. Arhitecturi Lan. Standarde de Retele Locale

CAPITOLUL l

NOȚIUNI GENERALE REFERITOARE LA REȚELE DE CALCULATOARE

1.1 INTRODUCERE

Utilitatea calculatoarelor este de necontestat în toate domeniile de activitate. Interconectarea calculatoarelor in rețea permite comunicarea dintre utilizatori și accesul tuturor la resursele logice (software) si fizice (hardware) ale rețelei prin partajare (sharing).

Daca vom conecta calculatoarele dintr-o încăpere , clădire sau campus astfel incât distanțele dintre procesoare sa fie de ordinul a l km se obține o rețea locală (LAN = Local Area Network )

Interconectarea calculatoarelor (rețelelor locale) dintr-un oraș cu distanța dintre procesoare de ordinul a zeci de km conduce la formarea unei rețele MÂN (Metropolitan Area Network).

Termenul de internet semnifica o rețea simplă de calculatoare , iar Internet desemnează cea mai larga colecție de calculatoare din lume , care include toate rețelele naționale si regionale de pe glob.Un utilizator conectat la Internet poate accesam orice pagină web a unei persoane, firme , instituții sau baze de date publice sau private.www = World Wide Web semnifică un sistem informațional distribuit care lucrează pe principiul client – server.

Adresa unei surse de informație se specifică intr-un format standard URL =Uniform Resource Location.Domeniul unei locații (site) este stabilit prin DNS = Domain Name System care asociază denumirea site-uluicu cu o adresă numerică .In cazul suitei de protocoale TCP/IP = Transfer Control Protocol / Internet" Protocol , adresa alocată este o adresă de 32 biți specificată sub forma a 4 octeți in format zecimal cu puncte, ex: 192.235.20.17.

Se alocă adrese IP tuturor echipamentelor din rețea terminale sau de comunicații DTE si DCE, pe baza adresei fizice a acesteia așa numita adresă MAC = Media Acces Protocol , exprimată pe 6 octeți in format hexazecimal, alocată de producător, ex: 1F-09-56-AE-OC-DA . Adresa MAC este stocată in memoria echipamentului de comunicație și de obicei este inscrisă pe carcasa acestuia ( este unică).

Comunicația intre două calculatoare se realizează prin intermediul echipamentelor de comunicație ( interfața, hub, switch, bridge, gateway, router, fîrewall, modem ) și a mediului fizic de transmisie ( cablu metalic torsadat sau coaxial, fibră optica sau eter ).

Transmisiile prin unde radio sunt denumite transmisii " fără fir " (wirless).Intr-o rețea pot fi interconectate echipamente produse de diverse firme , realizând sisteme deshise ( OS = Open System ) care funcționează pe baza modelului OSI = Open System Interconnections , cu suita de protocoale standardizată de ISO = International Standard Organization.Prin protocol ințelegem o suită de reguli si formate impuse pentru transferul datelor intr-o rețea.

Transmisia datelor pe distanța scurtă se poate face in format binar ca reprezentare de bază , pe distanțe mari este necesară modularea datelor și transmisia sub formă de semnal analogic.

Un hub multiplexeaza semnalele pentru mai multe terminale de date care dispun de viteză mai mică de transmisie.

Router-ele sunt echipamente care controlează traficul internațional intr-o rețea externă și stabilește caile de transmisie a pachetelor intre oricare două noduri ale rețelei.Rețeaua poate fi reprezentată cu ajutorul grafurilor , nodurile fiind echipamentele terminale de comunicații iar săgețile , legăturile dintre acestea.

Securitatea transmisiei si asigurarea fluenței traficului in rețea reprezintă doua probleme rezolvate de echipamentele de comunicații prin operații de filtrare (filtering ) cu includerea sau excluderea utilizatorilor , autentificare pe baza unor parole , compresie si criptare etc.Fluența traficului este asigurată prin evitarea congestiilor pe baza unor protocoale specifice.

Accesul la informație poate fi limitat soft sau hard prin folosirea unor cartele de acces in anumite echipamente de comunicații.

1.1.1 Modele de rețea stratificată ISO/OSI

Proiectarea , implementarea și administrarea rețelelor de calculatoare se realizează mai simplu prin separarea funcțiilor specifice pe 7 nivele , dată de modelul OSI.

Nivelul logic de dat include ( LLC și MAC ) iar mediul fizic de transmisie nu este impus.Datele circula intre A și B de la nivelul aplicație A în jos spre nivelul fizic prin legătură fizică spre nivelul fizic al terminalului B.Se realizează o comunicație reală între nivelele fizice ale echipamentelelor și o comunicație virtuală între 2 nivele superioare echivalente.

ISO stabilește protocoalele de comunicație pentru oate nivelele modelului OSI. Unitatea de date este denumită diferit pe nivelele modelului OSI. Termenul de pachet este consacrat pentru nivelul 3 (de rețea).

Dacă cele 2 terminale A și B nu sunt în aceeași rețea locală, protocolalele de nivele 1.2 și 3 se aplică prin intermediul unui echipament de comunicație. Nivelul fizic este implementat sub forma unui conector cu caracteristici electrice și mecanice particulare .între nivelele l și 2 exista interfață fizică.

Nivelul 2 , în general se implementează fizic , dar poate fi imlementat și prin soft.Nivelele superioare se implementează numai in varianta logică sub formă de procese logice , cu algoritmi specifici , in cadrul sistemului de operare sau separați dar activați de acesta.

Modelul OSI este unul pur teoretic, foarte general, in unele sisteme anumite nivele pot fi contopite , altele pot lipsi.Adresa Ip este alocata plăcii de rețea și nu calculatorului.între nivelele superioare a celor două nivele există interferențe logice.Fiecare nivel lucrează pe principiul I – P – O (Input – Process – Output) , cunoscând formatul secvenței de intrare , realizează procesarea acesteia . în formatul acceptat la ieșire.Fiecare nivel asigură funcțiile necesare următorului nivel in mod transparent.între nivelele aplicație comunicația se face fără erori , deși pe legătura fizică apar erori de transmisie detectabile și corectabile la nivelul 2.Datele sunt împachetate pe fiecare nivel cu informații specifice (adresă sursă , adresă destinație tip de protocol , câmpul de control al erorilor , secvență de sincronizare).

Algoritmii de pe nivelul aplicație generează un mesaj în formatul acceptat de terminalul sursă real. Acesta este văzut ca un terminal virtual definit in baza standardului folosit in rețea. Nivelul de prezentare este responsabil de respectarea sintezei specifice standardului utilizat și de codificarea datelor (compresie/criptare). Nivelul de sesiune furnizează o serie de servicii între două procese pereche :

transfer de fișiere;

legături la distanță in sisteme cu acces multiplu;

coduri pentru sincronizare , etc.

O sesiune începe doar dacă legătura între nodurile sursă și destinație este stabilita , deci e orientată pe conexiune.

Nivelul de transport asigură transferul datelor de la sursă la destinație , controlul traficului , multiplexare/demultiplexarea fluxurilor , dacă dimensiunea mesajului depășește lungimea maximă admisă atunci acesta este fragmentat in pachete transmise independent. La recepție nivelul de transport răspunde de refacerea corectă a mesajului prin ordonarea pachetelor indiferent de calea și ordinea sosirii lor la destinație.

Nivelul de rețea răspunde de stocarea și retransmiterea pachetelor ( în LAN-uri ) și de routarea lor în rețelele de arie largă WAN (alegerea căii optime de transmisie între doua noduri ). La nivelul legăturii de date se realizează corecția erorilor , încapsularea pachetelor. La nivel fizic circulă biți de date fără să se cunoască natura sursei lor. La nivel de rețea se face eventuala conversie a formatului dintr-un protocol în altul.

Proiectarea și alegerea unui tip de rețea trebuie făcută având în vedere cerințele clientului ( modelul top-down ).Uneori procesele tehnologice nu determină performanțe spectaculoase la nivelul aplicației.

Fig. 1.1.

1.1.2 Arhitectura rețelelor TCP/IP

Specificarea protocoalelor TCP/TP se face prin intermediul unor documente numite RFC (Request For Comments), care în final devin standarde. Ele sunt obținute ușor prin Internet de către orice proiectant de rețele.

Arhitectura TCP/IP a fost adoptată de rețeaua Internet, care cu peste 20 milioane calculatoare conectate, este de departe cea mai mare rețea de calculatoare de pe glob.

Stiva de protocoale ce alcătuiesc arhitectura TCP/IP este ilustrată de figura … Este ilustrată și o posibilă paralelă cu stiva arhitecturii ISO OSI. De specificat este faptul că arhitectura TCP/IP este foarte flexibilă prin posibilitatea folosirii de protocoale alternative, în scopul obținerii unui optim pentru o aplicație dată. Astfel se poate vorbi de o aplicație de acces la distanță Telnet peste TCP/IP/Ethernet sau o aplicație de management SNMP/UDP/IP/Token Ring

Nivelul subrețea

Arhitectura TCP/TP nu specifică expres protocoale pentru nivelele l și 2, denumind generic nivel subrețea (subnetwork). Ea utilizează însă protocoalele disponibile și conforme standardelor. Astfel pentru rețelele locale se recunosc Ethernet/IEEE802.3, Token Ring, FDDI, iar pentru rețelele geografice se recunosc protocoale precum HDLC, PPP, SLIP, Frame Relay, SMDS, ATM.

Protocolul IP

Protocolul IP (Internet Protocol) este protocolul care stă la baza arhitecturii TCP/IP, iar in zilele noastre orice calculator conectat la Internet 'înțelege' IP. Protocolul este specificat în RFC 791 și standardele militare DOD JVQL-STD 1777. Este un protocol considerat de nivel rețea, de o complexitate scăzută, orientat pe datagrame, având ca principale sarcini doar adresarea calculatoarelor și fragmentarea pachetelor; prevede în același timp tehnici detectarea (dar nu și corectarea) erorilor, precum și pentru dirijarea pachetelor, înaintarea lor către următoarea destinație, fără a oferi însă garanții pentru corectitudine.

Sintetic, principalele atribute IP ar fi:

– protocol orientat pe datagrame

– asigură (dacă este necesar) fragmentarea pachetelor; necesitatea fragmentării la nivelul IP este dată de faptul că un pachet IP 'en route' între sursă și destinație poate traversa diferite tipuri de rețele, prezentând diferite valori maxime ale dimensiunii de pachet

folosește adresarea bazată pe adrese Internet de 32 de biți

prevede limitarea lungimii pachetelor gestionate le 65.535 octeți

suma de control se aplică doar antetului, nu și câmpurilor de date

prevede în cadrul pachetului IP câmpuri opționale

pachetele au o durată de viață în rețea limitată

– încearcă o dirijare a pachetelor, fără a oferi garanția unui succes sau a unei optimalităti.

Formatul antetului pachetului IP este ilustrat de figura , câmpurile având următoarea semnificație:

Version number

Câmp de 4 biți ce conține numărul de versiune al protocolului IP care a generat pachetul, versiunea curentă folosită fiind 4.

Header Length

Câmpul HLEN specifică lungimea (exprimată în cuvinte de 32 de biți) a antetului IP, lungimea fiind variabilă datorită câmpurilor adiționale de tip Options. Cea mai mică lungime a antetului este de 5 cuvinte, de aceea majoritatea pachetelor IP uzuale au ca primă valoare hexa în pachet, valoarea 45H.

Type of Service

Câmpul specifică modul în care un protocol de nivel superior dorește ca pachetul IP curent să fie tratat; este posibilă asignarea unor nivele de prioritate prin intermediul acestui câmp. Uzual însă, câmpul conține valoarea O, indicând o procesare normală a pachetului; mai mult implementările sub UNIX nici nu analizează acest câmp.

Packet Length

Indică lungimea totală (antet și date) a pachetului IP. Lungimea se exprimă în octeți, câmpul având doar 16 biti implică ca valoare maximă a lungimii pachetului, valoarea de 65.535bytes.

Identification

Câmpul conține un număr intern asociat pachetului, generat de către hostul emițător. Această valoare este folosită la reasamblarea fragmentelor componente ale pachetului fragmentat.

Flags

Câmpul conține doi indicatori:

– indicatorul DF (Don't Fragment) specifică dacă un pachet poate fi fragmentat sau nu

– indicatorul MF (More Fragments) specifică dacă după pachetul (sFragments) specifică dacă după pachetul (subpachetul) curent mai urmează sau nu și alte fragmente.

Fragment Offset

Câmpul conține offsetul (poziția) fragmentului curent, relativ la începutul întregului mesaj fragmentat.

Time to Live

Câmpul constituie un contor care se decrementează în timp, specificându-se astfel o durată maximă de existență a pachetului în rețea. Se previne astfel aglomerarea rețelei prin existența pachetelor care au intrat în buclă infinită. Contorul este decrementat de fiecare host care procesează pachetul, astfel că valoarea inițial setată poate fi considerată și ca număr maxim de hosturi care pot fi vizitate de pachetul curent.

Transport protocol

Câmpul identifică protocolul de nivel superior (nivelul transport), care a solicitat serviciu nivelului IP, deci protocolul transport pentru care se procesează pachetul IP curent. Există o listă oficială a acestor protocoale transport, cu peste 50 de elemente; dintre ele, pentru necesitățile acestor cărti, sunt suficiente cunoașterea valorilor 6 pentru TCP, valoarea 17 pentru UDP, valoarea l pentru ICMP, valoarea 29 pentru protocolul ISO TP4.

Header Checksum

Câmpul conține suma de control numai pentru antetul pachetului; din motive de eficiență protocolul IP nu calculează sumă de control pentru întregul pachet, iar algoritmul pentru calculul sumei de control pentru antet este mai simplu decât CRC-ul folosit la nivelele inferioare, și anume este calculul complementului față de l a sumei de 16 biți obținute prin însumarea tuturor câmpurilor de 16 biti testate.

1.2 CONCEPTUL, MOTIVAȚIA ȘI NECESITATEA REȚELELOR DE TRANSMITERE A DATELOR

Necesitatea unei rețele de comunicații de date a apărut în acele medii în care diverși utilizatori aveau nevoie de acces la mijloace eficiente de calcul, stocare și transmisie a datelor. Soluția inițială a constituit-o alocarea unui unic calculator central de mare capacitate (mainframe), care să rezolve toate cerințele trimise lui de numeroșii utilizatori răspândiți pe arii din ce în ce mai mari. Cu timpul , a apărut însă tendința de a trece de la acest tip de sisteme centralizate de calcul/conducere, la procesarea distribuită, care propunea soluția instalării de calculatoare la fiecare utilizator și asigurarea unor legături de comunicație eficientă între ele. Această schimbare de concepție pentru sistemele informaționale are mai multe motivații:

Existența unui număr destul de mare de calculatoare aflate în dotarea diverșilor utilizatori care lucrau în regim izolat și necesitatea vehiculării de informații între utilizatori distribuiți pe spații mai mult sau mai puțin întinse .

Realizarea unor avantaje tehnice precum:

accesul la toate resursele sistemului (echipamente, programe, date) a fiecărui utilizator.

creșterea gradului de fiabilitate al sistemelor de calcul/conducere (prin defectarea unui nod de rețea, utilizatorii pot face apel temporar, la resursele din celelalte puncte ale rețelei)

posibilitatea creșterii gradate a performanțelor sistemului de calcul/conducere prin adăugarea de noi calculatoare.

Obținerea unor avantaje economice:

implementarea diverselor aplicații de calcul/conducere de proces cu investiții minime

scăderea cheltuielilor aferente transmisiilor de informații.

Crearea unor puternice medii de comunicație inter-umane, ca bază pentru schimbul de informații și cooperarea în diverse domenii: cercetare științifică, instruire, educație.

O rețea de calculatoare reprezintă o mulțime de calculatoare autonome, interconectate, între care există conexiuni. O conexiune reprezintă o cale – fizică sau virtuală (numită și logică) capabilă să suporte o comunicație între doi interlocutori.

Prin autonomia unui calculator trebuie să înțelegem raportul de nesubordonare fată de un alt calculator (adică nu poate fi pornit, oprit sau condus de un altul).

În general, teoria rețelelor se referă la împărțirea resurselor , iar scopul principal este de a face toate programele, echipamentele și în special datele disponibile pentru oricine din rețea.

Deși nu există o taxonomic general acceptată în care pot fi încadrate toate rețelele de calculatoare , două criterii sunt foarte importante : tehnologia de transmisie și scara la care operează rețeaua: Tehnologia de transmisie : în general există 2 tipuri de tehnologii de transmisie :

Rețelele cu difuzare : au un singur canal de comunicații care este partajat de toate mașinile din rețea. Sistemele cu difuzare permit adresarea unui terminal din rețea sau chiar trimiterea concomitentă a informației spre toate destinațiile.

Rețelele punct-la-punct : dispun de numeroase conexiuni între mașini individuale care fac posibile trasee multiple, de diferite lungimi.(de aceea algoritmii de dirijare sunt foarte importanți în rețelele punct-la-punct).

Ca o regulă generală (deși există și numeroase excepții) rețelele mai mici din punct de vedere geografic tind să utilizeze difuzarea, în timp ce rețelele mari sunt de obicei punct-la-punct.

Scara la care operează rețeaua: distanța este un criteriu de clasificare important pentru că , la scări diferite sunt folosite tehnici diferite: Rețele locale (LAN-Local Area Network) sunt rețele private, localizate într-o singură clădire sau campus de cel mult câțiva km. Ele sunt frecvent utilizate pentru a conecta calculatoare personale și stații de lucru din diferite organizații în scopul de a partaja resurse și de a schimba informații. LAN-urile se disting de alte tipuri de rețele prin trei caracteristici:

mărime : LAN-urile au dimensiuni restrânse ceea ce înseamnă că timpul de transmisie în cazul cel mai defavorabil este limitat și cunoscut dinainte. >tehnologie de transmisie: LAN-urile utilizează frecvent o tehnologie de transmisie care constă dintr-un singur cablu la care sunt atașate toate terminalele.

>topologie: există trei topologii LAN majore: stea, inel și magistrală, în alte variante de configurații sunt posibile, dacă privim LAN-ul din punct de vedere fizic: inel în formă de stea, magistrală în formă de stea. Vom analiza mai pe larg atât aceste topologii, cât și altele în continuare.

Rețele metropolitane (MAN) sunt, în linii mari, o versiune extinsă de LAN și utilizează tehnologii similare cu cele ale rețelelor locale. Un MÂN se poate întinde pe zona ocupată de suprafața unui întreg oraș și poate fi atât privată cât și publică. Motivul principal pentru care MAN-urile figurează ca o categorie specială constă în adoptarea unui standard specific: DQDB (Distributed Queue Dual Bus) – magistrală duală cu coadă distribuită.

Rețele larg răspândite geografic (WAN) acoperă o arie geografică întinsă, deseori o țară sau un continent întreg. In majoritatea WAN-urilor, subrețeaua este formată din două componente distincte: liniile de transmisie și elementele de comutare. Liniile de transmisie (numite și circuite, canale sau trunchiuri), transportă biții între mașini, în mod tipic, rețelele larg răspândite geografic au topologii neregulate.

Implementarea fizică a unei rețele locale impune instalarea pe fiecare calculator a unei plăci de rețea (NIC-Network Interfața Cârd), internă sau externă, cu programul aferent (driver), montarea cablurilor de legătură cu anumiți conectori, realizarea conexiunilor cu unitatea care centralizează traficul, desemnată prin diferiți termeni (MAU, CU, hub, LAN switch, concentrator, repetor etc. ) și instalarea pe server a sistemului de operare al rețelei (NOS-Network Operating System), în figura 2.1, este exemplificat foarte simplu modul de realizare a unui LAN cu un calculator de tip server si un hub. Rețeaua se poate extinde prin utilizarea tuturor porturilor din hub.

Rolul plăcii de rețea este acela de a asigura calculatorului accesul la serviciile oferite de rețea. O placă de rețea lucrează pe subnivelul MAC, deci tipul ei depinde de arhitectura rețelei. Alegerea unei plăci de rețea se face in funcție de tipul bus-ului de date la care se va conecta (ISA, EISA, PCI, SCSI, PCMCIA etc) dar si de mediul fizic de transmisie, fiind necesară o anumită interfață și anumiți conectori de legătură.

Fig.1.2. Interconectarea echipamentelor într-o rețea locală

Cei mai utilizați conectori sunt următorii:

1.Conectori RJ45 (Registered Jack Connector), modular cu 8 pini, cu transmisie serială asincronă, pentru rețele lOBaseT;

2.Conector BNC (Bayonet Nut Connector) pentru conexiuni 10Base2 și ISDN;

3. Conector DB-k sau D-k(modular cu k=9; 15; 25; 37; 50; 68 pini, in forma literei D) pentru interfața Ethernet conectată fie la cablu torsadat, fie la cablu coaxial gros;

4.Conector universal AMPLIMITE 50 cu 50 de căi pentru diferite interfețe.

5.Conector ST, SC sau SMA pentru cablu dual de fibră optică (lOBaseF);

6. Conector "Vampir" pentru rețele 10Base5.

7. Conectori RJ11 telefonic cu 4 căi pentru transmisii telefonice și RJ12 cu 6 căi pentru transmisii vocale în rețea ISDN.

Conectorii pentru cablurile care conectează echipamente identice sunt realizați in varianta inversoare, cu încrucișarea firelor (cross-connection) astfel încât să se lege ieșirea datelor (TxD-Data Transmission) dintr-un echipament cu intrarea de date (RxT-Data Receiving) de la celălalt capăt. In documentațiile tehnice ale echipamentelor sunt specificate modurile de realizare a conectorilor pentru DTE și DCE, cu numerotarea și semnificațiile pinilor și modul de conectare a conductoarelor din cablu pe baza codului culorilor.

în general, conexiunile între conectori diferiți sunt realizate pe baza unor diagrame care precizează pinii corespondenți.

De asemenea , orice conector poate fi asociat cu un anumit tip de magistrala (bus) de date. Denumirea unor conectori precizează și tipul bus-ului de date (de exemplu: D50 SCSI-2).

Prin standardul SCSI (Small Computer System Interface) se specifică un bus de 8 biți și tact de 5 MHz, respectiv cu viteza de 5 MBps.

SCSI-2 sau Fast SCSI-2 reprezintă o variantă de standard pentru bus de 8 biți si 10 MHz frecventa de clock, cu 10 MBps viteză de transmisie a datelor.

Wide SCSI-2 ewste un standard îmbunătățit pentru bus de 16 biți, 5 MHz si 10 MBps.

Fast/Wide SCSI-2 definește un bus de 16 biți, 10 MHz si 40 MBps.

Ultra SCSI-2 standardizează un bus de 32 de biți, 10 MHz si 40 MBps. Se utilizează un canal secundar de transfer.

Alte standarde folosite pentru magistralele de date sunt următoarele:

ISA (Industry Standard Architecture): 16 biți, 8 MBps.

EISA (ExtendedISA): 32 biți, 33 MBps.

MCA (Micro Channel Architecture): 32 biți, 20 MBps.

PCI (Peripheral Component Interconnect) v2.0: 64 biți, 264 MBps.

AGP (Advanced Graphics Card) de 2x si 4x mai rapid ca PCI (pentru aplicații grafice).

PCMCIA (Personal Computer Memory Cârd International Association) sau simplu PC Card v3.0: 32 biți, 20 + 33 MHz, max. 132 MBps.

Sunt necesare adaptoare pentru interconectarea bus-urilor realizate în standarde incompatibile (de exemplu adaptor PCI/SCSI).

Interfața AUI (Attachment Unit Interface) cu conector DB – 15 poate fi utilizată pentru conectarea unui echipament fie la un cablu Ethernet, fie la un sistem cu transmisie radio (wireless), prin intermediul unui transceiver (transmițător / receptor transmitter / reciver), având capacitatea de a detecta coliziunile. Un transceiver este utilizat pentru conectarea unui anumit echipament dintr-o rețea locală (calculator, ruler ș.a.) la mediul de transmisie (cablu UTP, coaxial, optic etc.) prin intermediul unor interfețe AUI sau MII (Media Independent Interface) (Fig 1.3.).

Un transceiver este un dispozitiv multiport care conține etaje de amplificare și convertoare de semnal (de exemplu, semnalul electric poate fi convertit în undă luminoasă și invers folosind diode LASER și fotodiode).

Fig. 1.3. Interconectarea hub-urilor cu transceivere pentru fibră optică

Lungimea unui segment de cablu este limitată din cauza fenomenelor specifice de atenuare și defazare a semnalelor pe linie de transmisie. Pentru conexiuni la distanțe mai mari decît cea maxim admisă, se utilizează mai multe segmente de cablu interconectate prin intermediul repetoarelor care refac forma rectangulară a impulsului de formare a datelor eliminînd astfel zgomotele și distorsiunile de transmisie, după care amplifică semnalul pînă la nivel de referință. Există limitări privind numărul maxim de repetoare care pot fi intercalate între două noduri de rețea.

Un repetor este un diport care interconectează segmentele de LAN diferite: lOBaseT (RJ45), 10Base2 (BNC), 10 BaseF (ST) sau cu alte medii fizice de transmisie prin intermediul AUI folosind transceivere. Acesta nu trebuie confundat cu un dispozitiv de conversie între două medii fizice de transmisie, întrucât suplimentar, în repetor sunt regenerate cadrele de date (ex. Ethernet) în baza unor secvențe de sincronizare și sunt procesate informațiile privind posibilele coliziuni din rețea.

Convertorul de mediu face trecerea de la un tip de mediu la altul, prin conversia semnalului dintr-un format în altul.

Există convertoare pentru interconectarea de diferite rețele, cum ar fi:

rețea Ethernet de cablu UTP cu una cu cablu coaxial;

rețea Ethernet pe cablu torsadat cu una cu transmisie pe fibră optică;

rețea de fibră optică multimod (MMF – Mulți Mode Fiber) cu una pe fibră optică unimod (SMF – Single Mode Fiber);

rețea de 10 Mbps cu un cablu de 100 Mbps;

Porturile de intrare – ieșire și conectorii aferenți sunt de tipuri diferite, în funcție de mediul fizic de transmisie la care se leagă fiecare.

1.3 MODELE DE REFERINȚĂ PENTRU ARHITECTURA REȚELELOR DE CALCULATOARE

1.3.1 Nivele, protocoale, interfețe

Pentru a reduce din complexitatea proiectării, majoritatea rețelelor sunt organizate sub forma unei serii de straturi sau nivele, fiecare dintre ele construit peste cel de dedesubt. Numărul de nivele, precum și numele, conținutul și funcția fiecărui nivel variază de la rețea la rețea, dar la toate se poate spune că scopul fiecărui nivel este să ofere anumite servicii nivelelor superioare.

In principal, un protocol reprezintă o înțelegere între părțile care comunică, asupra modului de realizare a comunicării, fără de care înțelegerea între entitățile comunicante nu este posibilă, între două nivele adiacente există o interfață, care definește ce operații și ce servicii oferă nivelul de jos către nivelul de sus.

Fig.1.4. Nivele, protocoale, interfețe

Entitățile care conțin nivele corespunzătoare de pe mașini diferite se numesc egale (entitățile egale sunt cele care comunică folosind protocolul), în realitate, nici un fel de date nu sunt transferate direct de pe nivelul k al unei mașini pe nivelul k al altei mașini . Fiecare nivel transferă datele și informațiile de control nivelului imediat inferior, iar legătura fizică propriu-zisă se face sub nivelul l.

O mulțime de nivele și protocoale este numită arhitectură de rețea. Specificația unei arhitecturi trebuie să conțină destule informații pentru a permite unui proiectant să scrie programele sau să construiască echipamentele necesare fiecărui nivel, astfel încât nivelele să îndeplinească corect protocoalele corespunzătoare. Spre exemplificare, în cadrul acestui capitol se vor analiza două modele de referință ale rețelelor de date, precum și avantajele și dezavantajele fiecăruia dintre ele.

1.3.2 Interferențe de comunicație

Prin interfață este desemnat un modul, fizic (hardware) sau logic (software), prin intermediul căruia se realizează comunicația dintre echipamente și medii fizice sau două procese logice.

Interfața este cea care controlează comunicația și asigură transmisia datelor în formatul standard adoptat. Datele intră sau ies dintr-un echipament numai prin intermediul unei interfețe, în funcție de nivelele OSI pe care lucrează interfața, aceasta se implementează fizic sau logic.

Interconectarea unui echipament cu mediul fizic de transmisie se face prin intermediul unei interfețe fizice, de nivel OSI l (psihical interface / LI interface), denumită și port fizic.

Un echipament de comunicație (hub, switch, bridge, router) are mai multe porturi de intrare – ieșire, deci mai multe interfețe fizice care nu sunt neapărat toate de același tip.

în funcție de modul de comunicație adoptat (sincron / asincron, echilibrat / neechilibrat) se pot utiliza diferite tipuri de interfețe fizice definite prin standardele: RS – 232 (V.24), X.21, V35, G.703 etc.

RS – 232 standardizată de EIA (Electronics Industy Associatiori), specifică toate caracteristicile electrice pentru transmisii seriale de date, sincrone și asincrone, de mică viteză.

CCITT a propus standardul echivalent V.24.

Se utilizează conectori modulari în forma literei D (DB9, DB15, D25, DB37, D50).

X21 este un standard propus de CCITT pentru interfețe fizice utilizate în transmisii sincrone de date de mare viteză (10 Mbps). Se pot folosi conectori DB15 sau AMPLIMITE – 50.

V.35 propus de CCITT este echivalent cu standardul RS – 530 al EIA pentru transmisii seriale, echilibrate sau neechilibrate, de mare viteză (2 Mbps). Utilizează conectori DB25 cu 25 de pini.

Viteza de transmisie a datelor printr – o interfață RS – 232 este de ordinul zecilor de kbps (m a x. 38400 bps), în timp ce X.21 și V.35 admit viteze de ordinul Mbps.

Astfel, conexiunile de mare viteză, pe porturile prin care un LAN se conectează la WAN se folosesc interfețe în standard X.21 sau V.35.

G.703 este recomandarea CCITT care definește caracteristicile fizice și electrice ale unei interfețe cu viteze de transmisie de 2048 kbps. Este utilizată în sistemele PRI ISDN (Primary Rate Access to an Integrated Standard Digital Network) pentru transmisii simultane voce – date dar nu numai.

Interfața dintre nivelul fizic și cel al legăturii de date este o interfață de nivel 2 (Layer 2 interface / L2 interface). Denumirea acesteia este dictată de tipul rețelei sau de protocolul de comunicație folosit: ETH (Ethernet), IP (Internet Protocol), PPP (Point to Point protocol), FR (Frame Relay) etc. Implementarea acestora se poate face atît în variantă hardware (ex. eth) cît și software (ex. ip, ppp, fr).

Standardele care definesc interfața de nivel 2 specifică formatul cadrului de date și impun constrîngeri privind lungimea maximă de cadru care poate fi transmis.

Notarea interfețelor se face în diverse moduri. De exemplu, interfața pentru un port asincron este denumită simplu port iar pentru unul sincron se notează abreviat syn. La denumirea abreviată se adaugă , de regulă, un indice care face distincția între mai multe interfețe identice definite pe același echipament (ex. ethO, ethl,pppO, ppp4, fr5).

Noțiunea de port este utilizată fie pentru a desemna conectorul fizic de legătură dintre un echipament și rețea, fie ca noțiune abstractă prin care se specifică demultiplexarea căilor în cazul transmisiilor pe canale cu acces multiplu.

De exemplu, dacă transmit datele în sistem TDM (Time Division Muliplexing) atunci prin același port Ethernet, respectiv interfață eth, pot fi conectați la LAN mai mulți utilizatori prin interfețe (porturi) logice de tip ppp, configurate logic.

între nivelele superioare ale modelului OSI sunt definite diferite intefețe logice.

Pentru transmisii ISDN în WAM se folosesc interfețele fizice:

– bri (BRI – Basic Rate Interface) cu două canale B ISDN de date
(64 kbps) și unul D (16 kbps) pentru managementul și controlul legăturii;

– pri (PRI – Primary Rate Interface) cu 30 canale B de date (64 kbps) și unul D extins (16 kbps).

Încapsularea datelor cu un anumit antet (header), în care se specifică tipul de protocol utilizat, se poate face în mai multe moduri chiar și pentru o singură interfață. De exemplu, o interfață ETH poate fi încapsulată cu sau fără secvența SAP dictată de SNAP (SubNetwork access Protocol).

Este foarte important să se cunoască modul de încapsulare a datelor la nivelul interfețelor pentru a putea remedia anumite probleme care apar în rețea dar și pentru a stabili dacă echipamentele produse de diverse firme sunt compatibile și pot fi interconectate.

în transmisiile asincrone cu legături punct- la – punct nu se încapsulează datele. Apar doar biții de START și STOP necesari delimitării intervalului de transmisie.

1.3.3 Categorii de servicii. Primitive

Nivelele ierarhice ale unei rețele pot oferi nivelelor de deasupra lor două tipuri de servicii: orientate pe conexiuni și fără conexiuni.

Servicii orientate pe conexiuni : sunt servicii ale căror utilizatori trebuie să stabilească mai întâi conexiunea, urmând ca după aceea să poată utiliza serviciul A dorit, în cadrul respectivei conexiuni. In final, utilizatorul trebuie să elibereze conexiunea. Mesajele trimise cu ajutorul unui astfel de serviciu ajung la destinatar în aceeași ordine în care au fost emise de sursă. Printre serviciile din această categorie, distingem:

servicii fiabile: nu acceptă pierderi de mesaje, de aceea, implementarea lor se face cu mesaje de confirmare, fapt care cauzează întârzieri în transmisie,

servicii nefiabile: se referă la faptul că unele aplicații nu acceptă întârzierile introduse de confirmări (așa cum este de ex: traficul de voce digitizată), și de aceea se acceptă unele distorsiuni în recepția mesajelor pentru a se putea efectua transmisia în timp real.

Servicii fără conexiuni: în cadrul cărora fiecare mesaj poartă o adresă completă a destinatarului și este transportat pe un traseu independent față de traseele mesajelor anterioare emise de aceeași sursă, către același destinatar, în cadrul acestei categorii de servicii distingem:

servicii de tip datagramă nefîabilă, a căror caracteristică este transmiterea unui mesaj cu o mare probabilitate de a ajunge la destinație, dar fără confirmarea acestui fapt (cazul poștei electronice)

servicii de tip datagramă fiabile (confirmate) cu două variante: datagramă cu confirmare (expeditorul mesajului solicită și o confirmare de primire) și serviciul cerere-răspuns ( emițătorul transmite o singură datagramă care conține o cerere, iar replica primită de la receptor conține răspunsul).

Serviciile pe care un nivel le poate oferi celui superior sunt specificate prin operații (primitive) ce reprezintă instrucțiuni elementare de interacțiune între două nivele adiacente, prin care i se solicită serviciului să execute o acțiune sau să "raporteze" despre o acțiune a entității pereche. După natura acțiunii cerute serviciului, primitivele se împart în 4 clase:

cerere: făcută de nivelul k +1 (utilizatorul serviciului) către nivelul k (furnizorul serviciului) ca acesta din urmă să execute o acțiune.

indicație: trimisă de nivelul k al entității adresate către nivelul k +1 al ei, prin care se semnalează de efectuarea unei acțiuni.

răspuns: venit de la entitatea aflată la nivelul k +1 prin care aceasta comunică dacă acceptă sau refuză acțiunea propusă.

> confirmare : făcută de furnizorul serviciului către utilizator, asupra situației serviciului cerut

1.3.4 Modele arhitecturale de protocoale

In decursul anilor, s-au cristalizat 2 mari arhitecturi de protocoale: arhitectura pe nivele, care este cel mai bine reprezentată de modelul OSI, și arhitectura de tip ierarhic reprezentată de modelul TCP/IP.

1.3.4.1.Modelul de referință OSI

Acest model se bazează pe o propunere dezvoltată de către Organizația Internațională de Standardizare (International Standards Organisation – ISO), ca un prim pas către standardizarea internațională a protocoalelor folosite pe diferite nivele. Modelul se numește ISO OSI (Open System Interconnection) pentru că el se ocupă de conectarea sistemelor deschise comunicării cu alte sisteme.

Modelul OSI cuprinde șapte nivele. Fiecare nivel realizează un subset de funcții de comunicație, necesare comunicației cu alt sistem.

Nivelul fizic: se ocupă cu interfața fizică între dispozitive și regulile prin care biții sunt transmiși printr-un canal de comunicație. Caracteristicile acestui nivel sunt de ordin mecanic, electric, funcționale și procedurale. Problemele tipice pentru acest nivel se referă la câți volți trebuie utilizați pentru a reprezenta o valoare logică l și câți pentru un O, dacă transmisia poate avea loc simultan în ambele sensuri, modul cum este întreruptă conexiunea inițială când au terminat de comunicat ambele părți.

Nivelul legătură de date: Dacă nivelul fizic nu face decât să accepte și să transmită un flux de biți , nivelul legătură de date încearcă să facă legătura fizică sigură și oferă mijloacele de a activa, menține, și dezactiva legătura. Principalul serviciu oferit de nivelul de date nivelelor superioare este acela de detecție și control al erorilor. Nivelul legăturii de date realizează această sarcină obligând emițătorul să descompună datele de intrare în cadre de date, să transmită cadrele secvențial și să prelucreze cadrele de confirmare trimise înapoi la receptor. Rețelele cu difuzare determină în nivelul legăturii de date o problemă suplimentară: cum să fie controlat accesul la canalul partajat. De aceea, pentru acest nivel, conform arhitecturii propuse pentru LAN de proiectul IEEE 802, nivelul legăturii de date este divizat în două subnivele: subnivelul de control al accesului la mediu (MAC) și subnivelul de control al legăturii logice (LLC).

Nivelul rețea : Serviciul de bază al nivelului rețea este acela de a oferi un transfer transparent de date între entitățile de transport. Nivelul rețea se ocupă cu controlul funcționării subretelei. O problemă cheie în proiectare este determinarea modului în care pachetele sunt dirijate de la sursă la destinație. Traseele pot fi stabilite la începutul fiecărei comunicări pentru fiecare pachet, în concordanță cu traficul curent din rețea. Controlul congestiilor în subrețea, datorită existenței prea multor pachete de date simultan pe traseele de comunicație, revine de asemenea nivelului rețea.

în rețelele cu difuzare, problema dirijării se pune mai simplu, deoarece stațiile pot fi interconectate direct. In acest caz , nu este practic nevoie de un nivel de rețea, deoarece nivelul de date poate realiza funcțiile necesare de administrare a legăturii.

Nivelul transport: Nivelele de la 4 în sus ale modelului OSI sunt în general referite ca nivele superioare. Scopul nivelului 4 este de a asigura un mecanism sigur pentru schimbul de date între procesele din diferite sisteme. Protocoalele acestor sisteme sunt de tip cap-la-cap și nu se ocupă cu detaliile facilităților de comunicare de dedesubt . Cu alte cuvinte, un program de pe mașina sursă poartă o conversație cu un program similar de pe mașina destinație, folosind în acest scop antetele mesajelor și mesaje de control. La nivelele inferioare, protocoalele au loc între fiecare mașină și vecinii săi imediați, și nu direct între mașinile sursă și destinație, care pot fi separate de numeroase routere. Nivelul de transport se asigură că unitățile de date sunt livrate fără erori, în secvență, fără pierderi sau duplicări, în fapt, nivelul transport servește ca legătură între utilizator și facilitățile de comunicație.

Nivelul sesiune: oferă mecanismul de control al dialogului între aplicații. Sesiunile pot permite să se realizeze trafic de date în ambele sensuri simultan, sau numai într-un sens o dată (în acest din urmă caz nivelul sesiune poate ține evidenta emițătorilor cărora le vine rândul să transmită). Un serviciu sesiune înrudit este gestionarea jetonului, în unele protocoale este esențial ca cele două părți să nu încerce să realizeze aceeași operație în același timp, de aceea acest nivel dispune de jetoane care pot circula între mașini. Numai partea care deține jetonul are voie să realizeze operația. Un alt serviciu sesiune este recuperarea, ce oferă un mecanism de verificare, astfel încât dacă apare un defect oarecare între punctele de verificare, entitatea sesiune poate retransmite toate datele de la ultimul punct de verificare.

Nivelul prezentare: se ocupă cu sintaxa și semantica datelor vehiculate între entitățile aplicație. Un exemplu tipic poate fi reprezentat de codificarea datelor într-un mod standard. Scopul este de a rezolva diferențele din formatul și reprezentarea datelor. Exemple de protocoale de prezentare sunt criptarea și protocolul de terminal virtual (face conversia între caracteristicile de terminal specifice și un model virtual sau generic utilizat de programele de aplicație).

Nivelul aplicație: oferă mijloace pentru ca procesele de aplicație să acceseze mediul OSI. Acest nivel conține o varietate de protocoale frecvent utilizate, pentru a înlătura problema incompatibilității dintre numeroasele terminale existente. O modalitate de rezolvare este definirea unui terminal virtual de rețea abstract și a unui program care să pună în corespondență funcțiile terminalului virtual de rețea cu cele ale terminalului real. Un alt rol al nivelului aplicație este transferul fișierelor. Transferul de fișiere între două sisteme de fișiere diferite presupune rezolvarea unor incompatibilități.

Fig.1.5. Modelul OSI

1.3.4.2. ModeIul de referință TCP/IP

Arhitectura de tip ierarhic este al doilea mare tip de arhitectură întâlnit în rețelele de calculatoare existente. Această arhitectură este o dezvoltare a ARPANET-ului, o rețea de cercetare sponsorizată de către DoD (Department of Defense) al SUA.

Caracterul ierarhic al acestui model arhitectural față de modelul pe nivele al OSI este reliefat de faptul că nu întotdeauna este de dorit ca protocoalele din cadrul unui anumit nivel să realizeze anumite funcții specifice. In cadrul modelului OSI, entitățile k trebuie să schimbe date utilizând servicii asigurate de entitățile k-1 ceea ce în arhitectura modelului TCP/IP nu este o tehnică restrictivă: o entitate poate utiliza în mod direct serviciile unei entități inferioare ierarhic, chiar dacă nu este la nivelul adiacent.

Importanța modelului TCP/IP derivă și din aplicabilitatea sa. Deși la apariția modelului OSI s-a crezut că acesta se va impune peste tot, acest lucru nu s-a produs atât datorită momentului prost ales pentru implementarea lui (protocoalele concurente TCP/IP erau deja larg folosite în universități) , cât și datorită tehnologiilor greoaie și ineficiente. Un alt avantaj al modelului inițial promovat de DoD, este acela că atât timp cât funcționau mașina sursă și mașina destinație, conexiunile să rămână intacte, chiar dacă o parte din mașini sau din liniile de transmisie erau brusc scoase din funcțiune. Această arhitectură flexibilă, care urmărește siguranța realizării legăturilor este foarte importantă pentru rețelele atașate organismului militar.

Modelul TCP/IP este structurat pe patru nivele:

Nivelul gazdă-la-rețea. conține acele protocoale ce asigură accesul la o rețea de comunicație (la un nod de rețea). Alte servicii ce pot fi oferite sunt controlul fluxului și al erorilor între gazde, precum și diferite nivele de calitate de servicii cum sunt prioritatea și securitatea.

Nivelul internet: constă din procedurile cerute pentru a permite datelor să traverseze multiple rețele în drumul dintre două gazde. Gazdele emit pachete în rețea, iar acestea circulă în mod independent până la destinație (fiind posibil ca destinatarul să se găsească pe altă rețea). Nivelul internet definește oficial un format de pachet și un protocol numit IP (Internet Protocol). Funcțiile specifice se referă la dirijarea pachetelor și evitarea congestiei.

Nivelul transport: Permite conversații între entitățile pereche din gazdele surse și respectiv destinație, în acest sens au fost definite două protocoale capăt-la-capăt:

Primul, TCP (Transmission Control Protocol- protocolul de control al transmisiei), protocol sigur, orientat pe conexiuni, permite ca un flux de octeți trimiși de pe o mașină să ajungă fără erori pe orice altă mașină din inter-rețea. Acest protocol fragmentează fluxul de octeți în mesaje discrete și pasează fiecare mesaj nivelului internet. De asemenea, TCP tratează controlul fluxului pentru a se asigura că un emițător rapid nu inundă un receptor lent cu mai multe mesaje decât poate acesta să prelucreze.

Al doilea protocol la acest nivel UDP (User Datagram Protocol – protocolul datagramelor utilizator) este un protocol nesigur, fără conexiuni, folosit în special pentru interogări întrebare-răspuns și pentru aplicații în care comunicarea promptă este msi importantă decât comunicarea cu acuratețe (transmisiile în timp real de imagini & voce).

Nivelul aplicație: conține toate protocoalele de nivel mai înalt decât cel de transport, (în modelul TCP/IP lipsesc nivelele sesiune și prezentare). Primele protocoale de acest gen includeau terminalul virtual TELNET, transferul de fișiere (FTP) și poșta electronică. Protocolul de terminal virtual permite unui utilizator de pe o mașină să se conecteze și să lucreze pe o mașină aflată la distanță, cel de transfer de fișiere permite mutarea eficientă de date de pe o mașină pe alta. Pe parcursul anilor la aceste protocoale s-au adăugat altele, cum ar fi: serviciul numelor de domenii (DNS), HTTP pentru aducerea paginilor de pe Web, etc.

Modelul OSI (mai puțin nivelele sesiune și prezentare) s-au dovedit foarte utile pentru a discuta rețelele de calculatoare, dar protocoalele OSI nu au devenit populare din punct de vedere practic. Pentru TCP/IP este adevărată afirmația inversă: modelul este mai puțin explicit pentru anumite nivele, dar protocoalele acestuia sunt în schimb larg utilizate.

Particularități LAN în cadrul modelelor arhitecturale de referință

Pentru rețelele locale de calculatoare (LAN), comitetul pentru rețele locale al IEEE a elaborat un set de standarde specifice implementării acestei categorii de rețele. Acest set de standarde, cunoscut sub denumirea de "proiectul IEEE 802 ", privește doar primele două nivele (inferioare) ale modelului de referință OSI, precum și interfața cu cel de-al treilea nivel. Funcțiile aferente nivelelor superioare sunt lăsate, în cadrul LAN, la latitudinea celor care implementează rețeaua.

Această limitare a prescripțiilor LAN doar la primele nivele se explică prin aceea că acest tip de rețea este privit doar ca un mijloc de comunicare (numit subrețea de transport de date), a cărui funcție principală constă în asigurarea transmiterii și recepționării corecte de semnale informaționale în vederea interconectării simple, elastice și fiabile a unor echipamente eterogene și asigurării accesului rapid al utilizatorilor la resursele și serviciile rețelei.

Pentru a beneficia plenar de posibilitățile de comunicație oferite de LAN, a fost necesar ca să fie implementate o serie de funcții specifice.Aceste funcții, ținând de nivelele superioare ale arhitecturii unei rețele, sunt furnizate de sistemul de operare al rețelei (NOS- Network Operating System). Figura de mai jos prezintă comparația între standardul pe nivele OSI și modul în care este implementată arhitectura pe nivele a unui LAN de către NOS și NIC (Network Interface Card -modul de interfață cu rețeaua).

Fig. 1.6.

1.4 SUITA DE PROTOCOALE TCP / IP

Familia de protocoale în baza căreia se realizează comunicația în rețelele eterogene de calculatoare conectate la Internet este denumită suita de protocoale Internet sau, mai simplu, TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol}.

TCP și IP sunt doar două protocoale din acesastă suită de protocoale.

Modelul stratificat de protocoale TCP/IP este diferit de modelul OSI (Open System Interconnection), dar se pot face echivalări între acestea (fig. 3.1.).

Modelul suitei de protocoale TCP/IP are mai puține nivele care corespund modelului OSI pînă la nivelul de transport, împreună cu modelul NFS (Network File System) acoperă funcțiile tuturor nivelelor OSI.

Cele două familii de protocoale (TCP/IP și NFS) alcătuiesc așa-numitul context de operare a rețelelor deschise (ONC- Open Network Computing).

Modelul NFS Modelul OSI

Fig.1.7.TCP/IP și echivalența dintre modelele de rețea (OSI,NFS,TCP/IP)

Suita de protocoale TCP/IP include mai multe protocoale, pe diferite nivele ale modelului (Fig. 3.2.):

Fig. 1.8. Stiva de protocoale TCP/TP

IP- Internet Protocol este protocolul corespunzător nivelului de rețea (Internet) care stabilește modul de adresare ierarhizat folosind adrese IP de 4 octeți pentru localizarea sistematică a destinației, într-o anumită rețea sau subrețea (RFC 791) .

ARP – Address resolution Protocol – pe baza adresei IP a unui echipament, comunică la cerere adresa fizică (MAC) de 6 octeți a acestuia (RFC 826). Tabelele ARP sunt stocate în memoria RAM a echipamentului (calculator, ruter, etc). ARP se utilizează numai într-un LAN.

Se pot face echivalări sugestive între numele unei persoane și adresa MAC a echipamentului, respectiv între adresa poștală și adresa IP, care permit localizarea destinației unui mesaj.

RARP – Reverse Address Resolution Protocol – furnizează la cerere adresa IP de 4 octeți asociată cu adresa MAC dată, pe baza unor tabele (RFC 903).

ICMP – Internet Control Massage Protocol – transportă mesaje de control și de eroare referitoare sistemului de a transmite pachete de date la destinație fără erori (RFC 792).

TCP – Transport Control Protocol – este un protocol definit pe nivelul de transport, orientat pe conexiune asemenea sistemelor telefonice. Permite controlul traficului, confirmarea sau infirmarea recepției corecte a mesajelor, retransmisia pachetelor și ordonarea corectă a fragmentelor unei datagrame. Mesajul de pe nivelul aplicație este încapsulat cu antetul TCP de 24 octeți și generat ca segment TCP. Acesta devine câmpul de date IP. în antetul TCP sunt specificate numerele porturilor logice asociate aplicațiilor sursă și destinație. Numerotarea protocoalelor se realizează global, în mod unic, pe întregul Internet și este descrisă în RFC 1700 (Tabel 1.1.).

Tabel 1.1. Numerotarea porturilor logice de aplicație

Aplicațiilor publice li se alocă numere de port mai mici decât 255. Numerele mai mari ca 256 și mai mici decât 1023 sunt alocate aplicațiilor dezvoltate de anumite companii. Valorile mai mari ca 1024 nu sunt alocate în mod fix.

UDP – User Datagram Protocol – este protocol de transport fără conexiune, asemenea sistemului poștal clasic, ceea ce îl face mai puțin sigur decât TCP și mai puțin pretențios. Sunt folosite porturile de aplicație pentru a realiza comunicații simultane cu mai multe programe de aplicații. Mesajul dat de nivelul aplicație formează împreună cu antetul UDP de 8 octeți o datagramă UDP.

SMTP – Simple Mail Transfer Protocol – permite deferitelor calculatoare care folosesc TCP/IP să comunice prin poșta electronică (e-mail / electronic mail). Acest protocol stabilește conexiunea punct-la punct între clientul SMTP, asigură tranferul mesajului prin TCP, înștiințează utilizatorul despre noul mesaj primit după care se desface legătura.

RLogin – Remote Login – permite accesul de la distanță a unui utilizator într-o rețea în care acesta are drepturi de accesare (login). Comenzile de la distanță pot fi executate doar după operații stricte de autentificare și securizare a comunicației. In multe sisteme bazate pe TCP/IP aceste aplicații sunt dezactivate.

FTP File Transfer Protocol reprezintă un mecanism de transfer al fișierelor între calculatoare, mai precis un limbaj comun care permite comunicarea între orice sisteme de operare (DOS, UNIX, etc.) folosind programe FTP pentru client și server. FTP folosește TCP pentru transferul sigur al datelor.

TFTP – Trivial File Transport Protocol – mai puțin sofisticat decât FTP, acesta este folosit pentru transferul unor mesaje scurte prin UDP. Se impun tehnici de corecție a erorilor întrucât UDP nu generează confirmarea de recepție corectă a mesajelor (ACK)

TELNET- Terminal Connection — permite conectarea unui utilizator de la distanță la anumite aclculatoare gazdă, rulând programul telnetd al serverului. Se utilizează algoritmi de negociere cu terminalul respectiv, pentru a-i cunoaște caracteristicile. Acesta este văzut ca un terminal virtual cu care se poate comunica de la distanță, indiferent de caracteristicile lui fizice.

BOOTP – BOOTstrap Protocol (RFC 951) – este apelat de un utilizator pentru a-și afla adresa IP. Acest protocol folosește UDP pentru transportul mesajelor. Un calculator care folosește BOOTP, expediază un mesaj în rețea prin broadcast (pe o adresă IP meu toți biții 1). Serverul de BOOTP retransmite mesajul în toată rețeaua (broadcast) iar destinația își recunoaște adresa MAC și preia mesajul. Acest protocol nu poate lucra într-un sistem de a dinamică a adreselor IP, dar spre deosebire de RARP, acesta furnizează sursei atât adresa IP, cât și adresele IP ale serverului și router-ului (default gateway) folosit de LAN.

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol este succesorul lui BOOTP. Acesta permite utilizarea unui număr limitat de adrese IP de către mai mulți utilizatori. Clientul solicită serverului DHCP o adresă IP. Acesta îi alocă o adresă dintr-un domeniu de adrese cunoscut, eventual îi furnizează și masca de rețea. Alocarea este rapidă și dinamică. Deși router-ele nu suportă transmisiile broadcast solicitate de ARP și RARP, ele permit aceste transmisii în cazul BOOTP și DHCP ceea ce facilitează comunicațiile dintre diverse LAN-uri.

HTTP- HyperText Transfer Protocol – este folosit de utilizatori web și serverele WWW pentru transferul unor fișiere de tip text sau grafic, în format special (hypertext), folosind limbaje de scriere precum HTML (HyperText Markup Language) și interfețele grafice pentru acces (GUI – Graphic Unit Interface).

SNMP Simple Network Management Protocol este folosit pentru supravegherea funcționării rețelelor bazate pe TCP/IP (controlul statistic al traficului, performanțelor, modului de configurare și securizare) utilizînd bazele de informații de management (MIB), structurate pe baza unor reguli definite de SMI (Structure of Management Information) conform RFC 1155. Versiunea SNMP2 prevede posibilitatea aplicării unor strategii centralizate sau distribuite de management de rețea.

DNS – Domain Name System – reprezintă sistemul de alocare a adreselor numerice celor de tip alfanumeric, folosind diagrame-arbore, MIB-uri și servere de nume, fiecare cu un anumit domeniu în care este autorizat să ruleze algoritmii de căutare (authority zone).

1.4.1 Protocolul Internet

Protocolul INTERNET (IP – Internet Protocol) este protocolul utilizat de TCP/IP pe nivelul Internet, echivalent nivelului OSI de rețea.

Acesta a fost creat pentru a asigura o adresare ierarhică sistematică a utilizatorilor din Internet, prin simplificarea modului de administrare a acestuia. Este un protocol care introduce anumite caracteristici privind tipul de serviciu efectuat, securitatea transmisiei și fragmentarea respectiv reasamblarea mesajelor de mari dimensiuni.

Adresele MAC nu sunt ierarhizate și localizarea destinației într-o rețea de arie largă este posibilă numai pe baza adreselor IP de 4 octeți, care specifică rețeaua / subrețeaua în care se găsește un anumit calculator.

Protocolul Internet nu este orientat pe conexiunea dintre sursă și destinație dar permite identificarea corectă și în mod unic a oricărui echipament din rețea. Realizarea transferului datelor la destinație devine sarcina nivelului de transport și a protocoalelor aferente acestuia (TCP și UDP – User Datagram Protocol).

încapsularea datelor în formatul IP se face în pachete de minimum 576 octeți și cel mult 64 kB. în funcție de arhitectura de rețea adoptată (Ethernet, Token-Bus, Token-Ring, etc ) pachetele IP trebuie fragmentate în mai multe cadre cu lungimea maximă admisă în rețeaua respectivă.

Formatul pachetului IP este prezentat în fig. 3.3. Datele sunt precedate de un antet (header) de 20 sau 24 octeți în care sunt incluse următoarele câmpuri:

Header IP (20 B sau 24 B)

Pachet IP (min. 576 B….max. 64 kB)

Fig. 1.9. Formatul pachetului IP

Versiunea IP – este importantă pentru evitarea incompatibilității sistemelor.

HL- Header Lenght – precizează lungimea antetului în cuvinte de 32 de biți în funcție de includerea unor opțiuni.

ToS – Type of service – poate preciza opt nivele de precedență sau diferite condiții (întîrziere minimă, cost minim, debit maxim, siguranță maximă, etc). Majoritatea ruterelor nu citesc acest câmp. De exemplu, o aplicație Telnet solicită întîrzieri minime, pentru FTP se impune debit maxim iar Usenet urmărește costuri minime.

TL – Total Lenght – specifică lungimea totală a pachetului în octeți.

FI Fragment Identification reprezintă un identificator (ID) al fragmentului de pachet util pentru reordonarea corectă a fragmentelor la destinație.

FC Fragment Control conține un indicator (flag) de 3 biți care precizează dacă datagrama nu este fragmentată sau acesta este ultimul fragment al ei. Ceilalți 13 biți indică poziția relativă a fragmentuuli în pachetul IP.

TTL – Time To Live – este un paprametru care elimină riscul de propagare la infinit a unui pachet în rețea când destinația nu este găsită. Poate fi inițializai cu valoarea maximă 255 dar se preferă valorile 32 sau 16 pentru a evita supraîncărcarea rețelei. La fiecare router, valoarea din câmp este decrementată. Când se ajunge la zero, pachetul este distrus.

Protocol este un câmp care indică protocolul de nivel superior folosit pentru formatarea datelor din câmpul de date IP. Câteva valori tipice sunt:

ICMP

IGMP (Internet Group Management Protocol)
6 TCP

8 EGP (Exterior Gateway Protocol)

17 UDP

89 OSPF (Open Shortest Path First)

CS – Checksum – este un câmp de control a erorilor de transmisie la nivelul header-ului.

SA – Source Address – adresa IP a sursei.

DA – Destination Address – adresa IP a destinației.

Opțiuni și 'O'-uri reprezintă un câmp opțional pentru diagnosticare(de exemplu, folosind PING – Pachet InterNetwork Groper), securizare sau setarea rutelor. Acesta este completat eventual cu zerouri astfel că lungimea header-ului crește cu 4 octeți atunci când se introduc diverse opțiuni.

în general, lungimea antetului IP este specificată în cuvinte de 32 de biți (5 sau 5 cuvinte).

Există protocoale echivalente IP: Ipx (Internetwork Pachet Exchange) bazat pe protocolul de transport SPX (Sequenced Pachet Exchange) al firmei Novell, pentru sistemul de operare NetWare, AppleTalk dezvoltat de Apple Computer și DECnet al firmei Digital Equipment Corporation. Lungimea adreselor numerice depinde de protocolul de rețea folosit.

1.4.2 Adresarea la nivel IP

Adresarea la nivelul protocolului IP este parte integrantă a adresării către partenerul de comunicație, fie el un program de aplicație de exemplu, în cadrul rețelelor TCP/IP, întreaga adresare necesită patru nivele:

adresarea la nivelul subnetwork

adresarea Internet

adresa protocolului transport

– numărul portului unde se manifestă aplicația.

Două din aceste adrese, adresa IP și adresa protocolului transport sunt câmpuri ale pachetului IP. Adresa IP are o lungime de 32 de biti și se exprimă în valorile zecimale ale fiecărui octet, valorilr fiind despărțite prin punctul zecimal. Adreselor IP li se asociază, din motive de comoditate, unul sau mai multe nume, definite local în fișierul "hosts". Exemplu:

224.2.10.5 delta

256.1.3.22 statial mycomputer

Bit

0 7 15 23 31

Adrese IP clasa A

Adrese IP clasa B

Adrese IP clasa C

Adrese IP clasa D

Figura de mai sus prezintă clasele uzuale de adrese IP. Trei dintre aceste clase prezintă cele două câmpuri importante ale unei adrese IP și anume:

identificatorul de rețea (Network ID), definind rețeaua în care este situat calculatorul curent

identificatorul calculatorului (Host ID), identifică un calculator în cadrul rețelei.

Adresele IP sunt gestionate de autorități abilitate (NIC – Network Information Center), care atribuie adresele în așa fel ca fiecare calculator conectat la Internet să aibă o adresă IP unică.

Adresele IP sunt împărțite în cinci clase, care au evoluat în timp din motive de dezvoltare a metarețelelor:

Clasa A, identificată de valoarea O a primului bit, a fost concepută presupunându-se că în lume vor exista puține rețele, dar de dimensiuni foarte mari (s-a dovedit contrariul, fiind necesare alte structuri de adrese). Este recunoscută prin faptul că primul câmp de adresă este cuprins între valorile zecimale O și 127

Clasa B a fost concepută presupunând un număr mediu de rețelele medii. Primul câmp de adresă are valori între 128 și 191

Clasa C a fost concepută pentru un număr mare de rețele compuse fiecare dintr-un număr redus de stații (rețelele locale). Structura adresei IP clasă C permite existența a peste două milioane de rețele cu 256 de adreses fiecare. Primul câmp zecimal al adresei este cuprins între 192 și 223

Clasa D cuprinde adresele de multicast, fiind distribuite grupurilor de utilizatori. Are primul câmp zecimal între 224 și 239

– Clasa E este rezervată pentru cercetări și dezvoltări următoare, având primul câmp zecimal între 240 și 255.

Pentru a se facilita dirijarea în rețele mari, câmpul 'Host ID' pentru adrese din clasele de adrese A, B și C, poate fi divizat în două părți: subrețeaua (subnet) și hostul propriu-zis. Apar astfel trei câmpuri de identificatori: Network ID, Subnetwork ID și Host ID, cum prezintă și figura… pentru o adresă de clasă B.

Relația între lungimea câmpurilor Subnetwork ID și Host ID este stabilită de administrator, într-un mod flexibil, prin definirea unei măști de rețea (network mask, sau netmask), alcătuită din biti l pentru câmpurile Network ID și Subnetwork ID, și biti O pentru câmpul Host ID. Este important a ști dacă două adrese aparțin aceleași subretele, deoarece primul nivel de dirijare se bazează pe corespondența făcută de sistemele TCP/IP între rețelele fizice și subrețelele IP, și anume se consideră biunivocă relația dintre ele. Implementări mai noi ale TCP/IP pentru rețele LAN, permit ca unei rețele LAN fizice să-i corespundă mai multe subretele IP, dar invers relația se menține.

Conceptul de subrețea implică analiza dirijării pachetelor IP între subretele (inter subnets) și în interiorul unei subretele (intra subnet). în interiorul subrețelei dirijarea este asigurată de algoritmul propriu folosit de rețeaua fizică cu acea adresă de subrețea. Singura problemă apare la maparea adreselor IP către adrese de nivel 2 (adrese MAC), pentru aceasta fiind definite protocoalele ARP și RARP, descrise în paragraful următor, între subretele adresarea este gestionată de echipamente de interconectare de tip router IP, (echipament numit în modelul ISO OS I poartă – gateway). Un aspect important al adresării IP este faptul că un echipament de tip punte – bridge, operând la nivelul arhitectural 2, este transparent pentru protocolul IP, rețelele conectate prin bridge fiind identificate prin aceeași adresă de subrețea IP; echipamentele de tip router, sunt vizibile IP, ele conectând LAN-uri cu adrese de subnet diferite. Un router va fi identificat prin două adrese IP, corespunzător adreselor de subnet ale celor două LAN-uri. Routerele IP desfășoară dirijarea pachetelor IP pe baza unor tabele de dirijare, elaborate de administratorul de rețea sau determinate conform unor algoritmi descriși în paragraful următor.

Pachetele ICMP care raportează anomalii în dirijarea pachetelor IP sunt: Destination Unreacheable, Time Exceeded for a Datagram și Parameter Problem on a Datagram.

Pachetele care verifică accesibilitatea fizică a unui nod din rețea sunt Echo Request și Echo Reply.

Pachetele pereche de tip cerere-răspuns Time Stamp sau Information sunt destinate testării stării rețelei.

Pachetul Redirect indică o condiție de stimulare a unei dirijări mai eficiente, spre exemplu când un router determină că un host emițător poate transmite pachetele către destinație într-un mod mai eficient, prin intermediul unui alt router, și nu prin intermediul său.

Pachetul Source quench este eliberat de un router către un host emițător, pentru a-1 anunța că nu poate procesa pachetele IP transmise la viteza actuală, hostul fiind nevoit să reducă viteza cic tnmsmiîorc.

Pachetele de tip Address Mask Request și Address Mask Reply au fost introduse pentru determinarea măștii folosite de acea subrețea.

O adresă IP este exprimată pe 4 octeți în format zecimal în puncte. Aceasta conține informații privind rețeaua (N-network), eventual siibrețeaua (S-Subnetwork) în care este inclus echipamentul-gazdă și indicativul plăcii de rețea a acestuia (H-Host). Identificatorul (ID) de rețea precede identificatorul plăcii de rețea. Adresa IP astfel formată este alocată în mod unic în Internet de InterNIC (Internet Network Information Center).

Schema de adresare IP este structurată pe cinci clase de adrese, diferențiate în funcție de lungimea câmpului alocat rețelei dar și prin prefixul binar utilizat (Tabel 3.2) stabilit pe baza unui cod-prefix.

Adresele cu toți biții identici sunt rezervate (T – pentru broadcast; ('0' – pentru multicast și nu se alocă rețelelor sau gazdelor.

Tabel. 1.2. Clase de adrese IP

În aceeași rețea se folosește un singur ID de rețea dar Id-uri de gazdă diferite. Se spune că adresele de clasă a, B sau C sunt de tip unicast deoarece identifică în mod unic gazda. Simbolic, adresele IP pot fi scrise astfel:

1. adrese de clasă A:

ONNN NNNN. HHHH HHHH. HHHH HHHH. HHHH HHHH

2. adrese de clasă B:

10NN NNNN. NNNN NNNN. HHHH HHHH. HHHH HHHH

3. adrese de clasă C:

l10N NNNN. NNNN NNNN. NNNN NNNN. HHHH HHHH De exemplu, o rețea cu 4 calculatoare poate avea adresele IP: 192.110.12.,1; 192.110.12.2; 192.110.12.4.

Administrarea în mod unic a întregului spațiu de adrese din Internet este practic imposibilă, fiind vorba de peste 4 miliarde de adrese. De aceea s-a procedat la divizarea acestuia în rețele mai mici, cu număr redus de adrese care sunt administrate local de IP (Internet Service Provider). Acest fapt a determinat reducerea de adrese din Internet la circa 3,7 mild dar nu constituie un dezavantaj major deoarece alocarea adreselor se poate face dinamic, nu static (adresare fixă a gazdelor), numai pentru utilizatorii activi la un moment dat din rețea. Adresarea în interiorul LAN-lui poate fi făcută cu adrese locale (fictive) alocate de administratorul de rețea și nu prin DNS, adrese care nu au legătură cu adresele IP reale date de DNS rețelei respective.

Observații

Adrese IP se alocă și interfețelor fizice din echipamentele de
comunicație (de exemplu, unui router i se pot aloca mai multe adrese IP pentru diferitele interfețe de comunicație).

Pentru aplicații care necesită adresarea multicast se utilizează adrese de clasă D, în baza protocolului IGMP. Există adrese de grupuri prestabilite (well-knowri) de către I ANA (Internet AssignedNumbers Authority)subordonată societății ISOC (Internet SOCiety) care coordonează funcționarea întregului Internet. Exemple de adrese multicast permanente:

224.0.0. l multicast către toate sistemele dintr-un LAN.

224.0.0.2 multicast către toate routerele dintr-un LAN.

224.0.0.5 multicast către toate routerele OSPF intr-un LAN. 224.0.0.9 multicast către toate routerele RIP-2 intr-un LAN.

224.0. l. l multicast pentru protocolul NTP (Network Time Protocol)

3. Există routere interne într-un LAN pentru interconectarea subrețelelor existente. Există și routete prin care un LAN este interconectată într-un WAN.

224.0.1.1 multicast pentru protocolul NTP (Network Time Protocol)

4.In multe cazuri chiar și 254 de adrese reprezintă un număr prea mare pentru o rețea de calculatoare locală. Se impune atunci partajarea unei clase de adrese (A, B, C) în mai multe subclase în funcție de dimensiunile subrețelelor (subnetwork). Identificarea subrețelei se face în câmpul identificatorului gazdei, prin biții cei mai semnificativi.

De exemplu, pentru o subclasă de adrese de tip C cu subretele de cel mult 6 utilizatori, se aplică formatul:

110N NNNN. NNNN NNNN. NNNN NNNN. SSSS SHHH

Se pot forma 30 subretele fiecare cu maximum 6 utilizatori. Rutarea pachetelor prin Internet presupune că la nivelul routerelor externe se citește adresa rețelei fără ID-ul gazdei. Pentru aceasta se folosesc măști de rețea (network mask) pe care le aplicăm adresei IP a destinației pentru a selecta ID-ul rețelei. Se efectuează operația de 'ȘI' logic (AND), bit cu bit, între adresa IP a destinației și masca de rețea.

Masca de rețea este definită pentru fiecare clasă de adrese IP:

masca de rețea în clasă A: 255.0.0

masca de rețea în clasă B: 255.255.0.0

masca de rețea în clasă C: 255.255.255.0

Exemplu

Pentru citirea adresei rețelei în care se află calculatorul cu adresa 192.110.12.1 se aplică masca de rețea de clasă C: 255.255.255.0. în binar se obține: Adresa IP a destinației: 1100 0000. 01101110. 0000 1100. 0000 0001

AND

Masca de rețea: 1111 1111. 1111 1111. 1111 1111.00000000

Rezultă ID-ul rețelei: 1100 0000. 01101110. 0000 1100. 0000 0000

Se observă faptul că pentru rețele de clasă C se pot folosi maximum 6 biți pentru ID-ul subrețelelor.

Pentru lărgirea spațiului de adrese din Internet se propune folosirea Ipng (IP next generation) sau Ipv6 care, spre deosebire de Ipv4, folosește adrese de 128 de biți, ordonate ierarhic; elimină broadcast-ul în favoarea multicast-ului, include în cadrul IP un header cu lungime fixă conținând informații strict necesare rulării

pachetelor, altele fiind incluse în subheadere; suportă modul automat de alocare a adreselor IP; permite autentificarea și criptarea datelor; prevede un sistem de priorități privind transmisia care să faciliteze transmisiile multimedia (voce, audio, video).

Ipv6 poate procesa adresele date prin Ipv4 dar DNS necesită un MIB suplimentar pentru stocarea numelor și adreselor de utilizator de 128 de biți.

1.5 ARHITECTURA CLIENT – SERVER

O arhitectură client-server este un model de calcul în care aplicațiile software sunt distribuite între entitățile din LAN. Clienții solicită informații de la unul sau mai multe server-e din LAN, ce stochează aplicațiile software, date și sisteme de operare de rețea. Sistemul de operare de rețea permite clienților să partajeze datele de pe server.

Fig. 2.6. este o prezentare logică posibilă a unui mediu client – server, în timp ce fig.1-7 descrie același lucru din punct de vedere fizic :

Fig.1.10. Modelul logic client – server

Fig.1.11. Configurație de rețea ce utilizează modelul client-server

Orice sistem de calcul din rețea poate fi fie un client fie un server. Clientul este reprezentat de entitatea care solicită execuția sarcinii. Un server este entitatea care execută un set de sarcini în contul unui client.

Nu toate aplicațiile dintr-o arhitectură client-server sunt stocate pe un server. Clienții pot fi capabili de a stoca aplicații și date local. Când clienții posedă sisteme de operare proprii , rețeaua este de tip "cuplaj slab". Unele din avantajele unei arhitecturi client-server includ:

Creșterea productivității

Controlul sau reducerea costurilor prin partajarea resurselor

– Ușurința administrării prin focalizarea eforturilor asupra a doar câteva server-e

– Capacitatea de a se adapta nevoilor.

CAPITOLUL 2

STANDARDE DE REȚELE LOCALE

2.1 ARHITECTURA REȚELELOR DE COMUNICAȚII

Prin arhitectura unei rețele de comunicații înțelegem:

modalitatea de acces la mediul fizic de transmisie ;

topologia logică;

topologia fizică .

Alegerea unui mediu fizic de transmisie și a unei arhitecturi de rețea reprezintă operația de configurare a rețelei. Rețelele pot fi cu difuzare PMP ( point – mulți point ) sau punct la punct PP ( point to point ).în general un LAN e de tip PMP iar un WAN e PP. Intr-o rețea PMP mesajul este plasat pe canalul de comunicație cu acces multiplu în frecvență (FDMA = Frequency Division Multiple Access ) , în timp (TDMA) , în cod (CDMA) și în lungime de undă la fibra optică (WDMA).

Mesajul poate fi transmis unui singur terminal sau unui grup de terminale ( multicast) sau tuturor terminalelor din rețea (broadcast ).

2.1.1 Modul de acces la mediul fizic de transmisie

In rețelele cu difuzare ( cu acces multiplu ) accesul utilizatorilor la mediul de transmisie se poate face necondiționat prin metodele CSMA/CD sau CSMA/CA sau în baza unei cereri de acordare a permisiunii de transmisie Token Passing = jeton de trecere .

CSMA/CD = Carrier Sense Mulți Access/Collesion Detection CSMA/CA = Carrier Sense mulți Access/Collesion Avoidance Prin metoda CSMA/CD utilizatorii pot acccesa permanent canalul de transmisie.Dacă un nod în rețea are de transmis date arunci in prealabil va "asculta canalul " în vederea detecării unei eventuale purtătoare pe linie.Dacă linia e liberă atunci transmite datele cu riscul ca doi utilizatori să transmită simultan date.Apare astfel o coeziune între pachete și acestea sunt distruse urmând a fi retransmise ulterior.Metoda CSMA/CA se aplica la rețelele fără fir ( wireless ).Sursa trimite un mesaj de testare a mediului de transmisie către destinație , dacă in aria de acoperire a destinației se efectuează transmisii în acel moment atunci sursa e înștiințată că poate transmite datele.

Metoda Token – Passing presupune utilizarea unui cadru special denumit jeton care circulă de la un utilizator la altul.Un nod din rețea poate transmite date doar dac primit acest jeton.Metoda elimina riscul coleziunilor.

2.1.2 Topologii LAN

Există trei topologii LAN majore: stea, inel și magistrală , așa cum se observă și în fig.1-8:

Fig.2.1. Topologii LAN de baza

O rețea în stea are un singur punct comun de conexiune, care constituie în general și un punct de control al rețelei (ex: un hub). O rețea în inel are nodurile conectate într-un cerc continuu, cu ajutorul unui cablu de transmisiune comun, iar semnalele sunt transmise unidirecțional de-a lungul cercului de la nod la nod, cu regenerarea semnalului la fiecare nod.

O rețea magistrală (bus) este constituită dintr-un singur cablu la care sunt conectate direct nodurile. Ea este utilizată de obicei folosind un control distribuit, dar poate avea și un control central al rețelei. Spre deosebire însă de inel, o magistrală este pasivă, ceea ce înseamnă că semnalele nu sunt regenerate și retransmise la fiecare nod.

Dacă privim LAN-ul din punct de vedere strict fizic, sunt posibile și alte configurații, derivate din cele de bază:

Fig.2.2. Configurații de rețea specifice anumitor implementări

Inelul în formă de stea reprezintă o metodologie de cablare pentru a facilita administrarea fizică: la nivel logic rețeaua este un inel, iar la nivel fizic este o stea cu centrul într-un punct convenabil ales. Magistrala în formă de stea rămâne o magistrală la nivel logic, însă din punct de vedere fizic este cablată într-o configurație de tip stea, folosind hub-uri pentru cablaje.

Inelul dublu este un tip de topologie conceput în special pentru aplicații back-end (coloană vertebrală), dar este folosită și pentru interconectarea unor stații de mare performanță. Primul inel este conceput pentru transmisia de date, iar al doilea pentru recepție. Steaua ierarhică este o metodă de cablare comună utilizată în actualele configurații LAN și folosește un set de hub-uri în cascadă pentru a construi o rețea ierarhică bazată pe o politică locală (de ex: un hub pentru fiecare etaj sau grup de lucru).

Alegerea unei topologii

Alegerea unei topologii la nivelul unui grup de lucru se face pe baza unor caracteristici de performanță oferite de fiecare tip de topologie în parte. Următorul tabel prezintă câteva aspecte pe baza cărora se poate opta pentru o anumită configurație :

2.1.2.1 Topologia logică

Modelul de transmitere a mesajelor în rețea este descris prin topologia logică.Aceasta poate fi de două tipuri :

cu distribuție (broadcast) mesajul este transmis pe canal încât toate modurile îl sesizează dar el este preluat de nodul care corespunde adresei de destinație ,

= secvențială = " în inel :> .Mesajul circulă de la sursă către destinație prin anumite noduri care după citirea adresei de destinație îl transmit mai departe

2.1.2.2 Topologia fizică

Modalitatea de interconectare a calculatoarelor în rețea reprezintă topologia fizică a rețelei.în rețelele PMP se utilizează topologii fizice de tip:

1) magistrală (bus)

2) inel

3) stea (star) – mai flexibila ca număr de utilizatori și fiabilitate

Prin centralizarea controlului traficului se evită coleziunea în rețea se adaptează vitezele de transmisie între echipamente.Se înțelege ca echipament vk comunicație un hub , switch .Pentru rețelele de arie larga se poate folosi topologia de rețea stea inel, arbore sau plasă.

4) Arbore

5) Plasa

Se pot utiliza și topologii mixte adică combinații intre cele de mai sus.Cablarea (wiring) în vederea reglării unei rețele se poate face :

1) – liniar , segmentat. Lungimea maximă a unui segment de cablu este limitată din cauza fenomenelor specifice propagării semnalelor pe linii de transmisie (atenuare , defazare și înecare capacitivă).Se utilizează repetoare între două segmente de cablu pentru refacerea nivelului și formei (fază)

2) – cablare tip "coloană vertebrală"="baekbone'

3) – cablare tip "stea'

2.2. STANDARDUL ETHERNET IEEE802.3

Companiile Intel, Xerox și Digital au dezvoltat pentru LAN în 1981 standardul Ethernet I și în 1982 a apărut Ethernet II , echivalent cu un standard IEEE 802.3.Aceste standarde utilizează metoda CSMA/CD, topologia logica cu difuzare și topologie fizică stea sau inel.Cadrul Ethernet:

Preambulul din Ethernet 11 echivalent cu preambulul și câmpul de start din stas 802.3 anunță prezența datelor pe linie și asigură sincronizarea pentru transmisia datelor. Se specifica apoi adresele MAC ale nodului destinație și sursă. In Ethernet 11 se precizează pe doi octeți tipul protocolului. În Ethernet 802.3 se specifică pe doi octeți lungimea câmpului de date. Contextul erorilor se face pe baza unui cod ciclic (CLL)

Tabel 2.1.- Tipuri de rețele Ethernet cu transmisie in banda de bază:

Pentru creșterea vitezei de transmisie in anul 1995 s-a propus standardul Fast Ethernet cu transmisie de lOOMb/sec. Este echivalent cu standardul IEEE 802.3.

Tabel 2.2. – Standardul Fast Ethernet

Se utilizează coduri de linie binare sau ternare pentru forrnatarea spectrului semnalului de date și facilitatea sincronizării în receptor. Aceste sisteme se numesc ASDL = Asynchronus Digital Subscriber Line .Se utilizează placi de rețea 10/100 Ethernet care pot lucra la ambele viteze de transmisie utilizând pentru ambele standarde , echipamente de comunicație care interconectează un LAN Ethernet (de 10 Mbps) cu un LAN Fast Ethernet de 100 Mbps . Există rețele IEEE 802.3 comutate care permit creșterea vitezei de transmisie în rețea.A apărut și standardul 1000 Base T numit și Giga Ethernet.

2.3 STANDARDUL IEEE 802.4 TOKEN – BUS

Metoda de acces la mediul Token Bus ing cu jeton de acordare a permisiunii de transmisie ( se evită apariția coleziuniîor ).

Topologia logică cu " inel " secvențială : stațiile sunt apelate secvențial în baza unui tabel de adrese și a unor priorități de transmisie Se elimină cazul cel mai defavorabil specific rețelelor Ethernet în care timpul de așteptare pentru efectuarea transmisiei de la un nod se putea prelungi la infinit.

Stația 4 nu e în funcțiune în momentul inițializării inelului logic , dar printr-un proces de învățare ( learning ) citind adresele sursă și destinație ale pachetelor din/spre stația 4 va fi inclusă în inel în momentul în care vor fi transmise pachete din/spre stația respectivă. Jetonul de transmisie este un cadru special care poate fi deținut de o stație dar pe un interval limitat de timp (tipic 10 ms) după care jetonul e transmis succesorului.

Viteza de transmisie în rețeaua Token – Bus poate fi de 1: 5: 10 Mbps și pentru transmisie se utilizează cablu coaxial de 75O.

Formatul cadrului de date 802.4 :

Dacă nu există biți de date se obține un cadru de control care specifică procedura ce va urma în baza câmpului de control.

Tabel 2.3. pentru semnificațiile octetului de control:

Standardul 802.4este mai complex ca 802.3 prin folosirea cadrelor de control 802.3 și 802.4 sunt incompatibile la nivel fizic ca și topologie. Standardul 802.4 nu se poate implementa cu fibră optică și necesită modemuri de transmisie (CPFSK, PSK). Necesită și amplificatoare de bandă largă, iar plăcile de rețea sunt mai scumpe ca pentru Ethernet.

2.4 STANDARDUL IEEE 802.5 . ARHITECTURA TOKEN-RING

Acest standard a apărut în anul 1985. o metodă de acces la mediu este Token-Passing, iar topologia fizică este de tip inel (ring) sau stea (star) și star-ring. Topologia logicăeste de tip ring, iar viteza de transmisie este de 1 : 4 : 16Mbps. În acest standard se folosesc cabluri torsadate UTP și STP.

Eventualele întreruperi ale inelului fizic se soluționează cu ajutorul unui contur de cablare acționat pe baza unor relee.

Formatul cadrului de date 8U2.5 :

Lungimea nivelului fizic se calculează în funcție de viteza de transmisie a datelor.

Semnificația octetului de control:

Lungimea maximă a cadrului este dată de durata maxima impusă de deținerea jetonului. Interconectarea LAN -urilor în standarde diferite se face prin intermediul unor echipamente de comunicație transparente.

Exemplu : Operații necesare pentru interconectarea a două standarde diferite 802.x (de exemplu: 802.4 și 802.5)

Tabel 3.4.

a – alertarea destinației a apariție a unui cadru prea lung rața de 502.3

b – recalcularea sumei de control

c – soluționarea congestiilor

d – drenarea inelului (eliminarea cadrelor neexplorate în timp util)

e – eliminarea priorității

f – generarea priorității fictive

g – reformatarea cadrelor

i – inversarea ordinii biților din fiecare octet

p – copierea priorității

s – setarea octetului de stare

Dacă în standardul 802.3 cel mai semnificativ bit e primul din stânga la 802.5 e primul din dreapta și e obligatorie inversarea ordinii biților.

CAPITOLUL III

ECHIPAMENTE UTILIZATE ÎN LAN

3.1 CABLURI ȘI CONECTORI

3.1.1 Cablul cu fire răsucite TP

Cablul cu fire răsucite, numit si cablu TP (Twisted Pair) constituie mediul de transmisie bazat pe fir de cupru, tradițional folosit în telefonie. Perechea de fire răsucite consta din doua fire metalice (din cupru) răsucite după un anumit pas (figura). Diametrul firului este de 0,5mm, sau mai precis de 24AWG, iar pasul de răsucire depinde de cablu, mai precis de numărul de perechi de fire răsucite ce alcătuiesc cablul.

Fig. 3.1.

Răsucirea firelor este necesara pentru a reduce distorsiunile electromagnetice, prin faptul ca un câmp electromagnetic extern va acționa in mod egal asupra celor doua fire. Dacă pentru transmisia în fire se adopta o metoda de transmisie diferențială, echilibrată atunci efectul distorsionant al câmpului extern este aproape nul. Pentru un cablu cu mai multe perechi de fire răsucite, pașii de răsucire trebuie sa fie diferiți pentru fiecare pereche, si ei se calculează in așa fel ca diafonia între perechi sa devină minună.

Cablul TP a fost folosit inițial in telefonia analogică și prevedea o bandă limitată de frecvență (4KHz). Astăzi, datorită progreselor în tehnologia de realizare a cablurilor TP, ele prevăd o bandă de frecvență de sute de megahertzi, utilizându-se uzual pentru transmisii de date la lOOMbps. Cablurile actuale vor fi folosite la viteze de sute de Mbps, chiar in rețelele Gigabit, oferind pentru distanțe scurte de până la l OOm, performanțe comparabile cu fibra optică. Viitorul oferă posibilitatea utilizării in rețelele cu conexiuni fiill duplex si bazate pe echipamente de comutare ultra-rapide

După modul de realizare a ecranării cablurilor (prevederea unui înveliș protector legat la masă, cu efecte de reducere a diafoniei), există diverse versiuni de cablu TP:

cablul ecranat STP (Shielded Twisted Pair), cablu care prevede atât ecran de
protecție (înveliș protector) pentru fiecare pereche de fire, cât si o ecranare globală, pentru tot cablul

cablul FTP (Foiled Twisted Pair), care prevede doar un unic ecran (folie de ecranare) global pentru întreg cablul

cablul UTP (Unshielded Twisted Pair), care constituie varianta TP neecranată.

3.1.2 Clasificarea cablurilor cu perechi de fire răsucite folosite in transmisiile de date

Din punctul de vedere al folosirii în transmisiile de date ale diverselor cabluri cu perechi de fire răsucite, diverșii parametri sunt tratați grupat, prin definirea a cinci categorii; categoria l este cea mai puțin pretențioasă, iar categoria 5 cea mai evoluată, cu mențiunea că fiecare categorie superioară prezintă parametri superiori categoriei inferioare, furnizând serviciile oferite de categoriile inferioare. Categoria l, numită Telecommunication, cuprinde cablurile folosite numai în telefonia clasică, analogică. Categoria 2 (Low Speed Data) cuprinde cablurile pentru telefonia analogică și digitală, dar care oferă servicii de transmitere de date la viteze inferioare. Categoria 3 (High Speed Data) definește cablurile folosite la realizarea rețelelor locale cu viteze de pana la lOMbps, in special a rețelelor 802 de tip lOBaseT si a rețelelor Token Ring la 4Mbps. Categoria 4 (Low Loss, High Performance Data) definește cabluri cu performanțe ridicate in ceea ce privește atenuarea si viteza de transmisie, fiind folosite la viteze de câteva zeci de Mbps, precum în rețele de tip Token Ring la 16Mbps. Categoria 5 (Low Loss, Extended frequency, High Performance Data), se folosesc actualmente în rețele ce operează pana la lOOMbps, precum lOOBaseT.

Principalele caracteristici ale ultimelor trei categorii de cablu, cablurile cu perechi de fire răsucite (Twisted Pair) de categoriile 3, 4 si 5, sunt ilustrate sumar în tabelul l, cu remarca că există realizări care au performanțe superioare în domeniul atenuării și diafoniei, cu valori mult mai mici decât valorile admise prezentate.

De asemenea, deși majoritatea cablurilor TP au impedantă de 100Q, în rețelele Token Ring s-a folosit multă vreme cablul Tip l IBM, un cablu STP cu doua perechi de fire si cu o impedantă de 150fl Nefiind un cablu adecvat folosirii și în telefonie, unde se cere o impedantă de 100Q (și eventual patru perechi de fire), compania IBM a început înlocuirea cablajelor bazate pe acest cablu, cu sistemul ACS (Advanced Connectivity System), bazat pe cablu UTP de categoria 5 la 100Q si cu secțiunea de 24AWG.

în atenția cercetătorilor se află cablurile de categoriile 6 si 7, care vor opera până la viteze de 200, respectiv 600Mbps.

Tabel 3.1.

3.1.3 Cablul coaxial

Cablul coaxial a avut si are încă o larga folosire în rețelele locale, datorită rețelelor Ethernet si 802.3. Viitorul însă nu ii este favorabil, datorită faptului că oferă un mediu de transmisie partajat, imposibil de utilizat in rețele de mare viteză, rețele cu legături ftill duplex sau bazate pe utilizarea comutatoarelor super-rapide (vezi cap…). Performanțele sale au fost atinse de cablul cu fire răsucite pentru distanțe scurte si depășite de cablul cu fibra optică, pentru distanțe lungi.

Structura cablului coaxial este ilustrată de figura . El consta dintr-un miez de cupru, numit conductorul central, izolat de al doilea conductor, conductorul exterior, de obicei un ecran realizat cu țesătura de fire subțiri. Tot cablul este învelit într-o teacă de plastic.

Performanțele sale sunt superioare până la un punct cablului TP, atât în ce privește banda de frecvență asociată, deci viteza de transmisie, cât și in ce privește atenuarea semnalului pe cablu și interferențele cu exteriorul, cu implicații asupra ratei de eroare și distanței maxime de propagare a semnalului fără necesar de amplificare. Noile categorii de cablu TP sunt însă comparabile ca performanțe. Cablul coaxial folosit în transmisiile de date este cablul coaxial in banda de bază, cu impedanța de 50Q.

Există un tip de rețea locală, prezentată în capitolul l, rețea în bandă largă, folosind transmisia analogică, numită 10Broad36, care se bazează pe cablul coaxial de bandă largă, având impedanța de 75£1, cablul obișnuit pentru transmisiile CATV (Common Antena TV). Actualmente interesul pentru rețelele locale in bandă largă a scăzut, datorită problemelor de cost, proiectare, necesar de amplificare și acordare, precum și de întreținere a rețelelor. Raportul performanță/cost oferit de rețelele broadband nu mai justifică folosirea lor pentru rețelele locale.

Cablul cu impedanța de 5QQ folosit in rețelele locale este de două tipuri:

cablul Ethernet gros (thick\ codificat RG213, folosit in rețele IEEE 802.3 de tip 10Base5, cu buni parametri electrici, dar dificil de montat, de realizat cablajul în interiorul unei clădiri, datorită rigidității și razei de curbura maxim admisă

cablul Ethernet subțire (thin codificat RG58, folosit in rețele de tip 10Base2

Fig. 3.2.

Conectarea calculatoarelor la cablul coaxial se face prin două metode:

folosind joncțiuni T, metoda care prevede tăierea cablului și inserarea fiecărei părți intr-o joncțiune T, care este un conector care unește înapoi cablul, dar prevede si a treia cale, care face conexiunea către calculator

utilizarea de conector de tip 'vampir' (vampire țap), care permite pătrunderea si crearea unei găuri in cablu până la conductorul interior, in gaura inserându-se conectorul, creându-se tot un fel de conexiune in T, dar nefiind necesara tăierea cablului. Capitolul l referitor la cablarea clădirilor prezintă tipurile standard de astfel de conectori.

Metoda de codificare folosită uzual pentru transmisiile de date in banda de bază pe cablul coaxial, este metoda Manchester sau Manchester diferențială.

Cablul cu fire răsucite TP este folosit astăzi chiar și în rețelele bazate tradițional pe cablu coaxial, și de aceea este nevoie de elemente de interconectare a cablului coaxial cu cablul TP. Aceste elemente, fie pasive, fie active (cu elemente de amplificare incorporate), se numesc Balun, de la tipurile transmisiilor pe cele două cabluri (Balanced to unbalanced).

3.1.4 Cablul cu fibră optică

Cablul cu fibră optică (flber optic) este prezentat ca structură de figura 1.4. Fibra optică constă dintr-un fir de material sticlos, numit nucleu sau miez (core), acoperit de un înveliș de sticla cu alte proprietăți de difracție si mai puțin dens ca primul, numit manta (cladding). La exterior se prevede un înveliș protector din plastic. Dimensiunea nucleului este de ordinul a 125jum, dar cu învelișuri, firul de fibră optică ajunge la un diametru de 0,25mm (deci foarte redus, cu implicații pozitive asupra numărului de fibre din cablu și a posibilităților de cablare).

Fig.3.3.

Succesul cablului cu fibra optică în comunicațiile de date a survenit abia după anii'70, la mulți ani după descoperirea fenomenului fizic ca atare. Proprietățile care îl fac astăzi mediul ideal pentru rețelele de mare viteză și întindere medie, sau pentru legături principale (trunchiuri de comunicație) între rețele locale, sunt următoarele:

• atenuare redusă, ceea ce face ca lungimile tronsoanelor de fibră optică să fie de ordinul Kilometrilor

imunitate totală la efectele câmpurilor electromagnetice, elementele fizice de transport nefiid purtătorii cu sarcină electrică, ci fotonii, total neutri

capacitate de transmisie în mediu de ordinul Giga, rețelele de astăzi lucrând deja la viteze de transmisie de Gbps

dimensiunile și greutățile cablului, precum si flexibilitatea, îl fac ușor de cablat.

Dintre legile opticii, legea care oferă soluția unei transmisii optice fără pierderi datorate refracției semnalului luminos purtător de informație, la suprafața de separație a două medii, este legea lui Snell, care spune că pentru valori ale unghiului de incidență ale razei luminoase superioare unghiului critic, reflexia este totală (refracția este nulă). Unghiul critic se calculează după formula: αc = arcsin(n2/nl), unde ni si n2 sunt indicii de refracție ai mediilor, la suprafața de separație dintre ele având loc reflexia semnalului (vezi figura 1.4, să se facă săgeata la raza din n1 către n2).

Fig. 3.4.

Pentru fibrele optice folosite in comunicații, ni = 1,5 (pentru nucleu) si n2 = 1,457 (pentru cladding), deci unghiul critic este α c « 79,5°.

Pentru a se obține o transmisie fără pierderi, este necesar ca razele sa fie total reflectate la suprafața de separație dintre nucleu și cladding; cu ajutorul unghiului critic se definește un con de acceptare a razelor care pătrund într-o extremitate a fibrei optice (vezi figura l .5.). Pe baza unghiului critic se definește un parametru al fibrei optice si anume 'deschiderea numerică' NA (Numerical Aperture) care este o măsură a cantității de lumină ce se poate introduce în fibră. Cu valorile de mai sus, parametrul NA are valoarea NA = 0,35.

Fig. 3.5.

Energia luminoasă se propagă pe fibră într-un număr finit de configurații; fiecare configurație (numită și mod) are proprietăți caracteristice de propagare. Fibra optică care admite mai multe moduri de propagare se numește multimodulă sau fibră multimod. Razele de lumina care se propagă după diverse moduri, parcurg drumuri de lungimi diferite și deci au timpi de propagare diferiți (fenomen numit dispersie modală). Fibrele multimodale se împart, după modul de variație al indicelui de refracție în interiorul fibrei optice în:

fibre cu indice de refracție constant de la centru spre periferia nucleului (numite și step-index), ilustrate de figură . Razele luminoase au un traiect in zig-zag, pentru aceeași viteză de propagare, drumurile razelor având lungimi diferite (fibra prezintă o importantă dispersie modală)

fibre cu un indice de refracție care variază gradual descrescător de la centrul spre marginea nucleului, numite fibre graded-index, ilustrate de figură Deoarece viteza de propagare este invers proporțională cu indicele de refracție al miezului, indicii de refracție de-a lungul diametrului miezului pot fi astfel modelați încât dispersia modală să se minimizeze, razele urmărind traiectorii cu puncte comune, precum în cazul fibrelor multi-modale cu indice gradual (figura 1.6).

Dispersia modală este minimizată la maximum prin folosirea fibrei optice mono-modale, care are un nucleu cu un diametru aproximativ egal cu lungimea de undă a razei luminoase (valori de 8-l0 μm). Fibra se comportă acum ca un ghid de undă, raza de lumina propagându-se într-un singur mod, fiară a avea reflexii.

Ambele tipuri de fibră optică prezintă inconvenientul unei relativ pretențioase manopere de conectare sau șuntare, fiind necesară aparatura electr-mecanica mai sofisticată. Cazul cel mai defavorabil privește fibra monomodală, pentru care nucleul are un diametru foarte redus, aceasta fiind cauza și pentru prețul de fabricație mai ridicat. In domeniul rețelelor locale este folosită cu predilecție fibra multi-modală, atât datorită costului, cât și a posibilităților de întreținere, conectare și șuntare mai ușor de îndeplinit.

Pentru conectarea fibrelor optice, care se pot folosi doar pentru realizarea de conexiuni de tip punct-la-punct, sunt necesare dispozitive opto-electronice. Cele mai simple se bazează pe folosirea pentru generarea fluxului luminos a diodelor emițătoare de lumina LED (Light Emitting Diode) și pentru receptarea fluxului, pe folosirea fotodiodelor. Aceste dispozitive pot lucra doar cu semnal optic cu lungime de undă redusă, deci se pot folosi pentru transmisiile multimod. Pentru lungimi de undă superioare, folosite pentru fibrele unimodale, trebuiesc utilizate dispozitive generatoare de tip laser, care generează un fascicol luminos monocromatic și coerent.

Fibrele optice sunt caracterizate constructiv prin două numere, notate n și m, care reprezintă diametrul nucleului, respectiv diametrul cilindrului de sticla învelitor (cladding). Există mai multe tipuri de fibre, dintre care în transmisiile de date sunt folosite cele cu valori n/m de: 50/125, 62,5/125, 100/140 pentru fibrele multimodale și valoarea de 10/125, pentru fibra unimodală.

Un alt parametru important al fiecărui mediu de transmisie, atenuarea semnalului purtător de informație, definit uzual pe unitatea de lungime, este, în cazul fibrei optice, pus în directă legătură cu lungimea de undă a semnalului optic, în comunicațiile optice se folosesc semnale cu lungimea de undă superioară luminii vizibile (situată între 450 – 750nm), și anume în gama 750 – 1600nm. Analizând dependența atenuării funcție de lungimea de undă din acest domeniu, s-au definit trei ferestre de lungimi de undă, situate în jurul a câte unui minim al funcției ce dă dependența. Acestea sunt:

prima fereastră, definită în jurul lungimii de undă de 850mn; această fereastră este folosită de fibrele multimodale, și permite utilizarea dispozitivelor LED; fibrele ce lucrează în aceasta fereastră se pot utiliza până la frecvențe ale semnalului optic de 150MHz, iar atenuarea tipică este de sub 3,5dB/Km

a doua fereastră, centrată în jurul valorii de 1300nm, este folosită de fibrele multimodale si unimodale, prezintă o atenuare mai coborâtă (sub IdB/Km), și permite frecvențe de lucru de 500MHz, chiar IGHz, dacă se folosește transmisia laser

a treia fereastră, centrată la 1550nm, folosită doar de fibrele monomodale, oferă o atenuare foarte mică, de sub 0,2 – 0,4dB/Km și permite frecvențe ale semnalului laser de lOOGHz.

Datorită acestor calități în ceea ce privește atenuarea, fibra optică este folosită pentru transmisii pe distanțe lungi. Cum atenuarea maximă admisă a semnalului purtător este de 10-20dB, rezultă că necesitatea de aplificare este la 3-5Km, chiar l0Km pentru fibrele multimodale, și la 40-100Km pentru cele unimodale.

Cablul optic este folosit în primul rând pentru legaturi punct-la-punct, metodologia de conectare (modul de acces) nepermițând realizarea facilă a legăturilor punct-multipunct; de aceea este preferat pentru realizarea tronsoanelor de comunicație de mare viteză, tronsoane ce pot interconecta două rețele locale, spre exemplu. Pentru rețelele de calculatoare bazate pe fibră optică, topologiile permise sunt cea de inel (văzut ca un ansamblu de legaturi punct-la-punct), sau cea de stea pasivă (un cilindru de siliciu la care sunt conectate liniile de transmisie ale interfețelor, la un capăt al cilindrului, iar la celălalt capăt sunt conectate toate liniile de recepție ale interfețelor; se realizează astfel o transmisie de tip multicast; metoda este însă puțin folosită).

Cablul cu fibre optice este de mai multe tipuri constructive, dintre care se folosesc in cablarea rețelelor:

cablul de tip 'dens' (tight), folosit pentru cablarea interioară a clădirilor; el poate cuprinde fibre unimodale sau poate conține un număr important de fibre multimodale; fibrele în interiorul cablului sunt protejate cu mantale rezistente la foc și cu degajare redusă de gaze toxice, iar în centrul cablului există un element central dielectric

cablul de tip 'rarefiat' (loose) folosit în exterior, dar necesar a fi protejat la umiditate

cablul de tip slotted core, folosit în exterior și rezistent la umiditate.

Pentru conectarea la fibra optică se folosesc două tipuri de interfețe (numim interfață ansamblul foto-electric și mecanic care realizează cuplarea la fibră a unui dispozitiv de transmitere a datelor):

interfața pasivă, realizată cu două conectoare baionetă (iaps) înfipte în conductor, unul conținând un LED, pentru transmisia datelor, și celălalt o fotodiodă, pentru recepția datelor; interfața este complet pasivă, iar căderea unei componente nu afectează tronsonul de date, ci doar întrerupe conectarea echipamentului la linie

interfața activă, sau repetorul activ, care este alcătuit din trei etaje:

etajul receptor al semnalului optic și transformator al acestuia în semnal electric

etajul amplificator al semnalului electric, la care se face și conectarea calculatorului, prin intermediul unui cablu electric uzual

etajul ce convertește semnalul electric amplificat în semnal optic și-1 transmite pe fibră.

Deoarece repetorul activ acționează direct asupra semnalului din fibră (și îl prelucrează), căderea sa va afecta funcționarea întregului tronson de transmisie optic.

3.1.5 Geometria secțiunii conductorului

Secțiunea conductorului se dă fie în milimetri, dar în plan internațional se folosește unitatea de măsură AWG (American Wire Gage). Aceasta reprezintă o scală cu regresie geometrică, are valori între Ogage și 38gage, dar pentru transmisia de date cablurile folosite utilizează conductori ce prezintă secțiuni cuprinzând valori între 22AWG(cablu de tip l IBM) și 26AWG (cablul obișnuit folosit în telefonie).

Prin procesul instalării cablurilor este posibilă alterarea geometriei secțiunii, iar aceasta poate avea influențe negative asupra parametrilor semnalului; totuși această influentă este minimă pentru cablurile folosite astăzi.

Siguranța în caz de incendiu

Cablurile electrice folosite in transmisiile de date trebuie sa se supună normelor de siguranță în caz de incendiu, norme caracteristice la nivel național. Se folosesc de obicei cabluri a căror structură și îmbrăcăminte exterioară le conferă proprietăți precum:

întârzie propagarea flăcării (flame retardant)

produc puțin fum în caz de incendiu (low smokefume)

nu emit la ardere gaze toxice (zero Halogeri)

Pentru aplicații particulare se folosesc cabluri de tip plenum, rezistente la temperaturi înalte și nepropagând incendiul; ele sunt scumpe căci folosesc îmbrăcăminte externă din materiale compozite speciale.

3.1.6 Mediile de transmisie

Multitudinea rețelelor de calculatoare, diversele moduri de interconectare ale sistemelor în cadrul rețelelor și ale rețelelor între ele, se bazează și pe o varietate de medii de transmisie, utilizate specific în timp, medii care trebuie să asigure performanțe superioare în ceea ce privește viteza de comunicare, rata de erori, costul, necesitatea de amplificare.

Dintr-un punct de vedere foarte general, mediile de transmisie se pot grupa în două mari categorii:

medii de transmisie bazate pe fir (hardwire) fie electrice, precum perechea de fire răsucite, cablul coaxial, fie optice, respectiv cablul optic

medii de transmisie nebazate pe fir, 'fără fir' (wireless) precum razele infraroșii, undele radio, microundele.

Mediile de transmisie electrice

Mediul de transmisie electric, cablul electric, pentru a oferi bune performanțe în transmisia de date, trebuie să posede caracteristici electrice optime, deci să fie caracterizat prin rezistență, capacitate și impedantă reduse, dar și caracteristici mecanice specifice, precum flexibilitate, rezistență la tracțiune, rezistență la temperatură.

Caracteristicile cablurilor electrice au fost continuu îmbunătățite, astfel că s-a ajuns în decursul ultimului deceniu de la firul telefonic obișnuit, cu o bandă de trecere de 4kHz, la cabluri oferind bandă de sute de megahertzi, comparabile (in cazul LAN) cu performantele cablului optic.

Caracteristicile cablurilor electrice, depind, pe lângă natura intrinsecă a materialului folosit, de alți factori, precum: geometria secțiunii, numărul de conductori și distanța între ei, tipul de material izolator folosit, materialul pentru protecția electrică.

Se definesc pe scurt principalii parametri electrici și de altă natură, specifici cablurilor electrice.

Impedanța

Impedanța unui cablu electric este parametrul electric cel mai important, mai ales dacă cablul se folosește la frecvente înalte. Aceasta deoarece în transmisiile de date nu interesează doar valoarea impedanței la o frecventă dată a semnalului electric, ci și variația ei funcție de frecvență. Este foarte importantă stabilitatea impedanței, astfel ca certificarea unei valori pentru un cablu se face într-un domeniu de frecvențe de la lOOkHz la sute de megahertzi. Cablurile folosite în transmisiile de date prezintă uzual impedanțe în domeniul 50-150Ω, dar uzual se folosesc cablurile la 100 Ω.

Viteza de propagare

Viteza de propagare a semnalului electric printr-un cablu este un parametru foarte important, care stă la baza calculului vitezei de transmisie pe cablu. Viteza de propagare reprezintă un procent din viteza luminii, în cazul cablurilor electrice procentul este de 55-75%, deci se poate lua ca valoare medie valoarea procentuala de 66%, implicând o valoare a vitezei de propagare a semnalului electric prin cablul bazat pe cupru de 200.000Km/s.

Atenuarea

Atenuarea sau pierderea suferită de semnal pe cablu (loss) este un parametru foarte important, de el depinzând comportarea la frecvențe înalte a cablului. In general, pentru a lucra la frecvențe mari, cablul trebuie să prezinte valori mici ale atenuării (atenuarea se exprima in dB, deci pe scara logaritmică). Se poate considera o creștere liniară a atenuării cu lungimea cablului și o creștere în frecvență proporțională cu rădăcina pătrată a frecvenței.

Diafonia

Diafonia (cross-talk) este o măsură (in dB) a cât influențează un cablu comportarea unui cablu aflat in vecinătate. Ea măsoară raportul dintre un semnal prezent pe un cablu și semnalul indus de acesta pe un cablu pereche vecin. Este un parametru ce depinde și el de frecventă, dar mai puțin de lungimea cablului, pentru că ea crește pentru primii metri ai cablului, pentru ca apoi să rămână independentă de lungime. Pentru limitarea efectului diafoniei se utilizează ecranarea cablurilor, prin folosirea unui înveliș protector metalic care se leagă la masă. învelișul se realizează fie cu folie metalică, fie cu țesătură de fire metalice. Ecranarea se poate face la modul global, pentru întreg cablul, sau separat pentru fiecare fir conductor din cablu, iar în unele cazuri se folosesc ambele modalități.

Folosirea unei metode de transmisie echilibrate diferențiale (balanced diferențial trammissiori) va duce mai mult la scăderea influenței câmpului electric distorsionant. Figura ilustrează modul de transmisie echilibrat, arătând că tensiunea de ieșire (de la capătul firului) repetă aproximativ tensiunea de 'intrare', și nu depinde de zgomotul indus de-a lungul cablului, zgomot notat cu vd.

Fig. 3.6.

3.2 ELEMENTE HARDWARE LAN

3.2.1. PC-uri

Evoluția aplicațiilor bazate pe LAN-uri impun performanțe tot mai mărite PC-urilor și stațiilor de lucru. La nivel utilizator, se simte nevoia de a muta și procesa volume mari de date ca suport pentru noile aplicații, care cer volume mari de memorie și debite mărite de informație transferată. Pentru realizarea acestor scopuri, pe lângă memorii cu capacitate ridicată, se solicită și performanțe sporite microprocesoarelor încorporate.

O altă componentă importantă a unui calculator este hard-disk-ul. Acesta este un dispozitiv magnetic de memorare care poate fi permanent (semipermanent) instalat în calculator.

3.2.2. Stații de lucru

O stație de lucru este un computer cu performanțe de zeci de milioane de instrucțiuni pe secundă, monitoare de mare rezoluție și aplicații sofisticate. Majoritatea producătorilor de stații de lucm asigură de asemenea și conectivitatea la un LAN Ethernet. In general, stațiile se clasifică în două tipuri:

Stații științifice

Stații fără disc

Stațiile științifice, sunt microcomputere ce dispun de o mare putere de calcul în comparație cu un PC. Ele încorporează de obicei un procesor pe 32-64 de biți, memorie mare, capacitate de stocare pe hard disk mare și monitoare de înaltă rezoluție. Anumite stații de mare performanță includ două sau mai multe procesoare și operează la peste 400 milioane instrucțiuni/secundă. Aceste stații sunt proiectate pentru aplicații așa cum sunt cele de CAD/CAM/CAE , inginerie electrică și structurală, inteligență artificială, procesare de imagini, multimedia.

Stații fără disc, sunt microcomputere ce nu posedă hard-disk-uri. Stațiile fără disc necesită un LAN, deoarece sistemul de operare și software-ul de aplicație sunt rezidente pe un server de exemplu, și sunt transmise stației prin intermediul LAN-ului. Avantajele acestor stații constau în principal în ușurința administrării software-ului, dar dezavantajul firesc îl constituie lipsa de independență a utilizatorului rețelei.

3.2.3. Terminatori și conectori

Standardul specifică atât magistrala principală (backbone), precum și LAN-urile orizontale (rețelele dispuse pe etaje). Standardul EIA/TIA 568 utilizează o topologie fizică de tip stea ierarhică. Topologiile LAN logice așa cum sunt cea de magistrală, inel, arbore și inel dublu, pot fi adaptate acestei stele fizice.Această rețea ierarhică dispune de avantaje cum ar fi

Suportă o gamă largă de echipamente pasive și active

Asigură puncte centralizate de administrare și mentenanță a rețelei

Asigură o platformă modulară pentru o creștere rațională a rețelei

Standardul partiționează toopologiile de cablare în 5 subsisteme:

Subsisteme de magistrală de campus împreună cu conectorul principal MCC (Main Cross Conect) ; leagă grupuri de clădiri ce sunt situate adiacent. Una din clădiri conține MCC-ul, care suportă magistrala pentru clădirile adiacente ce trebuie interconectate. De regulă se folosesc cabluri optice între clădiri, dispuse conform necesităților organizației.

Subsistem de magistrală pentru clădire împreună cu conectorul intermediar ICC (Intermediate Cross Conect) ; asigură legătura între magistrala campusului și zonele orizontale și de grup de lucru. Cablu pe fibre este instalat din etaj în etaj, cu un dulap de cablaje pe fiecare etaj.

Subsistemul dulapului de telecomunicații TCC (Telecommunications Closet Subsystem) ; cunoscut și ca sistem orizontal, asigură legătura între magistrala clădirii și subsistemul de cablare al zonei de lucru. TCC-ul este punctul de graniță între cablajul pe fibre optice și alte medii fizice de transmisie, însă fibrele optice pot fi extinse în zona de lucru după nevoi.

Subsistemul de cablare în zona de lucru, conectează PC-urile și stațiile de lucru la echipamentul de telecomunicații. Constă în mod tipic dintr-o cutie de comunicații ce poate fi configurată astfel încât să accepte diferite tipuri de cabluri.

Subsistemul de administrare, constă din hardware-ul necesar administrării subsistemelor menționate mai sus. Asigură conectările, interconectările și informațiile necesare realizării unei conectivități coerente în cadrul întregii rețele.

3.2.4. Module de interfață cu rețeaua

Pentru a conecta un computer la un LAN, el trebuie să dețină un adaptor LAN, denumit și modul de interfață cu rețeaua NIC (Network Interface Cârd), Un NIC este o placă ce este instalată în PC și care suportă funcții de partajare a mediului fizic, precum și de sincronizare. Aceste module implementează tipic standardele IEEE 802.3, 802.4, 802.5.

3.2.5. Transceivere

In plus față de NlC-uri, PC-urile pot avea nevoie de un transceiver (receptor – emițător) pentru a se putea conecta la un LAN. Transceiver-ul este un echipament ce transmite și recepționează semnal între NIC-ul din PC și mediul fizic utilizat. Transceiver-ele se utilizează și pentru a permite conectarea la un mediu fizic diferit (ex: un NIC ce folosește cablu coaxial comunică cu o rețea Ethernet pe fire torsadate utilizând un transceiver).

3.2.6. Hub-uri pentru cablaje

Hub-urile oferă administratorului rețelei un punct central de localizare a cablajelor, ceea ce facilitează monitorizarea, mutarea și eventuala mărire a sistemului. Suportă în mod tipic de la 8 la sute de noduri, oferind funcții de administrator de rețea care permit controlarea și monitorizarea rețelei de la distanță cu ajutorul software-ului de administrare a rețelei.

Fig.3.7. Utilizarea hub-urilor pentru cablaje

Tendința este de a introduce cât mai multe funcții în hub, fapt ce are ca rezultat câștigarea de spațiu și simplificarea administrării și controlului prin reducerea numărului de echipamente suplimentare necesare. Hub-urilor mai noi li s-au transferat anumite funcții care în mod normal erau rezidente pe server, în ideea de a degreva server-ul de anumite sarcini. Alte facilități implementate în hub-uri se referă la :

Procesarea semnalelor de alarmă pentru a determina dacă o problemă poate fi rezolvată fâră anunțarea administratorului rețelei

Pornirea automată a rețelei și oprirea ei la momente specificate de timp.

Capacitatea de a administa rețeaua

Posibilitatea de a acționa ca gateway-uri de Ethernet

Lărgime de bandă de frecvență dedicată unei stații

Funcții de securitate; (limitarea accesului la porturi prin parole, criptarea pachetelor de date)

Posibilitatea de comutare port cu port.

Unitatea centrală dintr o rețea cu topologie fizică de tip "stea" este denumită MAU (Multistation Access Unit) pentru o rețea Token – Ring și hub pentru alte tipuri de rețele.

Fig. 3.8. Interconectarea calculatoarelor prin hub

Indiferent de denumire, această unitate este la bază un repetor digital de semnal, cu mai multe porturi de intrare – ieșire. MAU nu ia nici un fel de decizie logică, ignorînd adresele și conținutul mesajelor, realizînd doar transferul datelor ca șir de biți de la un port la altul. In terminologia OSI, un hub sau un MAU este un dispozitiv de nivel fizic sau de nivel l (Psihical Layer Device/Ll Device). Dacă amplifică semnalul, hub – ui este considerat activ, în caz contrar fiind vorba de unul pasiv.

Hub -ul este nodul central (mașter) dintr-o rețea "în stea" (fig. 2.3.)

Arhitectura LAN se poate baza pe principiul partajării benzii între toti utilizatorii (media sharing) folosind un hub de partajare (shared media hub), care lucrează ca un multiplexor TDM și limitează vitezele de transmisie la nivelul fiecărui nod funcție de standardul adoptat (10Rase2, lOBaseT, l00BaseT, IdOBaseVG, ISO Ethernet), fie pe principiul legăturii punct – la – punct, cu un hub cu matrice de comutație (Switched Hub) care oferă pe fiecare port, unui singur calculator sau grup de calculatoare (segment de LAN) viteza maximă de transmisie.

Avantajul arhitecturii cu matrice de comutație este acela că prin realizarea legăturii fizice dintre noduri, nu apar coliziuni și nu mai este necesată aplicarea unei metode specifice de acces la mediu.

Astfel devine posibilă transmisia duplex între nodurile rețelei rezultînd arhitecturile:

Full Duplex Ethernet (20 Mbps)

Full Duplex Token Ring (32 Mbps)

Full Duplex FDDI (200 Mbps)

Din punct de vedere constructiv și funcțional, există 3 categorii de hub – uri de partaj ere:

Hub – urile simple (Standalone, Unnanaged ori Dumb Hubs) cu / fără sursă propie de alimentare, cu un număr fix de porturi, sunt neexpandabile și interconectează echipamentele dintr – o rețea cu arhitectură unică și mediu fizic de transmisie impus. Mai sunt denumite și repetoare multiport. Nu necesită configurare la instalare (fiind dispozitive plug – and-play).

Hub – urile ex panda bile (Stackble Hubs) admit folosirea de algoritmi sofware pentru managementul echipamentelor rețelei (MIB) pe baza unui anumit protocol, de exemplu, SNMP. Acete hub – uri au carateristicile de bază ale celor simple (arhitectură unică de rețea și mediu fizic unic) dar pot fi puse în cascadă pentru realizarea unui hub virtual cu număr mare de porturi. Cascadarea hub – urilor este permisă pentru rețelele Ethernet de 10 Mbps (maxim 4 hub – uri conform regulii Ethernet 5-4-3-2-1), dar nu se utilizează în rețelele Fast Ethernet deoarece lungimea maximă a cablului dintre hub – uri ar trebui să fie de 5 metri.

Cascadarea, realizată prin intermediul portului up link utilizat pentru conexiunea cu nodul ierarhic superior, nu trebuie confundată cu stivuirea hub -urilor, unde legătura între acestea se realizează pe porturile pentru cablurile UTP.

3. Hub – rile inteligente (Managed hubs} sau concentratoarele modulare, numite simplu și concentratoare prezintă o structură (rack) cu una sau mai multe surse de alimentare redundante, eventual un UPS (Universal Power Supply), o rețea proprie de tip "coloană vertebrală" (backbone in a box) la care se conectează modulele care leagă segmente de LAN cu arhitecturi diferite (Ethernet, Token Ring, FDDI) și medii fizice diverse. Modulele pot fi introduse în sașiu și în timpul funcționării hub -ului, adică "la cald" (hoț – swappability). în aceste hub – uri pot fi incluse și module de interconectare a LAN -urilor pentru realizarea unei rețele de arie largă (bridge, router etc.), dar și module de securizare a transmisiei cu funcții specifice de criptare și autentificare.

Funcție de tipul și numărul porturilor din hub, acesta poate fi:

Minihub – interconectează un număr redus de utilizatori (4;8) cu UTP. Unul din porturi permite conexiunea directă cu un alt hub sau switch, în vederea cascadării. Folosește o sursă externă de alimentare (PSU – Power Supply Uniz\ de 230 V (Europa) sau 240V (UK)

Microhub – are aceleași caracteristici cu un minihub dar, suplimentar este prevăzut cu porturi adiționale pentru conexiuni cu BNC sau AUI pentru fibră optică.

Hub multiport – are un număr mai mare de porturi (12; 24) pentru conexiuni UTP, BNC/AUI și poate fi folosit pentru rețelele 10Base2, "în stea", cu cablu coaxial subțire. Un astfel de hub este prevăzut cu un modul SNMP și poate fi expandat prin stivuire pînă la o limită superioară impusă (de exemplu max. 5 sau 6 hub – uri în stivă).

Matricea de comutare spațială funcționează similar cu cele din sistemul telefonic (PSTN – Public Switchmg Telephone Network), relizând conexiuni fizice dedicate, sigure, pe durata comunicației între două noduri. Un exemplu de comutator spațial Banyan sincron, în 3 trepte, este prezentat în figura.

Comutatorul din figură are 8 linii de intrare și 8 linii de ieșire. Fiecare celulă deplasează datele de pe un port de intrare pe un port de ieșire determinat de bitul de cale (O sau 1). Bitul de cale cel mai semnificativ este citit primul, urmînd apoi ceilalți biți. în fig. 2. 4. b este prezentată calea de transfer a datelor de pe portul 4 de intrare, pentru secvența de cale 011. Se observă pentru transmisii simultane, posibila coliziune dintre această cale și cea definită de secvența O l O cu intare pe portul 6 , întrucît ambele ies în treapta a doua pe același port.

Această matrice de comutație spațială asigură legături simultane, fără coliziuni, între porturile similare de intrare – ieșire: O – O cu scvența de cale 000, l -l cu secvența 001, 2 – 2 cu secvența 010 etc. Există și alte soluții pentru comutarea de pachete.

(b) (c)

Fig. 3.9. a) Celulă de comutare cu două porturi de intrare și două de ieșire;

Comutator Banyan cu 8×8 în trei trepte;

Trasee în comutatorul Banyan.

Sistemul de comutație spațială diferă de cel de comutare de mesaje, specific poștei electronice (e mail), care preia mesajul în întregime, îl stochează în memorie și apoi îl transmite către destinație (store-and-forward), fără să existe o legătură fizicvă între aceasta și sursă. Ineficienta utilizării legăturilor dedicate precum și capacitatea de memorie necesară comutării de mesaje sunt dezavantaje eliminate de comutarea de pachete care fragmentează mesajele în pachete mai mici, transmise către destinație pe căi diferite.

3.2.7 SWITCH-uri

Dezavantajul hub – urilor de partajare este acela că nu elimină restricția ca numai un singur nod al rețelei să transmită la un moment dat, aplicînd o anumită metodă de acces la mediul fizic. De aceea, producătorii de echipamente pentru rețelele de calculatoare au introdus matricile de comutație specifice centralelor telefonice (PBX Public Branch eXchange) în comunicațiile de date, pentru realizarea în paralel a mai multor legături punct-la-punct simultane și evitarea congestiilor. Astfel s-au obținut hub – urile cu matrice de comutare (Switched Hubs) sau comutatoarele pentru LAN (LAN switch).

Conexiunile paralele, simultane dintre mai mulți utilizatori ai rețelei de calculatoare sunt create asemenea legăturilor virtuale telefonice folosind matrici de comutare.

Echipamentele care realizează comutarea cadrelor sunt denumite simplu comutatoare de rețea (switch) și sunt utilizate în rețele LAN cu diverse arhitecturi (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet)^ dar și pentru transmisiile în sisteme ATM (Asynchronous Transfer Mode) pentru comutarea semnalelor digitale de tip voce, audio sau video, la viteze foarte mari (622 Mbps, IGbps). In WAN, se utilizează comutatoare de mare viteză, cu capacități superioare celor pentru LAN.

Avantajele utilizării unui switch sunt evidente:

Prin intermediul său se poate extinde rețeaua, structurată relativ simplu, fizic sau logic (rețele locale virtuale VLAN – Virtual LAN).

Reduce încărcarea rețelei prin filtrarea traficului.

Poate interconecta segmente de LAN cu medii fizice și viteze de transmisie diferite (l0BaseT, l0BaseF, l00BaseT)

4. Permite utilizarea sistemelor de priorități pentru transmisie, prin introducerea în cadru a unui factor de calitate (QoS – Quality of Service)

In funcție de complexitatea operațiilor efectuate de switch, acesta poate lucra:

pe nivel OSI 2 al legăturii de date, mai precis pe subnivelul MAC sau LLC;

pe nivel 3 de rețea;

pe nivel 4 de transport.

Un switch de subnivel MAC (Cut – through switch) citește adresa MAC a destinației unui cadru și pe baza unui tabel de adrese (memorat pe durata procesului de "învățare" learning realizează legătura punct- la- punct dintre portul de intrare și cel de ieșire și expediază pachetul (forwarding). Decizia de comutare se poate lua și pentru fragmente foarte mici de pachete (sub 64B). Evident transferul este foarte rapid, dar este posibil ca acel cadru să fie afectat de erori și nodul -destinație să solicite retransmisia lui. Astfel rețeaua este folosită ineficient prin transmisia unui cadru eronat precum și a cererii de retransmisie. Oricum acest switch este indicat în transmisiile în care se impun întîrzieri mici de transmisie, fără un control strict al erorilor.

Un switch de subnivel LLC (Store – and – forward switch) citește cadrul primit, îl memorează și testează frecvența FCS pentru detecția eventualelor erori. Dacă nu au apărut erori cadrul este transferat către portul corespunzător destinației, (fig. 2-5.).

Acest swich realizează mai lent transferul decît unul de subnivel MAC, dar nu încarcă inutil rețeaua. El lucrează pe același principiu cu "punțile" de rețea (bridge), folosite pentru interconectarea mai multor rețele locale.

momentul de decizie în swich-ul de subnivel LLC

momentul de decizie în switch-ul de subnivel MAC

Fig. 3.10. Momentele la care se ia decizia de comutare

Pentru creșterea vitezei de funcționare a switch – ului de nivel 2, s-a propus o soluție de compromis (Error – free cut – through switch) un switch care în mod normal lucrează rapid, pe subnivelul MAC și numai dacă pe o anumită cale se sesizează apariția unor erori, atunci portul de ieșire respectiv este reconfîgurat să funcționeze pe subnivelul LLC pe un interval limitat de timp. Acest switch nu ia decizii de comutare înainte de a recepționa primii 64 de octeți.

Switch – ui de nivel 2 asigură conexiuni transparente față de nivelele O SI superioare, întrucît lucrează numai pe baza adreselor MAC și nu depinde de protocolul de rețea folosit. Viteza de comutare a pachetelor de switch de nivel 2 este mare.

Interconectarea unor segmente de rețea cu viteze diferite (ex. lOMbps și lOOMbps) poate crea la nivelul switch – ului erori de depășire a capacității de memorie (buffer overflow), urmate de pierderea unor cadre de date.

Producătorii de echipamente au propus diferite soluții pentru această problemă.

Prima ar fi utilizarea unor memorii suplimentare dar determină creșterea costului echipamentului.

A doua soluție aplică procedeul de "alarmă falsă" ca o reacție negativă și nodul- sursă primește mesajul fals de apariție a unei coliziuni fiind forțat (backpressure) să oprească transmisia pe o durată aleatoare. Astfel se permite descărcarea memoriei pînă la transmisia de noi date dinspre nodul de mare viteză.

Un switch de nivel 2 poate fi utilizat în diferite rețele (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, ATM) cu diverse medii fizice de transmisie. Numărul porturilor din switch și cel al adreselor MAC admise pe fiecare port pot varia de la un echipament la altul. Unele port-uri pot lucra în regim duplex cu condiția ca și placa de rețea (NIC) a echipamentului conectat la acel port să admită transmisia duplex a datelor. Supravegherea funcționării unui switch este mai complicată decît a unui hub, întrucît

trebuie urmărite mai multe legături punct-la-punct. Există trei variante pentru realizarea managementului unui switch:

pe principiul simplu al "oglinzii" (port mirroring} se copie informația
dintr – un port al switch – ului într – un analizor de LAN, numai un singur port poate fi monitorizat la un anumit moment;

pe principiul "oglinzilor multiple" (rovingport mirroring) se crează un sistem de monitorizare la distanță (RMON – Remote Monitoring), în mod aleator, la intervale regulate de timp, a unor grupuri de porturi din switch, dar tot numai cîte unul la un anumit moment;

3. prin sistemul RMON simultan (Simultaneous RMON View) permite supravegherea simultană a traficului din mai multe porturi folosind un procesor (CPU – Central Processing Unit) separat doar pentru management și memorii suplimentare pentru a nu reduce performanțele switch – ului. RAMON MIB este cea mai utilizată metodă pentru managementul switch – ului. Apar probleme în ce privește utilizarea simultană a RMON MIB și SNMP.

Există switch – uri de nivel 2 care admit utilizarea algoritmului de deducere a "drumului minim" într – un graf (Spanning Tree Algorithm), în baza standardului IEEE 802.1 d, asemenea ruterelor.

Switch – urile de nivel 3 (L3 switch) combină avantajul vitezei mari de comutație a switch – ului de nivel 2 cu cele ale ruterelor (controlul traficului, deducerea rutei optime etc). Un switch de nivel 3 depinde de protocoalele de rețea utilizate.

Un astfel de switch realizează automat procesul de 'învățare" a adreselor (learning) și construcție a tabelelor de comutare și rutare. Legăturile între diferite subretele se realizează direct la nivelul de rețea. Nu se mai folosesc procesoarele RISC (Reducea Instruction Set Computing), ci cele ASIC. Funcțiile de rutare se realizează în baza anumitor protocoale de rețea, de exemplu, RIP (Routing Information Protocol), RIP II, OSPF (Open Shortest Parth First), DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol). Aceste switch – uri lucrează ca rutere rapide realizînd rularea la nivelul porturilor.

Switch – urile de nivel 4 (L4 switch) iau decizii de rutare evaluînd informațiile de pe nivelul OSI 4 de transport, cum ar fi numerele proturilor (23 -port Telnet, 80 – port WWW etc), date de protocoalele de transport, de exemplu TCP (Transport Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol) etc.

3.2.8 Repetoare

Repetoarele sunt echipamente ce amplifică semnalele pentru a mări distanța fizică pe care poate acționa un LAN. Limitările care apar la repetoare datorită faptului că extind anumite segmente ale LAN-ului sunt:

Amplifică și zgomotul odată cu semnalul util

Extensia rețelei este dictată și de factori fizici

Rețeaua extinsă cu repetoare rămâne aceeași la nivel logic, deci mărirea numărului de utilizatori mărește riscul apariției congestiilor pe canalul fizic comun.

3.2.9 Punți (bridges)

Conectează două sau mai multe LAN-uri la nivelul MAC. Punțile oferă un mijloc de a extinde fizic mediul LAN și de a oferi performanțe mărite. Fiecare rețea poate avea propriul MAC, așa cum sunt Ethernet sau token-ring. Prin urmare, o punte poate conecta LAN-uri distincte prin retransmiterea de cadre între subnivele MAC diferite. O punte MAC este transparentă protocoalelor existente mai sus de subnivelul MAC(incluzând și LLC-ul).

Datorită faptului că rețelele devin topologic și logic tot mai complexe, datorită atașării de noi departamente și adăugării de noi server-e ce partajează toate același backbone, punțile oferă posibilitatea de a diviza rețeaua în segmente logice mai mici pentru a o face mai ușor de administrat.

Fig. 3.11. Strategii tipice de utilizare a punțiilor a) puntare tip backbone b) puntare multiport

Punțile "transparente" (ce nu cer utilizatorului să specifice calea către destinație) utilizate în Ethernet, trebuie să mențină o tabelă de adresare. Punțile "sursă" utilizate în LAN-uri de tip token-ring, cer ca stațiile ce transmit să asigure.

In ultimii ani s-au adăugat tot mai multe facilități punților (tabelă de adresare mai mare, debit de informație mărit, echilibrarea încărcării, diversitate mare de interfețe, etc), astfel încât diferențele între punți , router-e și hub-uri încep să se piardă. Integrarea de funcții de punte, router și hub este realizată prin încărcarea software-ului specific platformelor hardware disponibile sau prin adăugarea unui model de punte sau router unui hub de cablaje.

3.2.10. Router-e

Router-ele sunt echipamente de dirijare a traficului de date și realizează conexiuni de nivel superior față de punți. Router-ele asigură controlul fluxului pentru pachetele de date recepționate din LAN, prin aceasta crescând siguranța conexiunii, permițând și utilizarea unei varietăți de subretele de interconectare. Diferite pachete pot, în principiu, să fie dirijate prin rețele diferite (ex: pentru securitate sau din motive de cost)

3.2.11. Gateway-uri

Gateway-urile sunt utilizate pentru interconectarea LAN-urilor ce utilizează protocoale complet diferite la toate nivelele de comunicație. Translația completă a unităților de date recepționate, dintr-un protocol în altul complet diferit, afectează viteza de transmisie. ¥n general se utilizează pentru interconectarea LAN-urilor aflate la distanță și a WAN-urilor.

3.2.12. Server-e

Un server este un microcomputer atașat LAN-ului, ce asigură funcții specifice așa cum sunt stocarea pe disc de fișiere, imprimare sau servicii de comunicație cu alte entități din LAN. Server-ele de fișiere au nevoie de cele mai multe ori de hard-disk-uri de foarte mare capacitate. După destinația lor, server-ele pot fi :

Superserver-e, care sunt server-e ce încorporează multiple procesoare și sunt echipate cu multiple porturi pentru atașarea de periferice. Sunt utilizate în mod tipic ca server-e de bază de date, precum și ca server-e de aplicații. Superserver-ele se referă în special la calculatoare care nu sunt proiectate pentru a fi un PC pentru un utilizator, ci având o mare viteză de procesare,suportă multiprocesarea și are spațiu pe disc de zeci de Gbytes.

Server-e de comunicație, asigură o varietate de funcții de comunicație, dar funcția de bază rămâne cea de interfață cu rețeaua.

Nivele model OSI LAN

Fig. 3.12.