Arhitecturi Lan
CAPITOLUL l
NOIUNI GENERALE REFERITOARE LA REELE DE CALCULATOARE1.1
INTRODUCEREUtilitatea calculatoarelor este de necontestat n toate
domeniile de activitate. Interconectarea calculatoarelor in reea
permite comunicarea dintre utilizatori i accesul tuturor la
resursele logice (software) si fizice (hardware) ale reelei prin
partajare (sharing).Daca vom conecta calculatoarele dintr-o ncpere
, cldire sau campus astfel inct distanele dintre procesoare sa fie
de ordinul a l km se obine o reea local (LAN = Local Area Network
)Interconectarea calculatoarelor (reelelor locale) dintr-un ora cu
distana dintre procesoare de ordinul a zeci de km conduce la
formarea unei reele MN (Metropolitan Area Network).Termenul de
internet semnifica o reea simpl de calculatoare , iar Internet
desemneaz cea mai larga colecie de calculatoare din lume , care
include toate reelele naionale si regionale de pe glob.Un
utilizator conectat la Internet poate accesam orice pagin web a
unei persoane, firme , instituii sau baze de date publice sau
private.www = World Wide Web semnific un sistem informaional
distribuit care lucreaz pe principiul client - server.Adresa unei
surse de informaie se specific intr-un format standard URL =Uniform
Resource Location.Domeniul unei locaii (site) este stabilit prin
DNS = Domain Name System care asociaz denumirea site-uluicu cu o
adres numeric .In cazul suitei de protocoale TCP/IP = Transfer
Control Protocol / Internet" Protocol , adresa alocat este o adres
de 32 bii specificat sub forma a 4 octei in format zecimal cu
puncte , ex: 192.235.20.17.Se aloc adrese IP tuturor echipamentelor
din reea terminale sau de comunicaii DTE si DCE, pe baza adresei
fizice a acesteia aa numita adres MAC = Media Acces Protocol ,
exprimat pe 6 octei in format hexazecimal, alocat de productor, ex:
1F-09-56-AE-OC-DA . Adresa MAC este stocat in memoria
echipamentului de comunicaie i de obicei este inscris pe carcasa
acestuia ( este unic).Comunicaia intre dou calculatoare se
realizeaz prin intermediul echipamentelor de comunicaie ( interfaa,
hub, switch, bridge, gateway, router, frewall, modem ) i a mediului
fizic de transmisie ( cablu metalic torsadat sau coaxial, fibr
optica sau eter ).Transmisiile prin unde radio sunt denumite
transmisii " fr fir " (wirless).Intr-o reea pot fi interconectate
echipamente produse de diverse firme , realiznd sisteme deshise (
OS = Open System ) care funcioneaz pe baza modelului OSI = Open
System Interconnections , cu suita de protocoale standardizat de
ISO = International Standard Organization.Prin protocol inelegem o
suit de reguli si formate impuse pentru transferul datelor intr-o
reea.Transmisia datelor pe distana scurt se poate face in format
binar ca reprezentare de baz , pe distane mari este necesar
modularea datelor i transmisia sub form de semnal analogic.
Un hub multiplexeaza semnalele pentru mai multe terminale de
date care dispun de vitez mai mic de transmisie.Router-ele sunt
echipamente care controleaz traficul internaional intr-o reea
extern i stabilete caile de transmisie a pachetelor intre oricare
dou noduri ale reelei.Reeaua poate fi reprezentat cu ajutorul
grafurilor , nodurile fiind echipamentele terminale de comunicaii
iar sgeile , legturile dintre acestea.Securitatea transmisiei si
asigurarea fluenei traficului in reea reprezint doua probleme
rezolvate de echipamentele de comunicaii prin operaii de filtrare
(filtering ) cu includerea sau excluderea utilizatorilor ,
autentificare pe baza unor parole , compresie si criptare
etc.Fluena traficului este asigurat prin evitarea congestiilor pe
baza unor protocoale specifice.Accesul la informaie poate fi
limitat soft sau hard prin folosirea unor cartele de acces in
anumite echipamente de comunicaii.1.1.1 Modele de reea stratificat
ISO/OSIProiectarea , implementarea i administrarea reelelor de
calculatoare se realizeaz mai simplu prin separarea funciilor
specifice pe 7 nivele , dat de modelul OSI.Nivelul logic de dat
include ( LLC i MAC ) iar mediul fizic de transmisie nu este
impus.Datele circula intre A i B de la nivelul aplicaie A n jos
spre nivelul fizic prin legtur fizic spre nivelul fizic al
terminalului B.Se realizeaz o comunicaie real ntre nivelele fizice
ale echipamentelelor i o comunicaie virtual ntre 2 nivele
superioare echivalente.ISO stabilete protocoalele de comunicaie
pentru toate nivelele modelului OSI. Unitatea de date este denumit
diferit pe nivelele modelului OSI. Termenul de pachet este
consacrat pentru nivelul 3 (de reea).Dac cele 2 terminale A i B nu
sunt n aceeai reea local, protocolalele de nivele 1.2 i 3 se aplic
prin intermediul unui echipament de comunicaie. Nivelul fizic este
implementat sub forma unui conector cu caracteristici electrice i
mecanice particulare .ntre nivelele l i 2 exista interfa
fizic.Nivelul 2 , n general se implementeaz fizic , dar poate fi
imlementat i prin soft.Nivelele superioare se implementeaz numai in
varianta logic sub form de procese logice , cu algoritmi specifici
, in cadrul sistemului de operare sau separai dar activai 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 plcii de reea i nu calculatorului.ntre nivelele
superioare a celor dou nivele exist interferene logice.Fiecare
nivel lucreaz pe principiul I - P - O (Input - Process - Output) ,
cunoscnd formatul secvenei de intrare , realizeaz procesarea
acesteia . n formatul acceptat la ieire.Fiecare nivel asigur
funciile necesare urmtorului nivel in mod transparent.ntre nivelele
aplicaie comunicaia se face fr erori , dei pe legtura fizic apar
erori de transmisie detectabile i corectabile la nivelul 2.Datele
sunt mpachetate pe fiecare nivel cu informaii specifice (adres surs
, adres destinaie tip de protocol , cmpul de control al erorilor ,
secven de sincronizare).Algoritmii de pe nivelul aplicaie genereaz
un mesaj n formatul acceptat de terminalul surs real. Acesta este
vzut ca un terminal virtual definit in baza standardului folosit in
reea. Nivelul de prezentare este responsabil de respectarea
sintezei specifice standardului utilizat i de codificarea datelor
(compresie/criptare). Nivelul de sesiune furnizeaz o serie de
servicii ntre dou procese pereche : transfer de fiiere;
legturi la distan in sisteme cu acces multiplu;
coduri pentru sincronizare , etc.
O sesiune ncepe doar dac legtura ntre nodurile surs i destinaie
este stabilita , deci e orientat pe conexiune.Nivelul de transport
asigur transferul datelor de la surs la destinaie , controlul
traficului , multiplexare/demultiplexarea fluxurilor , dac
dimensiunea mesajului depete lungimea maxim admis atunci acesta
este fragmentat in pachete transmise independent. La recepie
nivelul de transport rspunde de refacerea corect a mesajului prin
ordonarea pachetelor indiferent de calea i ordinea sosirii lor la
destinaie.Nivelul de reea rspunde de stocarea i retransmiterea
pachetelor ( n LAN-uri ) i de routarea lor n reelele de arie larg
WAN (alegerea cii optime de transmisie ntre doua noduri ). La
nivelul legturii de date se realizeaz corecia erorilor ,
ncapsularea pachetelor. La nivel fizic circul bii de date fr s se
cunoasc natura sursei lor. La nivel de reea se face eventuala
conversie a formatului dintr-un protocol n altul.Proiectarea i
alegerea unui tip de reea trebuie fcut avnd n vedere cerinele
clientului ( modelul top-down ).Uneori procesele tehnologice nu
determin performane spectaculoase la nivelul aplicaiei.
Fig. 1.1.1.1.2 Arhitectura reelelor TCP/IP
Specificarea protocoalelor TCP/TP se face prin intermediul unor
documente numite RFC (Request For Comments), care n final devin
standarde. Ele sunt obinute uor prin Internet de ctre orice
proiectant de reele.
Arhitectura TCP/IP a fost adoptat de reeaua Internet, care cu
peste 20 milioane calculatoare conectate, este de departe cea mai
mare reea de calculatoare de pe glob.
Stiva de protocoale ce alctuiesc arhitectura TCP/IP este
ilustrat de figura ... Este ilustrat i o posibil paralel cu stiva
arhitecturii ISO OSI. De specificat este faptul c arhitectura
TCP/IP este foarte flexibil prin posibilitatea folosirii de
protocoale alternative, n scopul obinerii unui optim pentru o
aplicaie dat. Astfel se poate vorbi de o aplicaie de acces la
distan Telnet peste TCP/IP/Ethernet sau o aplicaie de management
SNMP/UDP/IP/Token Ring TELNET
FTP ,SMTP
SNMP ,NFS
TCP ,UDP
IP+ICMP
Protocoale adrese i dirijare
Subreea
Ethernet ,802.3,802.4,
FDDI, ATM
Aplicaie
Prezentare
Sesiune
Transport
Reea
Legtur de date
Fizic
Nivelul subreeaArhitectura TCP/TP nu specific expres protocoale
pentru nivelele l i 2, denumind generic nivel subreea (subnetwork).
Ea utilizeaz ns protocoalele disponibile i conforme standardelor.
Astfel pentru reelele locale se recunosc Ethernet/IEEE802.3, Token
Ring, FDDI, iar pentru reelele geografice se recunosc protocoale
precum HDLC, PPP, SLIP, Frame Relay, SMDS, ATM.Protocolul
IPProtocolul IP (Internet Protocol) este protocolul care st la baza
arhitecturii TCP/IP, iar in zilele noastre orice calculator
conectat la Internet 'nelege' IP. Protocolul este specificat n RFC
791 i standardele militare DOD JVQL-STD 1777. Este un protocol
considerat de nivel reea, de o complexitate sczut, orientat pe
datagrame, avnd ca principale sarcini doar adresarea
calculatoarelor i fragmentarea pachetelor; prevede n acelai timp
tehnici detectarea (dar nu i corectarea) erorilor, precum i pentru
dirijarea pachetelor, naintarea lor ctre urmtoarea destinaie, fr a
oferi ns garanii pentru corectitudine.Sintetic, principalele
atribute IP ar fi:-protocol orientat pe datagrame-asigur (dac este
necesar) fragmentarea pachetelor; necesitatea fragmentrii la
nivelul IP este dat de faptul c un pachet IP 'en route' ntre surs i
destinaie poate traversa diferite tipuri de reele, prezentnd
diferite valori maxime ale dimensiunii de pachet folosete adresarea
bazat pe adrese Internet de 32 de bii
prevede limitarea lungimii pachetelor gestionate le 65.535
octei
suma de control se aplic doar antetului, nu i cmpurilor de
date
prevede n cadrul pachetului IP cmpuri opionale
pachetele au o durat de via n reea limitat
-ncearc o dirijare a pachetelor, fr a oferi garania unui succes
sau a unei optimalitti.Formatul antetului pachetului IP este
ilustrat de figura , cmpurile avnd urmtoarea
semnificaie:Version
nHLengt
h Service Type Total Length
Identification Flags Fragment Offset
Time To Live Transp. Protocol Header Checksum
Source IP Address
Destination IP Address
Options Padding
Version numberCmp de 4 bii ce conine numrul de versiune al
protocolului IP care a generat pachetul, versiunea curent folosit
fiind 4.Header LengthCmpul HLEN specific lungimea (exprimat n
cuvinte de 32 de bii) a antetului IP, lungimea fiind variabil
datorit cmpurilor adiionale de tip Options. Cea mai mic lungime a
antetului este de 5 cuvinte, de aceea majoritatea pachetelor IP
uzuale au ca prim valoare hexa n pachet, valoarea 45H.Type of
ServiceCmpul specific modul n care un protocol de nivel superior
dorete ca pachetul IP curent s fie tratat; este posibil asignarea
unor nivele de prioritate prin intermediul acestui cmp. Uzual ns,
cmpul conine valoarea O, indicnd o procesare normal a pachetului;
mai mult implementrile sub UNIX nici nu analizeaz acest cmp.Packet
LengthIndic lungimea total (antet i date) a pachetului IP. Lungimea
se exprim n octei, cmpul avnd doar 16 biti implic ca valoare maxim
a lungimii pachetului, valoarea de 65.535bytes.IdentificationCmpul
conine un numr intern asociat pachetului, generat de ctre hostul
emitor. Aceast valoare este folosit la reasamblarea fragmentelor
componente ale pachetului fragmentat.FlagsCmpul conine doi
indicatori:-indicatorul DF (Don't Fragment) specific dac un pachet
poate fi fragmentat sau nu-indicatorul MF (More Fragments) specific
dac dup pachetul (subpachetul) curent mai urmeaz sau nu i alte
fragmente.Fragment OffsetCmpul conine offsetul (poziia)
fragmentului curent, relativ la nceputul ntregului mesaj
fragmentat.Time to LiveCmpul constituie un contor care se
decrementeaz n timp, specificndu-se astfel o durat maxim de existen
a pachetului n reea. Se previne astfel aglomerarea reelei prin
existena pachetelor care au intrat n bucl infinit. Contorul este
decrementat de fiecare host care proceseaz pachetul, astfel c
valoarea iniial setat poate fi considerat i ca numr maxim de
hosturi care pot fi vizitate de pachetul curent.Transport
protocolCmpul identific protocolul de nivel superior (nivelul
transport), care a solicitat serviciu nivelului IP, deci protocolul
transport pentru care se proceseaz pachetul IP curent. Exist o list
oficial a acestor protocoale transport, cu peste 50 de elemente;
dintre ele, pentru necesitile acestor crti, sunt suficiente
cunoaterea valorilor 6 pentru TCP, valoarea 17 pentru UDP, valoarea
l pentru ICMP, valoarea 29 pentru protocolul ISO TP4.Header
ChecksumCmpul conine suma de control numai pentru antetul
pachetului; din motive de eficien protocolul IP nu calculeaz sum de
control pentru ntregul pachet, iar algoritmul pentru calculul sumei
de control pentru antet este mai simplu dect CRC-ul folosit la
nivelele inferioare, i anume este calculul complementului fa de l a
sumei de 16 bii obinute prin nsumarea tuturor cmpurilor de 16 biti
testate.1.2 CONCEPTUL, MOTIVAIA I NECESITATEA REELELOR DE
TRANSMITERE A DATELORNecesitatea unei reele de comunicaii de date a
aprut n acele medii n care diveri utilizatori aveau nevoie de acces
la mijloace eficiente de calcul, stocare i transmisie a datelor.
Soluia iniial a constituit-o alocarea unui unic calculator central
de mare capacitate (mainframe), care s rezolve toate cerinele
trimise lui de numeroii utilizatori rspndii pe arii din ce n ce mai
mari. Cu timpul , a aprut ns tendina de a trece de la acest tip de
sisteme centralizate de calcul/conducere, la procesarea distribuit,
care propunea soluia instalrii de calculatoare la fiecare
utilizator i asigurarea unor legturi de comunicaie eficient ntre
ele. Aceast schimbare de concepie pentru sistemele informaionale
are mai multe motivaii:Existena unui numr destul de mare de
calculatoare aflate n dotarea diverilor utilizatori care lucrau n
regim izolat i necesitatea vehiculrii de informaii ntre utilizatori
distribuii pe spaii mai mult sau mai puin ntinse .Realizarea unor
avantaje tehnice precum: accesul la toate resursele sistemului
(echipamente, programe, date) a fiecrui utilizator.
creterea gradului de fiabilitate al sistemelor de
calcul/conducere (prin defectarea unui nod de reea, utilizatorii
pot face apel temporar, la resursele din celelalte puncte ale
reelei)
posibilitatea creterii gradate a performanelor sistemului de
calcul/conducere prin adugarea de noi calculatoare.
Obinerea unor avantaje economice: implementarea diverselor
aplicaii de calcul/conducere de proces cu investiii minime
scderea cheltuielilor aferente transmisiilor de informaii.
Crearea unor puternice medii de comunicaie inter-umane, ca baz
pentru schimbul de informaii i cooperarea n diverse domenii:
cercetare tiinific, instruire, educaie.O reea de calculatoare
reprezint o mulime de calculatoare autonome, interconectate, ntre
care exist conexiuni. O conexiune reprezint o cale - fizic sau
virtual (numit i logic) capabil s suporte o comunicaie ntre doi
interlocutori.Prin autonomia unui calculator trebuie s nelegem
raportul de nesubordonare fat de un alt calculator (adic nu poate
fi pornit, oprit sau condus de un altul).n general, teoria reelelor
se refer la mprirea resurselor , iar scopul principal este de a
face toate programele, echipamentele i n special datele disponibile
pentru oricine din reea.Dei nu exist o taxonomic general acceptat n
care pot fi ncadrate toate reelele de calculatoare , dou criterii
sunt foarte importante : tehnologia de transmisie i scara la care
opereaz reeaua: Tehnologia de transmisie : n general exist 2 tipuri
de tehnologii de transmisie :Reelele cu difuzare : au un singur
canal de comunicaii care este partajat de toate mainile din reea.
Sistemele cu difuzare permit adresarea unui terminal din reea sau
chiar trimiterea concomitent a informaiei spre toate
destinaiile.Reelele punct-la-punct : dispun de numeroase conexiuni
ntre maini individuale care fac posibile trasee multiple, de
diferite lungimi.(de aceea algoritmii de dirijare sunt foarte
importani n reelele punct-la-punct). Ca o regul general (dei exist
i numeroase excepii) reelele mai mici din punct de vedere geografic
tind s utilizeze difuzarea, n timp ce reelele mari sunt de obicei
punct-la-punct.Scara la care opereaz reeaua: distana este un
criteriu de clasificare important pentru c , la scri diferite sunt
folosite tehnici diferite: Reele locale (LAN-Local Area Network)
sunt reele private, localizate ntr-o singur cldire sau campus de
cel mult civa km. Ele sunt frecvent utilizate pentru a conecta
calculatoare personale i staii de lucru din diferite organizaii n
scopul de a partaja resurse i de a schimba informaii. LAN-urile se
disting de alte tipuri de reele prin trei caracteristici: mrime :
LAN-urile au dimensiuni restrnse ceea ce nseamn c timpul de
transmisie n cazul cel mai defavorabil este limitat i cunoscut
dinainte. >tehnologie de transmisie: LAN-urile utilizeaz
frecvent o tehnologie de transmisie care const dintr-un singur
cablu la care sunt ataate toate terminalele. >topologie: exist
trei topologii LAN majore: stea, inel i magistral, n alte variante
de configuraii sunt posibile, dac privim LAN-ul din punct de vedere
fizic: inel n form de stea, magistral n form de stea. Vom analiza
mai pe larg att aceste topologii, ct i altele n continuare.Reele
metropolitane (MAN) sunt, n linii mari, o versiune extins de LAN i
utilizeaz tehnologii similare cu cele ale reelelor locale. Un MN se
poate ntinde pe zona ocupat de suprafaa unui ntreg ora i poate fi
att privat ct i public. Motivul principal pentru care MAN-urile
figureaz ca o categorie special const n adoptarea unui standard
specific: DQDB ( Distributed Queue Dual Bus) magistral dual cu coad
distribuit.
Reele larg rspndite geografic (WAN) acoper o arie geografic
ntins, deseori o ar sau un continent ntreg. In majoritatea
WAN-urilor, subreeaua este format din dou componente distincte:
liniile de transmisie i elementele de comutare. Liniile de
transmisie (numite i circuite, canale sau trunchiuri), transport
biii ntre maini, n mod tipic, reelele larg rspndite geografic au
topologii neregulate.Implementarea fizic a unei reele locale impune
instalarea pe fiecare calculator a unei plci de reea (NIC-Network
Interfaa Crd), intern sau extern, cu programul aferent (driver),
montarea cablurilor de legtur cu anumii conectori, realizarea
conexiunilor cu unitatea care centralizeaz traficul, desemnat prin
diferii termeni (MAU, CU, hub, LAN switch, concentrator, repetor
etc. ) i instalarea pe server a sistemului de operare al reelei
(NOS-Network Operating System), n figura 2.1, este exemplificat
foarte simplu modul de realizare a unui LAN cu un calculator de tip
server si un hub. Reeaua se poate extinde prin utilizarea tuturor
porturilor din hub.Rolul plcii de reea este acela de a asigura
calculatorului accesul la serviciile oferite de reea. O plac de
reea lucreaz pe subnivelul MAC, deci tipul ei depinde de
arhitectura reelei. Alegerea unei plci de reea se face in funcie 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 necesar o
anumit interfa i anumii conectori de legtur.
Fig.2.1. Interconectarea echipamentelor ntr-o reea local
Cei mai utilizai conectori sunt urmtorii: 1.Conectori RJ45
(Registered Jack Connector), modular cu 8 pini, cu transmisie
serial asincron, pentru reele lOBaseT;
2.Conector BNC (Bayonet Nut Connector) pentru conexiuni 10Base2
i ISDN;
3. Conector DB-k sau D-k(modular cu k=9; 15; 25; 37; 50; 68
pini, in forma literei D) pentru interfaa Ethernet conectat fie la
cablu torsadat, fie la cablu coaxial gros;
4.Conector universal AMPLIMITE 50 cu 50 de ci pentru diferite
interfee.
5.Conector ST, SC sau SMA pentru cablu dual de fibr optic
(lOBaseF);
6. Conector "Vampir" pentru reele 10Base5.
7. Conectori RJ11 telefonic cu 4 ci pentru transmisii telefonice
i RJ12 cu 6 ci pentru transmisii vocale n reea ISDN.
Conectorii pentru cablurile care conecteaz echipamente identice
sunt realizai in varianta inversoare, cu ncruciarea firelor
(cross-connection) astfel nct s se lege ieirea datelor (TxD-Data
Transmission) dintr-un echipament cu intrarea de date (RxT-Data
Receiving) de la cellalt capt. In documentaiile tehnice ale
echipamentelor sunt specificate modurile de realizare a
conectorilor pentru DTE i DCE, cu numerotarea i semnificaiile
pinilor i modul de conectare a conductoarelor din cablu pe baza
codului culorilor.n general, conexiunile ntre conectori diferii
sunt realizate pe baza unor diagrame care precizeaz pinii
corespondeni.De asemenea , orice conector poate fi asociat cu un
anumit tip de magistrala (bus) de date. Denumirea unor conectori
precizeaz i tipul bus-ului de date (de exemplu: D50 SCSI-2).Prin
standardul SCSI (Small Computer System Interface) se specific un
bus de 8 bii i tact de 5 MHz, respectiv cu viteza de 5 MBps.SCSI-2
sau Fast SCSI-2 reprezint o variant de standard pentru bus de 8 bii
si 10 MHz frecventa de clock, cu 10 MBps vitez de transmisie a
datelor.Wide SCSI-2 ewste un standard mbuntit pentru bus de 16 bii,
5 MHz si 10 MBps.Fast/Wide SCSI-2 definete un bus de 16 bii, 10 MHz
si 40 MBps.Ultra SCSI-2 standardizeaz un bus de 32 de bii, 10 MHz
si 40 MBps. Se utilizeaz un canal secundar de transfer.Alte
standarde folosite pentru magistralele de date sunt urmtoarele:ISA
(Industry Standard Architecture): 16 bii, 8 MBps.EISA
(ExtendedISA): 32 bii, 33 MBps.MCA (Micro Channel Architecture): 32
bii, 20 MBps.PCI (Peripheral Component Interconnect) v2.0: 64 bii,
264 MBps.AGP (Advanced Graphics Crd) de 2x si 4x mai rapid ca PCI
(pentru aplicaii grafice).PCMCIA (Personal Computer Memory Crd
International Association) sau simplu PC Crd v3.0: 32 bii, 20 + 33
MHz, max. 132 MBps.Sunt necesare adaptoare pentru interconectarea
bus-urilor realizate n standarde incompatibile (de exemplu adaptor
PCI/SCSI).Interfaa AUI (Attachment Unit Interface) cu conector DB -
15 poate fi utilizat pentru conectarea unui echipament fie la un
cablu Ethernet, fie la un sistem cu transmisie radio (wireless),
prin intermediul unui transceiver (transmitor / receptor
transmitter / reciver), avnd capacitatea de a detecta coliziunile.
Un transceiver este utilizat pentru conectarea unui anumit
echipament dintr-o reea local (calculator, ruler .a.) la mediul de
transmisie (cablu UTP, coaxial, optic etc.) prin intermediul unor
interfee AUI sau MII (Media Independent Interface) (Fig 2.2).Un
transceiver este un dispozitiv multiport care conine etaje de
amplificare i convertoare de semnal (de exemplu, semnalul electric
poate fi convertit n und luminoas i invers folosind diode LASER i
fotodiode).
Fig. 2.2 Interconectarea hub-urilor cu transceivere pentru fibr
optic
Lungimea unui segment de cablu este limitat din cauza
fenomenelor specifice de atenuare i defazare a semnalelor pe linie
de transmisie. Pentru conexiuni la distane mai mari dect cea maxim
admis, se utilizeaz mai multe segmente de cablu interconectate prin
intermediul repetoarelor care refac forma rectangular a impulsului
de formare a datelor eliminnd astfel zgomotele i distorsiunile de
transmisie, dup care amplific semnalul pn la nivel de referin.
Exist limitri privind numrul maxim de repetoare care pot fi
intercalate ntre dou noduri de reea.Un repetor este un diport care
interconecteaz 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 ntre dou medii fizice de transmisie,
ntruct suplimentar, n repetor sunt regenerate cadrele de date (ex.
Ethernet) n baza unor secvene de sincronizare i sunt procesate
informaiile privind posibilele coliziuni din reea.Convertorul de
mediu face trecerea de la un tip de mediu la altul, prin conversia
semnalului dintr-un format n altul.Exist convertoare pentru
interconectarea de diferite reele, cum ar fi: reea Ethernet de
cablu UTP cu una cu cablu coaxial;
reea Ethernet pe cablu torsadat cu una cu transmisie pe fibr
optic;
reea de fibr optic multimod (MMF - Muli Mode Fiber) cu una pe
fibr optic unimod (SMF - Single Mode Fiber); reea de 10 Mbps cu un
cablu de 100 Mbps;Porturile de intrare - ieire i conectorii afereni
sunt de tipuri diferite, n funcie de mediul fizic de transmisie la
care se leag fiecare.1.3 MODELE DE REFERIN PENTRU ARHITECTURA
REELELOR DE CALCULATOARE 1.3.1 Nivele, protocoale, interfeePentru a
reduce din complexitatea proiectrii, majoritatea reelelor sunt
organizate sub forma unei serii de straturi sau nivele, fiecare
dintre ele construit peste cel de dedesubt. Numrul de nivele,
precum i numele, coninutul i funcia fiecrui nivel variaz de la reea
la reea, dar la toate se poate spune c scopul fiecrui nivel este s
ofere anumite servicii nivelelor superioare.In principal, un
protocol reprezint o nelegere ntre prile care comunic, asupra
modului de realizare a comunicrii, fr de care nelegerea ntre
entitile comunicante nu este posibil, ntre dou nivele adiacente
exist o interfa, care definete ce operaii i ce servicii ofer
nivelul de jos ctre nivelul de sus.
Fig.2.1. Nivele, protocoale, interfee
Entitile care conin nivele corespunztoare de pe maini diferite
se numesc egale (entitile egale sunt cele care comunic folosind
protocolul), n realitate, nici un fel de date nu sunt transferate
direct de pe nivelul k al unei maini pe nivelul k al altei maini .
Fiecare nivel transfer datele i informaiile de control nivelului
imediat inferior, iar legtura fizic propriu-zis se face sub nivelul
l.O mulime de nivele i protocoale este numit arhitectur de reea.
Specificaia unei arhitecturi trebuie s conin destule informaii
pentru a permite unui proiectant s scrie programele sau s
construiasc echipamentele necesare fiecrui nivel, astfel nct
nivelele s ndeplineasc corect protocoalele corespunztoare. Spre
exemplificare, n cadrul acestui capitol se vor analiza dou modele
de referin ale reelelor de date, precum i avantajele i
dezavantajele fiecruia dintre ele.1.3.2 Interferene de
comunicaiePrin interfa este desemnat un modul, fizic (hardware) sau
logic (software), prin intermediul cruia se realizeaz comunicaia
dintre echipamente i medii fizice sau dou procese logice.Interfaa
este cea care controleaz comunicaia i asigur transmisia datelor n
formatul standard adoptat. Datele intr sau ies dintr-un echipament
numai prin intermediul unei interfee, n funcie de nivelele OSI pe
care lucreaz interfaa, aceasta se implementeaz fizic sau
logic.Interconectarea unui echipament cu mediul fizic de transmisie
se face prin intermediul unei interfee fizice, de nivel OSI l
(psihical interface / LI interface), denumit i port fizic.Un
echipament de comunicaie (hub, switch, bridge, router) are mai
multe porturi de intrare - ieire, deci mai multe interfee fizice
care nu sunt neaprat toate de acelai tip.n funcie de modul de
comunicaie adoptat (sincron / asincron, echilibrat / neechilibrat)
se pot utiliza diferite tipuri de interfee fizice definite prin
standardele: RS - 232 (V.24), X.21, V35, G.703 etc.RS - 232
standardizat de EIA (Electronics Industy Associatiori), specific
toate caracteristicile electrice pentru transmisii seriale de date,
sincrone i asincrone, de mic vitez.CCITT a propus standardul
echivalent V.24.Se utilizeaz conectori modulari n forma literei D
(DB9, DB15, D25, DB37, D50).X21 este un standard propus de CCITT
pentru interfee fizice utilizate n transmisii sincrone de date de
mare vitez (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 vitez (2 Mbps). Utilizeaz conectori DB25 cu 25 de pini.Viteza
de transmisie a datelor printr - o interfa RS - 232 este de ordinul
zecilor de kbps (m a x. 38400 bps), n timp ce X.21 i V.35 admit
viteze de ordinul Mbps.Astfel, conexiunile de mare vitez, pe
porturile prin care un LAN se conecteaz la WAN se folosesc interfee
n standard X.21 sau V.35.G.703 este recomandarea CCITT care
definete caracteristicile fizice i electrice ale unei interfee cu
viteze de transmisie de 2048 kbps. Este utilizat n sistemele PRI
ISDN (Primary Rate Access to an Integrated Standard Digital
Network) pentru transmisii simultane voce - date dar nu
numai.Interfaa dintre nivelul fizic i cel al legturii de date este
o interfa de nivel 2 (Layer 2 interface / L2 interface). Denumirea
acesteia este dictat de tipul reelei sau de protocolul de
comunicaie folosit: ETH (Ethernet), IP (Internet Protocol), PPP
(Point to Point protocol), FR (Frame Relay) etc. Implementarea
acestora se poate face att n variant hardware (ex. eth) ct i
software (ex. ip, ppp, fr).Standardele care definesc interfaa de
nivel 2 specific formatul cadrului de date i impun constrngeri
privind lungimea maxim de cadru care poate fi transmis.Notarea
interfeelor se face n diverse moduri. De exemplu, interfaa pentru
un port asincron este denumit simplu port iar pentru unul sincron
se noteaz abreviat syn. La denumirea abreviat se adaug , de regul,
un indice care face distincia ntre mai multe interfee identice
definite pe acelai echipament (ex. ethO, ethl,pppO, ppp4,
fr5).Noiunea de port este utilizat fie pentru a desemna conectorul
fizic de legtur dintre un echipament i reea, fie ca noiune abstract
prin care se specific demultiplexarea cilor n cazul transmisiilor
pe canale cu acces multiplu.De exemplu, dac transmit datele n
sistem TDM (Time Division Muliplexing) atunci prin acelai port
Ethernet, respectiv interfa eth, pot fi conectai la LAN mai muli
utilizatori prin interfee (porturi) logice de tip ppp, configurate
logic.ntre nivelele superioare ale modelului OSI sunt definite
diferite intefee logice.Pentru transmisii ISDN n WAM se folosesc
interfeele fizice:-bri (BRI - Basic Rate Interface) cu dou canale B
ISDN de date(64 kbps) i unul D (16 kbps) pentru managementul i
controlul legturii;-pri (PRI - Primary Rate Interface) cu 30 canale
B de date (64 kbps) i unul D extins (16 kbps).ncapsularea datelor
cu un anumit antet (header), n care se specific tipul de protocol
utilizat, se poate face n mai multe moduri chiar i pentru o singur
interfa. De exemplu, o interfa ETH poate fi ncapsulat cu sau fr
secvena SAP dictat de SNAP (SubNetwork access Protocol).Este foarte
important s se cunoasc modul de ncapsulare a datelor la nivelul
interfeelor pentru a putea remedia anumite probleme care apar n
reea dar i pentru a stabili dac echipamentele produse de diverse
firme sunt compatibile i pot fi interconectate.n transmisiile
asincrone cu legturi punct- la - punct nu se ncapsuleaz datele.
Apar doar biii de START i STOP necesari delimitrii intervalului de
transmisie.1.3.3 Categorii de servicii. PrimitiveNivelele ierarhice
ale unei reele pot oferi nivelelor de deasupra lor dou tipuri de
servicii: orientate pe conexiuni i fr conexiuni.Servicii orientate
pe conexiuni : sunt servicii ale cror utilizatori trebuie s
stabileasc mai nti conexiunea, urmnd ca dup aceea s poat utiliza
serviciul A dorit, n cadrul respectivei conexiuni. In final,
utilizatorul trebuie s elibereze conexiunea. Mesajele trimise cu
ajutorul unui astfel de serviciu ajung la destinatar n aceeai
ordine n care au fost emise de surs. Printre serviciile din aceast
categorie, distingem: servicii fiabile: nu accept pierderi de
mesaje, de aceea, implementarea lor se face cu mesaje de
confirmare, fapt care cauzeaz ntrzieri n transmisie, servicii
nefiabile: se refer la faptul c unele aplicaii nu accept ntrzierile
introduse de confirmri (aa cum este de ex: traficul de voce
digitizat), i de aceea se accept unele distorsiuni n recepia
mesajelor pentru a se putea efectua transmisia n timp real.Servicii
fr conexiuni: n cadrul crora fiecare mesaj poart o adres complet a
destinatarului i este transportat pe un traseu independent fa de
traseele mesajelor anterioare emise de aceeai surs, ctre acelai
destinatar, n cadrul acestei categorii de servicii distingem:
servicii de tip datagram nefabil, a cror caracteristic este
transmiterea unui mesaj cu o mare probabilitate de a ajunge la
destinaie, dar fr confirmarea acestui fapt (cazul potei
electronice)
servicii de tip datagram fiabile (confirmate) cu dou variante:
datagram cu confirmare (expeditorul mesajului solicit i o
confirmare de primire) i serviciul cerere-rspuns ( emitorul
transmite o singur datagram care conine o cerere, iar replica
primit de la receptor conine rspunsul).
Serviciile pe care un nivel le poate oferi celui superior sunt
specificate prin operaii (primitive) ce reprezint instruciuni
elementare de interaciune ntre dou nivele adiacente, prin care i se
solicit serviciului s execute o aciune sau s "raporteze" despre o
aciune a entitii pereche. Dup natura aciunii cerute serviciului,
primitivele se mpart n 4 clase: cerere: fcut de nivelul k +1
(utilizatorul serviciului) ctre nivelul k (furnizorul serviciului)
ca acesta din urm s execute o aciune.
indicaie: trimis de nivelul k al entitii adresate ctre nivelul k
+1 al ei, prin care se semnaleaz de efectuarea unei aciuni. rspuns:
venit de la entitatea aflat la nivelul k +1 prin care aceasta
comunic dac accept sau refuz aciunea propus.>confirmare : fcut
de furnizorul serviciului ctre utilizator, asupra situaiei
serviciului cerut1.3.4 Modele arhitecturale de protocoaleIn
decursul anilor, s-au cristalizat 2 mari arhitecturi de protocoale:
arhitectura pe nivele, care este cel mai bine reprezentat de
modelul OSI, i arhitectura de tip ierarhic reprezentat de modelul
TCP/IP.1.3.4.1.Modelul de referin OSIAcest model se bazeaz pe o
propunere dezvoltat de ctre Organizaia Internaional de
Standardizare (International Standards Organisation - ISO), ca un
prim pas ctre standardizarea internaional a protocoalelor folosite
pe diferite nivele. Modelul se numete ISO OSI (Open System
Interconnection) pentru c el se ocup de conectarea sistemelor
deschise comunicrii cu alte sisteme.Modelul OSI cuprinde apte
nivele. Fiecare nivel realizeaz un subset de funcii de comunicaie,
necesare comunicaiei cu alt sistem.Nivelul fizic: se ocup cu
interfaa fizic ntre dispozitive i regulile prin care biii sunt
transmii printr-un canal de comunicaie. Caracteristicile acestui
nivel sunt de ordin mecanic, electric, funcionale i procedurale.
Problemele tipice pentru acest nivel se refer la ci voli trebuie
utilizai pentru a reprezenta o valoare logic l i ci pentru un O,
dac transmisia poate avea loc simultan n ambele sensuri, modul cum
este ntrerupt conexiunea iniial cnd au terminat de comunicat ambele
pri.Nivelul legtur de date: Dac nivelul fizic nu face dect s
accepte i s transmit un flux de bii , nivelul legtur de date ncearc
s fac legtura fizic sigur i ofer mijloacele de a activa, menine, i
dezactiva legtura. Principalul serviciu oferit de nivelul de date
nivelelor superioare este acela de detecie i control al erorilor.
Nivelul legturii de date realizeaz aceast sarcin oblignd emitorul s
descompun datele de intrare n cadre de date, s transmit cadrele
secvenial i s prelucreze cadrele de confirmare trimise napoi la
receptor. Reelele cu difuzare determin n nivelul legturii de date o
problem suplimentar: cum s fie controlat accesul la canalul
partajat. De aceea, pentru acest nivel, conform arhitecturii
propuse pentru LAN de proiectul IEEE 802, nivelul legturii de date
este divizat n dou subnivele: subnivelul de control al accesului la
mediu (MAC) i subnivelul de control al legturii logice
(LLC).Nivelul reea : Serviciul de baz al nivelului reea este acela
de a oferi un transfer transparent de date ntre entitile de
transport. Nivelul reea se ocup cu controlul funcionrii subretelei.
O problem cheie n proiectare este determinarea modului n care
pachetele sunt dirijate de la surs la destinaie. Traseele pot fi
stabilite la nceputul fiecrei comunicri pentru fiecare pachet, n
concordan cu traficul curent din reea. Controlul congestiilor n
subreea, datorit existenei prea multor pachete de date simultan pe
traseele de comunicaie, revine de asemenea nivelului reea.n reelele
cu difuzare, problema dirijrii se pune mai simplu, deoarece staiile
pot fi interconectate direct. In acest caz , nu este practic nevoie
de un nivel de reea, deoarece nivelul de date poate realiza
funciile necesare de administrare a legturii.Nivelul transport:
Nivelele de la 4 n sus ale modelului OSI sunt n general referite ca
nivele superioare. Scopul nivelului 4 este de a asigura un mecanism
sigur pentru schimbul de date ntre procesele din diferite sisteme.
Protocoalele acestor sisteme sunt de tip cap-la-cap i nu se ocup cu
detaliile facilitilor de comunicare de dedesubt . Cu alte cuvinte,
un program de pe maina surs poart o conversaie cu un program
similar de pe maina destinaie, folosind n acest scop antetele
mesajelor i mesaje de control. La nivelele inferioare, protocoalele
au loc ntre fiecare main i vecinii si imediai, i nu direct ntre
mainile surs i destinaie, care pot fi separate de numeroase
routere. Nivelul de transport se asigur c unitile de date sunt
livrate fr erori, n secven, fr pierderi sau duplicri, n fapt,
nivelul transport servete ca legtur ntre utilizator i facilitile de
comunicaie.Nivelul sesiune: ofer mecanismul de control al
dialogului ntre aplicaii. Sesiunile pot permite s se realizeze
trafic de date n ambele sensuri simultan, sau numai ntr-un sens o
dat (n acest din urm caz nivelul sesiune poate ine evidenta
emitorilor crora le vine rndul s transmit). Un serviciu sesiune
nrudit este gestionarea jetonului, n unele protocoale este esenial
ca cele dou pri s nu ncerce s realizeze aceeai operaie n acelai
timp, de aceea acest nivel dispune de jetoane care pot circula ntre
maini. Numai partea care deine jetonul are voie s realizeze
operaia. Un alt serviciu sesiune este recuperarea, ce ofer un
mecanism de verificare, astfel nct dac apare un defect oarecare
ntre punctele de verificare, entitatea sesiune poate retransmite
toate datele de la ultimul punct de verificare.Nivelul prezentare:
se ocup cu sintaxa i semantica datelor vehiculate ntre entitile
aplicaie. Un exemplu tipic poate fi reprezentat de codificarea
datelor ntr-un mod standard. Scopul este de a rezolva diferenele
din formatul i reprezentarea datelor. Exemple de protocoale de
prezentare sunt criptarea i protocolul de terminal virtual (face
conversia ntre caracteristicile de terminal specifice i un model
virtual sau generic utilizat de programele de aplicaie).Nivelul
aplicaie: ofer mijloace pentru ca procesele de aplicaie s acceseze
mediul OSI. Acest nivel conine o varietate de protocoale frecvent
utilizate, pentru a nltura problema incompatibilitii dintre
numeroasele terminale existente. O modalitate de rezolvare este
definirea unui terminal virtual de reea abstract i a unui program
care s pun n coresponden funciile terminalului virtual de reea cu
cele ale terminalului real. Un alt rol al nivelului aplicaie este
transferul fiierelor. Transferul de fiiere ntre dou sisteme de
fiiere diferite presupune rezolvarea unor incompatibiliti.
Fig. ...... Modelul OSI
1.3.4.2. ModeIul de referin TCP/IPArhitectura de tip ierarhic
este al doilea mare tip de arhitectur ntlnit n reelele de
calculatoare existente. Aceast arhitectur este o dezvoltare a
ARPANET-ului, o reea de cercetare sponsorizat de ctre DoD
(Department of Defense) al SUA.Caracterul ierarhic al acestui model
arhitectural fa de modelul pe nivele al OSI este reliefat de faptul
c nu ntotdeauna este de dorit ca protocoalele din cadrul unui
anumit nivel s realizeze anumite funcii specifice. In cadrul
modelului OSI, entitile k trebuie s schimbe date utiliznd servicii
asigurate de entitile k-1 ceea ce n arhitectura modelului TCP/IP nu
este o tehnic restrictiv: o entitate poate utiliza n mod direct
serviciile unei entiti inferioare ierarhic, chiar dac nu este la
nivelul adiacent.Importana modelului TCP/IP deriv i din
aplicabilitatea sa. Dei la apariia modelului OSI s-a crezut c
acesta se va impune peste tot, acest lucru nu s-a produs att
datorit momentului prost ales pentru implementarea lui
(protocoalele concurente TCP/IP erau deja larg folosite n
universiti) , ct i datorit tehnologiilor greoaie i ineficiente. Un
alt avantaj al modelului iniial promovat de DoD, este acela c att
timp ct funcionau maina surs i maina destinaie, conexiunile s rmn
intacte, chiar dac o parte din maini sau din liniile de transmisie
erau brusc scoase din funciune. Aceast arhitectur flexibil, care
urmrete sigurana realizrii legturilor este foarte important pentru
reelele ataate organismului militar.Modelul TCP/IP este structurat
pe patru nivele:Nivelul gazd-la-reea. conine acele protocoale ce
asigur accesul la o reea de comunicaie (la un nod de reea). Alte
servicii ce pot fi oferite sunt controlul fluxului i al erorilor
ntre gazde, precum i diferite nivele de calitate de servicii cum
sunt prioritatea i securitatea.Nivelul internet: const din
procedurile cerute pentru a permite datelor s traverseze multiple
reele n drumul dintre dou gazde. Gazdele emit pachete n reea, iar
acestea circul n mod independent pn la destinaie (fiind posibil ca
destinatarul s se gseasc pe alt reea). Nivelul internet definete
oficial un format de pachet i un protocol numit IP (Internet
Protocol). Funciile specifice se refer la dirijarea pachetelor i
evitarea congestiei.Nivelul transport: Permite conversaii ntre
entitile pereche din gazdele surse i respectiv destinaie, n acest
sens au fost definite dou protocoale capt-la-capt:Primul, TCP
(Transmission Control Protocol- protocolul de control al
transmisiei), protocol sigur, orientat pe conexiuni, permite ca un
flux de octei trimii de pe o main s ajung fr erori pe orice alt
main din inter-reea. Acest protocol fragmenteaz fluxul de octei n
mesaje discrete i paseaz fiecare mesaj nivelului internet. De
asemenea, TCP trateaz controlul fluxului pentru a se asigura c un
emitor rapid nu inund un receptor lent cu mai multe mesaje dect
poate acesta s prelucreze.Al doilea protocol la acest nivel UDP
(User Datagram Protocol - protocolul datagramelor utilizator) este
un protocol nesigur, fr conexiuni, folosit n special pentru
interogri ntrebare-rspuns i pentru aplicaii n care comunicarea
prompt este msi important dect comunicarea cu acuratee
(transmisiile n timp real de imagini & voce).Nivelul aplicaie:
conine toate protocoalele de nivel mai nalt dect cel de transport,
(n modelul TCP/IP lipsesc nivelele sesiune i prezentare). Primele
protocoale de acest gen includeau terminalul virtual TELNET,
transferul de fiiere (FTP) i pota electronic. Protocolul de
terminal virtual permite unui utilizator de pe o main s se
conecteze i s lucreze pe o main aflat la distan, cel de transfer de
fiiere permite mutarea eficient de date de pe o main pe alta. Pe
parcursul anilor la aceste protocoale s-au adugat altele, cum ar
fi: serviciul numelor de domenii (DNS), HTTP pentru aducerea
paginilor de pe Web, etc.Modelul OSI (mai puin nivelele sesiune i
prezentare) s-au dovedit foarte utile pentru a discuta reelele de
calculatoare, dar protocoalele OSI nu au devenit populare din punct
de vedere practic. Pentru TCP/IP este adevrat afirmaia invers:
modelul este mai puin explicit pentru anumite nivele, dar
protocoalele acestuia sunt n schimb larg utilizate.Particulariti
LAN n cadrul modelelor arhitecturale de referinPentru reelele
locale de calculatoare (LAN), comitetul pentru reele locale al IEEE
a elaborat un set de standarde specifice implementrii acestei
categorii de reele. Acest set de standarde, cunoscut sub denumirea
de "proiectul IEEE 802 ", privete doar primele dou nivele
(inferioare) ale modelului de referin OSI, precum i interfaa cu cel
de-al treilea nivel. Funciile aferente nivelelor superioare sunt
lsate, n cadrul LAN, la latitudinea celor care implementeaz
reeaua.Aceast limitare a prescripiilor LAN doar la primele nivele
se explic prin aceea c acest tip de reea este privit doar ca un
mijloc de comunicare (numit subreea de transport de date), a crui
funcie principal const n asigurarea transmiterii i recepionrii
corecte de semnale informaionale n vederea interconectrii simple,
elastice i fiabile a unor echipamente eterogene i asigurrii
accesului rapid al utilizatorilor la resursele i serviciile
reelei.Pentru a beneficia plenar de posibilitile de comunicaie
oferite de LAN, a fost necesar ca s fie implementate o serie de
funcii specifice.Aceste funcii, innd de nivelele superioare ale
arhitecturii unei reele, sunt furnizate de sistemul de operare al
reelei (NOS- Network Operating System). Figura de mai jos prezint
comparaia ntre standardul pe nivele OSI i modul n care este
implementat arhitectura pe nivele a unui LAN de ctre NOS i NIC
(Network Interface Card -modul de interfa cu reeaua).
1.4 SUITA DE PROTOCOALE TCP / IPFamilia de protocoale n baza
creia se realizeaz comunicaia n reelele eterogene de calculatoare
conectate la Internet este denumit suita de protocoale Internet
sau, mai simplu, TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet
Protocol}.TCP i IP sunt doar dou protocoale din acesast suit de
protocoale.Modelul stratificat de protocoale TCP/IP este diferit de
modelul OSI (Open System Interconnection), dar se pot face
echivalri ntre acestea (fig. 3.1.).Modelul suitei de protocoale
TCP/IP are mai puine nivele care corespund modelului OSI pn la
nivelul de transport, mpreun cu modelul NFS (Network File System)
acoper funciile tuturor nivelelor OSI.Cele dou familii de
protocoale (TCP/IP i NFS) alctuiesc aa-numitul context de operare a
reelelor deschise (ONC- Open Network Computing).Modelul NFS
Modelul OSISistemul de fiiere de reea echivalene Aplicaie
Modelul TCP/IP
Reprezentarea externa a datelor Prezentare
Proceduri de apel la distant Sesiune Aplicaie
Transport echivaleneTransport
Reea Internet
Legtur de date Leggtur de date Acces la reea
Nivel fizic Nivel fizic
Fig,,,,,,,,,,, TCP/IP i echivalena dintre modelele de reea
(OSI,NFS,TCP/IP)Suita de protocoale TCP/IP include mai multe
protocoale, pe diferite nivele ale modelului (Fig. 3.2.):Modelul
TCP/IP Suita de protocoale TCP/IP
Aplicaie DNSSNMP
FTP
SMTPRLogin HTTP Telnet TFTP BOOTP DHCP
Transport TCP UDP
Internet ICMP IP
ARPRARP
Acces la reea Standarde pentru interfaa de reea
Fig. Stiva de protocoale TCP/TP
IP- Internet Protocol este protocolul corespunztor nivelului de
reea (Internet) care stabilete modul de adresare ierarhizat
folosind adrese IP de 4 octei pentru localizarea sistematic a
destinaiei, ntr-o anumit reea sau subreea (RFC 791) .ARP - Address
resolution Protocol - pe baza adresei IP a unui echipament, comunic
la cerere adresa fizic (MAC) de 6 octei a acestuia (RFC 826).
Tabelele ARP sunt stocate n memoria RAM a echipamentului
(calculator, ruter, etc). ARP se utilizeaz numai ntr-un LAN.Se pot
face echivalri sugestive ntre numele unei persoane i adresa MAC a
echipamentului, respectiv ntre adresa potal i adresa IP, care
permit localizarea destinaiei unui mesaj.RARP - Reverse Address
Resolution Protocol - furnizeaz la cerere adresa IP de 4 octei
asociat cu adresa MAC dat, pe baza unor tabele (RFC 903).ICMP -
Internet Control Massage Protocol - transport mesaje de control i
de eroare referitoare sistemului de a transmite pachete de date la
destinaie fr 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 recepiei corecte a
mesajelor, retransmisia pachetelor i ordonarea corect a
fragmentelor unei datagrame. Mesajul de pe nivelul aplicaie este
ncapsulat cu antetul TCP de 24 octei i generat ca segment TCP.
Acesta devine cmpul de date IP. n antetul TCP sunt specificate
numerele porturilor logice asociate aplicaiilor surs i destinaie.
Numerotarea protocoalelor se realizeaz global, n mod unic, pe
ntregul Internet i este descris n RFC 1700 (Tabel 3.
,,,,,,,,L).Tabel . Numerotarea porturilor logice de
aplicaieAplicaie TCP/IPNumrul portului alocat
Echo Protocol 7
Active Users 11
Daytime Protocol 13
FTP 21
Telnet 23
SMTP 25
Time of Day Protocol 37
NICNAME Protocol 43
Dns 53
BOOTP server 67
BOOTP client 68
TFTP 69
FINGER 70
HTTP 80
Network Time Protocol (NTP) 123
SNMP 161
Aplicaiilor publice li se aloc numere de port mai mici dect 255.
Numerele mai mari ca 256 i mai mici dect 1023 sunt alocate
aplicaiilor dezvoltate de anumite companii. Valorile mai mari ca
1024 nu sunt alocate n mod fix.UDP - User Datagram Protocol - este
protocol de transport fr conexiune, asemenea sistemului potal
clasic, ceea ce l face mai puin sigur dect TCP i mai puin
pretenios. Sunt folosite porturile de aplicaie pentru a realiza
comunicaii simultane cu mai multe programe de aplicaii. Mesajul dat
de nivelul aplicaie formeaz mpreun cu antetul UDP de 8 octei o
datagram UDP.SMTP - Simple Mail Transfer Protocol - permite
deferitelor calculatoare care folosesc TCP/IP s comunice prin pota
electronic (e-mail / electronic mail). Acest protocol stabilete
conexiunea punct-la punct ntre clientul SMTP, asigur tranferul
mesajului prin TCP, ntiineaz utilizatorul despre noul mesaj primit
dup care se desface legtura.RLogin - Remote Login - permite accesul
de la distan a unui utilizator ntr-o reea n care acesta are
drepturi de accesare (login). Comenzile de la distan pot fi
executate doar dup operaii stricte de autentificare i securizare a
comunicaiei. In multe sisteme bazate pe TCP/IP aceste aplicaii sunt
dezactivate.FTP File Transfer Protocol reprezint un mecanism de
transfer al fiierelor ntre calculatoare, mai precis un limbaj comun
care permite comunicarea ntre orice sisteme de operare (DOS, UNIX,
etc.) folosind programe FTP pentru client i server. FTP folosete
TCP pentru transferul sigur al datelor.TFTP - Trivial File
Transport Protocol - mai puin sofisticat dect FTP, acesta este
folosit pentru transferul unor mesaje scurte prin UDP. Se impun
tehnici de corecie a erorilor ntruct UDP nu genereaz confirmarea de
recepie corect a mesajelor (ACK)TELNET- Terminal Connection permite
conectarea unui utilizator de la distan la anumite aclculatoare
gazd, rulnd programul telnetd al serverului. Se utilizeaz algoritmi
de negociere cu terminalul respectiv, pentru a-i cunoate
caracteristicile. Acesta este vzut ca un terminal virtual cu care
se poate comunica de la distan, indiferent de caracteristicile lui
fizice.BOOTP -- BOOTstrap Protocol (RFC 951) - este apelat de un
utilizator pentru a-i afla adresa IP. Acest protocol folosete UDP
pentru transportul mesajelor. Un calculator care folosete BOOTP,
expediaz un mesaj n reea prin broadcast (pe o adres IP meu toi biii
1). Serverul de BOOTP retransmite mesajul n toat reeaua (broadcast)
iar destinaia i recunoate adresa MAC i preia mesajul. Acest
protocol nu poate lucra ntr-un sistem de a dinamic a adreselor IP,
dar spre deosebire de RARP, acesta furnizeaz sursei att adresa IP,
ct i adresele IP ale serverului i router-ului (default gateway)
folosit de LAN.DHCP Dynamic Host Configuration Protocol este
succesorul lui BOOTP. Acesta permite utilizarea unui numr limitat
de adrese IP de ctre mai muli utilizatori. Clientul solicit
serverului DHCP o adres IP. Acesta i aloc o adres dintr-un domeniu
de adrese cunoscut, eventual i furnizeaz i masca de reea. Alocarea
este rapid i dinamic. Dei router-ele nu suport transmisiile
broadcast solicitate de ARP i RARP, ele permit aceste transmisii n
cazul BOOTP i DHCP ceea ce faciliteaz comunicaiile dintre diverse
LAN-uri.HTTP- HyperText Transfer Protocol -- este folosit de
utilizatori web i serverele WWW pentru transferul unor fiiere de
tip text sau grafic, n format special (hypertext), folosind limbaje
de scriere precum HTML (HyperText Markup Language) i interfeele
grafice pentru acces (GUI - Graphic Unit Interface).SNMP Simple
Network Management Protocol este folosit pentru supravegherea
funcionrii reelelor bazate pe TCP/IP (controlul statistic al
traficului, performanelor, modului de configurare i securizare)
utiliznd bazele de informaii de management (MIB), structurate pe
baza unor reguli definite de SMI (Structure of Management
Information) conform RFC 1155. Versiunea SNMP2 prevede
posibilitatea aplicrii unor strategii centralizate sau distribuite
de management de reea.DNS - Domain Name System - reprezint sistemul
de alocare a adreselor numerice celor de tip alfanumeric, folosind
diagrame-arbore, MIB-uri i servere de nume, fiecare cu un anumit
domeniu n care este autorizat s ruleze algoritmii de cutare
(authority zone).1.4.1 Protocolul InternetProtocolul INTERNET (IP
-- Internet Protocol) este protocolul utilizat de TCP/IP pe nivelul
Internet, echivalent nivelului OSI de reea.Acesta a fost creat
pentru a asigura o adresare ierarhic sistematic 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 i
fragmentarea respectiv reasamblarea mesajelor de mari
dimensiuni.Adresele MAC nu sunt ierarhizate i localizarea
destinaiei ntr-o reea de arie larg este posibil numai pe baza
adreselor IP de 4 octei, care specific reeaua / subreeaua n care se
gsete un anumit calculator.Protocolul Internet nu este orientat pe
conexiunea dintre surs i destinaie dar permite identificarea corect
i n mod unic a oricrui echipament din reea. Realizarea transferului
datelor la destinaie devine sarcina nivelului de transport i a
protocoalelor aferente acestuia (TCP i UDP - User Datagram
Protocol).ncapsularea datelor n formatul IP se face n pachete de
minimum 576 octei i cel mult 64 kB. n funcie de arhitectura de reea
adoptat (Ethernet, Token-Bus, Token-Ring, etc ) pachetele IP
trebuie fragmentate n mai multe cadre cu lungimea maxim admis n
reeaua respectiv.Formatul pachetului IP este prezentat n fig. 3.3.
Datele sunt precedate de un antet (header) de 20 sau 24 octei n
care sunt incluse urmtoarele cmpuri:Versiu H ToS T FI F TT Prot C S
D Opiuni DATE
Versiune L 1B L 2 C L ocol S A A i IP
4b 4b 2 B 2 1B 1B 2 4 4 O-uri
B B B B B 4 B
Header IP (20 B sau 24 B)Pachet IP (min. 576 B....max. 64
kB)Fig. 3.3. Formatul pachetului IPVersiunea IP - este important
pentru evitarea incompatibilitii sistemelor.HL- Header Lenght -
precizeaz lungimea antetului n cuvinte de 32 de bii n funcie de
includerea unor opiuni.ToS - Type of service - poate preciza opt
nivele de preceden sau diferite condiii (ntrziere minim, cost
minim, debit maxim, siguran maxim, etc). Majoritatea ruterelor nu
citesc acest cmp. De exemplu, o aplicaie Telnet solicit ntrzieri
minime, pentru FTP se impune debit maxim iar Usenet urmrete costuri
minime.TL - Total Lenght - specific lungimea total a pachetului n
octei.FI Fragment Identification reprezint un identificator (ID) al
fragmentului de pachet util pentru reordonarea corect a
fragmentelor la destinaie.FC Fragment Control conine un indicator
(flag) de 3 bii care precizeaz dac datagrama nu este fragmentat sau
acesta este ultimul fragment al ei. Ceilali 13 bii indic poziia
relativ a fragmentuuli n pachetul IP.TTL - Time To Live - este un
paprametru care elimin riscul de propagare la infinit a unui pachet
n reea cnd destinaia nu este gsit. Poate fi iniializai cu valoarea
maxim 255 dar se prefer valorile 32 sau 16 pentru a evita
suprancrcarea reelei. La fiecare router, valoarea din cmp este
decrementat. Cnd se ajunge la zero, pachetul este distrus.Protocol
este un cmp care indic protocolul de nivel superior folosit pentru
formatarea datelor din cmpul de date IP. Cteva valori tipice sunt:1
ICMP
2 IGMP (Internet Group Management Protocol)6 TCP
8 EGP (Exterior Gateway Protocol)17 UDP
89 OSPF (Open Shortest Path First)CS - Checksum - este un cmp de
control a erorilor de transmisie la nivelul header-ului.SA - Source
Address - adresa IP a sursei.DA - Destination Address - adresa IP a
destinaiei.Opiuni i 'O'-uri reprezint un cmp opional pentru
diagnosticare(de exemplu, folosind PING -- Pachet InterNetwork
Groper), securizare sau setarea rutelor. Acesta este completat
eventual cu zerouri astfel c lungimea header-ului crete cu 4 octei
atunci cnd se introduc diverse opiuni.n general, lungimea antetului
IP este specificat n cuvinte de 32 de bii (5 sau 5 cuvinte).Exist
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 i DECnet al firmei Digital Equipment
Corporation. Lungimea adreselor numerice depinde de protocolul de
reea folosit.1.4.2 Adresarea la nivel IPAdresarea la nivelul
protocolului IP este parte integrant a adresrii ctre partenerul de
comunicaie, fie el un program de aplicaie de exemplu, n cadrul
reelelor TCP/IP, ntreaga adresare necesit patru nivele: adresarea
la nivelul subnetwork
adresarea Internet
adresa protocolului transport
- numrul portului unde se manifest aplicaia.Dou din aceste
adrese, adresa IP i adresa protocolului transport sunt cmpuri ale
pachetului IP. Adresa IP are o lungime de 32 de biti i se exprim n
valorile zecimale ale fiecrui octet, valorilr fiind desprite prin
punctul zecimal. Adreselor IP li se asociaz, din motive de
comoditate, unul sau mai multe nume, definite local n fiierul
"hosts". Exemplu:224.2.10.5 delta256.1.3.22 statial
mycomputerBit071523 310Network IDHost ID
Adrese IP clasa A10Network IDHost ID
Adrese IP clasa B110Network IDHost ID
Adrese IP clasa C1110Host Group
Adrese IP clasa DFigura de mai sus prezint clasele uzuale de
adrese IP. Trei dintre aceste clase prezint cele dou cmpuri
importante ale unei adrese IP i anume: identificatorul de reea
(Network ID), definind reeaua n care este situat calculatorul
curent identificatorul calculatorului (Host ID), identific un
calculator n cadrul reelei.Adresele IP sunt gestionate de autoriti
abilitate (NIC - Network Information Center), care atribuie
adresele n aa fel ca fiecare calculator conectat la Internet s aib
o adres IP unic.Adresele IP sunt mprite n cinci clase, care au
evoluat n timp din motive de dezvoltare a metareelelor: Clasa A,
identificat de valoarea O a primului bit, a fost conceput
presupunndu-sec n lume vor exista puine reele, dar de dimensiuni
foarte mari (s-a doveditcontrariul, fiind necesare alte structuri
de adrese). Este recunoscut prin faptul c primul cmp de adres este
cuprins ntre valorile zecimale O i 127 Clasa B a fost conceput
presupunnd un numr mediu de reelele medii. Primul cmp de adres are
valori ntre 128 i 191 Clasa C a fost conceput pentru un numr mare
de reele compuse fiecare dintr-un numr redus de staii (reelele
locale). Structura adresei IP clas C permite existena a peste dou
milioane de reele cu 256 de adreses fiecare. Primul cmp zecimal al
adresei este cuprins ntre 192 i 223 Clasa D cuprinde adresele de
multicast, fiind distribuite grupurilor de utilizatori. Are primul
cmp zecimal ntre 224 i 239- Clasa E este rezervat pentru cercetri i
dezvoltri urmtoare, avnd primul cmp zecimal ntre 240 i 255.Pentru a
se facilita dirijarea n reele mari, cmpul 'Host ID' pentru adrese
din clasele de adrese A, B i C, poate fi divizat n dou pri:
subreeaua (subnet) i hostul propriu-zis. Apar astfel trei cmpuri de
identificatori: Network ID, Subnetwork ID i Host ID, cum prezint i
figura... pentru o adres de clas B.Relaia ntre lungimea cmpurilor
Subnetwork ID i Host ID este stabilit de administrator, ntr-un mod
flexibil, prin definirea unei mti de reea (network mask, sau
netmask), alctuit din biti l pentru cmpurile Network ID i
Subnetwork ID, i biti O pentru cmpul Host ID. Este important a ti
dac dou adrese aparin aceleai subretele, deoarece primul nivel de
dirijare se bazeaz pe corespondena fcut de sistemele TCP/IP ntre
reelele fizice i subreelele IP, i anume se consider biunivoc relaia
dintre ele. Implementri mai noi ale TCP/IP pentru reele LAN, permit
ca unei reele LAN fizice s-i corespund mai multe subretele IP, dar
invers relaia se menine.Conceptul de subreea implic analiza
dirijrii pachetelor IP ntre subretele (inter subnets) i n
interiorul unei subretele (intra subnet). n interiorul subreelei
dirijarea este asigurat de algoritmul propriu folosit de reeaua
fizic cu acea adres de subreea. Singura problem apare la maparea
adreselor IP ctre adrese de nivel 2 (adrese MAC), pentru aceasta
fiind definite protocoalele ARP i RARP, descrise n paragraful
urmtor, ntre subretele adresarea este gestionat de echipamente de
interconectare de tip router IP, (echipament numit n modelul ISO OS
I poart - gateway). Un aspect important al adresrii IP este faptul
c un echipament de tip punte - bridge, opernd la nivelul
arhitectural 2, este transparent pentru protocolul IP, reelele
conectate prin bridge fiind identificate prin aceeai adres de
subreea IP; echipamentele de tip router, sunt vizibile IP, ele
conectnd LAN-uri cu adrese de subnet diferite. Un router va fi
identificat prin dou adrese IP, corespunztor adreselor de subnet
ale celor dou LAN-uri. Routerele IP desfoar dirijarea pachetelor IP
pe baza unor tabele de dirijare, elaborate de administratorul de
reea sau determinate conform unor algoritmi descrii n paragraful
urmtor.13 Time Stamp Request
14 Time Stamp Reply
15 Information Request
16 Information Reply
17 Address Mask Request
18 Address Mask Reply
Pachetele ICMP care raporteaz anomalii n dirijarea pachetelor IP
sunt: Destination Unreacheable, Time Exceeded for a Datagram i
Parameter Problem on a Datagram.Pachetele care verific
accesibilitatea fizic a unui nod din reea sunt Echo Request i Echo
Reply.Pachetele pereche de tip cerere-rspuns Time Stamp sau
Information sunt destinate testrii strii reelei.Pachetul Redirect
indic o condiie de stimulare a unei dirijri mai eficiente, spre
exemplu cnd un router determin c un host emitor poate transmite
pachetele ctre destinaie ntr-un mod mai eficient, prin intermediul
unui alt router, i nu prin intermediul su.Pachetul Source quench
este eliberat de un router ctre un host emitor, pentru a-1 anuna c
nu poate procesa pachetele IP transmise la viteza actual, hostul
fiind nevoit s reduc viteza cic tnmsmiorc.Pachetele de tip Address
Mask Request i Address Mask Reply au fost introduse pentru
determinarea mtii folosite de acea subreea.O adres IP este exprimat
pe 4 octei n format zecimal n puncte. Aceasta conine informaii
privind reeaua (N-network), eventual siibreeaua (S-Subnetwork) n
care este inclus echipamentul-gazd i indicativul plcii de reea a
acestuia (H-Host). Identificatorul (ID) de reea precede
identificatorul plcii de reea. Adresa IP astfel format este alocat
n mod unic n Internet de InterNIC (Internet Network Information
Center).Schema de adresare IP este structurat pe cinci clase de
adrese, difereniate n funcie de lungimea cmpului alocat reelei dar
i prin prefixul binar utilizat (Tabel 3.2) stabilit pe baza unui
cod-prefix.Adresele cu toi biii identici sunt rezervate (T - pentru
broadcast; ('0' - pentru multicast i nu se aloc reelelor sau
gazdelor.Tabel. Clase de adrese IPClasa de adrese Lungimea adresei
reelei (B) Prefix binar fix Domeniul de valori al primului octet
Lungimea ID -ha dereea (b) Id-lui gazdei (b) Numrul de
calculatoare-gazd adresabile Numr de reele adresabile
A100-12772416777214126
B210128-19114166553416382
C3110192-2232182542 097150 ji
D(multicast)1110224-239----
E(rezerv)11110240-247----
n aceeai reea se folosete un singur ID de reea dar Id-uri de
gazd diferite. Se spune c adresele de clas a, B sau C sunt de tip
unicast deoarece identific n mod unic gazda. Simbolic, adresele IP
pot fi scrise astfel:1. adrese de clas A: ONNN NNNN. HHHH HHHH.
HHHH HHHH. HHHH HHHH2. adrese de clas B: 10NN NNNN. NNNN NNNN. HHHH
HHHH. HHHH HHHH3. adrese de clas C: l10N NNNN. NNNN NNNN. NNNN
NNNN. HHHH HHHH De exemplu, o reea cu 4 calculatoare poate avea
adresele IP: 192.110.12.,1; 192.110.12.2;
192.110.12.4.Administrarea n mod unic a ntregului spaiu de adrese
din Internet este practic imposibil, fiind vorba de peste 4
miliarde de adrese. De aceea s-a procedat la divizarea acestuia n
reele mai mici, cu numr 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 fix a gazdelor), numai pentru
utilizatorii activi la un moment dat din reea. Adresarea n
interiorul LAN-lui poate fi fcut cu adrese locale (fictive) alocate
de administratorul de reea i nu prin DNS, adrese care nu au legtur
cu adresele IP reale date de DNS reelei respective.Observaii1.
Adrese IP se aloc i interfeelor fizice din echipamentele
decomunicaie (de exemplu, unui router i se pot aloca mai multe
adrese IP pentru diferitele interfee de comunicaie).
2. Pentru aplicaii care necesit adresarea multicast se utilizeaz
adrese de clas D, n baza protocolului IGMP. Exist adrese de grupuri
prestabilite (well-knowri) de ctre I ANA (Internet AssignedNumbers
Authority)subordonat societii ISOC (Internet SOCiety) care
coordoneaz funcionarea ntregului Internet. Exemple de adrese
multicast permanente:224.0.0. l multicast ctre toate sistemele
dintr-un LAN. 224.0.0.2 multicast ctre toate routerele dintr-un
LAN. 224.0.0.5 multicast ctre toate routerele OSPF intr-un LAN.
224.0.0.9 multicast ctre toate routerele RIP-2 intr-un LAN. 224.0.
l. l multicast pentru protocolul NTP (Network Time Protocol)3.Exist
routere interne ntr-un LAN pentru interconectarea subreelelor
existente. Exist i routete prin care un LAN este interconectat
ntr-un WAN.224.0.1.1 multicast pentru protocolul NTP (Network Time
Protocol)4.In multe cazuri chiar i 254 de adrese reprezint un numr
prea mare pentru o reea de calculatoare local. Se impune atunci
partajarea unei clase de adrese (A, B, C) n mai multe subclase n
funcie de dimensiunile subreelelor (subnetwork). Identificarea
subreelei se face n cmpul identificatorului gazdei, prin biii cei
mai semnificativi.De exemplu, pentru o subclas de adrese de tip C
cu subretele de cel mult 6 utilizatori, se aplic formatul:110N
NNNN. NNNN NNNN. NNNN NNNN. SSSS SHHH Se pot forma 30 subretele
fiecare cu maximum 6 utilizatori. Rutarea pachetelor prin Internet
presupune c la nivelul routerelor externe se citete adresa reelei
fr ID-ul gazdei. Pentru aceasta se folosesc mti de reea (network
mask) pe care le aplicm adresei IP a destinaiei pentru a selecta
ID-ul reelei. Se efectueaz operaia de 'I' logic (AND), bit cu bit,
ntre adresa IP a destinaiei i masca de reea.Masca de reea este
definit pentru fiecare clas de adrese IP:1. masca de reea n clas A:
255.0.0
2. masca de reea n clas B: 255.255.0.0
3. masca de reea n clas C: 255.255.255.0
ExempluPentru citirea adresei reelei n care se afl calculatorul
cu adresa 192.110.12.1 se aplic masca de reea de clas C:
255.255.255.0. n binar se obine: Adresa IP a destinaiei: 1100 0000.
01101110. 0000 1100. 0000 0001ANDMasca de reea: 1111 1111. 1111
1111. 1111 1111.00000000Rezult ID-ul reelei: 1100 0000. 01101110.
0000 1100. 0000 0000Se observ faptul c pentru reele de clas C se
pot folosi maximum 6 bii pentru ID-ul subreelelor.Pentru lrgirea
spaiului de adrese din Internet se propune folosirea Ipng (IP next
generation) sau Ipv6 care, spre deosebire de Ipv4, folosete adrese
de 128 de bii, ordonate ierarhic; elimin broadcast-ul n favoarea
multicast-ului, include n cadrul IP un header cu lungime fix
coninnd informaii strict necesare rulriipachetelor, altele fiind
incluse n subheadere; suport modul automat de alocare a adreselor
IP; permite autentificarea i criptarea datelor; prevede un sistem
de prioriti privind transmisia care s faciliteze transmisiile
multimedia (voce, audio, video).Ipv6 poate procesa adresele date
prin Ipv4 dar DNS necesit un MIB suplimentar pentru stocarea
numelor i adreselor de utilizator de 128 de bii.1.5 ARHITECTURA
CLIENT - SERVERO arhitectur client-server este un model de calcul n
care aplicaiile software sunt distribuite ntre entitile din LAN.
Clienii solicit informaii de la unul sau mai multe server-e din
LAN, ce stocheaz aplicaiile software, date i sisteme de operare de
reea. Sistemul de operare de reea permite clienilor s partajeze
datele de pe server.Fig. 2.6. este o prezentare logic posibil a
unui mediu client - server, n timp ce fig.1-7 descrie acelai lucru
din punct de vedere fizic :
Fig.2.6. Modelul logic client - server
Fig. ............... Configuraie de reea ce utilizeaz modelul
client-server
Orice sistem de calcul din reea poate fi fie un client fie un
server. Clientul este reprezentat de entitatea care solicit execuia
sarcinii. Un server este entitatea care execut un set de sarcini n
contul unui client.
Nu toate aplicaiile dintr-o arhitectur client-server sunt
stocate pe un server. Clienii pot fi capabili de a stoca aplicaii i
date local. Cnd clienii posed sisteme de operare proprii , reeaua
este de tip "cuplaj slab". Unele din avantajele unei arhitecturi
client-server includ: Creterea productivitii
Controlul sau reducerea costurilor prin partajarea
resurselor
-Uurina administrrii prin focalizarea eforturilor asupra a doar
cteva server-e- Capacitatea de a se adapta nevoilor.
CAPITOLUL 2
STANDARDE DE REELE LOCALE2.1 ARHITECTURA REELELOR DE
COMUNICAIIPrin arhitectura unei reele de comunicaii nelegem:
modalitatea de acces la mediul fizic de transmisie ;
topologia logic;
topologia fizic .
Alegerea unui mediu fizic de transmisie i a unei arhitecturi de
reea reprezint operaia de configurare a reelei. Reelele pot fi cu
difuzare PMP ( point - muli point ) sau punct la punct PP ( point
to point ).n general un LAN e de tip PMP iar un WAN e PP. Intr-o
reea PMP mesajul este plasat pe canalul de comunicaie cu acces
multiplu n frecven (FDMA = Frequency Division Multiple Access ) , n
timp (TDMA) , n cod (CDMA) i n lungime de und la fibra optic
(WDMA).Mesajul poate fi transmis unui singur terminal sau unui grup
de terminale ( multicast) sau tuturor terminalelor din reea
(broadcast ).2.1.1 Modul de acces la mediul fizic de transmisieIn
reelele cu difuzare ( cu acces multiplu ) accesul utilizatorilor la
mediul de transmisie se poate face necondiionat prin metodele
CSMA/CD sau CSMA/CA sau n baza unei cereri de acordare a
permisiunii de transmisie Token Passing = jeton de trecere .CSMA/CD
= Carrier Sense Muli Access/Collesion Detection CSMA/CA = Carrier
Sense muli Access/Collesion Avoidance Prin metoda CSMA/CD
utilizatorii pot acccesa permanent canalul de transmisie.Dac un nod
n reea are de transmis date arunci in prealabil va "asculta canalul
" n vederea detecrii unei eventuale purttoare pe linie.Dac linia e
liber atunci transmite datele cu riscul ca doi utilizatori s
transmit simultan date.Apare astfel o coeziune ntre pachete i
acestea sunt distruse urmnd a fi retransmise ulterior.Metoda
CSMA/CA se aplica la reelele fr fir ( wireless ).Sursa trimite un
mesaj de testare a mediului de transmisie ctre destinaie , dac in
aria de acoperire a destinaiei se efectueaz transmisii n acel
moment atunci sursa e ntiinat c poate transmite datele.
Metoda Token - Passing presupune utilizarea unui cadru special
denumit jeton care circul de la un utilizator la altul.Un nod din
reea poate transmite date doar dac primit acest jeton.Metoda
elimina riscul coleziunilor.2.1.2 Topologii LANExist trei topologii
LAN majore: stea, inel i magistral , aa cum se observ i n
fig.1-8:
Fig.2.8. Topologii LAN de bazaO reea n stea are un singur punct
comun de conexiune, care constituie n general i un punct de control
al reelei (ex: un hub). O reea n inel are nodurile conectate ntr-un
cerc continuu, cu ajutorul unui cablu de transmisiune comun, iar
semnalele sunt transmise unidirecional de-a lungul cercului de la
nod la nod, cu regenerarea semnalului la fiecare nod.O reea
magistral (bus) este constituit dintr-un singur cablu la care sunt
conectate direct nodurile. Ea este utilizat de obicei folosind un
control distribuit, dar poate avea i un control central al reelei.
Spre deosebire ns de inel, o magistral este pasiv, ceea ce nseamn c
semnalele nu sunt regenerate i retransmise la fiecare nod.Dac
privim LAN-ul din punct de vedere strict fizic, sunt posibile i
alte configuraii, derivate din cele de baz:
Fig.2.9. Configuraii de reea specifice anumitor implementri
Inelul n form de stea reprezint o metodologie de cablare pentru
a facilita administrarea fizic: la nivel logic reeaua este un inel,
iar la nivel fizic este o stea cu centrul ntr-un punct convenabil
ales. Magistrala n form de stea rmne o magistral la nivel logic, ns
din punct de vedere fizic este cablat ntr-o configuraie de tip
stea, folosind hub-uri pentru cablaje.Inelul dublu este un tip de
topologie conceput n special pentru aplicaii back-end (coloan
vertebral), dar este folosit i pentru interconectarea unor staii de
mare performan. Primul inel este conceput pentru transmisia de
date, iar al doilea pentru recepie. Steaua ierarhic este o metod de
cablare comun utilizat n actualele configuraii LAN i folosete un
set de hub-uri n cascad pentru a construi o reea ierarhic bazat pe
o politic local (de ex: un hub pentru fiecare etaj sau grup de
lucru).Alegerea unei topologiiAlegerea unei topologii la nivelul
unui grup de lucru se face pe baza unor caracteristici de performan
oferite de fiecare tip de topologie n parte. Urmtorul tabel prezint
cteva aspecte pe baza crora se poate opta pentru o anumit
configuraie :TOPOLOGIEAVANTAJEDEZAVANTAJE
Magistral-folosirea economic a cablului
- mediu fizic este ieftin i uor de folosit
- simpl i fiabil
- uor de extins- reeaua devine lent n cazul unui trafic
intens
- problemele sunt dificil de localizat
- o ntrerupere acablului afecteaz mai muli utilizatori
Inel acces egal pentru fiecare utilizator
performane constante chiar i pentru un numr mare de utilizatori
defectarea unui calculator afecteaz funcionarea ntregi reele
reconfigurarea reelei ntrerupe funcionarea acesteia
Stea uor de modificat i de extins prin adugarea unor noi
staii
administrare i monitorizare centralizat
defectarea unui calculator nu afecteaz restul reelei- defectarea
punctului central de conectare duce lacderea ntregi reele
2.1.2.1 Topologia logicModelul de transmitere a mesajelor n reea
este descris prin topologia logic.Aceasta poate fi de dou tipuri
:1) cu distribuie (broadcast) mesajul este transmis pe canal nct
toate modurile l sesizeaz dar el este preluat de nodul care
corespunde adresei de destinaie ,
2) = secvenial = " n inel :> .Mesajul circul de la surs ctre
destinaie prin anumite noduri care dup citirea adresei de destinaie
l transmit mai departe2.1.2.2 Topologia fizicModalitatea de
interconectare a calculatoarelor n reea reprezint topologia fizic a
reelei.n reelele PMP se utilizeaz topologii fizice de tip: 1)
magistral (bus)
2) inel 3) stea (star) - mai flexibila ca numr de utilizatori i
fiabilitate
Prin centralizarea controlului traficului se evit coleziunea n
reea se adapteaz vitezele de transmisie ntre echipamente.Se nelege
ca echipament vk comunicaie un hub , switch .Pentru reelele de arie
larga se poate folosi topologia de reea stea inel, arbore sau
plas.4) Arbore5) Plasa
Se pot utiliza i topologii mixte adic combinaii intre cele de
mai sus.Cablarea (wiring) n vederea reglrii unei reele se poate
face :1) - liniar , segmentat. Lungimea maxim a unui segment de
cablu este limitat din cauza fenomenelor specifice propagrii
semnalelor pe linii de transmisie (atenuare , defazare i necare
capacitiv).Se utilizeaz repetoare ntre dou segmente de cablu pentru
refacerea nivelului i formei (faz)
2) - cablare tip "coloan vertebral"="baekbone'
3) - cablare tip "stea'
2.2. STANDARDUL ETHERNET IEEE802.3Companiile Intel, Xerox i
Digital au dezvoltat pentru LAN n 1981 standardul Ethernet I i n
1982 a aprut Ethernet II , echivalent cu un standard IEEE
802.3.Aceste standarde utilizeaz metoda CSMA/CD, topologia logica
cu difuzare i topologie fizic stea sau inel.Cadrul Ethernet:Pream
bul 8B Adresa destina tie6B Adresa surs 6B Tipul protocol ului 2B
Cmp dee date 40 +1500 B Cmp de control al erorilor 4B
Header 5B date
Preaa mbul 7B Cmp de start Ib Adresa destinai e6B Adresa surs 6B
Lungi me2B Date LCC IEEE 802.2 40+1500B Control al erorilor 4B
Preambulul din Ethernet 11 echivalent cu preambulul i cmpul de
start din stas 802.3 anun prezena datelor pe linie i asigur
sincronizarea pentru transmisia datelor. Se specifica apoi adresele
MAC ale nodului destinaie i surs. In Ethernet 11 se precizeaz pe
doi octei tipul protocolului. n Ethernet 802.3 se specific pe doi
octei lungimea cmpului de date. Contextul erorilor se face pe baza
unui cod ciclic (CLL)Tabel 3.1.- Tipuri de reele Ethernet cu
transmisie in banda de baz:StandardViteza (Mb/s)Cablu (Mediu de
transmisie)Lungimea maxim a segmentului de cadruNumr maxim de
noduri/segmente
1 Base 5 1UTP/RJ45 500m100
10Base210Cablu coaxial subire (RG8) BNC 50D 185m30
10 Base 510Cablu coaxial gros (RG58) BNC 50Q500m100
10 Base T10UTP/RJ45 l00m1024
10 Base F 10Fibr optic multimod l000m1024
10Broad360 10360m
Pentru creterea 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 3.2. - Standardul Fast
EthernetStandardMediu fizic de transmisieLungimea
maximaObservaii
100 BaseT4 UTP neecranat pe 8 fire CAT 3 ; 4 ; 5 lOOm Se
utilizeaz codorul Manchester (BIOL) Semnalizrile se fac la 25
MHz
l00 BaseTX UTP pe 4 fire CAT 5 sau STP (4 fire) CAT 1 I00m Se
utilizeaz codomi 4B5B.Se poate face transmisie duplex sau
semiduplex cu semnalizri la 125 MHz
l00 BaseFX Fibra optica multimod 2000m Codare RZ ; transmisie
ful duplex * i 00 Mbps la mare distana
Se utilizeaz coduri de linie binare sau ternare pentru
forrnatarea spectrului semnalului de date i facilitatea
sincronizrii n receptor. Aceste sisteme se numesc ASDL =
Asynchronus Digital Subscriber Line .Se utilizeaz placi de reea
10/100 Ethernet care pot lucra la ambele viteze de transmisie
utiliznd pentru ambele standarde , echipamente de comunicaie care
interconecteaz un LAN Ethernet (de 10 Mbps) cu un LAN Fast Ethernet
de 100 Mbps . Exist reele IEEE 802.3 comutate care permit creterea
vitezei de transmisie n reea.A aprut i standardul 1000 Base T numit
i Giga Ethernet.2.3 STANDARDUL IEEE 802.4 TOKEN - BUSMetoda de
acces la mediul Token Bus ing cu jeton de acordare a permisiunii de
transmisie ( se evit apariia coleziunior ).Topologia logic cu "
inel " secvenial : staiile sunt apelate secvenial n baza unui tabel
de adrese i a unor prioriti de transmisie Se elimin cazul cel mai
defavorabil specific reelelor Ethernet n care timpul de ateptare
pentru efectuarea transmisiei de la un nod se putea prelungi la
infinit.Staia 4 nu e n funciune n momentul iniializrii inelului
logic , dar printr-un proces de nvare ( learning ) citind adresele
surs i destinaie ale pachetelor din/spre staia 4 va fi inclus n
inel n momentul n care vor fi transmise pachete din/spre staia
respectiv. Jetonul de transmisie este un cadru special care poate
fi deinut de o staie dar pe un interval limitat de timp (tipic 10
ms) dup care jetonul e transmis succesorului.Viteza de transmisie n
reeaua Token - Bus poate fi de 1: 5: 10 Mbps i pentru transmisie se
utilizeaz cablu coaxial de 75O.Formatul cadrului de date 802.4
:Preambul Start Control Adresa de Adresa Cmp de Sum de Flag
destinaie sursei date control
>1B 1B 1B 6B 6B 0-8182B 4B 1B
Dac nu exist bii de date se obine un cadru de control care
specific procedura ce va urma n baza cmpului de control.Tabel 3.3.
pentru semnificaiile octetului de control:Valoarea Procedura
efectuat
00H Ciein - Token Se cere jetonul pentru iniializarea inelului
logic
01H Solicit succesor 1Se solicit adresa urmtoarei staii din
inel
02H Solicit succesor 2 Se solicit adresa urmtoarei staii din
ine!
03H Who, follow Cnd succesorul cunoscut nu este activ se caut un
nou succesor
04H Resolve convention Deintorul jetonului ruleaz un algoritm de
arbitrare a conflictelor din reea (jetoane multiple)
08H Cadru jeton - token Se acord jetonul nodului destinaie
0AH Set succesor Predecesor - calculator - succesor ( P-C-S ) Se
seteaz succesorul cnd una din staii iese din inel.
Standardul 802.4este mai complex ca 802.3 prin folosirea
cadrelor de control 802.3 i 802.4 sunt incompatibile la nivel fizic
ca i topologie. Standardul 802.4 nu se poate implementa cu fibr
optic i necesit modemuri de transmisie (CPFSK, PSK). Necesit i
amplificatoare de band larg, iar plcile de reea sunt mai scumpe ca
pentru Ethernet.2.4 STANDARDUL IEEE 802.5 . ARHITECTURA
TOKEN-RINGAcest standard a aprut n anul 1985. o metod de acces la
mediu este Token-Passing, iar topologia fizic este de tip inel
(ring) sau stea (star) i star-ring. Topologia logiceste de tip
ring, iar viteza de transmisie este de 1 : 4 : 16Mbps. n acest
standard se folosesc cabluri torsadate UTP i STP. Eventualele
ntreruperi ale inelului fizic se soluioneaz cu ajutorul unui contur
de cablare acionat pe baza unor relee.Formatul cadrului de date
8U2.5 :StartControlFrame controlAdresa destinaieAdresa
surseiDateSum de controlENDFrame states
1B1B1B6B6Bnelimitat4B1B1B
Lungimea nivelului fizic se calculeaz n funcie de viteza de
transmisie a datelor.Semnificaia octetului de
control:Octetprocedura
00H Duplicate adress test Se testeaz adresele staiilor pentru a
nu exista staii cu valori identice
02H Beacon Localizeaz ntreruperile din inel
03H Clain - Token Se cere jeton
04H Purge Se distruge cadrul ( timpul de viaa a expirat )
05H Activ monitor prezent Anun prezena unei staii "monitor" care
supravegheaz funcionarea reelei Orice staie poate fi monitor
06H Stand-by monitor present Cadrul transmis de o staie care
poate deveni staia monitor .
Lungimea maxim a cadrului este dat de durata maxima impus de
deinerea jetonului. Interconectarea LAN -urilor n standarde
diferite se face prin intermediul unor echipamente de comunicaie
transparente.Exemplu : Operaii necesare pentru interconectarea a
dou standarde diferite 802.x (de exemplu: 802.4 i 802.5)Tabel
3.4.LAN sursa LAN destinaie
802.3(CSMA/CD) 802.4 TOKEN BUS 802.5TOKEN RING
802.3 - kfe-7*1:. b.cfei
802.4 a,b,c,e,g g a,b,c,g,i,j,p
802.5 a,b,d,e,g,i,sb,d,g,p,i,s d, s
a - alertarea destinaiei a apariie a unui cadru prea lung raa de
502.3
b - recalcularea sumei de control
c - soluionarea congestiilord - drenarea inelului (eliminarea
cadrelor neexplorate n timp util) e - eliminarea prioritiif -
generarea prioritii fictiveg - reformatarea cadrelori - inversarea
ordinii biilor din fiecare octetp - copierea prioritiis - setarea
octetului de stareDac n standardul 802.3 cel mai semnificativ bit e
primul din stnga la 802.5 e primul din dreapta i e obligatorie
inversarea ordinii biilor.CAPITOLUL III
ECHIPAMENTE UTILIZATE N LAN
3.1 CABLURI I CONECTORI3.1.1 Cablul cu fire rsucite TP
Cablul cu fire rsucite, numit si cablu TP (Twisted Pair)
constituie mediul de transmisie bazat pe fir de cupru, tradiional
folosit n telefonie. Perechea de fire rsucite consta din doua fire
metalice (din cupru) rsucite dup un anumit pas (figura). Diametrul
firului este de 0,5mm, sau mai precis de 24AWG, iar pasul de
rsucire depinde de cablu, mai precis de numrul de perechi de fire
rsucite ce alctuiesc cablul.
Fig. l.2Rsucirea firelor este necesara pentru a reduce
distorsiunile electromagnetice, prin faptul ca un cmp
electromagnetic extern va aciona in mod egal asupra celor doua
fire. Dac pentru transmisia n fire se adopta o metoda de transmisie
diferenial, echilibrat atunci efectul distorsionant al cmpului
extern este aproape nul. Pentru un cablu cu mai multe perechi de
fire rsucite, paii de rsucire trebuie sa fie diferii pentru fiecare
pereche, si ei se calculeaz in aa fel ca diafonia ntre perechi sa
devin minun.Cablul TP a fost folosit iniial in telefonia analogic i
prevedea o band limitat de frecven (4KHz). Astzi, datorit
progreselor n tehnologia de realizare a cablurilor TP, ele prevd o
band de frecven de sute de megahertzi, utilizndu-se uzual pentru
transmisii de date la lOOMbps. Cablurile actuale vor fi folosite la
viteze de sute de Mbps, chiar in reelele Gigabit, oferind pentru
distane scurte de pn la l OOm, performane comparabile cu fibra
optic. Viitorul ofer posibilitatea utilizrii in reelele cu
conexiuni fiill duplex si bazate pe echipamente de comutare
ultra-rapideDup modul de realizare a ecranrii cablurilor
(prevederea unui nveli protector legat la mas, cu efecte de
reducere a diafoniei), exist diverse versiuni de cablu TP: cablul
ecranat STP (Shielded Twisted Pair), cablu care prevede att ecran
deprotecie (nveli protector) pentru fiecare pereche de fire, ct si
o ecranare global, pentru tot cablul
cablul FTP (Foiled Twisted Pair), care prevede doar un unic
ecran (folie de ecranare) global pentru ntreg cablul
cablul UTP (Unshielded Twisted Pair), care constituie varianta
TP neecranat.3.1.2 Clasificarea cablurilor cu perechi de fire
rsucite folosite in transmisiile de date
Din punctul de vedere al folosirii n transmisiile de date ale
diverselor cabluri cu perechi de fire rsucite, diverii parametri
sunt tratai grupat, prin definirea a cinci categorii; categoria l
este cea mai puin pretenioas, iar categoria 5 cea mai evoluat, cu
meniunea c fiecare categorie superioar prezint parametri superiori
categoriei inferioare, furniznd serviciile oferite de categoriile
inferioare. Categoria l, numit Telecommunication, cuprinde
cablurile folosite numai n telefonia clasic, analogic. Categoria 2
(Low Speed Data) cuprinde cablurile pentru telefonia analogic i
digital, dar care ofer servicii de transmitere de date la viteze
inferioare. Categoria 3 (High Speed Data) definete cablurile
folosite la realizarea reelelor locale cu viteze de pana la lOMbps,
in special a reelelor 802 de tip lOBaseT si a reelelor Token Ring
la 4Mbps. Categoria 4 (Low Loss, High Performance Data) definete
cabluri cu performane ridicate in ceea ce privete atenuarea si
viteza de transmisie, fiind folosite la viteze de cteva zeci de
Mbps, precum n reele de tip Token Ring la 16Mbps. Categoria 5 (Low
Loss, Extended frequency, High Performance Data), se folosesc
actualmente n reele ce opereaz pana la lOOMbps, precum
lOOBaseT.
Principalele caracteristici ale ultimelor trei categorii de
cablu, cablurile cu perechi de fire rsucite (Twisted Pair) de
categoriile 3, 4 si 5, sunt ilustrate sumar n tabelul l, cu remarca
c exist realizri care au performane superioare n domeniul atenurii
i diafoniei, cu valori mult mai mici dect valorile admise
prezentate.De asemenea, dei majoritatea cablurilor TP au impedant
de 100Q, n reelele Token Ring s-a folosit mult vreme cablul Tip l
IBM, un cablu STP cu doua perechi de fire si cu o impedant de 150fl
Nefiind un cablu adecvat folosirii i n telefonie, unde se cere o
impedant de 100Q (i eventual patru perechi de fire), compania IBM a
nceput nlocuirea cablajelor bazate pe acest cablu, cu sistemul ACS
(Advanced Connectivity System), bazat pe cablu UTP de categoria 5
la 100Q si cu seciunea de 24AWG.n atenia cercettorilor se afl
cablurile de categoriile 6 si 7, care vor opera pn la viteze de
200, respectiv 600Mbps.Tabel 1.1Caracteristici electrice Cat. 3
Cat. 4 Cat. 5
Frecvena de lucru [MHz] i+16 1*20 1-100
Impedant [Q] 100 100 100
Diafonia admis [dB/lOOm] pt.
frecvene [MHz]:
0.064 62 75 81
0.256 49 63 70
0.512 41.5 60 66
1 41 56 62
4 32 47 53
10 26 42 47
16 23 38 44
62.5 - - 35
100 - - 32
Atenuarea max. admis
[dB/lOOm] pt. frecvene [MHz]:
0.064 0.92 0.75 0.72
0.256 1.31 1.11 1.05
0.512 1.84 1.51 1.48
1 2.56 2.13 2.07
4 5.59 4.27 4.27
10 9.86 7.23 6.57
16 13.15 8.88 8.22
62.5 - - 17.11
100 - - 22.04
3.1.3 Cablul coaxial
Cablul coaxial a avut si are nc o larga folosire n reelele
locale, datorit reelelor Ethernet si 802.3. Viitorul ns nu ii este
favorabil, datorit faptului c ofer un mediu de transmisie partajat,
imposibil de utilizat in reele de mare vitez, reele cu legturi
ftill duplex sau bazate pe utilizarea comutatoarelor super-rapide
(vezi cap...). Performanele sale au fost atinse de cablul cu fire
rsucite pentru distane scurte si depite de cablul cu fibra
optic,