Arhitecturi de Acces la Internet Pentru Utilizatori Casnici Si Institutii Mici
Cuprins
Capitolul I. Introducere…………………………………………………………………………………………………4
Capitolul II. Rețele de calculatoare
Cuprins 2
I. Introducere 4
II. Rețele de calculatoare 6
2.1.Rețele locale 6
2.1.1. Topologia rețelelor 6
2.1.2. Arhitectura rețelelor 7
2.2. Echipamente de comunicație 8
2.2.1. Hub-ul 8
2.2.2. Switch-ul 9
2.2.3. Router-ul 9
2.3. Cabluri și conectori 10
2.4. Adrese IP 11
2.5. Modelul de rețea OSI 14
2.5.1. Nivelul fizic 15
2.5.2. Nivelul legăturii de date 16
2.5.3. Nivelul rețea 17
2.5.4. Nivelul transport 19
2.5.5. Nivelul sesiune 20
2.5.6. Nivelul prezentare 21
2.5.7. Nivelul aplicație 22
2.6. Monitorizarea rețelelor 22
2.7. Administrarea rețelelor 26
III. Modalități de conectare la Internet 28
3.1. Dial-up 30
3.2 Tehnologia DSL(digital subscriber line) 33
3.3. Modemul pentru televiziune prin cablu 38
3.4. Rețelele de cartier 42
3.5. Conexiuni wireless 45
IV. Rețeaua școlii 49
4.1. Lista materialelor folosite 50
4.2. Planul rețelei din școală 52
V. Parte aplicativă 55
VI. Concluzii 59
VII. Bibliografie 60
Capitolul III. Modalități de conectare la Internet……………………………………………………………28
3.1. Dial-up…………………………………………………………………………………………………….30
3.2. Tehnologia DSL………………………………………………………………………………………..33
3.2. Modemul pentru televiziune prin cablu………………………………………………………..38
3.3. Rețelele de cartier………………………………………………………………………………………42
3.4.Conexiuni wireless……………………………………………………………………………………..45
Capitolul IV. Rețeaua școlii…………………………………………………………………………………………49
4.1. Lista de materiale folosită…………………………………………………………………………..50
4.2. Planul rețelei din școală……………………………………………………………………………..51
Capitolul V Parte aplicativă…………………………………………………………………………………………55
Capitolul VI Concluzii………………………………………………………………………………………………..57
Capitolul VII. Bibliografie…………………………………………………………………………………………..58
I. Introducere
Lucrarea de față are ca scop prezentarea unei teme de mare actualitate în ceea ce privește una din cele mai dese utilizări date calculatorului: accesarea Internetului pentru utilizatorii casnici și instituțiile mici. conținutul lucrării se bazează pe modelul real de specificare al rețelelor de calculatoare, care sunt organizate sub forma unei serii de straturi sau niveluri, fiecare din ele construit peste cel anterior lui. Însă, datorită faptului că numărul de niveluri, conținutul și funcțiile fiecăruia variază de la rețea la rețea, lucrarea este structurata pe baza unui model general, care se regăsește atât în modelul de referință OSI cât și în modelul TCP/IP, ale cărui protocoale sunt larg utilizate. Aceste aspecte, alături d e ce
Capitolul al doilea prezintă generalități despre rețelele locale. După o scurtă trecere în revistă a topologiei și a arhitecturii rețelelor se trece la descrierea echipamentelor de comunicație: hub-ul, switch-ul și routerul, precum și a utilizării diferitelor tipuri de cabluri și a conectori. Un loc important îl ocupă prezentarea adreselor IP precum și a protocolului TCP/IP, cel mai des utilizat în rețelele obișnuite. Tot aici este descrisă modalitate generală de atribuire a adresei IP și a măștii care ajută în mod practic la identificare unui IP dintr-o subrețea. De asemenea este prezentat modelul de referință OSI, care stabile;te suita de opera’ii necesare în desfășurarea unui flux de date între clienții dintr-o rețea: nivelul fizic, nivelul legăturii de date, nivelul rețea, nivelul transport, nivelul sesiune, nivelul prezentare și nivelul aplicație. Este acordată atenția necesară și monitorizării unei rețele deoarece urmărirea permanentă a stării de funcționare a echipamentelor de comunicație sau a echipamentelor destinate anumitor servicii este vitală. Sunt prezentate pe scurt cele două protocoale specializate: ICMP(Internet Control Message Protocol) și SNMP(Simple Network Management Protocol) care se ocupă cu aceste aspecte. În strânsă legătură cu aspectele de monitorizare a rețelei se află administrarea generală a rețelei, tratată separat în ultimul subcapitol. Fără a intra în amănunte sunt enumerate operațiile vitale pe care un administrator de rețea este dator să le facă: monitorizarea Ethernetului, menținerea și rezolvarea problemelor de securitate, rezolvarea problemelor care țin de întreținerea hardware, menținerea configurărilor în vederea exploatării cât mai eficiente a rețelei. Operațiile care țin de întreținerea unei rețele bazate pe un server ocupă un loc aparte deoarece sunt vitale în existența și mai ales recuperarea datelor ce se pot pierde eventual.
Capitolul al treilea tratează conectarea la Internet a utilizatorilor casnici (home user-ilor) și a instituțiilor mici cu bugete reduse din perspectiva realităților economice și sociale ale României anului 2007 Sunt prezentate modalitățile de conectare din perspectiva tehmologiei de conectare prin : modem tradițional și modem ISBN special; conexiuni de tip DSL (Digital Subscriber Line); modem special de cablu și nu în ultimul rând conectarea Wireless (fără fir), ceva mai lentă decât o parte din metodele de mai sus, dar permite accesul și din poziții mai izolate. La fiecare subcapitol s-au făcut trimiteri și evaluări de costuri, cea mai ieftină conexiune fiind de departe cea prin rețelele de cartier.
În capitolul patru este prezentată rețeaua locală a școlii în care îmi desfășor activitatea, cu o evaluarea a costurilor de implementare a rețelei și a conexiunii la Internet existente.
II. Rețele de calculatoare
2.1.Rețele locale
O rețea este un grup de calculatoare și alte echipamente, conectate între ele prin cabluri, astfel încât fiecare echipament poate interacționa cu oricare altul.
Calculatoarele se conectează între ele în rețele pentru a putea folosi în comun resurse din cele mai diferite (fișiere, periferice etc.). Server-ul este calculatorul central, ale cărui resurse sunt folosite în comun de utilizatorii rețelei. Clientul este calculatorul care se conectează la server și folosește resursele acestuia.
După dimensiuni și așezare, rețelele se împart în:
rețele locale (Local Area Network, LAN), sunt rețele ale căror componente se găsesc aproape unele față de altele, de exemplu în aceeași sală, în săli vecine sau clădiri alăturate
rețele mari (Wide Area Network, WAN), sunt rețele ale căror componente se află la distanță mare unele față de altele, de exemplu în localități diferite([CISL]).
Caracteristicile rețelelor:
topologia, descrie modul de organizare și interconectare a componentelor și echipamentelor de comunicație din cadrul rețelei,
arhitectura, descrie categoriile de echipamente și protocoale de comunicații utilizate în cadrul rețelei.
2.1.1. Topologia rețelelor
În funcție de tipul componentelor și cablurilor utilizate și de dispunerea calculatoarelor, rețelele pot fi:
de tip magistrală sau bus (Figura 1),
de tip stea (Figura 2),
plasă, inel (ring), mixte.
Topologia LAN de tip stea are următoarele caracteristici:
fiecare echipament de rețea dispune de un mediu de acces propriu, realizat prin intermediul unui traseu de cablu UTP,
pentru gestionarea accesului este prevăzut un concentrator LAN (hub sau switch) care să centralizeze toate conexiunile UTP ale echipamentelor din rețea.
Figura 1.
Figura 2.
2.1.2. Arhitectura rețelelor
Indiferent de topologia utilizată, arhitectura standard a unei rețele Ethernet este următoarea:
Server-e,
stații de lucru (clienți),
echipamente de comunicație LAN (hub/switch) sau WAN (router)
Server-ul este un calculator din rețea care gestionează resursele rețelei (de exemplu, stochează date pentru orice utilizator din rețea, gestionează imprimantele din rețea, gestionează traficul etc.), respectiv are instalate aplicații pe care membrii rețelei le pot utiliza.
Clientul este un calculator care este legat la un server în scopul efectuării unor operații și depinde de acesta cu utilizarea de fișiere și programe, pentru acces la Internet, pentru lansare de aplicații de calcul mari consumatoare de resurse etc.
Ethernet este o arhitectură de rețea locală dezvoltată de firma Xerox în 1976, în colaborare cu DEC și Intel. Utilizează o topologie de tip magistrală sau stea și suportă rate de transfer de până la 10Mbps. O versiune mai nouă de Ethernet, 100Base-T sau Fast Ethernet (Ethernet rapid) transferă date cu până la 100Mbps. Acest tip de rețele utilizează cabluri cu perechi răsucite. Fiecare placă de rețea se conectează printr-un cablu (patch cord) la echipamentul central (hub, switch), rezultând astfel o topologie tip stea. Lungimea cablului care conectează plăcile de rețea la hub sau switch nu trebuie să fie mai mare de 100m. În rețelele tip stea, dacă se defectează cablul care conectează un calculator sau se oprește un calculator, este afectat numai calculatorul respectiv, nu și restul rețelei.
Când se dorește conectarea sau deconectarea fizică a unui calculator din rețea, se închid toate programele active ale utilizatorului, se închide sistemul de operare, se scoate calculatorul din priza de alimentare electrică, se scoate sau se introduce cablul de rețea, se conectează calculatorul din nou la priza de alimentare și se pornește prin apăsarea butonului Power.
2.2. Echipamente de comunicație
2.2.1. Hub-ul
Hub-ul(Figura 3) este un dispozitiv de rețea cu mai multe porturi (intrări) necesar pentru interconectarea prin cabluri UTP a calculatoarelor dintr-o rețea (host-uri). Hub-ul amplifică semnalul primit de la un host și îl distribuie către toate celelalte calculatoare. Într-o rețea existentă pot fi adăugate noi host-uri prin conectarea fizică a acestora cu cabluri UTP la hub-ul existent. Există hub-uri cu 4, 8, 16 sau 24 de intrări. Hub-urile pot fi montate în cascadă pentru a obține extinderea unei rețele existente.
Figura 3
2.2.2. Switch-ul
Switch-ul(Figura 4) este un dispozitiv de rețea cu mai multe porturi care filtrează și expediază pachete de date între segmentele rețelei. Operează pe nivelele 2 și uneori 3 ale modelului de referință OSI, care va fi tratat într-un subcapitol următor, și suportă orice protocol de transfer de date (protocol de comunicare, codul de adresare și împachetare de date care constituie „limbajul comun” al calculatoarelor din rețea).
Figura 4
Principiul de funcționare a switch-ului are la bază mecanismul store-and-forward. Pentru aceasta, fiecare switch întreține o tabelă de redirecționare compusă din adrese MAC și numere de porturi (căi de acces). Pentru un anumit port, care definește un domeniu de coliziune distinct, switch-ul memorează adresele MAC ale stațiilor din domeniul respectiv (conectate la acel port). Termenul de valabilitate al intrărilor din această tabelă este dat de un parametru numit age (vârsta), care stabilește cât timp sunt reținute în buffer-e (zone tampon de stocare intermediară de date) adresele MAC ale stațiilor care nu generează și nu primesc trafic. Prin urmare, valoarea acestui parametru poate influența performanțele unei rețele: dacă are valori prea mici, stațiile care generează puțin trafic vor fi mai greu de găsit în rețea de către alte echipamente, iar dacă valoarea parametrului este prea mare, există riscul ocupării buffer-elor și al blocării echipamentului. După recepția de datie tip stea. Lungimea cablului care conectează plăcile de rețea la hub sau switch nu trebuie să fie mai mare de 100m. În rețelele tip stea, dacă se defectează cablul care conectează un calculator sau se oprește un calculator, este afectat numai calculatorul respectiv, nu și restul rețelei.
Când se dorește conectarea sau deconectarea fizică a unui calculator din rețea, se închid toate programele active ale utilizatorului, se închide sistemul de operare, se scoate calculatorul din priza de alimentare electrică, se scoate sau se introduce cablul de rețea, se conectează calculatorul din nou la priza de alimentare și se pornește prin apăsarea butonului Power.
2.2. Echipamente de comunicație
2.2.1. Hub-ul
Hub-ul(Figura 3) este un dispozitiv de rețea cu mai multe porturi (intrări) necesar pentru interconectarea prin cabluri UTP a calculatoarelor dintr-o rețea (host-uri). Hub-ul amplifică semnalul primit de la un host și îl distribuie către toate celelalte calculatoare. Într-o rețea existentă pot fi adăugate noi host-uri prin conectarea fizică a acestora cu cabluri UTP la hub-ul existent. Există hub-uri cu 4, 8, 16 sau 24 de intrări. Hub-urile pot fi montate în cascadă pentru a obține extinderea unei rețele existente.
Figura 3
2.2.2. Switch-ul
Switch-ul(Figura 4) este un dispozitiv de rețea cu mai multe porturi care filtrează și expediază pachete de date între segmentele rețelei. Operează pe nivelele 2 și uneori 3 ale modelului de referință OSI, care va fi tratat într-un subcapitol următor, și suportă orice protocol de transfer de date (protocol de comunicare, codul de adresare și împachetare de date care constituie „limbajul comun” al calculatoarelor din rețea).
Figura 4
Principiul de funcționare a switch-ului are la bază mecanismul store-and-forward. Pentru aceasta, fiecare switch întreține o tabelă de redirecționare compusă din adrese MAC și numere de porturi (căi de acces). Pentru un anumit port, care definește un domeniu de coliziune distinct, switch-ul memorează adresele MAC ale stațiilor din domeniul respectiv (conectate la acel port). Termenul de valabilitate al intrărilor din această tabelă este dat de un parametru numit age (vârsta), care stabilește cât timp sunt reținute în buffer-e (zone tampon de stocare intermediară de date) adresele MAC ale stațiilor care nu generează și nu primesc trafic. Prin urmare, valoarea acestui parametru poate influența performanțele unei rețele: dacă are valori prea mici, stațiile care generează puțin trafic vor fi mai greu de găsit în rețea de către alte echipamente, iar dacă valoarea parametrului este prea mare, există riscul ocupării buffer-elor și al blocării echipamentului. După recepția de date este analizată adresa MAC de destinație și este căutată în tabela de redirecționare. Prin acest mecanism switch-ul identifică interfața prin care este disponibilă stația de destinație și direcționează datele printr-un canal de comunicație virtual, complet separat de traficul generat de celelalte interfețe. Astfel se reduce numărul coliziunilor, ceea ce conduce la creșterea benzii de transfer si la optimizarea modului de utilizare a canalului de comunicație
2.2.3. Router-ul
În Internet, router-ul(Figura 5) este un dispozitiv, sau în unele cazuri un software instalat pe un calculator, care determină care este următorul punct din rețea către care se expediază un pachet de date în drum spre destinația sa finală. Router-ul este conectat la cel puțin două rețele (în punctul în care o rețea comunica cu cealaltă, adică în gateway). Decizia asupra direcției în care se trimite fiecare pachet de date se bazează pe determinarea stării rețelelor la care este conectat. Router-ul poate fi și o parte a switch-ului.
Figura 5
Router-ul creează și/sau stochează un tabel al rutelor disponibile, cu informații despre starea lor, și îl utilizează împreună cu algoritmii de determinare a distanței și costurilor pentru a selecta cea mai bună cale de urmat pentru pachetul dat. De obicei, un pachet parcurge un număr de puncte de rețea cu router-e înainte de a ajunge la destinație. Rutarea este o operație asociată cu nivelul 3 din standardul OSI (Open Systems Interconnection), nivelul rețea.
Pentru a determina calea optimă între două rețele, router-ul folosește două metode:
Rutarea statică, constând dintr-o tabelă de adrese pentru a determina locația în care să direcționeze datele
Rutarea dinamică, constând dintr-un protocol specializat (RIP, OSPF, IGRP, BGP)
Router-ul nu identifică tipul și conținutul datelor transmise.
IP-ul specifică formatul pachetelor de date și schemele de adresare. Majoritatea rețelelor combină IP cu un protocol de nivel mai înalt, TCP (Transmission Control Protocol), care stabilește conexiunea virtuală între sursă și destinație. IP-ul singur funcționează ca sistemul poștal. Permite adresarea unui pachet de date și lansarea sa în Internet fără o legătură directă cu destinația. TCP/IP stabilește conexiunea între sursă și destinație, astfel încât pe linia respectivă de poate face schimb de mesaje continuu pe perioade de timp determinate.
Cabluri și conectori
Pentru rețele locale se realizează cablarea structurată de tip UTP/STP. Conceptul de cablare structurată a fost dezvoltat ca urmare a necesității uniformizării celor două tipuri de cablaje existente: cablajul de voce (telefonie) și cel de date. Până la elaborarea standardelor de cablare structurată, partea de telefonie a unei clădiri era realizată pe cabluri răsucite (topologie stea), în timp ce pentru rețeaua de date s-a utilizat cablul coaxial (topologie de tip magistrală).
Cablurile torsadate (Twisted Pair, TP) pot fi de mai multe tipuri (Figura 6):
UTP (Unshielded Twisted Pair), ieftine, subțiri, flexibile, ne-ecranate (fără înveliș izolator), cu patru perechi de fire răsucite din cupru. Dintre aceste perechi, două (verde și portocaliu) sunt folosite pentru transmisa de date, o pereche (albastră) pentru transmisia de voce (telefonie), cealaltă pereche (maro) putând fi utilizată pentru alte aplicații (alarme, monitorizare clădire etc.). Transmisia date/voce nu se poate realiza simultan pe același tronson de cablu UTP. Pentru rețele mici (cu distanțe scurte între componente) acest tip de cablu este suficient. Structura ne-ecranată a UTP crește riscul de interferență cu radiațiile electromagnetice parazite. Pentru creșterea imunității la zgomote se mai utilizează o variantă de cablu denumită ScTP (Screened Twisted-Pair), identică cu UTP dar la care toate cele patru perechi de fire de cupru sunt ecranate cu o folie metalică.
STP (Shielded Twisted Pair), cablu torsadat ecranat, prevăzut cu patru sau două (varianta STP-A) perechi de fire de cupru, fiecare pereche fiind ecranată cu o folie metalică în vederea reducerii zgomotelor parazite care pot afecta semnalul util (perturbații electrice, diafonie).
Figura 6.
Conectorul RJ45(Figura 7) (Registered Jack 45) este un conector cu 8 fire, folosit în rețele locale, în special de tip Ethernet. Arată la fel ca RJ11 folosit în telefonie, doar că este puțin mai lat. În Figura C.4 sunt prezentate priza și mufa conectorului RJ45.
Figura 7.
Adrese IP
Protocolul este un format prestabilit de transmitere a datelor între două componente de rețea. Prin protocol se definesc următoarele: tipul de detectare de erori, metoda de comprimare a datelor (dacă este cazul), felul în care expeditorul semnalează sfârșitul transmisiei, felul în care destinatarul semnalează primirea unui mesaj, modul de transmitere (sincron, asincron), rata de transfer de date etc.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) este o suită de protocoale de comunicare utilizată pentru conectarea sistemelor locale (host-uri).
Interfața de conectare la o rețea este reprezentată fizic (hardware) de placa de rețea, iar din punct de vedere software, de „entitatea” care va primi o adresă IP. Această adresă este atribuită unei interfețe de rețea și nu unui calculator. Un calculator cu două plăci de rețea va avea două interfețe, fiecare cu adresă IP proprie, distinctă.
În rețeaua locală adresele IP trebuie să fie unice. Pentru a minimiza posibilitatea existenței de adrese duplicate în rețea se poate instala un server DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) care va asigna automat o adresă oricărei stații care se va conecta în rețea.
Forma unei adrese IP: din punct de vedere al utilizatorului adresa IP este o secvență formată din patru octeți separați de caracterul „.” (punct), fiecare octet putând lua valori între 0 și 255. Pentru echipamentul de rețea, adresa respectivă apare ca o succesiune continuă de 32 de biți, fiecare grup de opt fiind reprezentarea binară a unui octet din formatul vizibil pentru utilizator.
Adresa IP este alcătuită din două componente cu format variabil:
componenta de rețea. În funcție de numărul de biți rezervați acestei componente, spațiul de adrese se împarte în următoarele clase:
clasa A: primii 8 biți reprezintă adresa de rețea 10.0.0.0 până la 127.255.255.255.
clasa B: primii 16 biți reprezintă adresa de rețea 128.0.0.0 până la 191.255.255.255.
clasa C: primii 24 de biți reprezintă adresa de rețea 192.0.0.0 până la 233.255.255.255. În cadrul clasei C există două subclase cu destinații speciale: D (adrese multicast, pentru rețele multimedia (voce, video), 224.0.0.0 până la 239.255.255.255), E (clasă pentru dezvoltări ulterioare, 240.0.0.0 până la 247.255.255.255.
componenta de host: biții rămași după ocuparea adresei cu componenta de rețea identifică echipamentele din cadrul unei rețele. Numărul de biți ai componentei de host determină numărul maxim de echipamente din rețeaua definită prin prima componentă:
în clasa A: 256 de rețele, 16.777.216 echipamente adresabil în fiecare rețea,
în clasa B: 65.536 de rețele, 65.536 echipamente adresabile în fiecare rețea,
în clasa C: 16.777.216 de rețele, 256 echipamente adresabile în fiecare rețea.
De exemplu, pentru adresa IP 150.215.017.009, dacă se presupune că este o adresă de clasă B, 150.215 reprezintă adresa de rețea de clasă B, iar 017.009 identifică un host în acea rețea.
Adresele utilizate pot fi publice sau private. Pentru rețelele de instituții se recomandă utilizarea adreselor private (ne-rutate). Se pot utiliza și adrese reale publice dintr-o clasă oarecare, cu condiția ca rețeaua sa nu fie conectată la Internet. Gama pentru adrese private este:
adrese de rețea de la 10.0.0.0 până la 10.255.255.255, mască 255.0.0.0
adrese de rețea de la 172.16.0.0 până la 172.31.255.255, mască 255.255.0.0
adrese de rețea de la 192.168.0.0 până la 192.168.255.255, mască 255.255.255.0
Observații:
primul bloc este un singur număr de rețea de clasă A,
al doilea bloc este un set de 16 numere de rețea de clasă B (adrese contigue),
al treilea bloc este un set de 255 de numere de rețea de clasă C (adrese contigue).
Masca este un filtru care determină cărei subrețele (subnet) îi aparține o adresă IP. Sistemul de subrețele îi permite administratorului de rețea să gestioneze mai ușor adresele alocate. De exemplu, pentru adresa IP „10010110.11010111.00010001.00001001” (scrisă în sistem binar), componenta de rețea de clasă B este „10010110.11010111” și adresa de host este „00010001.00001001” Primii patru biți ai adresei de host vor identifica eventualele subrețele.
Masca este formată din adresa de rețea plus biții de identificare a subrețelei. Prin convenție, biții de rețea sunt de valoare 1. În exemplul de mai sus, masca va fi de forma „11111111.11111111.11110000.00000000”. Subrețeaua din exemplu este astfel ușor de identificat. Adresa ei este „10010110.11010111.00010000.00000000”.
2.5. Modelul de rețea OSI
Modelul de referință OSI-RM (Open Systems Interconnection-Reference Model) este un standard ISO (International Standards Organization) care definește un set de reguli universal valabile pentru proiectarea protocoalelor de comunicațiilor, în scopul înlesnirii interconectării dispozitivelor hardware și software indiferent de producător([Ca05]).
Prin intermediul acestui model (Figura 8), suita de operații necesare pentru desfășurarea unui flux de date între clienții din rețea este organizată ierarhic pe șapte niveluri:
Figura 8
nivelul fizic: stabilește proprietățile cablurilor și conectorilor, definește protocoalele necesare pentru transmisia datelor pe o linie de comunicație,
nivelul legăturii de date: definește modalitățile de acces la mediul de transmisiune partajat de mai multe echipamente, stabilește modul de transfer al datelor între nivelurile superioare și conectorii fizici,
nivelul rețea: permite identificarea nodurilor de destinație prin prelucrarea informațiilor rezultate din adresele de rețea și tabelele de direcționare ale router-elor,
nivel de transport: definește metodele prin care se asigură integritatea datelor către nodul de destinație,
nivelul sesiune: sincronizează comunicația între două calculatoare, controlează când un utilizator poate transmite sau recepționa date,
nivelul prezentare: efectuează translația datelor între formatul utilizat de aplicație și formatul informației transferate prin rețea,
nivelul aplicație: asigură interfața software pentru utilizatori.
Primele patru niveluri sunt caracteristice echipamentelor de comunicații cu funcții specializate implementate pe o platformă hardware. Următoarele trei niveluri sunt oferite de orice aplicație (software) de rețea existentă pe server-e, calculatoare sau echipamente de comunicație specializate. Modul de reprezentare a stivei OSI în cadrul unei rețele cu un server, un client și un echipament de comunicație este ilustrat în Figura 9.
Figura 9.
Nivelul fizic
În cadrul nivelului fizic se definesc următoarele funcții:
tipul de transmitere și recepționare a șirurilor de biți pe un canal de comunicații:
transmisia asincronă: semnalul de ceas al receptorului se sincronizează pe semnalul de start transmis de emițător. Din această cauză, canalul de comunicație nu este utilizat eficient și nu se pot obține rate de transfer mari, de maxim 115 KBps. Este frecvent utilizată pentru conectarea a două echipamente de rețea prin intermediul cablurilor seriale sau a modem-urilor analogice.
transmisia sincronă: șirurile de biți se succed fără întrerupere, fiecare echipament având nevoie de un semnal de sincronizare propriu. De aceea, receptorul este mai complicat, însă se asigură o utilizare eficientă a canalului de comunicație și se pot obține viteze mari de transfer (2 MBps).
se definesc topologiile de rețea.
în funcție de topologie, se stabilește tipul rețelei:
rețea broadcast (topologii magistrală, stea, inel): la același mediu de transmisiune sunt atașate mai multe echipamente de rețea, iar un pachet de date transmis de o stație este recepționat de toate celelalte (de exemplu, Ethernet/Fast Ethernet, Token Ring)
rețele punct-la-punct (topologii stea, plasă): la o conexiune fizică sunt atașate numai două echipamente. Într-o rețea cu mai mult de două noduri, un pachet de date trebuie să tranziteze mai multe noduri intermediare pentru a ajunge la destinație.
se definesc tipurile de medii de transmisiune: cablu coaxial, cablu UTP, fibră optică, linii închiriate de cupru etc.
se stabilește modul de transmisie: simplex (un singur echipament poate transmite, iar corespondentul doar recepționează), half-duplex (ambele echipamente pot să transmită și să recepționeze semnale, dar nu în același timp), full-duplex (ambele echipamente pot să transmită și să recepționeze semnale în același timp).
se definesc standardele mecanice și electrice ale interfețelor, seriale (RS-232, V.35, G.703 ) și LAN (BNC, AUI, RJ45).
este realizată codificarea și decodificarea șirurilor de biți (repetoare, media-convertoare etc.).
este realizată modularea și demodularea semnalelor purtătoare (modem-uri).
unitatea de date utilizată la nivel fizic este bitul.
Nivelul legăturii de date
Realizează transferul datelor între sisteme adiacente (care partajează același mediu de acces). Este alcătuit din două sub-niveluri:
controlul accesului la mediu (MAC – Medium Access Control): definește echipamentul care poate avea acces la rețea atunci când mai multe stații încearcă să transmită simultan:
asigură controlul fluxului de date (flow-control) prin stabilirea momentelor de transmisie sau așteptare,
efectuează controlul accesului la mediul fizic,
în cadrul rețelelor de tip broadcast, prin intermediul legăturii de date se realizează identificarea unui nod destinație, prin utilizarea adreselor MAC.
controlul legăturii logice (LLC – Logical Link Control): definește modul de transfer al datelor către nivelul fizic și furnizează serviciul de transport către nivelul rețea:
introduce în fluxul de biți furnizat nivelului fizic delimitatorii necesari pentru separarea cadrelor. La recepție, nivelul legăturii de date recunoaște acești delimitatori și reconstituie cadrele. Scopul acestei încadrări este determinat de necesitatea gestionării fluxului continuu de biți preluați de la nivelul fizic.
controlul erorilor, realizat în două moduri: FEC (Forward Error Correction, folosește biții de control pentru detectarea și corectarea erorilor), ARQ (Automatic Retransmition Query, utilizat numai pentru detectare, nu și pentru corectarea erorilor, ca mijloc de alertare a sursei că informația nu a fost recepționată corect).
Unitatea de date este cadrul, format din șiruri de bytes (1 byte = 8 biți).
La nivelul legăturii de date sunt definite protocoalele de interconectare a rețelelor LAN, în funcție de tipul transmisiei utilizate la nivel fizic:
protocoale orientate pe biți, utilizate pe transmisii seriale: PPP (Point-to-Point Protocol, destinat legăturilor sincrone și asincrone), HDLC (High Data Link Control, destinat numai legăturilor sincrone punct-la-punct sau legăturilor multipunct și permite lucrul full-duplex).
protocoale orientate pe comutație de pachete. Mesajul utilizatorului este împărțit în pachete, fiecare pachet fiind transmis separat și pe trasee fizice diferite.
Nivelul rețea
Permite transferul de date între sistemele neadiacente (care nu partajează același mediu de acces). Unitatea de date utilizată este pachetul.
Funcția principală a acestui nivel constă în dirijarea pachetelor între oricare două noduri de rețea. Cu alte cuvinte, nivelul rețea realizează rutarea (direcționarea) pachetelor de date prin infrastructura de comunicații, această operație fiind efectuată la nivelul fiecărui nod de comunicație intermediar. Nivelul rețea asigură interfața între furnizorul de servicii și utilizator, serviciile oferite fiind independente de tehnologia subrețelei de comunicație.
Acest nivel oferă două categorii de servicii de transport:
orientate pe conexiuni (ATM): înainte de transferul datelor între două echipamente trebuie stabilită o conexiune (circuit virtual), care se închide la terminarea transferului. La stabilirea conexiunii se pot negocia anumiți parametri legați de calitatea serviciului (viteză, întârziere, cost). Ruta (secvența de noduri intermediare) pe care vor fi trimise pachetele se stabilește în momentul stabilirii circuitului virtual. În acest sens, circuitul virtual va primi un identificator (adresă), fiecare pachet fiind rutat pe baza acestui identificator. Prin utilizarea serviciilor orientate pe conexiuni se realizează un control foarte eficient al fluxului de date, putând fi definite categorii de servicii (CoS – Class of Services) și criterii de calitate a serviciilor (Qos – Quality of Services). Aceste avantaje implică o complexitate ridicată la nivelul arhitecturii de rețea. În cazul defectării unui nod intermediar, toate circuitele virtuale care îl tranzitează se închid. Latența inițială necesară pentru stabilirea conexiunii este mare.
fără conexiuni (IP): nu este necesară stabilirea unei conexiuni prin subrețeaua de comunicație în vederea transferului datelor. Ruta este determinată pentru fiecare pachet în parte, iar direcționarea (rutarea) se realizează pe baza adreselor (sursă și destinație) conținute în fiecare pachet. Deoarece nu este necesară memorarea informațiilor de stare cu privire la conexiuni, complexitatea este redusă, fiind posibilă implementarea unor rețele mai rapide. În cazul defectării unui nod intermediar, comunicația poate continua pe căi alternative. Dezavantajul principal al acestor servicii constă în faptul că nu se mai poate efectua un control al congestiei traficului.
Cel mai cunoscut si utilizat protocol la acest nivel este IP (Internet Protocol), utilizat pentru interconectarea rețelelor din Internet. Este un protocol fără conexiune care permite transmiterea unor blocuri de date (datagrame) între surse și destinații identificate prin adrese cu lungime fixă. În cazul datagramelor foarte mari, protocolul IP realizează, dacă este cazul, fragmentarea și reasamblarea în vederea transmiterii prin orice rețea. Nu dispune de mecanisme care să asigure securitatea serviciului sau controlul fluxului de informații. Este apelat de protocoalele superioare pentru transferul prin rețea al datelor, apelând la rândul lui la protocoalele rețelei locale pentru transportul datelor către un echipament local. Acest echipament local (adiacent) poate fi destinația finală a pachetelor de date sau poate fi un nod intermediar al sistemului de comunicații (router), care trebuie să redirecționeze datele.
Modul de funcționare a protocolului IP este următorul:
aplicația pregătește datele și le transmite nivelului Internet al software-ului de rețea,
nivelul Internet adaugă acestor date un antet (header), conținând adresa de destinație,
datagrama rezultată este transmisă interfeței de rețea, care adaugă la rândul ei un antet și transmite întreg cadrul către primul nod intermediar al rețelei de comunicații, care va efectua rutarea pachetului,
la recepție, un nod intermediar va decide după adresa de destinație prezentă în antet care este subrețeaua și, implicit, următorul nod intermediar către care trebuie redirecționat pachetul,
în cadrul destinației finale, antetul este înlăturat și datagrama se transmite nivelului Internet, de unde este transmis nivelului aplicație.
Din acest mod de funcționare se pot deduce următoarele reguli privind mecanismele de rutare:
fiecare datagramă este direcționată către cel mai apropiat nod intermediar, router sau gateway,
operația de rutare constă în determinarea nodului intermediar următor (adiacent) care la rândul lui poate redirecționa datagramele către destinația finală. Acest tip de rutare este numit hop-by-hop routing și nu permite determinarea întregii secvențe de noduri intermediare.
destinația imediat următoare poate fi un alt router sau chiar destinația finală.
decizia privind destinația imediată este luată pe baza informațiilor existente în cadrul tabelei de rutare. Această tabelă este menținută de fiecare router și conține asocieri de tipul destinație finală – destinație următoare (next hop).
la primirea unei datagrame, router-ul caută în tabela de rutare înregistrarea corespunzătoare destinației finale. Dacă această înregistrare este găsită, datagrama se transmite către următoarea destinație specificată în ruta respectivă.
tabela de rutare poate fi actualizată în următoarele moduri:
prin rute statice, introduse de administratorul rețelei. Orice echipament de rețea (host sau router) conține o așa-numită rută statică implicită (default), utilizată pentru redirecționarea datagramelor atunci când nu este găsită nici o înregistrare care să corespundă cu adresa finală.
prin rute directe, care sunt create automat de echipamentul de rețea (host sau router) în momentul în care se specifică adresele IP și măștile de subrețea pe interfețele echipamentului. În acest mod se realizează asocierea între destinația imediată și interfața fizică prin care poate fi atins următorul nod de rutare.
prin rute dinamice, schimbate între router-ele adiacente prin intermediul protocoalelor specializate. Utilizând mecanismele de rutare dinamică, un router transmite router-elor învecinate întreaga tabelă de rutare, constând în rute statice, rute directe și rute dinamice „învățate” de la alte router-e. Cele mai cunoscute protocoale de rutare dinamică sunt: RIP (Routing Information Protocol), versiunile 1 și 2, utilizat frecvent în rețele private, OSPF (Open Short Path Finding), IGRP (Internal Gateway Routing Protocol), BGP (Border Gateway Protocol, utilizat în rețeaua Internet pentru rutarea infomațiilor între furnizorii de servicii).
Nivelul transport
Este un nivel intermediar care delimitează nivelul hardware de nivelul software. Unitatea de date este segmentul. Oferă un set standard de servicii, independent de tipul rețelei utilizate: transfer sigur de date pe o rețea de comunicații considerată nesigură, corectarea erorilor când această operație nu se realizează pe nivelurile inferioare, negocierea calității serviciului. Sarcina principală a nivelului transport este aceea de refacere a fluxului de date la destinație, deoarece un pachet poate fi segmentat în mesaje mai mici, cu rute diferite prin rețeaua de comunicații.
În cazul utilizării protocolului IP pe nivelul rețea, sunt disponibile două protocoale la nivelul transport:
TCP, Transmission Control Protocol
este un protocol bazat pe conexiune, în care pentru fiecare pachet transmis se așteaptă o confirmare din partea echipamentului de destinație.
transmisia următorului pachet nu se realizează dacă nu se primește confirmarea pentru pachetul transmis anterior.
UDP, User Datagram Protocol
este folosit în situațiile în care eficiența și viteza transmisiei sunt mai importante decât corectitudinea datelor, de exemplu în rețelele multimedia, unde pentru transmiterea către clienți a informațiilor de voce sau imagine este mai importantă viteza (pentru a reduce întreruperile în transmisie) decât calitatea.
este un protocol fără conexiuni, semnalarea erorilor sau reluărilor fiind asigurată de nivelul superior,
datele transmise nu sunt segmentate.
Nivelul sesiune
Permite stabilirea de conexiuni (sesiuni) între aplicațiile existente pe echipamentele dintr-o rețea. Prin urmare, este orientat către problemele specifice aplicațiilor, mai puțin pentru comunicația efectivă, siguranța acesteia fiind asigurată de nivelurile inferioare.
Nivelul sesiune execută următoarele funcții principale:
gestiunea dialogului între aplicații,
sincronizarea între aplicații,
gestiunea și raportarea erorilor.
În cazul aplicațiilor IP, nivelul sesiune este utilizat și pentru identificarea aplicațiilor instalate pe același echipament de rețea, identificat în cadrul rețelei printr-o adresă IP unică. Pentru identificare, o aplicație utilizează o valoare întreagă, cuprinsă între 1 si 65535, numită port de comunicație. De exemplu:
Telnet(asigură dreptul de acces de la un calculator gazdă, printr+un terminal aflat la distanță): portul 23,
FTP(asigură transportul între protocoale): portul 21,
HTTP(transferă informații între un browser și un server de web): portul 80 sau 8080,
FINGER:(furnizează informații referitoare la un anumit utilizator) portul 79;
SNMP(asigură transportul informațiilor de gestiune): porturile 161 și 162,
SMTP (asigură transferul mesajelor de poștă electronică): portul 25,
POP și POP3 (asigură dreptul de acces la poștă electronică de pe un server dedicat): portul 110.
Nivelul prezentare
Îndeplinește funcții legate de reprezentarea datelor, conversii, criptare, compresie etc. Stabilește sintaxa pentru datele transmise prin rețea. Nivelul prezentare este responsabil cu prezentarea datelor într-o formă pe care unitatea care destinatar să o înțeleagă. De aceea i se mai spune și traducătorul rețelei. Acest nivel, realizează trei mari funcții:
Formatarea datelor (prezentarea)
Criptarea datelor
Comprimare datelor.
După primirea datelor de la nivelul aplicație nivelul prezentare execută una dintre funcțiile prezentate mai sus, după care le transmite nivelului sesiune. La stația destinatar, nivelul prezentare primește datele de la nivelul sesiune și execută funcțiile cerute, înainte de a le transmite nivelului aplicație.
Nivelul prezentare realizează translatarea textelor din formatul EBCDIC ( Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) în formatul ASCII ( American Standard Code for Information Interchange) și reciproc. Formatul binary este folosit pentru a codifica aplicații software. Aplicația FTP folosește acest format pentru a transfera fișiere. De asemenea, nivelul prezentare recunoaște anumite formate pentru reprezentarea imaginilor grafice. Aceste standarde sunt:
PICT – un format pentru imagini grafice realizare prin produsul QuickDraw;
TIFF ( Tagged Image File Format) – un format pentru bitmap-uri;
JPEG ( Joint Photographic Experts Group) – un format utilizat pentru comprimarea fotografiilor
GIF ( Graphic Interchange Format) – un format folosit în Internet pentru reprezentarea imaginilor.
Nivelul 6 cuprinde și standarde de reprezentare (codificare) a fișierelor multimedia, care conțin sunete muzica și filme, dintre care cele mai importante sunt:
MIDI ( Musical Instrument Digital Interface) – pentru muzica digitizată;
MPEG ( Motion Picture Experts Group) – pentru comprimarea și codificarea filmelor de pe CD – uri;
WAV – formatul pentru sunete sub Windows;
AVI – pentru codificarea filmelor sub Windows.
Un alt tip de fișiere sunt cele de tip hipertext, adică fișiere care pe lângă textul propriu-zis conțin referințe către alte URL-uri.
Nivelul 6 realizează și criptarea datelor. Criptarea datelor protejează informațiile în timpul transmiterii lor. Cheia de criptare este utilizată la criptarea datelor la calculatorul sursa și decriptarea lor la unitatea destinație. De asemenea, nivelul prezentare este responsabil pentru comprimarea datelor, acțiune prin care se reduce dimensiunea fișierelor. Acest lucru se realizează pe baza tehnicilor de codificare.
Nivelul aplicație
Acest nivel definește protocoalele specifice aplicațiilor. Cele mai uzuale aplicații definite la acest nivel sunt:
terminale virtuale: Telnet;
transfer de fișiere: FTP (File Transfer Protocol);
poștă electronică;
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol);
POP (Post Office Protocol);
Aplicații web (prezentare, baze de date etc.) cu HTTP (Hyper Text Transfer Protocol);
Administrare și monitorizare: SNMP (Simple Network Management Protocol).
2.6. Monitorizarea rețelelor
Scopul principal al monitorizării unei rețele este urmărirea permanentă a stării de funcționare a echipamentelor de comunicație sau a echipamentelor destinate anumitor servicii, simultan cu urmărirea disponibilității și încărcării canalelor de comunicație. Informația rezultată din monitorizarea unei rețele trebuie să asigure un suport pentru identificarea și depanarea rapidă a defectelor.
Pentru implementarea acestor funcții se utilizează două protocoale specializate:
ICMP, Internet Control Message Protocol
SNMP, Simple Network Management Protocol
ICMP este un protocol care funcționează la nivelul 3 al modelului OSI (nivelul rețea), nefiind necesară utilizarea unui protocol de transport (TCP sau UDP) sau a unui port de comunicație. Acest protocol permite încapsularea în interiorul cadrului IP a unor informații, care o dată ajunse la destinația specificată, determină generarea unui răspuns către sursa ICMP, din care se poate deduce timpul de răspuns pe un canal de comunicație (de exemplu, mesajul rezultat în urma lansării comenzii „ping” în linia de comandă, în fereastra DOS a sistemului de operare Windows).
Parametrii ICMP pot fi astfel configurați încât să determine generarea unui răspuns din partea fiecărui echipament de comunicație tranzitat de pachetele ICMP (comenzile tracert, ping route), obținându-se și o imagine a traseului fizic corespunzător canalului de comunicație. În cazul în care nodul de destinație sau un nod tranzitat nu răspunde la un pachet ICMP, este asociat un mesaj de eroare, care poate oferi informații utile în stabilirea cauzelor pentru care nu poate fi atinsă o destinație (cale de comunicație nefuncțională, rute IP necorespunzătoare etc.).
SNMP este un protocol care funcționează la nivelul de aplicație al modelului OSI și cuprinde una sau mai multe stații de administrare și mai multe elemente de rețea administrabile (server, switch, hub, router etc.).
Un echipament administrabil este format din două componente principale:
un agent SNMP, prin intermediul căruia sunt stabilite regulile de transfer a informațiilor între echipamentul administrabil și stația de administrare,
o colecție de obiecte (Management Information Base, MIB) în care sunt gestionate informațiile referitoare la elementele componente ale echipamentului administrabil.
Colecția MIB conține următoarele informații:
starea sistemului și a dispozitivelor care compun echipamentul (interfețe de rețea),
statistici despre performanțele sistemului (memorie, procesor, buffer-e),
statistici ale traficului pe interfețe, erori la nivel logic sau fizic,
parametri de configurare (adrese IP, rute etc.).
La nivelul echipamentului administrabil, agentul SNMP execută următoarele operații:
colectează informații despre starea și componentele sistemului și actualizează obiectul corespunzător din colecția MIB,
răspunde cererilor (interogărilor) efectuate de stația de administrare,
raportează stației de administrare evenimentele speciale (critice) prin intermediul alarmelor SNMP (traps),
oferă administratorului acces direct pe echipament sau la un dispozitiv al acestuia.
Alarmele SNMP se împart în două categorii:
standard: raportează către stația de administrare următoarele evenimente speciale:
activarea/dezactivarea interfețelor de rețea,
repornirea echipamentului, la cald sau la rece,
erori de autentificare.
enterprise: pot genera semnalizări suplimentare despre: modificarea configurației echipamentului sau încercări de configurare, probleme în funcționarea protocoalelor de rutare dinamică, semnalizări privind depășirea pragurilor pentru tensiunea de alimentare sau pentru parametrii ambientali (temperatură, umiditate etc.).
O comparație între cele două protocoale utilizate pentru monitorizare și administrare este prezentată în tabelul următor:
Din compararea caracteristicilor celor două protocoale reiese că utilizarea combinată a acestora constituie soluția optimă de monitorizare și administrare a rețelelor, fiind posibilă astfel atât raportarea detaliată a funcționării echipamentelor (inclusiv în format grafic), prin utilizarea protocolului SNMP cât și menținerea unei imagini minimale a stării de funcționare a rețelei, prin intermediul protocolului ICMP, în cazul în care este afectată funcționarea agentului SNMP.
2.7. Administrarea rețelelor
Administrarea rețelei locale presupune:
monitorizarea rețelei Ethernet și a traficului,
asigurarea, menținerea și controlul securității rețelei locale,
colaborarea în vederea remedierii nefuncționalităților echipamentelor cu firma care asigură service-ul în limitele contractuale și rezolvarea diverselor disfuncționalități apărute în exploatarea curentă,
gestiunea corectă e elementelor de bază ale rețelei locale (adrese IP, echipamente de comunicații, aplicații specifice),
menținerea la standarde corespunzătoare a calității rețelei din punct de vedere al configurărilor.
În arhitectura rețelei, server-ele sunt mașinile cu importanța cea mai mare. Ele stochează baze de date, au componente ale aplicațiilor care rulează în sistem, dețin un rol important în sistemul de comunicație și dispun de resurse hardware importante.
Server-ul are în componență subansamble redundante pentru asigurarea toleranței la defectare și disponibilității permanente în funcționare. Funcțiile pe care un server trebuie să le ofere:
servicii în rețea: dns, ftp, nfs, telnet, mail, etc.
găzduirea de resurse comune pentru mai mulți utilizatori,
asigurarea serviciilor către utilizatori pentru o perioadă de timp cât mai îndelungată.
Administrarea sistemului de operare instalat pe server presupune:
monitorizarea funcționării și menținerea în stare de funcționare,
asigurarea, menținerea și controlul securității server-ului,
colaborarea în vederea remedierii nefuncționalităților echipamentelor cu firma care asigură service-ul în limitele contractuale și rezolvarea diverselor disfuncționalități apărute în exploatarea curentă,
gestionarea sistemului de operare, a bazelor de date și a aplicațiilor (verificări software și hardware, stabilirea unui plan de backup și restore, gestionarea spațiului pe disc etc.),
gestiunea versiunilor sistemului de operare, a bazelor de date și a aplicațiilor care rulează pe server etc.
Stațiile de lucru (clienții) necesită în general un set de activități de administrare similare celor ale server-elor, și anume:
monitorizarea funcționării și menținerea în stare de funcționare,
colaborarea în vederea remedierii nefuncționalităților echipamentelor cu firma care asigură service-ul în limitele contractuale și rezolvarea diverselor disfuncționalități apărute în exploatarea curentă,
gestionarea sistemului de operare și a aplicațiilor instalate (verificări software și hardware, politica de backup și restore, gestiunea spațiului pe disc, antiviruși etc.) etc.
Pentru asigurarea unei corecte gestionări a sistemelor, se recomandă păstrarea unui jurnal (log file) în care să se noteze toate elementele semnificative atunci când se face o modificare în rețea (de natură hardware sau software, cum ar fi: schimbări de adrese, adăugări de noi calculatoare, reconfigurarea BIOS-ului, actualizarea și/sau instalarea de programe, etc.).
Pentru protecția datelor se recomanda urmărirea unei politici de backup. Periodic, este indicat să se salveze datele pe server și/sau pe alte calculatoare. În cazul extrem când sistemul de operare a fost grav afectat, se poate face re-instalarea de pe CD-urile de backup (urmată de reluarea procedurilor de personalizare, moment în care un jurnal care conține setările corecte este de mare folos).
III. Modalități de conectare la Internet
Internet-ul este o rețea vastă de calculatoare care leagă milioane de rețele mai mici din lumea întreagă. Legătura la Internet se face prin intermediul unui furnizor de servicii de Internet (Internet Service Provider, ISP). Acest furnizor va comunica modalitatea prin care se va face conectarea rețelei locale la Internet, va furniza adresele IP, măștile, adresele DNS (Domain Name System), adresele de server proxy etc.
DNS este prescurtarea de la Domain Name System sau Domain Name Service, un serviciu Internet care transformă numele de domenii în adrese IP. Numele de domenii sunt șiruri de litere și cifre care sunt mai ușor de memorat decât adresele IP. De exemplu, domeniul microsoft.com are adresa IP 207.46.249.27, care se poate afla introducând comanda ping www.microsoft.com într-o fereastră DOS, care se deschide în Windows selectând Start/All_Programs/Accessories/Command Prompt.
Domeniul de Internet este un grup de calculatoare dintr-o rețea care sunt administrate printr-un set de reguli și proceduri comune. În Internet, domeniile sunt definite prin nume, care au asociate adrese IP.
Internet-ul are propriul lui corp de standardizare, numit IETF (Internet Engineering Task Force), care este format din experți din universități, centre de cercetare și mari firme de calculatoare și telecomunicații. Ritmul de lucru la IETF este trepidant (comparat cu alte corpuri de standardizare), și este în mare măsura responsabil pentru evoluția tehnologică colosală a Internetului. IETF își publică deciziile în niște documente numite „Request For Comments (RFC)'' (Cerere de comentarii), și care sunt adoptate prin consensul celor implicați în funcționarea Internetului. RFC-urile specifică totalitatea regulilor pe care trebuie să le respecte calculatoarele care comunică în Internet (reguli care se numesc protocoale ). Lista completa a RFC-urilor se poate obține de pe Internet ([IETF]).
România este legată la Internet cel puțin din 1992. La ora actuală nodul cu cea mai mare importanță este aflat la Politehnica din București; în jur de 80% din traficul din România trece prin acest punct, pentru ca aici se afla un nod care oferă legătura marilor centre universitare din țară ([ROEDU]). În multe orașe din țară dar și în mediul rural au apărut furnizori de servicii Internet.
3.1. Dial-up
Liniile telefonice sunt analogice, iar calculatoarele manipulează informație sub formă digitală, motiv pentru care este necesară adăugarea unui dispozitiv special pentru realizarea conversiei. Acest dispozitiv este cunoscut sub numele de modem sau fax-modem dacă are asociate și facilități suplimentare pentru fax. . Sistemul telefonic s-a perfecționat foarte mult asigurând astăzi o multitudine de conexiuni multiplexate în toate colțurile lumii. S-a dezvoltat ceea ce se numește Public Service Telephone Network (PSTN).
Din punct de vedere constructiv un modem poate fi intern(Figura 11) sau extern(Figura 12). Ambele variante sunt identice din punct de vedere funcțional. Un modem intern se instalează ca un nou port serial și slotul pe care este conectat devine o interfața serială standard care convertește cuvintele încărcate paralel din magistrala de date în format serial pentru a fi transmise pe linia telefonică. Modemul intern poate fi atașat pe oricare dintre porturile seriale (COM1, COM2, COM3 sau COM4) fără a se suprapune peste un port existent, caz în care apar conflicte. Atunci când se utilizează un modem extern, acesta se conectează prin intermediul unui cablu la unul dintre porturile seriale instalate. Portul serial construit într-un modem intern este identic cu oricare dintre celelalte porturi seriale având o adresă de I/O și o întrerupere. Aceste elemente pot fi realizate prin setări hardware (jumpers sau switches) sau prin proceduri software de setup.
Figura 11 Figura 12
Un modem modern garantează că datele pe care le comunici sunt corecte numai dacă s-a făcut pregătirea corespunzătoare pentru transmisie. Pregătirea datelor și parametrilor de transmisie ajută modemul să realizeze un transfer de date cu viteza adecvată și să preîntâmpine eventualele erori. La multe dintre echipamentele moderne se schimbă șirul de date transmis de PC prin codificare, comprimare, detecție și corecție de erori. Pentru aceste funcțiuni un microcontroler este înglobat în hardware-ul modemului. Principala componentă a unui modem este modulatorul, circuit care convertește pulsurile de tensiune ale semnalului digital în semnale analogice conținând aceleași informații, însă compatibile cu rețeaua telefonică. Chiar numele de modem este generat de combinația dintre numele modulatorului și al elementului pereche (demodulator) MOdulator/DEModulator. Semnalele analogice ce codifică informațiile digitale pot fi transmise direct peste un canal destinat comunicației de voce, specifică sistemului telefonic.
Conexiuni prin modemuri asincrone: ISP-ul (Internet Service Provider) asigură o conexiune de dial-up cu ajutorul unui protocol numit PPP (Point-toPoint Protocol) sau SLIP (Serial Line Internet Protocol).
SLIP. Este un protocol extrem de simplu, care furnizează un mecanism de transmitere printr-o conexiune serială a pachetelor generate de IP (datagrame). Transmite datagramele pe rând, separându-le printr-un octet numit SLIP END, pentru a sugera că marchează sfârșitul unui pachet. SLIP nu asigură mijloace de corectare a erorilor și nici de comprimare a datelor, astfel că a fost înlocuit de PPP.
PPP. Este un protocol pe trei niveluri care îmbunătățește fiabilitatea comunicațiilor seriale TCP/IP prin asigurarea mijloacelor pentru corectarea erorilor și pentru comprimarea datelor, caracteristici care îi lipsesc protocolului SLIP. Cele mai multe pachete TCP/IP conțin suport pentru PPP, la fel ca și majoritatea ISP-urilor. Dacă ar fi să alegem ar trebui să ne îndreptăm spre PPP deoarece asigură capacitate de transfer superioară și comunicații mai sigure.
Astăzi sunt disponibile pentru multe companii de telefonie o serie de îmbunătățiri cum este Switched Data Service 56 care oferă unui singur canal o viteză de 56 kilobiți pe secundă. Semnalele manipulate sunt transportate pe perechi de fire torsadate. Pentru a conecta două calculatoare este necesar un echipament terminal, similar cu un modem, atașat la propriul calculator([Ca05]).
ISDN
Inițialele ISDN vin de la Integrated Services Digital Network. Spre deosebire de un singur semnal analogic, o linie ISDN asigură trei canale digitale: două canale B (Bearer) ce pot transporta orice tip de date (voce codificată digital, fax, text sau numerice) la 64000 bps și un canal D (Delta) operând la 16000 bps pentru transportul semnalelor de control ca un al treilea canal de date. Cele trei canale pot fi independent distribuite la diverse destinații prin sistemul ISDN. Un singur fir BRI permite transferul bidirecțional al datelor necomprimate la viteză de 64000 bps, similar cu modemurile full duplex, dar cu viteză mare și fără erori datorită naturii sale digitale. Canalul D este disponibil pentru alte funcții. O formă mult mai elaborată de serviciu ISDN este numită Primary Rate Interface. Acesta transmite pe 23 canale B, fiecare operând la 64000 bps și un canal D de 16000 bps. Similar cu serviciul telefonic, ISDN este facturat la timp de conexiune nu la volumul datelor schimbate între parteneri. Punctul forte al serviciului BRI constă în faptul că operează pe liniile telefonice actuale. Printre tipurile de date care pot fi transmise prin aceste canale de 64 kbit/s sunt și apelurile telefonice cu modulație în puls(PCM), asigurând astfel acces la serviciile tradiționale de voce PSTN. Aceste informații pot fi schimbate între rețea și utilizator în momentul stabilirii apelului telefonic. În America de nord, ISDN este folosit în acest moment ca o alternativă la conexiunile analogice, utilizarea cea mai fecventa fiind cea de acces la internet. Totuși, câteva servicii care au fost proiectate să lucreze pe ISDN sunt acum transportate prin intermediul Internetului. În Europa, și mai ales în Germania, ISDN-ul a fost vândut cu succes ca un telefon cu capabilități extinse față de telefonul analog POTS (Plain Old Telephone Service), care nu are, sau are puține astel de capabilități. Între timp, capabilități care erau la început disponibile numai folosind un terminal ISDN (precum apel conferință, |Call forwarding, Caller ID, etc.) sunt acum disponibile în mod curent și pentru telefoanele analogice, elimiându-se astfel avantajele ISDN-ului([ISDN]).
Alt avantaj al telefonului ISDN este posibilitatea unor convorbiri simultane (un apel per canal B), util în cazul unor familii numeroase. Totuși și acest avantaj începe să dispară odată cu reducerea costurilor telefoniei mobile, făcând ISDN-ul o tehnologie neatractivă pentru utilizatorul casnic.
Pentru o conexiune de date, în cazul unei linii analogice este nevoie de un modem, iar în cazul unei conexiuni ISDN este necesar un adaptor terminal (TA).
3.2 Tehnologia DSL(digital subscriber line)
Liniile telefonice analogice de la noi lucrează în banda de frecvență voce, deci până în jur de 3,3kHz, ceea ce permite transferuri la viteze maxime de până la 3,3kbps în condiții normale. Limitarea este impusă de tehnologia de transfer. Modemurile moderne de azi V.34 lucrează deja la capacitatea teoretică a canalului și reușesc transferuri de 10 biți pe Hertz și în ambele direcții. Modemurile pentru banda de voce sunt relativ ieftine și permit conectare directă la perechea de fire de la centrală. Dacă se folosește o pereche de fire torsadate , care vin direct de la centrală, tehnologiile moderne de comunicații digitale permit viteze mult mai mari. În momentul de față se pare că linia digitală asimetrică pentru abonat ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) va fi una din soluțiile de viitor.
Tehnologii de acces
Perechea torsadată de fire de cupru oferă o infrastructură pentru transfer și în ultimii ani au apărut o serie de tehnologii, grupate în general ca xDSL. Varianta DSL (Digital Subscriber Line) de linie digitală pentru abonat care are succes, ISDN, s-a impus în Germania și Comunitatea Europeană. Asistăm acum la succesul american al tehnologiei. Pentru a avea o linie DSL ne trebuie două modemuri, câte unul la fiecare capăt al liniei care vor realiza linia digitală. Centralele moderne digitale oferă direct interfețe la care ne putem conecta cu modem DSL, care este de fapt un modem ISDN- B . Banda de frecvență în care lucrează modemurile DSL este de 0kHz-80kHz ( 120kHz, în unele implementări din Europa). În această bandă de frecvență se realizează două canale B ( Basic Rate sau DS0 – de 64kbps fiecare), un canal D (Delta – 16kbps) și semnale de administrare a legăturii.(Interfața BRI oferă deci 2B+D.De fapt în America de Nord și Japonia se distribuie fracțiuni din legături PRI (23B+D) cu interfață fizică T1 (DS1), iar în Europa avem PRI (30B+D) cu interfață E1). Rezultă transfer duplex (în ambele direcții) de 160kbps pe cablu de 24 AWG la maxim 5,5km. ISDN a fost o tehnologie dezvoltată încă din 1980 și descrisă în ITU-T Red Book în 1984, care a introdus prelucrarea semnalului complex digital. Fiecărei perechi de biți (00, 01, 10, 11) îi corespunde un nivel de tensiune, deci pe un impuls se transmit doi biți care la frecvența de 80kHz permit transfer de 160kbps. Specificația ITU I.431 impune circuite de eliminare ecou la ambele capete ale liniei pentru separarea semnalului emis de cel recepționat.
Multiplexarea și demultiplexarea canalelor are loc în echipamentul atașat liniei. De obicei, modemurile DSL utilizau două linii POTS ( Plain Old Telephone Service) tradiționale pentru conectare. Variantele moderne Pair-Gain (cu câștig de pereche) de modemuri DSL fac conversia a două linii POTS pe una singură, eliminând necesitatea uneia din liniile fizice. Cu toate că liniile DSL oferă canale mult mai rapide decât cele realizabile cu modemuri V.34, în comparație cu posibilitățile noii generații de modemuri cu tehnologie X2 (56kbps) și K56Flex, avantajele nu sunt semnificative O dată cu stabilizarea tehnologiei X2, acestea vor fi preferate deoarece nu impun servicii speciale PSTN (Public Switched Telephone Network) necesare la ISDN.
Cercetătorii din telecomunicații au căutat de multă vreme să îmbunătățească transferul pe linii. Încă din primii ani ai deceniului șase, cei de la Bell Labs au creat o tehnologie de digitizare a vocii și multiplexare cu care se puteau obține transferuri de voce digitizată în fluxuri de 64kbps ( 8000 de eșantioane pe 8 biți) și care se încadrau câte 24 rezultând un cadru de 193 biți și convenții de despachetare la recepție pentru ca fiecare grupă de 8 biți să ajungă la destinația corectă. Transferul de date echivalent rezultat era de 1,544 Mbps și se cunoaște sub numele DS1 sau T1. Instalările inițiale pe cablu de cupru au fost deja înlocuite cu mediu fizic fibră de sticlă. Echivalentul european este E1 care oferă transfer la 2,048Mbps, pentru distanțe ceva mai scurte decât la T1 (5,5km). Firmele de telecomunicații au utilizat aceste linii pentru comunicații interne. Liniile sunt pretențioase din cauza protocolului AMI (Alternate Mark Inversion) cu ceas propriu și necesității de a pune repetoare pe linie. Banda de frecvență de 1,5MHz face ca doar un singur circuit T1 să poată exista într-un cablu cu 50 perechi torsadate. Desfășurarea pe scară largă de linii T1 / E1 ar impune crearea unei noi infrastructuri cablate, ceea ce costă mult. Azi liniile T1 / E1 sunt folosite la conectarea de centrale digitale de la firme la PSTN sau pentru alte aplicații ca interconectarea de rutere, servere sau legături la ISP (Internet Service Provider). Datorită naturii asimetrice a transferurilor tipice de date de azi, adică un volum mare spre utilizator și mic înspre furnizorul de servicii, utilizarea de legături T1 / E1 scumpe se justifică doar în situații speciale.
Tehnologia HDSL ( High-data-rate Digital Subscriber Line) lucrează tot la capacitate de transfer T1 / E1, dar cu o tehnologie optimizată care utilizează o bandă de frecvență mai îngustă ( de la 80kHz la 240kHz în funcție de tehnologie, față de 1,5 MHz necesar la AMI). Nu avem nevoie de repetoare, dar zona de lucru CSA (Carrier Serving Area) este ceva mai redusă (3,6km). Tehnologia este adoptabilă de cei care oferă aplicații care se execută pe Internet pentru acces rapid de la distanță în rețeaua LAN a firmei. Tehnologiile care o concurează sunt SDSL și ADSL.
SDSL (Single Line Digital Subcriber Line) este versiunea HDSL de transfer pe o singură linie la performanțe T1 / E1 și în majoritatea cazurilor este permisă existența pe linia tradițională a comunicării POTS și T1 / E1. SDSL permite conectarea abonaților individuali care dispun doar de o singură linie, la distanțe de cel mult 3km. Acolo unde se dorește acces simetric, soluția preferată poate fi SDSL, dar ADSL oferă avantajul unui transfer mult mai rapid de 6Mbps, în jos spre utilizator și are șanse mai bune de succes.
ADSL
Tehnologia ADSL a fost dezvoltată de companiile telefonice la sfârșitul anilor optzeci, pentru a oferi servicii de apel video pe liniile telefonice existente. Standardul american și cel european prevăd un transfer în sus de la 16kbps la 640kbps și în jos de 1,5Mbps la 6,1Mbps. Există de fapt trei canale definite, unul pentru servicii telefonice tradiționale POTS, un canal duplex de viteză medie și un canal rapid în jos. Există posibilitatea submultiplexării canalelor digitale pentru formarea de canale de viteze mai reduse.
Evoluția pentru 1997 indică apariția unor echipamente modem cu canal de 9Mbps în jos și posibilitatea ca prin modemuri ADSL să se facă transport ATM (Asynchroneous Transfer Mode). Distanțele la care lucrează modemurile ADSL sunt de la 5,5km la 2,7km, în funcție de viteză și cablul utilizat. Aceste date pot să difere în funcție de furnizorul liniei, dar este important de reținut că peste aceste distanțe transferuri de mare viteză la abonați sunt posibile doar pe fibră optică. Sistemele DLC (digital loop carrier) pe fibră vor intra cu siguranță în oferta companiilor de comunicații serioase. Să revenim însă la tehnologia ADSL.
ADSL lucrează cu algoritmi ingenioși și prelucrarea digitală a semnalelor, pentru un transfer optim de informații pe perechea torsadată de fire telefonice. Convertoarele A / D și filtrele de la capetele de linii au fost și ele îmbunătățite pentru a obține rezoluții foarte bune la schimbările dinamice ale semnalelor și eliminarea zgomotelor. Privite superficial, modemurile ADSL oferă canale sincrone de date la viteze de transfer variabile pe linii telefonice obișnuite. Canalele disponibile pa banda de frecvență a liniei telefonice sunt separate sau prin metoda FDM ( Frecvency Division Multiplexing) sau prin Eliminarea Reflexiilor (Echo Cancellation). FDM lucrează cu pe bandă separată pentru transfer în sus și jos, banda în jos fiind subîmpărțită prin multiplexare in timp TDM (Time Division Multiplexing) în canale de viteză mare și viteză mică. Similar banda de transfer în sus permite multiplexare în canale de viteză mică. Banda de la 0Hz la 4kHz este rezervată pentru POTS. Și la metoda cu eliminarea reflexiilor se rezervă această bandă POTS, dar în acest caz benzile de transfer în sus și jos sunt suprapuse și separarea se face prin circuitele de la capetele de linie, similar cu modul de lucru al interfețelor V.32 și V.34. Modemul ADSL are sarcina de a organiza și aduna fluxul de date la aceste canale disponibile prin multiplexarea comună a celor trei tipuri de canale în blocuri la care se atașează un cod de corecție de erori. La recepție are loc corecția erorilor în funcție de codul transmis și lungimea blocului. Există și posibilitatea de creare de superblocuri și alinierea în timp (interleave) a subblocurilor într-un interval de 20msec. Acesta permite corecția erorilor datorate unor semnale parazit cu durata sub 500 microsecunde și face ca transmisiile video digitale comprimate MPEG2 să fie posibile.
GlobeSpan Technologies și Bell Labs au elaborat tehnologia de modulare CAP (Carrierless Phase and Amplitude) pentru ADSL și SDSL. La această tehnologie combinațiile de biți sunt transformate în simboluri la care corespund amplitudini și faze diferite ale semnalului, similar cu modul de lucru QAM (Quadrature Aperture/Phase Modulation) de la modemurile de azi. Pentru a transmite 4 biți putem avea 16 situații posibile și folosind deci CAP-16 la o frecvență de 250kHz putem transfera 1Mbps. Prin asemenea scheme complexe de codificare se pot realiza vitezele mari necesare ADSL. Comitetul ANSI T1 (American National Standards Institute) a adoptat codificarea DMT (Discrete Multi Tone) în urma unor teste efectuate la laboratoarele Bellcore. DMT utilizează banda de frecvență între 0Hz și 4kHz pentru POTS și cea de la 26kHz la 1,1MHz pentru transmisii de date bandă largă. Această bandă este subîmpărțită în 249 de subcanale individuale, alocabile dinamic. DMT oferă deci un transceiver optimizat care se adaptează dinamic la condițiile existente pe linie. Modemurile ADSL care lucrează în mod DMT oferă corecție anticipată Reed Solomon pentru erori, codificare trellis, suprimare reflexii pe linie, și lucrul cu compresie MPEG permite viteze ridicate de transfer. Implementările actuale sunt cu diferite componente și circuite, dar MC145650 de la Motorola, care va purta numele de CopperGold, va oferi soluție cu un singur circuit. Circuitul va lucra conform standardelor existente ANSI T1E1.4 și cerințelor ETSI (European Technical Standards Institute). Cerințele europene impun existența a 4 canale de 2Mbps, deci 8Mbps în jos și 640kbps duplex ca maxim și suport de conlucrare cu rețelele ATM și STM (Synchronous Transfer Mode).
DAVIC (Digital Audio and Video International Council) a aderat și el la standardul acceptat de ANSI T1E1.4. Lupta dintre tehnologiile ADSL nu este însă încheiată și beneficiile vor fi de partea utilizatorilor.
Avantajele ADSL
Avantajele tehnologiei sunt evidente și există deja peste 30 de firme de comunicații telefonice de pe tot globul care au testat cu succes ADSL. Unii au început să ofere servicii comerciale ADSL, de exemplu la Chicago firma InterAccess. Deoarece tehnologia utilizează liniile telefonice existente, care ajung la firme și la casele unui mare număr de abonați, există posibilitatea de a realiza pentru aceștia foarte rapid accesul la serviciile interactive oferite pe rețelele existente. Serviciile pot fi oferite selectiv și cu costuri relativ reduse. Perechea de modemuri ADSL este în jur de 25$, deci nu excesiv de scumpă și evoluția tehnologică asociată cu cerințele din ce în ce mai mari de echipamente va reduce substanțial prețul modemului. Faptul că există posibilitatea de a oferi servicii video interactiv și POTS simultan este doar un punct de atracție. Un alt aspect este adaptarea dinamică la calitatea liniei, în trepte de 32kbps până la capacitatea suportată de linie. Această tehnologie este cunoscută ca RADSL (Rate-adaptive ADSL). Problema este încă lungimea liniei 9, atât la CAP, cât și la DMT), vitezele de lucru scăzând o dată cu lungimea liniei, dar testele au arătat că pe lungimea maximă standard se obțin 1-2Mbps. În condițiile în care linia este utilizată doar de un singur utilizator viteza de transfer se păstrează și nu se folosește banda împreună cu alți abonați ca la modemurile de cablu. Saltul calitativ oferit este semnificativ în comparație cu vitezele modemurilor tradiționale([CIS]).
3.3. Modemul pentru televiziune prin cablu
Este o soluție alternativă de transport date folosită acolo unde parametrii tehnici de linie închiriată nu sunt suficient de buni pentru a permite utilizarea tehnologiei xDSL. Oferind viteze bune de trafic metropolitan, soluția are totuși două potențiale inconveniente (în special pentru utilizatorii din mediul de afaceri):
– în rețele insuficient administrate poate crea probleme cu securitatea și confidențialitatea datelor, utilizatorii dintr-o subrețea CATV funcționând aproximativ ca într-un LAN;
– viteza depinde de încărcarea subrețelei/nodului (viteza individuală scade odată cu creșterea numărului de abonați conectați într-un nod)
Rețelele de cablu TV au fost proiectate să transporte semnal analogic cu ajutorul FDM (Frequency Division Multiplexing). Pentru a furniza servicii de transmisie de date printr-o rețea CATV, de obicei se alocă frecvența unui canal de televiziune (în gama 50-750MHz) pentru traficul incoming iar un alt canal (în gama 5-42MHz) este folosit pentru traficul outgoing.
Se folosește un CMTS (Cable Modem Termination System) care comunică prin aceste canale cu modemurile de la abonați și transformă semnalele în pachete IP, creînd astfel un LAN (Local Area Network) virtual.
Modemurile se conectează la rețeaua clientului printr-o interfață standard 10BaseT-Ethernet. fiecărui canal TV îi este alocat un canal de 6 megaherti (MHz, sau milioane de cicluri pe secundă) pe cablu(Figura 13). Cablul coaxial folosit în televiziunea prin cablu poate transporta sute de megaherti de semnale. Într-un sistem de televiziune prin cablu, semnalele fiecărui canal primesc o "porțiune" de 6MHz din lățimea de bandă disponibilă, și apoi sunt trimise pe cablu către casa dumneavoastră. În unele sisteme, cablul coaxial este singurul mediu folosit pentru distribuirea semnalelor. În alte sisteme, este folosită fibra optică pentru a conecta compania de televiziune prin cablu cu alte arii sau cartiere, după care fibra optică este continuată prin cablu coaxial, pentru distribuire în case.
Figura 13
Când o companie de cablu oferă acces Internet prin cablu, informația poate folosi aceleași cabluri pentru că modemul de cablu pune datele de download (datele dinspre Internet spre un calculator) într-un domeniu de 6 MHz. Pe cablu, datele arată ca și cum ar fi un canal TV, și ocupa lățime de bandă cât un canal TV. Datele de upload (datele transmise de la un calculator spre Internet) ocupă și mai puțin din lățimea de banda, doar 2 MHz, pornindu-se de la ideea că majoritatea primesc mult mai multă informație decât trimit. Pentru a pune datele de download și de upload pe un cablu de televiziune e nevoie de 2 tipuri de echipament: un modem de cablu la client și un sistem terminator pentru modemul de cablu (CMTS) la provider.
Modemurile de cablu pot fi interne sau externe. În unele cazuri, modemurile de cablu pot fi parte a unei unități care necesită doar o tastatură și un mouse pentru acces Internet. Toate modemurile de cablu conțin : un tuner, un demodulator, un modulator, un dispozitiv de control al accesului la mediu (MAC) și un microprocesor.
Tunerul
Tunerul se conectează la mufa de cablu, uneori cu ajutorul unui splitter care separă canalul de date Internet de programele CATV. Deoarece datele Internet vin pe un canal altfel nefolosit, tunerul pur și simplu primește semnalul modulat digital și îl trimite demodulatorului. În unele cazuri, tunerul va conține un demultiplexor pentru a permite tunerului să folosească un set de frecvențe (în general între 42 și 850 MHz) pentru datele primite și alt set de frecvente (între 5 și 42 MHz) pentru datele trimise. În alte sisteme, în general cele cu un număr de canale limitate, se va folosi tunerul modemului de cablu pentru primirea datelor și o conexiune dial-up (pe linii comutate) pentru transmiterea datelor. Oricare ar fi sistemul, după primirea unui semnal, este transmis demodulatorului.
Demodulatorul
Cele mai comune demodulatoare au 4 funcții. Un demodulator de modulație de amplitudine pătratică (QAM) ia un semnal de frecvență radio care are date codate prin variația amplitudinii și a fazei undei și îl convertește într-un semnal care poate fi procesat de un convertor analog-digital. Convertorul analog-digital ia semnalul care variază în voltaj și îl transformă într-o serie digitală de 1 și 0. Un modul de corecție de erori verifică apoi informația primită conform unui standard cunoscut astfel încât erorile în transmisie să fie detectate și corectate. În majoritatea cazurilor, cadrele de rețea, sau grupările de date, sunt în format MPEG, și un sincronizator MPEG este folosit pentru a garanta ca datele sunt în ordine.
Modulatorul
În modemurile de cablu care folosesc cablul pentru a trimite date, un modulator este folosit pentru a converti datele digitale de la computer în semnale pentru transmisia pe cablu. Modulatorul este format din 3 părți:
· o secțiune pentru inserarea corecției de erori (folosită în celălalt capăt al cablului la verificare)
· un modulator QAM
· un convertor digital-analog
Controlul de acces la mediu (MAC)
MAC-ul este plasat între porțile de intrare și ieșire ale modemului de cablu, și acționează ca o interfață între părțile hardware și software are diverselor protocoale de rețea implicate. Toate dispozitivele de rețea au MAC-uri, dar în cazul unui modem de cablu, sistemul este mai complex decât la o placă de rețea normală. Din acest motiv, în majoritatea cazurilor, unele din funcțiile MAC vor fi asociate procesorului sistemului sau al modemului.
Microprocesorul
Funcția microprocesorului se modifică dacă modemul va fi parte a unui sistem (computer) sau dacă va oferi acces Internet fără a avea suportul unui computer. În situațiile în care e nevoie de un computer atașat, microprocesorul intern folosește date din modulul MAC dedicat. În sistemele unde modemul de cablu este unicul echipament pentru acces Internet, microprocesorul îndeplinește și funcții MAC, și altele. Microprocesorul folosit cu precădere în modem-urile de cablu este Motorola PowerPC.
Sistemul terminator al modemului de cablu (CMTS)
Sistemul terminator al modemului de cablu asigură (la capătul de la provider) multe din funcționalitățile asigurate de DSLAM într-un sistem DSL. CMTS-ul ia traficul care vine de la un grup de clienți pe un canal și îl ruteaza către un provider de servicii Internet pentru a se realiza conectarea. La acel capăt, providerii vor avea servere pentru jurnalizare și administrare, server DHCP (pentru alocare dinamică de IP-uri utilizatorilor de cablu) și servere de control pentru un protocol numit Specificații de interfață pentru serviciul de date pe cablu (DOCSIS), standardul de bază în S.U.A. pentru a asigura accesul la Internet a utilizatorilor.
Informațiile primite prin cablu ajung la toți utilizatorii conectați, ca într-o rețea Ethernet – sunt păstrate de o interfață de rețea doar pachetele de date trimise în mod specific la acea interfață. Datele primite în schimb nu sunt văzute de ceilalți utilizatori, ci sunt trimise către CMTS. Lățimea de bandă pentru upload este împărțită în "intervale" de timp, măsurate în milisecunde, în care utilizatorii pot transmite o "rafală" de date către Internet. Împărțirea după timp este eficientă pentru comenzi scurte, căutări și adrese, aceste lucruri constituind majoritatea datelor trimise de utilizatorul mediu. Un CMTS va oferi acces chiar și pentru 1000 de utilizatori la Internet, printr-un singur canal de 6MHz. Deoarece un singur canal este capabil de 30-40 megabiți pe secundă (Mbps) din total, utilizatorul va simți o performanță mult mai bună decât cu un modem normal, dial-up.
În cazul unui singur canal, există o problemă: dacă ești primul conectat printr-un anumit canal, ai aproape toată lățimea de bandă la dispoziție ; pe măsură ce alți utilizatori se conectează la canal, lățimea de bandă se va împărți la toți, și performanța va fi mai mica. Vestea bună e ca problema aceasta poate fi rezolvată prin compania de cablu, adăugând un nou canal, și împărțind utilizatorii. Alt avantaj al cablului este că, spre deosebire de ADSL, performanța lui nu depinde de distanța de la nodul central
Un canal TV downstream de 6MHz poate transporta până la 27 Mbps folosind tehnologii de modulare în amplitudine. Canalele upstream pot transporta între 500 Kbps și 10Mbps, în funcție de spectrul de banda alocat de operator, folosind tehnologii de modulare. Lățimile de banda down și up sunt partajate între abonații dintr-o subrețea (de la câteva zeci de utilizatori până la maxim 2000).
Un utilizator oarecare de modem de cablu poate obține viteze de acces local de la 128Kbps până la 1Mbps sau mai mult, în funcție de arhitectura rețelei de cablu și de încărcare (numărul de abonați în subrețea). Problema securității datelor este parțial rezolvată prin implementarea DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) în modemurile de cablu. DOCSIS include suport pentru facilități cum ar fi autentificarea și filtrarea de pachete IP([CMS]).
3.4. Rețelele de cartier
Rețelele de cartier au început să ia amploare undeva prin anul 2000, când au fost înființate primele „firme” de acest gen. Rețeaua exista de pe vremea cablului BNC care împânzea blocurile împătimiților de jocuri, încă de prin 1997 – 1998. Deoarece la început nu se punea problema de scoate bani dintr-o rețea, și nici nu prea existau conexiuni de Internet împărțite cu vecinul de palier sau de peste stradă. Dacă, la început, scopul a fost „sharuirea”, mai nou, ele au ca scop împărțirea unui abonament la Internet și de-aici profitul, care a făcut ca un număr din ce în ce mai mare de români să își pornească propria afacere, o rețea de cartier.
odată cu extinderea unei rețele, au apărut probleme, mergând de la calitatea echipamentelor care alcătuiesc rețeaua, până la problemele ivite din cauza comportamentului diverșilor indivizi care o populează. La început totul a fost un fenomen, pornit de la jocuri precum Quake II, Starcraft, Diablo și bineînțeles Counter Strike.
Un abonament broadband la Internet care să fie accesat de cel puțin 100 de utilizatori, la un trafic rezonabil, costă undeva pe la 400 dolari. Pentru a întreține o rețea de 100 utilizatori, cheltuielile și munca efectivă nu sunt extrem de grele. Cu condiția de a avea acces ușor la switch-uri și alte echipamente. În aceste rețele sunt utilizate spre exemplu switch-uri Trendenet (cele mai utilizate) sau ASUS, care se găsesc la prețuri rezonabile. Împreună cu aceste switch-uri, se utilizează pentru exterior cabluri FTP (Fully shielded twisted pair) sau STP (Shielded Twisted Pair) iar pentru interior cabluri UTP (Unshielded Twisted Pair ), acesta neavând protecție împotriva intemperiilor sau descărcărilor electrice.
O altă soluție de conectare pentru rețelele de cartier, foarte la modă în ultima vreme este fibra optică. Deși investițiile sunt mult mai mari fibra optică este mediul ideal de transport al datelor deoarece asigură cea mai mare viteză de comunicație în comparație cu celelalte soluții (XDSL, cablu coaxial). Având cea mai mare stabilitate și fiabilitate în comparație cu soluția wireless și fiind imună la perturbațiile electromagnetice și atmosferice față de soluția UTP. Majoritatea furnizorilor oferă viteză de acces garantată, avantajul constă în utilizarea lățimii de banda la capacitate maxima oferind clientului acces individual fără variația traficului. Printre altele, timpii de răspuns rămân constanți la valoarea minima, viteza de download fiind constantă. Fibra optică este un fir foarte subtire și flexibil, din material transparent, sticla, învelit într-un strat care ajută la producerea reflexiei totale. Astfel, dacă trimitem la un capăt un semnal luminos, acesta se va reflecta total de mai multe ori în fibra optică(exista doua tipuri de fibra optică, single mode și multimode), până când va ajunge în celalalt capăt aproape cu aceeași intensitate, parcurgând distanțe foarte mari. Un cablu din fibre optice este format dintr-un număr foarte mare de astfel de fibre. La un capăt se afla un aparat electronic numit mediaconvertor (care utilizează doua astfel de fire din cadrul fibrei optice) sau WDM(Figura 14) (mediaconvertor ce comunică upstream – downstram pe un singur fir) care trimite semnalul codificat, și la celalalt capăt un aparat ce recepționează și decodifica semnalul.
Figura 14
Avantajele sistemului ar fi: o mai bună conservare a semnalului, semnal imposibil de bruiat, mai multe semnale pe un fir și viteză de transfer mai mare. Costul unei fibre cu patru fire este de 30 euro cenți, undeva în jurul a 1 RON/metru. Pe măsură ce numărul de fire crește, costul este direct proporțional. Pentru a interconecta doua puncte din rețea cu ajutorul unei conexiuni de fibra optică se utilizează un aparat de „sudură”, așa cum este supranumit el, acesta fiind practic un Splicer, un dispozitiv care secționează cablul de fibra optică și o aliniază pentru sudură pe capătul firului unui patch de fibra optică, care ulterior va intra în mediaconvertor sau WDM, cele mai folosite fiind CTC Union, pe care le folosesc și marii furnizori de Internet din România. Pentru etapa finală a rețelei marii provideri merg pe varianta FTTX (gen RDS), un așa-zis Fiber to the Home, sistem adoptat din Occident, ce reprezintă conectarea unei fibre optice la o scara întreagă de bloc, având situate pe interiorul acestuia între paliere, cutii cu swithc-uri cu management de Internet și Telefonie. Practic, conectarea la Internet sau telefon este imediată, printr-un cablu UTP tras de pe scara blocului. Să spunem ca au loc două fenomene de actualitate legate de existența și extinderea acestor rețele: una este că marile companii(precum RDS sau Romtelecom) au început să cumpere rețelele de cartier; al doilea fenomen ținând de extinderea acestor rețele, particularii fuzionează între ei, neavând fonduri suficiente pentru a susține investițiile , mai ales pentru fibra de sticlă.
3.5. Conexiuni wireless
Conexiunea wireless este o interconectare între calculatoare/routere/servere sau alte echipamente folosind undele radio. Nu trebuie făcută confuzia intre tipul echipamentului de calcul și tipul rețelei în sensul că un echipament portabil poate să fie conectat prin radio sau fir, respectiv un calculator fix poate utiliza pentru conexiune fir sau radio. La comunicația radio viteza garantată este mai mică, dar și șansa producerii erorilor este mai mare datorită interferenței. Chiar în unele universități au fost instalate rețele radio ce permit studenților conectarea la rețeaua universității fără a utiliza conexiuni fizice prin fire. Rețelele sunt eterogene atât din punct de vedere al echipamentelor hardware cât și din punctul de vedere al programelor software. Este necesară conectarea unor rețele diferite, de multe ori incompatibile, echipamentele prin care se materializează poartă denumirea de porți sau gateways. Ele realizează conectarea și efectuează toate translatările necesare pentru compatibilizare. Folosind conectarea wireless există mai multe posibilități cum ar fi telefonul mobil sau conectarea la satelit. De menționat că a doua variantă este extrem de scumpă , neintrând în discuție pentru utilizatorii casnici și firmele mici([Ca05]). Servicii de acces la internet prin satelit de banda largă , în românia, cu abonamente cuprinse între 512 kbps și 8192 kbps., acces de banda larga la internet prin satelit reprezintă o conexiune, fără o rețea de cabluri suplimentară, fața de cea existentă, datele putând fi transmise prin radio wi-fi (wireless), liniile telefonice existente sau prin tehnologia cpl (retele electrice)..
3.5.1. Telefonul mobil
Telefonul mobil reprezintă o variantă mai accesibilă din punctul de vedere al costului. Prima generație de telefoane mobile a fost bazată pe tehnologia analogică FM (frecvență modulată). Majoritatea țărilor au dezvoltat propriile rețele, dar nu puteau folosi roamingul. Acest lucru era problematic mai ales în Europa, unde fiecare țară avea propriul standard. Pentru a rezolva această problemă, European Telecommunications Standards Institute (ETSI) a creat sistemul GSM (Global System for Mobile Communications), prima tehnologie de a doua generație. La începutul anilor `90 această tehnologie a fost impusă ca standard în Europa, devenind liderul, cu peste 250 de milioane de utilizatori.
Japonia a ales o altă cale, dezvoltând tehnologia Personal Digital Cellular (PDC). Aceste sisteme aveau ca scop creșterea capacității de transmisie a vocii pe sistemele analogice clasice, pe măsură ce prima generație atingea limitele datorită creșterii explozive. PDC este o tehnologie bazată pe TDMA (Time Division Multiple Access) și operează în banda de 800 și 1500 MHz.
În vreme ce Europa și Japonia încercau să standardizeze o tehnologie, Statele Unite au permis dezvoltarea mai multor tehnologii diferite: IS-95 CDMA, IS-136 TDMA și GSM.
Treptat, pe măsură ce Internetul cunoștea o dezvoltare explozivă, a apărut nevoia de a îmbina serviciile de voce cu cele de date. Deoarece tehnologia 3G era prea costisitoare, majoritatea rețelelor au ales să facă trecerea treptat, introducând mai întâi o tehnologie intermediară, așa-numita 2,5G.
Tehnologiile dezvoltate până acum sunt:
Tehnologiile de primă generație:
1) Advanced Mobile Phone System (AMPS) a fost lansată în SUA. Este un sistem analog, bazat pe tehnologia FDMA (Frequency Division Multiple Access). Astăzi este cel mai utilizat sistem analog și al doilea ca mărime la nivel mondial.
2) Nordic Mobile Telephone (NMT) a fost dezvoltată cu precădere în țările nordice (4,5 milioane de utilizatori în 1998 în 40 de țări, din Scandinavia, Asia, Rusia și alte țări est-europene)
3) Total Access Communications System (TACS) a fost utilizată pentru prima dată în Marea Britanie în 1985. Se bazează pe tehnologia AMPS.
Au mai fost alte tehnologii, dar ele nu au depășit granițele unei țări.
Tehnologiile de generația a doua:
1) Global System for Mobile Communications (GSM) a fost dezvoltată în anii `80 ca inițiativă pan-europeană și la standardizare au participat Comisia Europeană, operatorii de telecomunicații și producătorii de echipamente. GSM utilizează tehnologia TDMA (Time Division Multiple Access). Este utilizată de toate țările europene și a fost adoptată și de alte continente. Este cel mai utilizat sistem, cu o cotă de circa 45% la nivel mondial.
2) TDMA IS-136 este o îmbunătățire digitală a tehnologiei analoge AMPS. Inițial, la lansarea ei în 1991 a fost numită DAMPS și principalul scop era de a proteja investițiile masive în tehnologia AMPS. Serviciile digitale AMPS sunt utilizate comercial în peste 70 de țări, mai ales în America și Asia.
3) CDMA IS-95 mărește capacitatea prin utilizarea integrală a bandei de frecvență prin utilizarea unui cod unic (CDMA sau Code Division Multiple Access). Cea mai mare piață pentru această tehnologie este Coreea.
4) Personal Digital Cellular (PDC) este al doilea standard mobil ca număr de utilizatori și este utilizat în principal în Japonia unde a fost lansat în 1994. La fel ca tehnologia GSM, se bazează pe tehnologia TDMA. În noiembrie 2001, erau peste 66 milioane de utilizatori numai în Japonia.
5) Personal Handyphone System (PHS) este un sistem digital utilizat în Japonia, lansat în 1995 ca o alternativă ieftină la sistemele celulare. Este undeva între tehnologia celulară și cea cordless. Din această cauză are o serie de limitări.
De la 3G la 3,5G
Cea mai grăbită în implementarea tehnologiei 3G a fost Japonia, care avea o mare problemă pe măsură ce rețelele existente se dezvoltau. Lipsa unei rețele 2G adecvate care să poată prelua și serviciile de date a făcut ca pentru Japonia să fie foarte importantă trecerea la 3G. În Europa, prima implementare a unei tehnologii superioare 2G este GPRS (General Packet Radio Service). Această îmbunătățire a tehnologiei GSM utilizează infrastructura GSM pentru a adăuga și servicii de date.
În SUA, Canada și o mare parte din America Latină și America de Sud pașii spre migrare către tehnologia intermediară au limitele tehnologiilor 2G folosite. Cei mai avantajați sunt cei care utilizează tehnologia CDMA, care este, în ceea ce privește transferul de date, superioară posibilităților GSM.
Pentru utilizatorii tehnologiei IS-136 TDMA este tehnologia EDGE. Aceasta este destinată să permită transferul de date în rețea la 384 kbps. Avantajul acestui progres îl reprezintă faptul că va permite integrarea rețelelor europene IS-136 TDMA cu cele americane. Dezavantajul, cel puțin în prima parte, îl constituie faptul că această creștere pe partea transferului de date se va face în detrimentul transferului pentru voce([TDMA]).
Tehnologia 3G
Tehnologia 3G deschide o mulțime de noi posibilități. Capacitățile sporite ale rețelelor vor permite operatorilor de telefonie să profite de creșterea explozivă a internetului de mare viteză.
La mijlocul anilor `80, International Telecommunication Union stabilea IMT-2000, standardul generației a treia de telefonie mobilă. După aproape 10 ani de muncă sub conducerea ITU, în anul 2000 au fost aprobate în unanimitate specificațiile tehnice sub brandul IMT-2000. Întreaga industrie a telecomunicațiilor a fost de acord cu aceste specificații, ceea ce înseamnă că pentru prima dată există o șansă reală pentru interoperabilitatea rețelelor.
Introducerea efectivă a primei rețele 3G în Japonia nu a avut succesul scontat, stârnind mari îngrijorări în lumea telecomunicațiilor. Nici acum, 3G nu poate fi considerat un succes. Cauzele sunt în principal:
– lipsa unor telefoane performante,
– prin tehnologia 2,5 G, majoritatea consumatorilor sunt satisfăcuți (mai ales că pot utiliza terminalele 2G),
– rețele insuficient puse la punct.
Este evident că 3G este viitorul și problemele care îi întârzie dezvoltarea pot fi rezolvate pe termen foarte scurt. Existând un standard unificat, atât producătorii de echipamente, cât și rețelele de telecomunicații sunt foarte interesate de dezvoltarea tehnologiei 3G, astfel încât și în acest domeniu să ajungem la o adevărată globalizare.
Din punct de vedere tehnologic, 3G este incontestabil o evoluție extraordinară. Tehnologia permite accesul la servicii de ultima generație, precum videoapelul, recepția și trimiterea de emailuri de dimensiuni mari, accesarea Internetului cu mare viteză, precum și transfer de conținut video mobil (televiziune, muzica, video clipuri, divertisment). Viteza de transmisie a informațiilor este între 384 Kbps și 2 Mbs. Totuși cel mai mare impediment în răspândirea acestei tehnologii este prețul, acesta situându-se în jurul sumei de 25 euro/lună([3GO]) și chiar mai mult[3GV], la care se adaugă costul aparatului telefonic.
Iată un tabel comparativ al performanțele specifice pentru principalele tehnologii de telecomunicații mobile:
IV. Rețeaua școlii
Acest proiect prezintă cablarea unei clădiri a unei școli de dimensiuni medii. Clădirea este formată exclusiv din parter. În cadrul acestui proiect s-a realizat o rețea care cuprinde un laborator AEL și două birouri. În laborator au fost montate 10 de conexiuni, formate din câte 10 prize duble, existând în total 13 conexiuni, 7 rămânând disponibile pentru extinderi viitoare ale rețelei. Prizele au fost fixate pe perete iar conexiunea la calculator se face printr-un patch cord de 2 sau 3 metri, în funcție de distanța până la calculator.
În laborator o conexiune este folosită de profesor, 9 de elevi iar 4 sunt lăsate de rezervă pentru necesitățile viitoare(creșterea numărului de calculatoare în laborator).
Pentru realizarea rețelei s-a folosit cablu UTP cat 5e, conectori RJ 45, prize simple și duble, un router, un hub și un switch. Rețeaua se prezintă sub forma unei topologii de tip stea. În laborator a fost montate un hub și un switch cu rolul de a deservi și o stație din secretariat. Routerul conectat la modemul ADSL oferă patru ieșiri: trei directe către stații(una în cancelarie și două în secretariat) și una către hub-ul din laboratorul AEL.
Conexiunea la Internet a școlii este asigurată prin serviciul ADSL BizPak 5oo oferit de Romtelecom. Acesta oferă acces de bandă largă la Internet, care beneficiază de tehnologia ADSL, la o viteză de 512 kbps dowload / 128 kbps upload, best effort. Este permis un volum de trafic săptămânal inclus la viteză maximă de 1,25 GB, cu precizarea că viteza scade la depășirea volumului de trafic la 128 kbps / 64 kbps. Cost: 35 euro/lună, fără TVA
4.1. Lista materialelor folosite
Planul rețelei din școală
Detalii
V. Parte aplicativă
Reprezintă o strictură de pagini web care descriu o lecție susținută în AEL cu tema: accesul la Internet pentru utilizatorii casnici și instituțiile mici.
VI. Concluzii
Internetul devine una din realitățile zilnice ale României anului 2007. Conform estimărilor oferite de Ministerul Comunicațiilor și Tehnologiei informațiilor până la sfârșitul acestui an peste 28% din populația țării va avea acces la internet. Din acest punct de vedere lucrarea de față prezintă un subiect de maximă actualitate și nu în ultimul rând utilitate.
Din acest punct de vedere faptul că am abordat o astfel de temă m-a ajutat foarte mult să îmi îmbunătățesc cunoștințele pe care le-am dobândit la prin parcurgerea cursurilor de Structura sistemelor de comunicații. Pornind de la aspecte aparent de mică importanță de care m-am lovit și pe care a trebit să le rezolv(cum ar fi posibilitatea de a seta o adresă de yahoo pe Outlook Express) și până la a înțelege aspecte mai importante privind topologia și arhitectura rețelelor sau modul în care se poate diagnostica performanțele unei conexiuni ADSL care nu mai funcționează ori funcționează prost. Ajutat de cunoștințele teoretice am înțeles unul din marile „secrete” ale utilizării unei componente hardware sau software: doar rezolvând dificultăți practice și căutând singur soluții reușești să îți îmbunătățești cunoștințele și deprinderile.
VII. Bibliografie
[Ta98] Tannenbaumm, Andrew S., Rețele de Calculatoare, Ediția a IV-a, Editura Agora, 1998
[Ca05] Cârstoiu Bogdan, Structura sistemelor de comunicații, suport curs, București, 2005
[Ba98]Bănică Ion, Rețele de comunicații între calculatoare, Editura Teora, 1998.
[Wh01] Wheat Jeffrey, Randy Hiser, Jackie Tucker, Alicia Neely, Designing a Wireless Network, Syngress Publishing, Inc, U. S. , 2001
[Fe96] Feibel Werner, The Encyclopedia of Networking, Second Edition, U. S., 1996
[Be02]Glenn Berg, MCSE Training Guide: Networking Essentials, Second Edition, U. S., 2002
[Ry02]Rysavy, Paul -Data capabilities for GSM evolution to UMTS,U. S., 2002
[CISL] http://www.cisco.com/E-learning/bulk/subscribed/tac/cim/cib/lan_switching/mod_frameset.htm
[ISDN] http://ro.wikipedia.org/wiki/ISDN
[CIS] http://www.cisco.com/global/RO/media/smbcube/techsols_eseminars/ia.pdf
[IETF] http://www.internic.net/
[ROEDU] http://www.roedu.net
[TDMA] http://www.3gamericas.org/English/Statistics/#deployments
[3gO] http://www.orange.ro/3g/abonamentul-3g-ro.html
[3GV]http://www.vodafone.ro/personal/servicii-si-tarife/internet-si-date/acces-mobil-la-internet/vodafone-smartmodem/vodafone-smartmodem/tarife.html
[CMS] http://www.cablemodem.com/specifications/
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: Arhitecturi de Acces la Internet Pentru Utilizatori Casnici Si Institutii Mici (ID: 149258)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.