rar întâlnit. Repertoarele au trei limitări: (1) datorită amplificării zgomotului, împreună cu semnalul, (2) natura limitată a extensiei, (3) faptul că rețeaua rămâne o singură rețea la nivel logic, prin aceasta limitându-se numărul de utilizatori ce pot fi suportați de către mediul fizic.
Bridge-uri. Bridge-urile (punți) conectează două sau mai multe LAN-uri la nivel MAC (subnivel din nivelul 2 al stivei de protocoale OSI) al LAN-ului. Cele mai mari dureri de cap legate de standarde apar atunci când trebuie conectate două sau mai multe rețele. O soluție pentru aceste situații este utilizarea unui bridge. Acest termen descrie orice dispozitiv care conectează două sisteme de comunicație și care prelucrează pachetele de date în funcție de adresa expeditorului și a destinatarului. Un bridge ce primește pachete de date (cadre) va “pasa” pachetele de date LAN-urilor interconectate, bazându-se pe un algoritm de expediere (forwarding) selectat de producător (de exemplu dirijare explicită, filtrare de adrese dinamică, filtrare de adrese statică, etc). LAN-ul ce recepționează trebuie să utilizeze la nivel MAC același protocol ca și LAN-ul transmițător pentru a citi pachetul de date (deși există și bridge-uri de translatare pentru cazul unor MAC-uri diferite, unii administratori utilizează routere pentru a îndeplini această funcție).
Rețele de vin din ce în ce mai complexe iar bridge-urile oferă administratorului de rețea posibilitatea de a diviza rețeaua în segmente logice mai mici pentru a o face mai ușor de administrat. Spre deosebire de repertoare, bridge-urile refac electric semnalele astfel încât zgomotul nu se propagă mai departe în rețea.
Figura 3-4 | Bridge
Un bridge unește cele două rețele legate la el astfel încât ele par a fi o singură rețea. Deci, dacă numerele 3 și 8 sunt servere, atunci când calculatorul numărul 1 (un client) face acces la unul din ele, nu contează că ele se află pe rețele diferite. Sistemul bridge copiază toate mesajele de pe interfața de rețea numărul 1 pe interfața numărul 2, chiar dacă sursa și destinatarul se află pe aceeași parte a lui. De asemenea, el nu dă atenție conținutului mesajelor.
Bridge-urile ce fac legătura segment-la-segment sunt relativ des întâlnite. Segmentele legate în cascade multiple sunt de asemenea posibile. Totuși, traficul destinat pentru un nod aflat la distanță trebuie să treacă prin mai multe bridge-uri, cauzând o posibilă degradare a calității serviciului (întârzieri și pierderi de cadre). Bridge-urile multiport permit mai multor LAN-uri să partajeze unul și același bridge. Echipamentele comunică unul cu altul prin bus-ul intern al bridge-ului. Resursele partajate si administrarea mai bună a rețelei pot reduce costul per port al bridge-ului.
O altă problemă este conectarea a două rețele ce folosesc diferite tipuri de cabluri. Această problemă este ușor de rezolvat. Ethernet, de exemplu, poate folosi diverse tipuri de cabluri și poate fi conectată la diverse alte tipuri de rețele. Avem totuși o problemă dacă vrem să interconectăm rețele care folosesc diverse tipuri de cablu. Un calculator cu interfețe pentru fiecare rețea și cu un program care realizează funcția de bridge, poate realiza această problemă. Bridge este format din întregul sistem : calculator, soft și interfețe de rețea. Softul de bridge preia mesajele de la o conexiune și le transferă la cealaltă. ( figura 3-4)
Sistemele bridge mai fac de asemenea o filtrare. Dacă un bridge ar transfera toate pachetele pe care le primește, atunci fiecare rețea ar avea pe lângă traficul ei și întregul trafic de pe cealaltă parte a bridge-ului. Dar nu există nici un motiv ca un pachet care are ca destinatar un calculator de pe aceeași rețea să traverseze sistemul bridge în cealaltă rețea. Aceasta ar adăuga doar un trafic suplimentar celeilalte rețele. Pentru a evita aceasta, sistemele bridge realizează filtrarea. Ele pot fi configurate pentru a ști ce adrese se află de o parte a lui și ce adrese se află de cealaltă parte sau ele pot învăța singure, prin simpla urmărire a traficului pachetelor.
Bridge-ul poate fi foarte rapid, deoarece face foarte puține prelucrări asupra pachetelor. Principala calitate a software-ului de bridge este că el nu schimbă conținutul mesajului, pentru că ele nu înțelege nimic din “limba” în care este scris mesajul.
Comparație între repertoare și bridge-uri
Pe parcursul timpului s-au adăugat tot mai multe facilități bridge-urilor. Aceste îmbunătățiri include o tabelă de adresare mai mare, o filtrare de cadru complexă, un debit de informație mărit, echilibrarea încărcării, o diversitate mai mare de inferențe, redundanță și suport pentru capabilități de administrare rețea (incluzând protocoale standard). Mai mulți producători adaugă de asemenea diferite nivele de dirijare (aceste echipamente sunt cunoscute sub numele de brouter-e), ce permit utilizatorilor să dispună bridge-uri pentru a interconecta 2 sau mai multe LAN-uri și mai târziu să invoce facilități de router odată ce sunt adăugate noi protocoale rețelei. Suportul de dirijare este utilizat pentru protocoale de inter-rețea corespunzătoare nivelelor de sus (mai sus de cel de date), ca și pentru alte standarde internaționale.
Bridge-urile “transparente” ( ce nu cer utilizatorului să specifice calea către destinație) utilizate în Ethernet, trebuie să mențină o tabelă de adresare. Până în 1990, aceste tabele erau capabile să memoreze între 2000 și 5000 de intrări. Bridge-urile mai noi pot stoca până la 60.000 de intrări. Prin contrast, bridge-urile “sursă” utilizate în LAN-uri de tip token-ring, cer ca stațiile ce transmit să asigure informații asupra modului de a ajunge la destinație a datelor transmise.
Tabela de adresare a unui bridge transparent este actualizată printr-o metodă statică sau dinamică. În varianta statică, administratorul LAN specifică dacă un cadru de date pentru o anumită destinație necesită a fi dirijat la un alt LAN. În varianta dinamică, bridge-ul construiește propria tabelă de adrese prin “observarea” traficului. Fiecare bridge din rețea trebuie să mențină o tabelă de intrări pentru toți utilizatorii activi. Datorită limitărilor inerente ale dimensiunii tabelei, bridge-ul utilizează tehnici de “învechire” (aging techniques) pentru a elimina intrările din tabelă ce nu au avut trafic de o anumită perioadă de timp. Dacă un cadru sosește la un bridge având o destinație ce nu se află în tabelă, este utilizată o tehnică de “inundare” (flooding technique). Acest lucru are însă un impact negativ asupra performantelor generale ale bridge-ului. Prin urmare este în general recomandabilă o tabelă de adresare mai mare.
Filtrarea cadrelor și rata (debitul) de retransmisie (forwarding) a cadrelor, poate varia între câteva mii de cadre pe secundă, la câteva zeci de mii pentru gama medie de bridge-uri și până la câteva sute de mii pentru bridge-urile din gama de mare performanță.
Bridge-urile ce suportă FDDI au pătruns deja pe piață, ca și bridge-urile ce utilizează canale necablate (wireless) pentru interconectări bridge la bridge. Diferențele între bridge-uri , routere și hub-uri încep să se piardă în ultimele implementări ale acestor echipamente de interconectare. Integrarea de funcții de bridge, router și hub este realizată prin încărcarea software-ului specific platformelor hardware disponibile sau prin adăugarea unui modul de bridge sau router unui hub pentru cablaje (wirinig hub).
Router-e. Router-ele, care sunt echipamente de dirijare (routing) a traficului de date, realizează conexiuni la un nivel arhitectural superior față de bridge-uri. Routerele asigura controlul fluxului pentru pachetele de date recepționate din LAN, prin aceasta crescând siguranța conexiunii, permițând și utilizarea unei varietăți de subrețele de interconectare. Diferite pachete pot, în principiu, să fie dirijate prin rețele diferite, de exemplu, pentru securitate sau din motive de cost.
Figura 3-5 | Router
Un router nu numai că poate filtra mesaje care nu necesită transferul, dar unele pot fi programate să blocheze sau să permită trecerea doar a mesajelor de la anumite adrese. Dacă cele două rețele utilizează tehnologii de transport diferite (de exemplu, una utilizează Ethernet iar cealaltă Token Ring) atunci sistemul router este brouter (este în același timp și bridge și router). Un router este “deștept” în sensul că știe ce adrese aparțin fiecărei rețele. Aceasta înseamnă că poate filtra mesajele care nu necesită transferul pe cealaltă rețea. De exemplu, mesajele de la calculatorul 1 la calculatorul 7 vor fi transferate de pe rețeaua A pe rețeaua B, dar mesajele de la nr.1 la nr.3 nu.
Routerele operează cu un protocol WAN specific sau cu un număr de protocoale. Dacă sunt utilizate protocoale multiple pentru interconectarea LAN-urilor, un manager poate fie selecta un router separat pentru fiecare protocol, sau să aibă un router capabil de a recunoaște mai multe protocoale. Dezavantajele router-elor , relativ la bridge-uri, includ reducerea ratei de filtrare a pachetelor.
Gateway-uri (porți). Viața ar fi ușoară dacă toate calculatoarele ar “vorbi” aceeași limbă. Conectarea main-frame-urilor, a minicalculatoarelor, a calculatoarelor personale și a rețelelor locale s-ar face instantaneu. Sistemele gateway preiau rolul de traducător. Ele se află între două sisteme și convertesc cererile expeditorului în formatul care poate fi înțeles de destinatar. Sistemele gateway pot conecta calculatoare personale la main-frame-uri , minicalculatoare și alte calculatoare care folosesc și alte sisteme de operare . Novell, de exemplu, oferă o gateway care traduce “limba” (sau protocolul). Aceasta permite calculatoarelor Macintosh să poată folosi fișiere și imprimante de pe sisteme NetWare ca și când ar fi servicii originale Macintosh.
Gateway-urile sunt utilizate pentru interconectarea LAN-urilor ce utilizează protocoale complet diferite la toate nivelele de comunicație. Translația completă a unităților de date recepționate, dintr-un protocol în altul complet diferit, afectează viteza de transmisie. Un exemplu tipic de utilizare a unui gateway este la interconectarea unei rețele IBM SNA cu o rețea DEC net.
Problemele de interconectare a două rețele care “vorbesc” limbi diferite sunt formidabile. Discuția cu un main-frame este ușoară dacă doriți să “fiți” doar terminal. Dacă doriți să “fiți” ceva mai sofisticat (un alt calculator de ex.) aveți nevoie de o “barieră” complicată și puternică. Un sistem gateway nu numai că trebuie să “înțeleagă” limba sistemului “străin” dar trebuie să se poată conecta fizic la acel sistem.
Comparație între routere și gateway-uri
3.3 Sistemul De Comunicație Într-O Rețea De Calculatoare
Conceptul de procesare distribuită și de rețele de calculatoare implică faptul că entitățile din diferite sisteme de calcul trebuie să comunice. Exemple de entități sunt programele de aplicații, facilități pentru transferul de fișiere, sistemele de administrare a bazelor de date, poștă electronică etc. În general, o entitate este capabilă de transmisie / recepție, iar un sistem este un obiect fizic distinct ce conține una sau mai multe entități.
Pentru ca două entități să fie capabile de comunicație, ele trebuie să “vorbească” un același limbaj. Ce se comunică, cum se comunică și când se comunică, trebuie să se conformeze unui set mutual acceptat de convenții între entitățile implicate Acest set de convenții este denumit protocol , ce conține un set de reguli ce guvernează schimbul de date între două entități. Elementele cheie ale unui protocol sunt :
Sintaxa: include lucruri așa cum sunt formatul datelor, codarea și nivelele de semnal;
Semantica: include informația de control pentru coordonare și pentru tratarea erorilor;
Sincronizarea (timing): include punerea de acord a vitezelor de transmisie și secvențierea datelor.
Pentru a ilustra comunicarea considerăm un exemplu tehnic: cum se realizează comunicarea la ultimul nivel din rețeaua cu cinci niveluri din figura de mai jos. O aplicație care se execută în nivelul 5 produce un mesaj M și îl furnizează nivelului 4 pentru a-l transmite. Nivelul 4 inserează un antet în fața mesajului, pentru a identifica respectivul mesaj și pasează rezultatul nivelului 3. Antetul include informații de control, de exemplu numere de ordine care ajută nivelului 4 de pe mașina destinație să livreze mesajele în ordinea corectă în cazul în care nivelurile inferioare nu păstrează această ordine. Pe unele niveluri, antetele conțin de asemenea câmpuri de control pentru mărime, timp și alte informații.
În numeroase rețele nu există nici o limită cu privire la mărimea mesajelor transmise în protocolul nivelului 4, dar există aproape întotdeauna o limită impusă de protocolul nivelului 3. În consecință, nivelul 3 trebuie să spargă mesajele primite în unități mai mici, pachete, atașând fiecărui pachet un antet specific nivelului 3. În acest exemplu, M este descompus în două părți, M1 și M2.
Nivelul 3 decide ce linie de transmisie să utilizeze și trimite pachetele nivelului 2. Nivelul 2 adaugă nu numai câte un antet pentru fiecare bucată, ci și o încheiere, după care furnizează unitatea rezultată nivelului 1 pentru a o transmite fizic. În mașina receptoare mesajul este trimis în sus, din nivel în nivel, pe parcurs fiind eliminate succesiv toate antetele. Nici un antet corespunzător nivelurilor sub n nu este transmis în sus nivelului n.
Mașină sursă Mașină destinație
Ceea ce este important de înțeles în figura de mai sus este relația dintre comunicația virtuală și cea efectivă și diferența între protocoale și interfețe. De exemplu, procesele egale de la nivelul 4 își imaginează conceptul comunicarea ca realizându-se pe”orizontală”, utilizând protocolul nivelului 4. Deși fiecare din ele are, probabil, o procedură de genul TrimiteÎnCealaltăParte și o alta PrimeșteDinCealaltăParte, aceste proceduri nu comunică de fapt cu cealaltă parte, ci cu nivelurile inferioare prin interfața 3 / 4.
Abstractizarea proceselor pereche este crucială pentru proiectarea întregii rețele. Cu ajutorul ei, această sarcină practic imposibilă poate fi descompusă în probleme de proiectare mai mici, rezolvabile, și anume proiectarea nivelurilor individuale. O parte din problemele cheie care apar la proiectarea rețelelor de calculatoare sunt prezente în mai multe niveluri.
Fiecare nivel are nevoie de un mecanism pentru a identifica emițătorii și receptorii. Dat fiind că o rețea cuprinde în mod normal numeroase calculatoare, iar o parte dintre acestea dețin mai multe procese, este necesară o modalitate prin care un proces de pe o anumită mașină să specifice cu cine dorește să comunice. Ca o consecință a destinațiilor multiple, pentru a specifica una dintre ele, este necesară o formă de adresare.
Un alt set de decizii de proiectoare se referă la regulile pentru transferul de date. În unele sisteme datele circulă într-un singur sens (comunicare simplex). În altele datele pot circula în orice sens, dat nu simultan (comunicare semi – duplex). În sfârșit, în alte sisteme datele circulă în ambele sensuri simultan (comunicare duplex integral). protocolul trebuie, de asemenea, câtor canale logice le corespunde conexiunea și care sunt prioritățile acestora. Multe rețele dispun de cel puțin două canale logice pe conexiune, unul pentru date normale și unul pentru date urgente.
deoarece circuitele fizice de comunicații nu sunt perfecte, controlul erorilor este o problemă importantă. Se cunosc multe coduri detectoare și corectoare de erori, dar ambele capete ale conexiunii trebuie să se înțeleagă asupra codului utilizat. În plus, receptorul trebuie să aibă cum să-i spună emițătorului care mesaje au fost primite corect și care nu.
Nu toate canalele de comunicație păstrează ordinea mesajelor trimise. Pentru a putea trata o eventuală pierdere a secvențierii, protocolul trebuie să furnizeze explicit receptorului informația necesară pentru a putea reconstitui ordinea corectă a fragmentelor. O soluție evidentă este să se numeroteze fragmentele, dar această soluție încă nu rezolvă problema fragmentelor care sosesc în ordine incorectă.
O problemă care intervine la fiecare nivel se referă la evitarea situației în care un emițător rapid trimite unui receptor lent date la viteză prea mare. O rezolvare presupune o anumită reacție, directă sau indirectă, prin care receptorul îl informează pe emițător despre starea sa curentă. Altele limitează viteza de transmisie a emițătorului la o valoare stabilită de comun acord cu receptorul.
O altă problemă care apare la câteva niveluri privește incapacitatea tuturor proceselor de a accepta mesaje de lungime arbitrară. Acest fapt conduce la mecanisme pentru a dezasambla, a transmite și apoi a reasambla mesajele. O problemă asemănătoare apare atunci când procesele insistă să transmită datele în unități atât de mici, încât transmiterea lor separată este ineficientă. În această situație, soluția este să se asambleze împreună mai multe mesaje mici destinate aceluiași receptor și să se dezasambleze la destinație mesajul mare obținut astfel.
Atunci când este neconvenabil sau prea costisitor să se aloce conexiuni separate pentru fiecare pereche de procese comunicante, nivelul implicat în comunicare poate hotărî să utilizeze aceeași conexiune pentru mai multe conversații independente. Atât timp cât această multiplexare și demultiplexare se realizează transparent, ea poate fi utilizată de către orice nivel. Multiplexarea este necesară, de exemplu, în nivelul fizic, unde traficul pentru toate conexiunile trebuie să fie transmis prin cel mult câteva circuite fizice. Atunci când există mai multe căi între sursă și destinație, trebuie ales un anumit drum. Uneori această decizie trebuie împărțită pe două sau mai multe niveluri. De exemplu, este posibil ca trimiterea unor date să necesite atât o decizie la nivel înalt pentru alegerea țării de tranzit în funcție de legile lor de protejare a secretului datelor, cât și o decizie de nivel scăzut pentru alegerea unuia din multele trasee posibile, pe baza traficului curent.
CAP.4 | SISTEME DE OPERARE PENTRU REȚELE LOCALE
Sistemele de operare de rețea, asemenea majorității celorlalte aspecte ale comunicațiilor de date, suferă schimbări uriașe. Ca urmare, înainte de a examina caracteristicile operaționale ale unui sistem de operare de rețea particular, este importantă obținerea unei perspective complete asupra sistemelor de operare de rețea in general. In particular, arhitecturile sistemelor de operare de rețea se află într-o stare de tranziție de la medii închise, în care numai clienții si serverele rulând pe același sistem de operare de rețea puteau interacționa, la medii deschise, in care clienții universali au posibilitatea de a interopera cu servere rulând pe orice sistem de operare de rețea.
Funcționalitatea sistemului de operare de rețea este importantă în egală măsură pentru sistemele de operare de rețea client și pentru cel server. Funcționalitatea examinată este reprezentativă pentru sistemele de operare de rețea curente mai mult decât orice produs particular.
4.1 Arhitecturi De Sisteme De Operare De Rețea
Diferențe între Peer-to-Peer și Client/Server
In mod tradițional, sistemele de operare de rețea erau împărțite în două categorii majore de produse:
Sisteme de operare de rețea Peer-to-Peer, cunoscute și ca LAN–uri bazate pe DOS sau LAN–uri ieftine, oferind o instalare ușoară si servicii de fișiere și imprimare pentru nevoi de workgroup.
Sisteme de operare de rețea Client / server oferind capacități mai puternice inclusiv suport pentru sute de utilizatori si posibilitatea de a interacționa cu alte sisteme de operare de rețea prin intermediul gateway-urilor. Aceste sisteme de operare de rețea client / server erau mai scumpe și mai complicat de instalat și administrat decât sistemele peer-to-peer.
Peer-to-Peer
Una din primele atracții ale sistemelor de operare de rețea peer-to-peer au fost cerințele acestora hardware de memorie și spațiu pe disc relativ mici. In plus, faptul că acestea rulau ca o aplicație in background peste sistemul de operare DOS le făcea considerabil mai ușor de instalat și administrat decât sistemele de operare de rețea client / server.
In majoritatea LAN-urilor peer-to-peer, stațiile de lucru individuale pot fi configurate ca beneficiar de servicii (client), ofertant de servicii (server) sau o combinație între acestea. Termenii de client si server, in acest caz, descriu rolul funcțional al stației de lucru in rețea. Totuși, sistemul de operare de rețea instalat rămâne unul peer-to-peer, deoarece toate stațiile de lucru din rețea încarcă același software de rețea. Majorității sistemelor de operare de rețea le lipsește capacitatea de a accesa servere ale sistemelor de operare de rețea client / server și, de asemenea își diminuează performantele in momentul adăugării la sistem a unui număr mare (peste 50) de utilizatori. Ca urmare, sistemele de operare de rețea peer-to-peer tradiționale au fost caracterizate drept lipsite de interoperabilitate.
Client / Server
În contrast, sistemele de operare de rețea client / server tradiționale presupuneau încărcarea a doua produse software distincte pe computerele client si respectiv server. Soft-ul specializat client avea cerințe mai mici de memorie și spațiu pe disc, și era mai ieftin decât mai complicatul și mai scumpul soft server. Exemple de sisteme de operare de rețea client / server tradiționale sunt Novell NetWare 3.12 si Microsoft LANManager. Soft-ul client era conceput să interacționeze cu soft-ul server corespunzător.
Diferențierea actuală: NOS Client – NOS Server
Cerințe funcționale ale sistemelor de operare de rețea actuale
Deși sistemele de operare de rețea tradiționale peer-to-peer și client / server îndeplineau cerințele funcționale pentru un grup de lucru sau un departament, limitările acestora au devenit evidente atunci când a fost nevoie ca LAN-urile departamentale să fie integrate într-un singur sistem informatic de întreprindere interoperabil.
Pentru a înțelege specificațiile arhitecturale ale sistemelor de operare de rețea din zilele noastre este necesar ca, în primul rând, să înțelegem cerințele funcționale pe care aceste sisteme trebuie sa le ofere. In cadrul unei analize top-down a sistemelor de operare de rețea, s-ar putea pune întrebarea: “Ce servicii cer de la sistemul de operare de rețea utilizatorii unui sistem informatic de întreprindere?”. Răspunsul se găsește în nivelul aplicație al modelului top-down. Deoarece aplicațiile distribuite oferă productivitate si posibilitatea luării deciziilor la nivel de întreprindere, substratificarea sistemelor de operare de rețea trebuie să suporte aceste aplicații distribuite prin oferirea de servicii de mesagerie și servicii globale directory necesare pentru rularea acestor aplicații într-un mediu multi-server la nivel de întreprindere.
Figura 4-1 ilustrează aceste cerințe funcționale și le compară cu cerințele așteptate în mod tradițional de la sistemele de operare de rețea client / server si peer-to-peer.
După cum se observă din figură, pentru sistemele de operare de rețea apar următoarele așteptări noi sau în formare:
Servicii pentru aplicații.
Servicii directory.
Servicii de integrare / migrare.
Punctele cheie ale fiecăruia dintre aceste servicii din ce in ce mai solicitate sunt puse in evidenta in figura 4-1. Pentru a putea îndeplini cu succes aceste cerințe funcționale, arhitecturile sistemelor de operare de rețea au evoluat de la sisteme integrate client / server cu un singur ofertant spre sisteme client și server distincte și independente oferite de mai mulți vânzători.
Figura 4-1 | Servicii așteptate de la sistemele de operare de rețea: tradiționale si noi
Sisteme de operare de rețea Client: Clientul universal
Sistemele de operare de rețea client integrează funcționalitatea sistemelor de operare tradiționale cu facilități de sisteme de operare de rețea avansate pentru a putea oferi posibilitatea comunicării cu tipuri diferite de sisteme de operare de rețea server. Aceasta capacitate a stației de lucru client de a interopera transparent cu un număr de sisteme de operare server diferite fără a necesita reconfigurări ale unor produse adiționale este descrisa ca atribut de client universal.
Sisteme de operare de rețea Server
Sistemele de operare de rețea server pot fi alese și instalate pe baza caracteristicilor performanțelor lor pentru o funcționalitate necesară cunoscută. Spre exemplu, serverele NetWare sunt des folosite ca servere de fișiere și imprimare, pe când serverele Windows NT, OS / 2 sau Unix sunt de obicei folosite ca servere de aplicații. Deoarece abilitatea de client universal oferă posibilitatea comunicării cu orice server iar sistemele de operare de rețea server pot să comunice cu o varietate mare de sisteme de operare client, alegerea sistemului de operare de rețea se poate baza mai mult pe optimizarea performantelor funcționale decât pe abilitatea de a oferi protocoalele necesare de comunicare.
Sistemele operare de rețea pentru small business
Ca răspuns la noile cerințe funcționale, sistemele de operare de rețea peer-to-peer tradiționale au trecut atât prin transformări funcționale cât și arhitecturale. Funcționalitățile peer-to-peer de rețea cum ar fi: file sharing, printer sharing, chat si e-mail sunt acum incluse în majoritatea sistemelor de operare de rețea client. Ca rezultat, sistemele de operare de rețea peer-to-peer tradiționale cum ar fi LANtastic și PowerLAN au trebuit să se diferențieze de nou apărutele sisteme client cum ar fi Windows ’95 si IBM OS / 2 Warp Connect.
Din punct de vedere arhitectural, sistemele de operare de rețea pentru small business din ziua de azi au evoluat de la medii peer-to-peer închise, configurate in mod identic spre interoperabilitate cu sisteme de operare de rețea server prin intermediul capabilităților lor de client universal. In plus, acestea oferă propriul lor client software pe 32 de biți care permite o performanță mai bună decât software-ul peer pe 16 biți configurat ca server.
O caracteristică importantă a ultimelor sisteme de operare de rețea pentru small business este faptul că acestea continuă să păstreze toate atributele pozitive ale sistemelor de operare de rețea peer-to-peer din care au evoluat cum ar fi:
Sunt bazate pe DOS și au cerințe mici de memorie și spațiu pe disc.
Instalarea, configurarea și întreținerea sunt ușoare.
Serviciile pentru fișiere și tipărire sunt de bună calitate.
Sistemele de operare de rețea pentru small business se diferențiază și de sistemele de operare de rețea client prin faptul că oferă facilități mai avansate printre care:
Server software dedicat pe 32 de biți.
Software pentru grupuri de lucru inclus.
Căi ușoare de migrare spre sisteme de operare de rețea de tip server.
Sistemele de operare de rețea pentru small business par a fi strecurate între sistemele de operare de rețea client și cele server și sunt pregătite funcțional să ofere o cale de migrare ușoară între cele două piețe.
4.2 Funcționalitatea Sistemelor De Operare De Rețea Client
Sistemele de operare de rețea client cum ar fi Windows ’95, OS / 2 Warp Connect și Windows NT Workstation oferă trei categorii majore de funcționalități:
Capabilități de sistem de operare.
Capabilități de rețea peer-to-peer.
Software client pentru comunicarea cu o varietate de sisteme de operare de rețea server.
Relația logică între aceste trei categorii de funcționalități distincte dar totuși complementare este ilustrată în figura 4-2, care pune în evidență și zonele potențiale de compatibilitate și protocoalele acolo unde diferite nivele software și hardware interferează.
Figura 4-2
Pornind de la cele trei categorii de funcționalității ale sistemului de operare de rețea, analistul de rețea ar trebui să poată construi un proiect logic al rețelei în care să specifice funcționalitățile necesare pentru a îndeplini obiectivele afacerii.
Acest proiect logic al rețelei poate fi folosit ca mecanism de evaluare pentru comparație cu funcționalitatea obținută de la tehnologia avută la dispoziție. Funcționalitatea proiectului logic de rețea poate fi comparată cu funcționalitatea oferită de tehnologia existentă într-o grilă de analiza a tehnologiei. Avantajul efectuării unei grile de analiză tehnologică în cadrul unui asemenea efort are avantajul că ne asigură că deciziile luate se bazează pe fapte și nu pe pachete creative sau marketing pur.
Capabilitățile sistemului de operare
Caracteristici dezirabile ale sistemelor de operare din perspectiva importantei fiecărei caracteristici pentru performantele întregului sistem de operare de rețea:
Sistem de operare pe 32 de biți – sistemele de operare pe 32 de biți vor da posibilitatea mai sofisticatelor și mai performantelor aplicații pe 32 de biți să ruleze mai rapid.
Multitasking preemptiv – multitasking-ul preemptiv nu permite programelor să monopolizeze resursele sistemului în dezavantajul performantelor celorlalte aplicații în rulare.
Spațiu protejat de memorie – spațiul de memorie protejat împiedică programele de aplicație să suprascrie accidental porțiuni din spațiul de memorie al altor aplicații sau al sistemului de operare cauzând erori “general protection fault” sau căderi ale sistemului.
Suport pentru multiprocesare simetrică – SMP (Symmetrical MultiProcessing) este importantă pentru sistemele de operare de rețea în mod special din cauza încărcării procesorului cu multiple cereri de servicii simultane din partea clienților. Unele aplicații client puternice cum ar fi cele de modelare 3D sau simulatoarele software asigura SMP și pe platforme client.
Multithreading – aplicațiile cu mai multe thread-uri pot obține creșteri de performanță numai dacă sunt executate de sisteme de operare care suportă multithreading, permițând mai multor subprocese să se execute simultan.
Interfața utilizator
Interfețele utilizator orientate pe obiecte prezintă utilizatorului un desktop grafic pe care pot fi aranjate conform dorinței utilizatorului obiecte grafice reprezentând fișiere, directoare, programe, periferice si altele. Mai important este faptul că aceste obiecte, ce pot fi mutate în cadrul desktop-ului, își păstrează proprietățile lor caracteristice. Ca rezultat, când se executa un click pe un obiect de pe desktop, pot fi executate numai acțiunile legitime prezentate în meniuri sensibile la context potrivite pentru respectiva clasă de obiecte.
Spre deosebire de interfețele utilizator orientate pe obiecte, interfețele utilizator bazate pe Windows, care sunt tot de natura grafică, nu permit reprezentărilor prin iconițe ale directoarelor, fișierelor sau ale drive-urilor de disc să fie scoase din fereastra lor specifică și plasate direct pe desktop. Figura 4-3 prezintă prin contrast interfețele utilizator bazate pe Windows și pe cele orientate pe obiecte.
Suportul pentru programe de aplicație
Un aspect foarte important al oricărui plan de migrare spre un nou sistem de operare de rețea client este gradul de suport pentru compatibilitate înapoi cu aplicațiile,
Figura 4-3
cunoscut și sub numele de suport pentru aplicațiile moștenite. Acesta este susținut de faptul că majoritatea companiilor nu își pot permite să înlocuiască sau să rescrie toate programele de aplicație pentru a putea trece la un nou sistem de operare de rețea client.
Deși am afirmat anterior că sistemele de operare de rețea client sunt dezirabile, marea majoritate a aplicațiilor de rețea sunt totuși aplicații pe 16 biți. In plus, multe dintre aceste programe de aplicație pe 16 biți, produse în scopuri comerciale sau “produse în casă” trec peste comenzile și apelurile de funcții API conversând direct cu dispozitivele hardware. In majoritatea cazurilor, acest mod de programare avea ca scop îmbunătățirea performantelor. Programele sau procedurile ce scriu direct în hardware-ul calculatorului sunt uneori referite ca folosind real-mode device drivers.
Multe sisteme de operare de rețea pe 32 de biți nu permit programelor de aplicație să adreseze sau să controleze în mod direct hardware-ul, cu scopul de a mări securitatea și de a nu permite aplicațiilor de a suprascrie zone de memorie ce nu le aparțin cauzând căderi de sistem. In locul accesului direct, aceste sisteme de operare pe 32 de biți mai sigure controlează accesul la hardware și anumite servicii sistem prin intermediul unor virtual device drivers, cunoscute și ca VxD – uri. Windows NT este probabil cel mai bun exemplu de sistem de operare pe 32 de biți ce interzice adresarea directa a hardware –ului. Ca rezultat, multe aplicații pe 16 biți, în mod particular jocurile cu multă grafică, nu pot fi executate pe platforme Windows NT. Pe de alta parte Windows NT este foarte stabil.
Alta problemă în legătură cu execuția aplicațiilor pe 16 biți este dacă acestea rulează sau nu într-un spațiu de adrese de memorie concurențial, cunoscut și ca subsistem pe 16 biți. Dacă rulează, atunci o singură aplicație pe 16 biți ce nu se comportă adecvat poate prăbuși sistemul pe 16 biți și toate celelalte aplicații pe 16 biți în curs de execuție. Unele sisteme de operare pe 32 de biți permit fiecărei aplicații pe 16 biți să ruleze în propriul spațiu de memorie protejat.
Sistemele de operare de rețea client pot executa aplicații pe 32 de biți în propriul lor spațiu de adresă cunoscut și ca modul protejat de memorie. In orice caz, dacă toate aceste aplicații pe 32 de biți mod protejat rulează peste un singur subsistem pe 32 de biți, o singură aplicație pe 32 de biți poate compromite întregul subsistem și toate celelalte aplicații pe 32 de biți asociate.
Faptul că o aplicație este executabilă sau nu sub un sistem de operare de rețea particular depinde de comenzile și cererile aplicației pentru servicii de rețea ce pot fi, sau nu formulate într-un format înțeles de interfața pentru programe de aplicație (API – Application Program Interface) a sistemului de operare de rețea respectiv. Fiecare sistem de operare de rețea are propriul sau API unic sau acceptă diverse variante de API-uri. Spre exemplu, Windows, Windows NT și Windows ’95 suportă toate variații ale Win32 API.
Unele sisteme de operare de rețea client, cum ar fi Windows NT, au capacitatea de a suporta mai multe API-uri și mai multe subsisteme de sisteme de operare diferite, menționate uneori și ca mașini virtuale. Această caracteristică dă posibilitatea de a rula peste un singur sistem de operare de rețea aplicațiilor scrise pentru o varietate de sisteme de operare cum ar fi OS / 2, DOS sau POSIX.
Caracteristici Plug-n-Play
Caracteristici plug-n-play (PnP) sunt incluse, în diverse măsuri, în majoritatea sistemelor de operare de rețea client. Scopul plug-n-play este eliberarea utilizatorilor de necesitatea de a înțelege și de a se îngriji de lucruri cum ar fi cereri de întrerupere (IRQ – Interrupt ReQuest), canale de acces direct la memorie (DMA – Direct Memory Access), adrese de memorie, porturi COM și editări de CONFIG.SYS de fiecare dată când un dispozitiv este adăugat la computer. Deși acest scop nu a fost îndeplinit în întregime, un real progres a fost totuși realizat. O funcționalitate PnP ideală ar presupune următoarele:
Detectarea automată a adăugării sau îndepărtării dispozitivelor PnP.
Reglarea pentru un dispozitiv a tuturor setărilor menționate anterior astfel încât acesta să nu intre în conflict cu alte dispozitive.
Încărcarea automata a drivere-lor necesare respectivului dispozitiv.
Standardul PnP include de asemenea suport pentru reconfigurare dinamică, ceea ce implică următoarele:
Posibilitatea inserării sau extragerii din computer a plăcilor PCMCIA fără a fi nevoie de reboot.
Hot docking pentru laptop-uri in timp ce acestea sunt pornite.
Software de aplicație conștient de reconfigurări dinamice care să răspundă automat la orice schimbare în configurația sistemului.
În cele din urmă, între dispozitivele PnP vor fi incluse, pe lângă plăci de interfață de rețea, și diverse tipuri de controller-e, dispozitive SCSI, monitoare, imprimante și o mare varietate de dispozitive de intrare. Controller-ele SCSI vor fi configurate in concordanță cu standardul PnP cunoscut sub numele de SCAM sau SCSI configurate automat. Monitoarele ce respecta PnP vor fi controlate și configurate conform standardului PnP DDC (Data Display Channel).
Problemele de compatibilitate sunt foarte importante pentru a putea ajunge la o funcționalitate PnP completă. Pentru a fi mai specifici, trei elemente distincte trebuie să suporte standardele PnP:
Pentru a asigura în același timp interfața cu hardware-ul PnP și non PnP este nevoie de un BIOS (Basic Input Output System) care să fie PnP.
Sistemul de operare de rețea client trebuie să ofere capabilități PnP în interacțiune cu BIOS-ul PnP. Dintre sistemele de operare de rețea client existente la ora actuală Windows ’95 oferă cele mai multe facilități PnP.
Dispozitivele ce urmează a fi instalate trebuie să respecte standardele PnP. Acest lucru înseamnă de fapt că producătorii acestor dispozitive trebuie să le adauge software și putere de procesare pentru a da posibilitatea ca acestea să comunice in mod transparent cu sistemul de operare și BIOS-ul PnP.
Pentru a satisface și dispozitivele mai vechi (non PnP), multe sisteme de operare de rețea client oferă asistență și pentru ușurarea procedurii de configurare a acestora. Folosind o mare varietate de tehnici de detectare, sistemele de operare de rețea client detectează dispozitivele non PnP și apoi lansează un program de asistență, uneori numit și hardware wizard, care ghidează utilizatorul în timpul procedurii de configurare. Asemenea programe sunt deseori capabile să detecteze și sa afișeze IRQ-urile și adresele DMA folosite de alte dispozitive și să ofere utilizatorilor variante implicite de configurare în cadrul unui scenariu de configurare semiautomatic.
Capabilitățile Peer-to-Peer
File and print sharing. File and print sharing este, probabil, funcția de bază a rețelelor peer-to-peer. In majoritatea cazurilor, alte resurse cum ar fi drive-urile CD-ROM, pot fi de asemenea accesate concurențial. Sistemele de operare de rețea ce suportă peer-to-peer pot avea o mare varietate de metode de a limita accesul la anumite drive –uri, directoare sau fișiere. Gradul de precizie cu care este controlat accesul (la nivel de disc, director sau fișier) este uneori numit granularitatea schemei de control a accesului. In plus, accesul la nivel de disc, director sau fișier trebuie controlat în funcție de grupuri de utilizatori sau utilizatori individuali. De asemenea, complexitatea facilităților de gestiune a imprimării poate varia de la un sistem de operare de rețea client la altul.
Nu toate sistemele de operare de rețea client includ capabilități de rețea peer-to-peer. Spre exemplu, upgrade-ul Windows for Workgroups 3.11 oferă lui Windows 3.1 facilități peer-to-peer și numai versiunea IBM OS / 2 Warp Connect include capabilități peer-to-peer. Pe măsura ce complexitatea sistemelor de operare de rețea client a crescut, serviciile file and print sharing au devenit posibil de accesat și de pe platforme client configurate cu sisteme de operare de rețea client diferite. Figura 4-4 ilustrează câteva dintre facilitățile file and print sharing inter-platforma ale lui Windows ’95.
Soluțiile de interoperabilitate nu trebuie să fie luate drept bidirecționale. Spre exemplu, după cum se observa în figură, deși clienții NetWare au posibilitatea de a se conecta la un client Windows ’95 folosind serviciile file and print NetWare, reciproca nu este valabilă. Clienții Windows ’95 nu se pot conecta sau accesa concurențial discurile, directoarele și fișierele clienților NetWare.
Windows 95 – Windows NT – Windows for Workgroups Clients
Windows 95 – NetWare Clients
Figura 4-4
Aplicații de workgroup
În încercarea lor continuă de a găsi căi prin care să se diferențieze de competitori, sistemele de operare de rețea client au început să fie oferite împreuna cu următoarele tipuri de aplicații software de workgroup: Emulator terminal; Calculator; Ceas; Jocuri; Paintbrush; Sound recorder; Remote access software; CD player; Backup; Phone dialer; Programe de monitorizare a performantelor și a rețelei; Programe pentru diagnosticări; Screen savers; Browser-e Web; Aplicatii pentru Fax.
Unele sisteme de operare client oferă aplicații de workgroup mai sofisticate grupate în pachete bonus care sunt vândute separat la prețuri scăzute. Exemple de astfel de pachete de aplicații sunt BonusPak pentru OS / 2 Warp Connect de la IBM și Microsoft Win ’95 Plus!.
Următoarelor caracteristici ale sistemelor de operare de rețea client trebuie avute în vedere cu prioritate:
Suportul pentru programe de aplicație.
Facilități de rețea peer-to-peer.
Flexibilitate și ușurință în instalare și folosire ca și client pentru o mare varietate de sisteme de operare de rețea server.
Facilități de rețea client
După cum se observa din arhitectura prezentata in Figura 4-5, există trei elemente distincte ale funcționalității rețelei, în plus față de facilitățile de suport al aplicațiilor menționate anterior, care trebuie să fie incluse într-un sistem de operare de rețea client. În unele cazuri sunt oferite mai multe alternative pentru fiecare din următoarele elemente:
Software-ul client și programele de rețea care dau posibilitatea unui anumit client să comunice cu un server compatibil. Acestea sunt specificații ale protocoalelor de control al accesului la mediu (MAC – Media Access Control), cum ar fi NDIS și ODI.
Placa de interfața cu rețeaua
Figura 4-5 Funcționalitatea rețelei client
Protocoale de transport in rețea care împachetează și transporta mesaje intre clienți și servere. Aceste protocoale corespund straturilor rețea și transport din modelul OSI.
Redirectori de rețea care capturează apelurile API și le procesează în mod corespunzător. Redirectorii au misiunea de a asigura servicii de tip sistem de fisiere pentru suportul programelor de aplicație.
Accesul la distanță (remote)
Majoritatea sistemelor de operare de rețea client includ sau lucrează împreuna cu clienți software specializați ce dau posibilitatea accesului la distanță (remote) la sisteme de operare de rețea server. Acești clienți de acces la distanță trebuie să intre in comunicare cu o parte specializata a sistemului de operare de rețea server proiectată special pentru a rezolva accesul la distanță. Cele mai populare software-uri bazate pe server ce asigură accesul la distanță pentru care părți client sunt în general disponibile sunt Windows NT Remote Access Server (RAS) și NetWare Connect. Amândouă produsele amintite rulează pe o platforma server tipică ori ca servere de comunicație dedicate, ori în conjuncție cu servicii de aplicații server. O alternativa la software-ul de acces la distanță bazat pe server este un dispozitiv standalone, cunoscut ca server dial-up sau server remote node. Un asemenea dispozitiv include modemuri, software de comunicație și software server de acces la distanță server specific sistemului de operare de rețea. Ca urmare, unele sisteme de operare client includ clienți software de acces la distanță scriși special pentru a comunica cu servere dial-up.
Unele sisteme de operare de rețea client includ, pe lângă software client de acces la distanță, și software server pentru acces la distanță. Având această facilitate, alți clienți de acces la distanță se pot conecta unii la alții pentru acces concurențial la fișiere, schimb de e-mail, și altele. Windows NT Workstation extinde acest scenariu oferind facilități limitate de server local cât și facilități server de acces la distanță.
4.3 Funcționalitatea Sistemelor De Operare De Rețea Server
Rolul în schimbare al sistemelor de operare de rețea server
În mod tradițional, serviciile de file and print sharing erau funcționalitatea cea mai căutată a sistemelor de operare de rețea bazate pe server. În orice caz, pe măsură ce popularitatea sistemelor informatice client / server a crescut, criteriul după care erau judecate sistemele de operare de rețea server au devenit serviciile pentru aplicații. Aplicațiile distribuite aparținând modelului client / server necesită ca părțile lor distincte client și server să interacționeze pentru ca aplicația să se execute cât mai eficient posibil. Sistemul de operare de rețea server nu este responsabil doar de rularea motorului back-end al aplicației, ci și de oferirea de servicii de mesagerie și comunicații pentru a permite interoperabilitatea între clienții și serverele distribuite.
Piața pentru așa numitele sisteme de operare de rețea next-generation conținând servicii pentru aplicații este larg deschisă. Una dintre facilitățile cheie a acestor sisteme de operare avansate este ușurința în migrarea și upgrade-ul de la NetWare 3.12 și Windows NT Server 4.0 care domină piața la ora actuală. Cele mai populare doua sisteme de operare de rețea server next-generation, ca servere de aplicații sunt NetWare 4.1 și Windows NT Server 3.51.
Mai multe variante Unix combinate cu TCP/IP ca protocol de rețea și NFS ca sistem de fișiere au constituit alegeri populare ca platforme server de aplicații. În orice caz, aceasta combinație de sistem de operare, protocoale de rețea și sistem de fișiere, nu este la fel de integrată și plina de facilități precum NetWare 4.1 sau Windows NT Server 3.51 și probabil nici nu merita sa fie numita NOS “next-generation”.
Servicii Directory
Sistemele de operare de rețea au avut întotdeauna nevoie de anumite servicii de “naming” sau “directory” în care să păstreze atât informații despre useri cât și despre resursele sistemului (cum ar fi discuri, servere și imprimante). Serverele NetWare 3.x păstrau acest gen de informații într-o “bindery”. NetWare 4.1 folosește un serviciu global directory cunoscut ca NetWare Directory Services (NDS), iar Windows NT folosește un serviciu domain directory.
Servicii global directory și servicii domain directory
Aceste servicii se diferențiază în primul rând prim modul în care organizează informația privitoare la utilizatorii și resursele rețelei. Serviciile global directory organizează toți utilizatorii și resursele rețelei într-o singură bază de date ierarhică, oferind un mod unitar de gestiune a utilizatorilor și resurselor. Această bază de date este bazată pe o structura organizațională ierarhică de tip arbore al rețelei, ce va trebui întâi proiectată. Toate serverele ce fac parte din această rețea ierarhică globală pot vedea toate celelalte părți ale rețelei. În acest sens, baza de date directory ierarhică nu este o reflectare a ierarhiei rețelei însăși.
Aceasta bază de date global directory poate fi și distribuită, aceasta însemnând că diferite părți ale acesteia sunt stocate fizic pe mai multe servere distribuite legate prin intermediul rețelei. În plus, baza de date poate fi replicată, cu multiple copii ale acelorași date stocate pe mai multe servere pentru motive de redundanță și protecție la căderi. Logic, serviciile global directory asigură o perspectivă a unei singure rețele la nivel de întreprindere.
În contrast, serviciile domain directory văd rețeaua ca pe o serie de subdiviziuni, numite domenii. Serviciile domain directory asociază utilizatorii și resursele rețelei cu un server primar, cunoscut ca primary domain controller (PDC).Fiecare directory de domeniu trebuie să fie stabilit și întreținut individual. Se poate deasemenea controla pentru fiecare domeniu pentru câte alte domenii este el vizibil.
Serviciile directory pot varia și după tipul de informații stocate în bazele lor de date. În unele cazuri, toți utilizatorii și resursele rețelei sunt considerate obiecte ale rețelei iar informațiile privitoare la acestea sunt stocate într-o singura bază de date, ordonate după tipul obiectului. În alte cazuri, utilizatorii rețelei și resursele rețelei sunt păstrate în baze de date separate. În mod frecvent, mai sunt păstrate baze de date separate pentru informațiile despre conturile utilizatorilor și informațiile despre conturile de e-mail ale utilizatorilor.
Când un utilizator dorește să acceseze resurse ale unui server remote sau oarecare prin servicii global directory cum ar fi NDS-ul lui NetWare 4.1, serverul execută o căutare în baza de date NDS pentru a identifica drepturile utilizatorului de a cere serviciile respective. Aceasta căutare în baza de date este repetată pentru fiecare cerere de servicii venită de la utilizatori remote. Având în vedere că baza de date NDS este distribuită, locația fizică a serverului ce conține informația despre drepturile utilizatorului ce a lansat cererea poate fi oriunde in rețea.
În cazul unui serviciu domain directory cum ar fi cel al lui Windows NT 3.51, serverul remote sau un server oarecare primește informația de identificare a utilizatorului din partea primary domain controller-ului acelui utilizator (serverul local) printr-un proces cunoscut ca interdomain trust (IT). Având un server ce acționează în numele utilizatorilor lor locali, atunci când se verifică identitatea, nu mai este nevoie ca ID-ul fiecărui utilizator să fie introdus și întreținut în fiecare domain directory. În plus, odată ce a fost stabilit interdomain trust pentru un anumit utilizator, serverul domain remote nu mai repetă cererea de autentificare.
Pe măsură ce rețelele de întreprindere au devenit mai eterogene, compuse din sisteme de operare de rețea provenite de la diferiți producători, a început să crească nevoia pentru sisteme de operare de rețea diferite care să permită folosirea concurentă a informațiilor de directory. Specificațiile pentru servicii directory cunoscute ca X.500 oferă potențialul acestei interoperabilități. NDS-ul lui NetWare 4.1 este bazat pe X.500 având și propriile extensii.
Servicii de rețea și conectivitate
Clienții de rețea suportați
În plus față de sistemele de operare de rețea client revăzute anterior, sistemele server trebuie să comunice cu platforme client având instalate doar unul dintre sistemele de operare următoare:
DOS.
Windows.
Macintosh.
OS / 2.
Unix (implica suport pentru sistem de fisiere NFS).
Protocoalele de rețea suportate
In zilele noastre dominate de rețele de întreprindere eterogene provenite de la mai mulți vânzători, este esențial ca sistemul de operare de rețea server să poată suporta mai multe protocoale de rețea simultan pentru a maximiza nu numai numărul de tipuri de clienți ci și numărul de tipuri de alte servere cu care se poate comunica. Ușurința cu care pot fi suportate mai multe protocoale de rețea sau chiar existenta acestei posibilități de a suporta mai multe protocoale de rețea simultan variază între sistemele de operare de rețea server existente la ora actuală.
Legata de posibilitatea sistemelor server de a suporta mai multe protocoale de rețea simultan este și posibilitatea de a suporta mai multe plăci interfața de rețea (NIC – Network Interface Card). Daca un singur NIC este conectat la comunicația în rețea, alte NIC-uri pot fi adăugate atâta timp cât bus-ul computerului le suportă și sistemul de operare de rețea poate comunica cu acestea.
Accesul la distanță și servicii gateway
Exact la fel cum sistemele de operare de rețea client ofereau partea client a unei comunicații de acces la distanță, sistemele server asigură sau nu partea server a acestei comunicații. Este important ca aceste servere remote-access să fie bine integrate în sistemul de operare server pentru a asigura utilizatorilor remote aceiași performanță de încredere și funcționalitate deplină oferită și utilizatorilor conectați local. Windows NT RAS (Remote Access Server) este integrat in Windows NT Server 3.51 iar NetWare Connect este serverul remote-access integrat în Novell NetWare 4.1.
4.4 Novell NetWare
Arhitectura generală
Clienții
Programele client NetWare se pot utiliza pe următoarele tipuri de stații de lucru :
DOS,
Windows,
Windows NT (NetWare 4.1),
Unix,
OS/2,
Macintosh.
Figura 4-6 ilustrează o mare parte din trăsăturile caracteristice ale arhitecturii unui server singular NetWare.
NetWare Server NetWare Clients
Figura 4-6 Arhitectura NetWare generală și generalizată
Sistemul de operare rezident pe stația client servește ca bază pentru sistemul de operare specific clientului NetWare. Până la versiunea NetWare 3.11, prin clienții software NetWare se înțelegea NetWare Shell, sau NETx, ce refereau NETx.COM care era prima componentă implicată în crearea clienților software NetWare în DOS. “X”-ul se referea la versiunea DOS cu care era folosit clientul NetWare. Shell-ul se execută ca un client TSR și acționează ca un dispecer ce interceptează comenzile de la tastatura si decide dacă acestea vor fi rezolvate de NetWare sau vor fi pasate DOS-ului local. Shell-ul era un adevarat sistem de operare, independent și monolitic ce lasă să treacă doar acele comenzi și cereri care corespundeau sistemului de operare local. Shell-ul NETx își construiește propriile tabele în care ține evidența continuă a locațiilor în care se găsesc resursele atașate rețelei șsi deci nu le va folosi pe cele construite de DOS.
Servere
Diferite platforme client NetWare comunică cu serverele NetWare prin protocoale predeterminate de comunicație suportate și înțelese atât de clientul cât și de serverul NetWare. Open Data-link Interface (ODI) permite interfeței plăcii de rețea a serverelor NetWare să suporte mai multe protocoale de transport, ca IPX/SPX și TCP/IP, în mod simultan. În cazul plăcilor de rețea Ethernet, ODI permite deasemenea transferarea mai multor tipuri de cadre Ethernet ca Ethernet 802.3, Ethernet 802.2, Ethernet II si Ethernet SNAP.
Figura 4-7 Shell-ul NetWare și clientul DOS
Serverul NetWare poate oferi clienților săi servicii cum ar fi partajarea fișierelor și a imprimantelor , pe baza motorului sistemului de operare NetWare sau a nucleului acestuia (kernel). Nucleul NetWare rezidă pe o secțiune a hard-discului serverului cunoscută ca NetWare partition. Acesta este singurul loc pe disc unde nucleul NetWare are acces din punct de vedere fizic. Cu toate acestea, pentru a instala aplicația server, sistemul de operare nativ al serverului trebuie să fie prezent în propriile partiții de disc.
Module NetWare ce se pot încărca (NetWare Loadable Modules)
Funcționalități în plus pot fi adăugate nucleului NetWare folosind aceste module încărcabile. Aceste module sunt programe special scrise pentru a interacționa cu nucleul și pentru a-i aduce un plus de funcționalitate. Există o mare varietate de asemenea module elaborate de dezvoltatori pe baza specificațiilor de interacțiune a programelor cu nucleul NetWare. Ele se împart în trei categorii principale :
Extensii ale sistemului de operare (OS enhancements): Nucleul NetWare necesită caracteristici adiționale necesare oricărui sistem de operare cum ar fi protecția împotriva virușilor, programe driver pentru plăcile de rețea și discuri fixe pentru a fi operațional și gata de interacțiune cu stațiile de lucru client.
Programe de aplicații: Exista programe de aplicații preferabil a fi executate pe stația server decât să fie transferate clienților și acestea sunt scrise sub forma unor module încărcabile. Ca rezultat, ele sunt încărcate în memorie doar atunci când este nevoie de ele și dealocate dinamic după execuția lor, permițând reutilizarea zonei de memorie pe care au ocupat-o.
Sisteme de gestiune a bazelor de date relaționale (RDBMS): Acestea pot fi considerate ca o subcategorie a programelor de aplicații. Motorul RDBMS poate fi încărcat sub forma unui NLM, permițând serverului NetWare să se comporte ca un server de baze de date.
Servicii de legătură (Bindery Services)
Funcția de bază a serverului NetWare este să răspundă la cererile primite de la clienții săi. Pentru a rezolva aceste cereri, sistemul de operare din rețea trebuie să dețină o modalitate de a cunoaște toți utilizatorii, grupurile de utilizatori, drepturile de acces la fișiere și directoare, imprimantele și cozile pentru printare și toate resursele și serviciile disponibile pe care clienții le-ar putea solicita. Într-un mediu NetWare 3.12 acest tip de securitate și de stocare a informațiilor cu privire la resursele rețelei sunt stocate în fișiere de legătură (bindery).
Toate cererile de servicii sunt mai întâi verificate pentru autorizare prin comparare cu informația din fișierele de legătură. Numele utilizatorilor și parolele sunt verificate tot pe baza acestor fișiere. Într-un mediu cu mai multe servere, serverele anunță serviciile pe care le pot oferi printr-un protocol specializat de comunicație cunoscut ca service advertising protocol – SAP. Serviciile de legătură pe un anumit server pot primi transmisiuni SAP și actualizează în acest caz fișierele de legătură cu informațiile noi privind serviciile disponibile pe celelalte servere din rețea.
Serviciul de legătură NetWare e organizat în jurul relației dintre trei concepte importante :
Obiecte. Obiectele au fost gândite pentru controlul și gestiunea sistemului. Grupurile de utilizatori, utilizatorii, imprimantele, serverele de printare, cozile la printare și volumele de disc pot toate să fie considerate ca obiecte, de către serviciile de legătură.
Proprietăți. Proprietățile sunt asociate cu obiecte și constituie acele aspecte care pot sau trebuie controlate. Exemple de proprietăți : restricția de timp de lucru în rețea, restricțiile de adresa de rețea, adresa de e-mail, configurația job-urilor de imprimare, drepturile de acces la directoare și fișiere sau apartenența la un grup de utilizatori.
Valori. Valorile sunt asociate proprietăților și, în consecință, obiectelor.
Informațiile relatate despre aceste trei importante concepte în ceea ce privește serviciile de legătură sunt stocate în trei fișiere separate legate prin pointeri, pe oricare server NetWare:
NET$OBJ.SYS conține informații despre obiecte.
NET$PROP.SYS conține informații cu privire la proprietăți.
NET$VAL.SYS conține informații cu privire la valori.
Aceste servicii de legătură sunt asociate cu un server NetWare singular. În cazul în care în mediu există mai multe servere, fișierele de legătură ale fiecărui server trebuie stabilite și întreținute independent de faptul ca utilizatorii pot avea acces la mai multe servere. Acest lucru face ca, la schimbarea informațiilor despre resursele sistemului sau despre utilizatori, aceste schimbări trebuie făcute pe toate serverele asociate pentru a ține sistemele de legătură de pe toate serverele cu valori sincronizate cu realitatea. Această sincronizare manuală a mai multor servere poate deveni un coșmar ce va lua proporții la adăugarea altor servere în rețea.
4.5 Windows NT
Arhitectura Windows NT
Figura 4-8 ilustrează întreaga structură a sistemului de operare Windows NT:
În plus față de scalabilitate și portabilitate, stabilitatea este o altă foarte importantă caracteristică funcțională a sistemului de operare Windows NT. Această stabilitate a sistemului poate fi atribuită constrângerilor foarte puternice date de structura de acces la resursele hardware. Programele de aplicație și API sunt oprite de la interacțiunea directă cu resursele hard sub Windows NT . În schimb aplicațiile și API pot accesa resursele hardware prin cereri de servicii din colecția de servicii sistem cunoscute ca NT Executive (Administratorul NT). Comunicația între diferite subsisteme ale administratorului NT și managerul I/O e controlată de nucleul NT, uneori referit și ca microkernel. Comunicația cu resursele hardware este permisă a avea loc în unul din următoarele moduri:
Prin serviciile stratului sistem, prin nucleul NT, prin stratul fizic către resursele hardware;
Prin serviciile stratului sistem, apoi prin managerului I/O și subsistemele sale, prin stratul fizic către resursele hardware.
Această arhitectură stabilă, cu comunicații structurate între subsisteme dă NT-ului o altă caracteristică structurală cunoscută ca modularitatea proiectării, care permite tuturor subsistemelor să fie ușor de adăugat sau înlocuit.
Stratul fizic (Hardware Abstraction Layer)
Așa cum arată figura 4-8 cele mai multe din părțile cu specific hardware ale Windows NT sunt grupate într-o subsecțiune numită HAL (Hardware Abstraction Layer ) sau stratul fizic. În Windows NT HAL furnizează servicii similare cu cele furnizate de BIOS pentru DOS. El este cel care face ca Windows NT să fie portabil, asigurându-i independența de unitățile CPU. Ca exemplu, Windows NT va fi capabil să fie executat pe orice chip CPU în următorii pași:
Se identifică versiunea de hardware specifică prin intermediul stratului fizic;
Furnizează un compilator compatibil cu Microsoft, atunci când Windows NT e scris în C;
Autorizează codul sursă NT de la Microsoft;
Recompilează codul sursă a Windows NT cu compilatorul C pe care îl execută apoi pe noua CPU.
Rutinele sau apelurile sistem încapsulate în HAL pot fi apelate fie de nucleul NT fie de driverele dispozitivelor periferice incluse în managerul I/O.
Nucleul NT
Nucleul NT se ocupă cu întregul trafic de mesaje din sistemul de operare și lucrează peste HAL. Nucleul NT este ocupat în principal cu manipularea întreruperilor și excepțiilor pentru comunicația între subsisteme și resursele hardware. Nucleul NT este responsabil și cu verificarea constantă cu subsistemul de securitate a administratorului NT pentru a garanta că cererile pentru servicii au fost autorizate în mod corespunzător. Deci nucleul NT este responsabil cu:
Sincronizarea multiplelor procese când NT rulează pe un computer SMP;
Manipularea întreruperilor și excepțiilor;
Restabilirea sistemului în caz de cădere;
Verificarea securității și respectării constrângerilor;
Programarea firelor de execuție în mediul NT multithreading.
Manipularea întreruperilor ocupă cel mai mult din timpul nucleului NT, o întrerupere NT fiind generată pentru fiecare interacțiune a subsistemelor administratorului NT. Nucleul NT rulează în modul privilegiat și de aceea nu poate fi niciodată dat afară din memorie.
Administratorul NT
Administratorul NT este compus din nucleul NT la care se adaugă o varietate de subsisteme cunoscute împreună ca servicii sistem. Dintre aceste servicii enumerăm:
Managerul intrărilor și ieșirilor (managerul I/O);
Procedura locală de apel la servicii;
Managerul de obiecte;
Managerul de procese;
Managerul memoriei virtuale;
Monitorul securității.
Managerul I/O are în sarcină administrarea tuturor intrărilor și ieșirilor pentru sistemul de operare Windows NT. Așa cum arată și figura 4-8 managerul I/O este în mod special preocupat cu conducerea comunicațiilor dintre driverele dispozitivelor periferice, driverele de rețea, managerul memoriei cache și driverele sistemelor de fișiere.
Driverele dispozitivelor periferice sunt scrise în special pentru a susține un anume dispozitiv periferic cum este imprimanta, tastatura sau mouse-ul. Windows NT furnizează un mediu standardizat cuprins în managerul I/O în care aceste drivere pot rula. Datorită acestui mediu standardizat driverele dispozitivelor periferice pot rula pe orice platformă care suportă Windows NT. Aceste drivere sunt scrise în C, ca și Windows NT și pot fi ușor modificate sau adăugate.
Driverele de rețea. Multe din driverele de rețea suportate de Windows NT cuprind:
NetBIOS, redirector și interfața SMB cu aplicațiile și sistemul de fișiere;
Protocoale de comunicație ca TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX furnizând servicii transport;
NDIS dă unei plăci de rețea capacitatea de a suporta diferite protocoale ca și capacitatea sistemului de operare de a comunica cu mai mult decât un NIC într-un singur calculator.
Managerul memoriei cache lucrează împreună cu sistemul de fișiere suportat de NT pentru optimizarea serviciilor fișier oferite aplicațiilor. Pentru o administrare eficientă a memoriei cache este minimizat numărul de citiri / scrieri fizice pe disc, deci e optimizată performanța programelor de aplicație. Administrarea memoriei cache este critică mai ales la creșterea globală în viteza de procesare permisă de NT.
Windows NT suportă mai multe sisteme de fișiere incluzând pe cel nativ NT-ului NTFS , FAT(specific DOS), HPFS(specific OS/2). Pentru a comunica cu aceste sisteme de fișiere diferite a trebuit scris un strat software intermediar care poate interacționa atât cu NT cât și cu sistemele de fișiere particulare. Aceste straturi intermediare se numesc și drivere pentru sistemul de fișiere. Când aplicațiile cer un serviciu sistem de la un anumit sisteme de fișiere este accesat de către managerul I/O acel sistem de fișiere trecând prin driverul specific respectivului sistem.
Proiectarea modulară a managerului I/O permite ca aceste categorii de drivere să poată fi schimbate și modificate ușor și de asemenea permite driverelor să se suporte simultan în aceeași rețea. Adesea cererile de servicii de I/O vin indirect de la programele de aplicație prin intermediul subsistemului Win32. Managerul I/O supraveghează interacțiunile dintre diferitele categorii de drivere astfel încât serviciile cerute de programele de aplicație să fie asigurate în mod oportun. Comunicația dintre aceste drivere este standardizată de managerul I/O prin utilizarea pachetelor cerere de I/O.
Procedura locală de apel la servicii. Windows NT aderă la modelul client / server. Programele de aplicație care cer servicii de la sistemului de operare NT prin subsistemul de servicii sunt considerați clienți pe când subsistemele furnizoare de servicii sunt considerate servere. În Windows NT comunicația între cererile client interne și răspunsurile serverului este controlată de mesaje ce circulă prin mediu cunoscute drept “local procedure call facility” sau procedura locală de apel la servicii.
Managerul obiectelor. Obiectele în contextul Windows NT sunt o parte a sistemului de operare NT sau unul ori o grupare de subsisteme care poate fi manevrat, accesat, folosit în orice mod. Fișierele, directoarele, firele de execuție sunt exemple de obiecte în NT. Toate aceste categorii de obiecte se deosebesc din punct de vedere al tipurilor de operații pe care le pot executa precum și din punct de vedere al nivelului de autorizare cerut pentru a executa orice operație dată. Managerul obiectelor în Windows NT este răspunzător pentru întreaga administrare a tuturor obiectelor NT, incluzând respectarea convențiilor de nume și autorizațiile de acces și manipulare a oricărui obiect. În sensul cel mai strict managerul de obiecte e responsabil cu securitatea obiectelor.
Managerul de procese. Un proces poate fi gândit ca un program de aplicație în execuție într-un anumit mediu la care se adaugă codul executabil și cererea de spațiu de memorie necesar execuției acelui program. Managerul de procese este responsabil cu crearea, menținerea și terminarea proceselor în cadrul Windows NT. El comunică cu managerul obiectelor și managerul memoriei virtuale pentru a furniza resursele cerute și protecția pentru procesul în discuție.
Managerul memoriei virtuale. Pentru a permite programelor de aplicație un acces ușor la o cantitate de memorie mai mare în ciuda limitelor fizice ale memoriei instalate, Windows NT utilizează mecanismul memoriei virtuale, utilizând porțiuni din disk drive ca fișier de swap (de schimb) ceea ce oferă o extensie de până la 4GB pentru fiecare proces. Faptul că o parte din memoria alocată e fizic localizată pe disc și nu în RAM este păstrat transparent pentru proces de managerul memoriei virtuale. În procesul cunoscut ca “demand paging” (solicitare de pagini) managerul memoriei virtuale mută cod și date între memoria RAM fizic atribuită și disc prin fișierul de swap fără suspendarea procesului. Managerul memoriei virtuale este responsabil și cu asigurarea faptului că un proces nu va scrie în interiorul altui spațiu de memorie decât cel alocat lui. Mai mult decât managerul obiectelor și managerul proceselor, administratorul memoriei virtuale face ca procesele să fie protejate unul fața de celălalt.
Monitorul securității este încă o sursă de asigurare a securității proceselor și a obiectelor. El este preocupat în principal de autorizarea pentru proceselor care doresc acces la obiecte și a utilizatorilor care vor să acceseze sistemul printr-un proces de logare. Tot el generează și mesajele referitoare la violările de securitate.
Multiprocesare, multitasking, multithreading
Datorită limitelor funcționale concentrate pe managementul întregului flux de date din sistemul de operare Windws NT nucleul lui poate fi executat pe orice unitate CPU într-un SMP (calculator cu multiprocesare simetrică). Acest lucru permite oricărui procesor din aranjamentul multiprocesor NT să ofere întreaga funcționalitate multithreading sistemului de operare. Asta în contrast cu alte aranjamente SMP cum ar fi NetWare 4.1 care nu suportă facilitatea de multithreading și în care nucleul sistemului de operare poate rula doar pe prima unitate CPU. Windows NT este capabil să ruleze pe 32 de procesoare simultan.
Windows NT este un sistem de operare multitasking preemtiv ceea ce implică faptul că aplicațiile sunt înlocuite cu alte programe de aplicație odată cu consumarea timpului afectat lor pe CPU. În acest scenariu Windows NT nu renunță niciodată la controlul asupra CPU sau a resurselor de memorie în favoarea programelor de aplicație. În acest mod Windows NT își rezervă dreptul de a întrerupe orice program de aplicație.
Administrarea memoriei și execuția proceselor
În contrast cu NetWare care folosește memoria Ring 0 pentru a rula atât nucleul NetWare cât și NetWare NLM-uri, Windows NT oferă protecție din punct de vedere al memoriei pentru aplicațiile în execuție prin utilizarea Ring 0 și 3 asignări. Deși câteva NLM NetWare pot opera în Ring 3 aceasta tot nu e echivalent cu execuția protejată din punct de vedere al memoriei a NT deoarece dacă un singur Ring 3 NLM nu merge acest lucru poate cauza ca celelalte Ring 3 NLM-uri să se termine anormal.
Aplicațiile Windows NT sunt normal executate în Ring 3, cunoscut ca modul de lucru utilizator în care aplicațiile au limitată aria de memorie care este și protejată. Acest lucru împiedică aplicațiile de la a scrie în interiorul unei zone de memorie care nu îi aparține. Astfel sunt evitate greșelile de protecție și căderea sistemului. Pentru operații de intrare/ieșire aplicațiile trebuie să treacă în modul de lucru kernel (nucleu).
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Managementul Resurselor Intr O Retea de Calculatoare (ID: 149122)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.