Retea Pentru Transmisiuni Integrate de Date Si Voce Prin Fibra Optica Monomod

Lista acronimelor

Introducere

CAPITOLUL I

Modelele de referință OSI și TCP/IP

1.1 Modelul de referință OSI

După studierea diferitelor tipuri de rețele existente, în scopul proiectării, întreținerii și administrării mai eficiente a acestora, ISO (Iternational Standards Organization-Organizația Internațională de Standardizare) a propus în 1984 modelul de referință OSI (Open Systems Interconnection).

Prin proprietatea de sistem deschis (Open) se face referire la faptul că sistemul e deschis pentru comunicații de orice fel cu orice alt sistem din rețea, pa baza unor reguli (protocoale de comunicație).

Astfel, pe baza acestui model stratificat se definește un set de reguli universal valabile pentru a proiecta protocoalele de comunicații ce permit interconectarea dispozitivelor hardware și software, indiferent de producător.Așadar, modelul devenit disponibil imediat, ajută companiile să dezvolte rețele capabile să lucreze împreună. De asemenea, se pot realiza modulele software, cu diferite funcții (codare, criptare, împachetare, fragmentare etc.), ce sunt necesare funcționării rețelei.

Acest model teoretic, realizat pentru schematizarea comunicației într-o rețea și pentru descrierea traseului informației de-a lungul rețelei, este cel mai utilizat deoarece arată cel mai bine împărțirea comunicației în bucăți mai mici, ce sunt mai ușor de definit, deci de dezvoltat.

Modelul OSI este organizat ierarhic pe șapte niveluri, conform suitelor de operații necesare desfășurării unui flux de date între clienții din rețea, împreună cu standarde și un set de protocoale pentru ele. Funcțiile asociate fiecărui nivel nu specifică modul în care se efectuează o operațiune, ci doar ce trebuie să îndeplinească un anumit nivel, modul de realizare fiind sarcina protocoalelor.

Cele șapte niveluri, numerotate de jos in sus, sunt: Fizic, Legătură de date, Rețea, Transport, Sesiune, Prezentare și Aplicație.

1.1.1 Nivelurile de referință OSI

Nivelurile, prezentate în figura de mai jos împreună cu funcțiile asociate, au definite seturi de protocoale denumite protocoale OSI.

Fig.1.1 Reprezentarea nivelurilor modelului OSI

Sursa [1]

Fiecare nivel oferă servicii nivelului superior într-un mod transparent și are rolul de a-i ascunde acestuia detaliile de transmisie către nivelul inferior și invers.

Între nivelurile similare ale terminalelor, se realizează comunicația prin intermediul unui protocol specific. Astfel, cu excepția protocolului de la nivelul fizic, unde are loc comunicația reală (fizică) dintre terminale, printr-un circuit fizic, toate celelalte sunt asociate unor comunicații vurtuale prin legături virtuale, neexistând o legătură reală între nivelurile respective.

Nivelul fizic

Nivelul fizic al modelului de referință OSI are rol de interfață fizică, pentru a transmite semnale electrice de la un dispozitiv la altul (printr-un canal de comunicație). În cadrul lui se definesc urmatoarele funcții:

definirea tipului de transmitere și recepționare a șirurilor de biți pe canalul de comunicații;

definirea topologiilor de rețea;

definirea tipurilor de medii de transmisiune: cablu coaxial, cablu UTP, fibră optică etc;

stabilirea modului de transmisie: simplex, half-duplex, full-duplex;

definirea standardelor mecanice și electrice ale interfețelor, seriale (RS-232, V.35, G.703) și LAN (BNC, AUI, RJ45);

realizarea codificării și decodificăriișirurilor de biți;

realizarea modulării și demodulării semnalelor purtătoare;

Serviciul nivelului fizic este în general limitat la transmisia și recepția datelor în format binar, biți 0 și 1 (în special pentru medii-suport sincrone, cum sunt fibrele optice). Natura sursei de informație (date, voce, audio, video) nu se cunoaște la acest nivel, facând ca procesul de comunicație sa fie considerat transparent, nivelul fiind preocupat exclusiv de caracteristicile fizice ale tehnicilor de transmitere a semnalelor electrice și/sau optice.

Fig.1.2 Nivelul fizic

Sursa [2]

Cuprinde următoarele echipamente: cabluri, interfețe, conectori, hub-uri, panouri de legături de date, interfața de rețea (NIC), porturi paralele, adaptor de rețea, modem, comutatoare, repetoare etc.

Cele mai frecvente probleme sunt cele datorate cauzelor electrice: nivelele de tensiune corespunzătoare unui bit , durata impulsurilor de tensiune, modul de inițiere și terminare a transmiterii semnalelor electrice, asigurarea păstrării formei semnalului propagat.

Nivelul legătură de date

Nivelul legătură de date realizează transferul datelor între sisteme care partajează același mediu de acces, unitatea de date fiind cadrul format din șiruri de bytes (8biți). Un cadru reprezintă un pachet încapsulat cu antet (H-header) și marcaj final (T-trail), ce includ adresele sursă și destinație (SA-Source Address și DA-Destination Address). Suplimentar în cadru sunt incluse: un câmp de control al erorilor, unul pentru sincronizarea transmisiei, un câmp de protocol etc.

Serviciile furnizate nivelului rețea sunt: gestionarea cadrelor, controlul erorilor, controlul fluxului. În pricipal, nivelul legăturii de date este responsabil de detecția erorilor de transmisiune a datelor prin rețea și corecția acestora în limita posibilităților.

Fig.1.3 Nivelul legătură de date

Sursa [2]

Nivelul e împărțit în două subnivele: LLC (Logical Link Control) și MAC (Media Access Control).

Fig.1.4 Subnivelele de nivel 2

Sursa [3]

Adresa MAC a interfeței de rețea permite, de exemplu, unui switch să filtreze traficul și să transmită datele în funcție de solicitările din rețea.

Nivelul rețea

Nivelul rețea e un nivel complex, ce permite transferul de date între sisteme care nu partajează același mediu de acces, utilizând ca unitate de date pachetul. La acest nivel se alege calea de expediere a pachetului rutându-l prin infrastructura de comunicații, operație efectuată la nivelul fiecărui nod intermediar. Pentru ușurința gestionării rețelei și a pachetelor de date e uzuală adresarea pe bază de subrețele.

Fig.1.5 Nivelul rețea

Sursa [2]

Acest nivel oferă două categorii de servicii de transport:

orientate pe conexiuni (ATM);

fără conexiuni (IP);

În esență, la nivelul rețea se întâmplă utmătoarele:

adresarea logică;

rutarea mesajelor între mașina-gazdă și rețele;

determinarea celei mai bune rute pentru transmisia pachetelor de date;

comunicarea prin intermediul ruterelor cu alte rețele;

La acest nivel are loc și diagnosticarea și raportarea variațiilor în funcționarea rețelei.

Cel mai cunoscut și utilizat protocol la acest nivel este IP (Internet Protocol), ce se folosește pentru interconectarea rețelelor din Internet.

Nivelul transport

Nivelul transport realizeaza comunicarea cap-la-cap între două mașini din rețelele conectate. El delimitează partea hardware de cea software, folosind ca unitate de date segmentul.

Fig.1.6 Nivelul transport

Sursa [2]

Printre funcțiile îndeplinite de acest nivel se numără:

identificarea aplicației;

identificarea la nivel client;

confirmarea integrității mesajelor primite;

segmentarea datelor pentru transportul prin rețea;

controlul fluxului de date;

detectarea apariției erorilor în transmiterea datelor;

rearanjarea datelor segmentate în ordinea corectă la recepție;

gestionarea mai multor sesiuni;

Dacă pe nivelul rețea se folosește protocolul IP, la niveulul transport sunt disponibile două protocoale: TCP (Transmission Control Protocol) și UDP (User Datagram Protocol).

Nivelul sesiune

Nivelul sesiune asigură stabilirea, gestionarea și terminarea unui dialog (sesiune) între aplicațiile existente pe echipamentele dintr-o rețea.

Fig. 1.7 Nivelul sesiune

Sursa [2]

La acest nivel se asigură următoarele funcții:

conectarea virtuală între aplicații;

sincronizarea fluxului de date;

partajarea serviciilor în grupuri funcționale;

confirmarea recepționării de date pe parcursul unei sesiuni;

retransmiterea datelor în cazul în care acestea nu sunt primite de mașina țintă;

În cazul aplicațiilor IP, nivelul sesiune permite și identificarea aplicațiilor instalate pe același echipament de rețea, identificat printr-o adresă IP unică în cadrul rețelei.

Nivelul prezentare

În principal, nivelul prezentare este responsabil ca informația transmisă de nivelul aplicație al unui sistem să poată fi citită și interpretată de către nivelul aplicație omolog.

Fig.1.8 Nivelul prezentare

Sursa [2]

Printre funcțiile nivelului prezentare se numără:

criptarea și decriptarea datelor;

comprimarea și decomprimarea mesajelor;

formatarea grafică a datelor;

traducerea conținutului;

Nivelul aplicației

Nivelul aplicație definește protocoalele specifice aplicațiilor. Asigurând o interfață pentru utilizator, la acest nivel se implementează algoritmii software pentru convertirea mesajelor în formatul acceptat de un anumit terminal de date real. Diferă de celelalte niveluri OSI prin faptul că nu oferă servicii de rețea niciunui alt nivel, ci aplicațiilor din afara modelului OSI.

Funcțiile nivelului aplicație includ:

transferul fișierului;

printarea prin intermediul rețelei;

poștă electronică;

transmiterea de mesaje instant;

accesul la bazele de date;

navigarea pe Internet;

Fig.1.9 Nivelul aplicație

Sursa [2]

1.2 Procesul de încapsulare a datelor

Pentru a putea transmite informația prin rețea către un anumit nivel corespunzător și pentru ca acesta să o poată recunoaște ca fiind adresată lui, se folosește un proces numit încapsulare. Acest proces constă în adăugarea, conform protocolului utilizat, a unor informații suplimentare la începutul (header), eventual și sfârșitul (trailer) unității de date.

Fig. 1.10 Încapsularea datelor

Sursa [4]

Unitatea de informații grupate logic ce circulă între calculatoare (unităși de date – PDUs – Protocol Data Units) este un pachet de date. Pachetele conțin informațiile de la emițător precum și elementele necesare unei comunicări sigure cu receptorul.

Comunicarea în cazul căreia fiecare nivel realizează un schimb de date (PDU) cu nivelul de la destinație poartă numele de comunicație corespondent-corespondent (peer-to-peer). In cadrul rețelei nivelul cel mai de jos încapsulează PDU-ul de la nivelul superior în câmpul său de date, iar după adăugarea headerelor și trailerelor proprii datele trec la nivelul următor. Spre exemplu, nivelul transport (4) adaugă informații suplimentare datelor provenite de la nivelul sesiune (5), grupându-le într-un segment. Nivelul rețea (3) pentru a transmite datele prin rețea le atașează un header rezultând un PDU de nivel 3. Nivelul legătură de date (2) încapsulează informația despre adresa fizică necesară transferului într-un cadru cu informațiile de la nivelul 3, asigurând serviciul nivelului rețea. Nivelul fizic (1), ce asigură serviciul nivelului legătură de date, codează cadrul cu biți de „1” și „0” pentru transmisia prin mediu la nivel fizic.

Astfel, de la emițător datele pornesc de la nivelul aplicație (7) și ajung pâna la nivelul fizic (1)

prin împachetare, la receptor realizându-se procesul invers, despachetând de la nivelul 1 pâna la nivelul 7.

1.3 Modelul de referință TCP/IP

Cu toate că modelul OSI are câteva avantaje importante, fiind creat pentru asigurarea interoperabilității echipamentelor de rețea, modelul de referință TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) a fost creat de Ministerul Apărării din Statele Unite (US DoD – US Department of Defence) pentru a deveni o rețea capabilă să funcționeze cu o infrastructură distrusă în proporție de peste 90%.

Modelul TCP/IP, ce oferă o referință pentru dezvoltarea de protocoale compatibile, a făcut posibilă comunicarea între două calculatoare din orice parte a lumii, cu viteza luminii.

Modelul de referință TCP/IP are patru niveluri: Acces la rețea ( înglobează funcțiile nivelelor 1 și 2 OSI), Internet (corespunde nivelului 3 OSI), Transport (corespunde nivelului 4 OSI) și Aplicație (include funcțiile nivelelor 5,6 și 7 OSI).

Fig. 1.11 Echivalențe între modelele OSI și TCP/IP

Sursa [3]

Nivelul aplicație

Nivelul aplicație similar modelului OSI pregătește datele pentru nivelul următor. Prevede protocoale pentru acces de la distanță și partajare de resurse. Se ocupă cu procesarea logică precum reprezentarea, codarea, dialogul.

Nivelul transport

Nivelul transport administrează transmisia de date de la un calculator la altul, astfel încât să permită dialogul între entitățile pereche din gazdele sursă și destinație. În acest sens sunt definite două protocoale capăt-la-capăt: TCP și UDP.

TCP (Protocolul de control al transmisiei) permite ca fluxul de octeți emis de o mașină să fie recepționat fără erori de orice altă mașină din rețea, fragmentează fluxul în mesaje discrete pe care le dă nivelului internet, iar la receptor procesul TCP le reasamblează reconstituind datele inițiale, realizează controlul fluxului pentru a evita situația în care un transmițător rapid inundă un receptor lent cu mai multe mesaje decât poate acesta să prelucreze.

UDP (Protocolul datagramelor utilizator) este destinat aplicațiilor ce vor să folosescă propria secvențiere și control al fluxului, în locul mecanismelor TCP. Fiind un protocol nesigur, fără conexiune este folosit în aplicațiile în cazul cărora e mai importantă comunicarea rapidă în detrimentul acurateții transmisiei, ca de exemplu aplicațiile de transmitere a sunetului și imaginilor video.

Nivelul internet

Nivelul internet conține toate protocoalele și procedurile necesare unei conexiuni să traverseze rețele multiple. Așadar rolul său este de a emite pachete în rețea și de a asigura transferul lor între sursă și destinație, rezolvând problema dirijării acestora și asigurând evitarea congestiilor. Protocolul ce guvernează acest nivel este Protocolul Internet (IP).

Nivelul acces la rețea

Nivelul acces la rețea, fiind corespondentul straturilor 1 și 2 din modelul OSI, înglobează toate funcțiile legate de aspectele legăturilor fizice.

1.4 Comparație între modelele de referință OSI și TCP/IP

Modelul OSI și modelul TCP/IP sunt ambele modele de referință ce încearcă să modelelze procesul de comunicare între două entități. Deci apare în mod firesc întrebarea: care din cele două este mai bun?

Fig.1.12 Comparație între OSI și TCP/IP

Sursa [5]

Modelul OSI este preferat ca fundament in discuțiile legate de rețele, fiind utilizat pentru dezvoltarea standardelor de comunicație pentru echipamente și aplicații ale diferiților producători.

Modelul TCP/IP este utilizat pentru suita sa de protocoale, fiind mai folositor datorită implementării sale în lumea reală.

Realizând o camparație între cele două modele se pot observa o serie de asemănări și diferențe.

Asemănări:

sunt modele conceptuale ale procesului de comunicare;

sunt structurate pe niveluri legate între ele prin noțiunea de serviciu (ceea ce știe să facă un nivel), interfață (modul în care sunt oferite serviciile nivelului superior) și protocol (modul în care sunt implementate serviciile);

folosesc tehnologia de tip packet switching (nu cea de tip circuit switching);

ambele trebuie sa fie cunoscute de către administratorii de rețea;

Deosebiri:

modelul OSI este unul general, ce permite explicarea oricărui proces de comunicare, în timp ce modelul TCP/IP poate modela perfect numai procesul de comunicare folosit în Internet;

OSI reușește să facă o distincție clară între cele trei elemente: serviciu, interfață și protocol, în timp ce pentru TCP/IP acestea nu reprezintă un element vital;

Modelul OSI are șapte niveluri, iar TCP/IP patru. Nivelul 1 TCP/IP combină nivelurile 1 și 2 OSI, iar nivelul 4 TCP/IP combină nivelurile 5, 6 și 7 OSI;

OSI descrie două tipuri de protocoale, orientat pe conexiune și fără conexiune, la nivelul rețea și doar cel orientat pe conexiune la nivelul transport. TCP/IP descrie un singur protocol, fără conexiune, la nivelul rețea și ambele tipuri la nivelul transport;

TCP/IP utilizează protocolul UDP care nu garantează întotdeauna livrarea pachetelor ca în cazul nivelului transport din modelul OSI;

OSI permite explicarea teoretică a oricărui proces, în timp ce TCP/IP stă la baza Internetului;

În concluzie se pot evidenția o serie de avantaje ale împărțirii rețelelor pe niveluri:

posibilitatea creării componentelor de rețea de către diverși producători datorită standardizării acestora;

permiterea comunicării între tipuri diferite de componente software și hardware;

permite dezvoltarea rapidă a nivelurilor prin posibilitatea modificării unuia fără afectarea celorlalte;

procesul de comunicare în rețea este descompus în bucăti mai mici, deci mai simple;

facilitează modul de înțelegere și învățare a modului în care informația este transmisă și recepționată;

CAPITOLUL II

Protocoalele utilizate în rețelele de date și voce

Internetul, fiind un sistem global de rețele de calculatoare interconectate, a ridicat problema existenței unui mod prin care toate calculatoarele sau echipamentele de comunicație „să vorbească aceeași limbă”. Așadar pentru ca rețelele de calculatoare să poată comunica între ele e nevoie să adopte un același protocol (set de formate și reguli pentru schimbul de mesaje).

Pentru o mai bună sistematizare, protocoalele sunt grupate pe niveluri, conform modelului OSI, existând similitudini(de scop, funcții, structură etc.) între protocoalele aceluiași nivel. Se obține, în ansamblu, o suită (ierarhie) de protocoale care depind unele de altele.

Din punctul de vedere al unui utilizator, funcționalitatea unei rețele e realizată de stiva de protocoale a acesteia. O stivă de protocoale trebuie să asigure cel puțin funcționalitatea primelor două niveluri din modelul OSI. Stivele cele mai utilizate oferă funcționalitatea echivalentă și cu nivelurile 3, de exemplu stiva IP, și 4. În nivelul 4 (transport) există două protocoale importante, unul fără conexiune – UDP, ce se ocupă în principal de transmisia pachetelor între aplicații, iar celălalt orientat pe conexiune – TCP, mai complex realizând conexiunea, adăugând fiabilitate prin retransmisie, control pentru debit și congestie.

2.1 Protocolul IP