Teoria UD2 - Estandards de Xarxes

Tema 2.-Estàndards de xarxa

Els estàndards de xarxes proporcionen la base per a la transmissió de dades, per a la fabricació d’equips de xarxa compatibles, i per al disseny de sistemes operatius de xarxa.

Aquests estàndards defineixen el següent:

• Com han de ser els mitjans de comunicació i les seves especificacions.

• Com s’han d’establir i mantenir les comunicacions entre nodes.

• Com es determina quan es produeix una fallada en la comunicació.

• Com cal actuar davant una fallada de comunicació.

• Com s’ha de dissenyar una xarxa per poder garantir les comunicacions.

• Etc.

Hi ha dos models de comunicació principals que utilitzen capes: el model de referència OSI (Open System Interconnection, ‘interconnexió de sistemes oberts’) i el model de protocol TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol, ’Protocol de control de transport/protocol d’Internet’) o model d’Internet.

Els dos models utilitzen un sistema d’especificacions obert, és a dir, públic no patentat, en contraposició dels sistemes de propietat o patentats, en què una empresa o un petit grup d’empreses controla tota l’evolució i l’ús de la tecnologia. Obert significa l’ús lliure de la tecnologia disponible per a tothom.

2.1 Protocols

L’arquitectura d’una xarxa es fonamenta en la seva topologia física i lògica i en els protocols de comunicacions. Els protocols de comunicació són conjunts de normes i procediments emprats per fer una comunicació. Controlen tots els aspectes de la comunicació de dades:

• Com es construeix la xarxa física.

• Com es connecten els ordinadors a la xarxa.

• Com es dóna format a les dades per transmetre-les.

• Com es controlen els errors.

• Etc.

Els protocols són conjunts de regles i convencions que regeixen la manera en què els dispositius d’una xarxa intercanvien informació. Classifiquem els protocols en els tipus següents:

• Protocols d’alt nivell, que defineixen com es comuniquen els hosts.

• Protocols de nivell intermedi, que estableixen i mantenen sessions de comunicacions.

• Protocols de baix nivell, que defineixen com es transmeten els senyals per cable.

2.2 Models de xarxa OSI, TPC/IP (el model Internet)

L’organització ISO (International Organization for Standarization, Organització Internacional per a l’Estandardització), per tal de solucionar els problemes d’incompatibilitat i incapacitat de comunicació entre xarxes, deguts a les diferentsespecificacions i implementacions dels diferents sistemes, va fer als anys vuitanta del segle passat un estudi de l’esquema dels sistemes de xarxes existents, com ara DECnet (digital equipment corporation), SNA (system networks architecture) i TCP/IP, per tal de trobar un conjunt de normes comunes. Com a resultat de l’estudi, l’ISO va crear un model de xarxa que podia ajudar els fabricants a crear xarxes que fossin compatibles i operablesentre si i amb altres xarxes.

2.2.1 Model OSI

El model de referència OSI, llançat el 1984, és l’esquema descriptiu que va crear l’ISO. Aquest model proporciona als fabricants un conjunt de normes que faciliten més compatibilitat i operabilitat entre els diferents tipus de tecnologies de xarxa produïdes per diferents empreses de tot el món.

El fet de dividir en capes proporciona els avantatges següents:

• Divideix la comunicació en parts més petites i senzilles.

• Facilita la normalització dels components de la xarxa, amb la qual cosa permet el

desenvolupament i el suport de diferents fabricants.

• Permet que diferents tipus de maquinari (hardware) i programari (software) es

comuniquin entre ells.

• Impedeix que els canvis en una capa afectin les altres, cosa que permet un

desenvolupament més accelerat.

• Divideix la comunicació de la xarxa en parts més petites i en fa més fàcil la comprensió.

Cada conjunt de dades o informació afegida per un terminal es denomina encapçalament, i s’hi van afegint a mesura que es passa d’una capa a una altra fins a arribar a la capa física, capa que finalment procedirà a la transmissió de bits cap a un altre terminal.

El conjunt d’informació composta per l’encapçalament més les dades rep noms diferents segons el nivell on està situada:• En la capa de transport es denomina segment.• En el nivell de capa de xarxa es denomina paquet.• En el nivell de capa d’enllaç, trama.• En el nivell de capa física, bit.

Proces d'encapsulació

El model OSI defineix dos tipus de serveis:

1. Serveis orientats a la connexió. L’usuari estableix inicialment la connexió, intercanviant la informació i finalment, en acabar, allibera el circuit. Un exemple d’aquest servei és la xarxa telefònica i la comunicació de dades per mitjà de l’RTC.

2. Serveis sense connexió. No cal establir cap circuit abans d’enviar la informació. Cada paquet porta informació de l’adreça de destinació i segueix la millor ruta, els paquets poden arribar en ordre diferent i és necessari reorganitzarlos.

Hi ha diversos tipus de serveis sense connexió:

• Servei de datagrama sense confirmació. L’emissor no necessita que el receptor li confirmi que els paquets de dades li arriben correctament com en el protocol IP (Internet protocol).• Servei de datagrama amb confirmació. El receptor envia confirmacions a l’emissor. Per exemple, el correu electrònic amb acusament de recepció.• Servei de petició i resposta. És un servei propi de la gestió interactiva, en què a cada petició segueix una resposta. Per exemple, en fer una petició a una base de dades, la segueix un missatge de resposta que conté les dades sol·licitades.

Per estudiar el model OSI, el podem dividir en tres parts: les capes orientades ala xarxa, les capes orientades al transport i les capes orientades a l’aplicació. Així com també definirem breument cada capa amb les seves funcions.

Capes de xarxa 5, 6 i 7 orientades a l’aplicació

Grup format per les capes de sessió, presentació i aplicació, que rep el nom genèric d’entorn de l’aplicació, perquè aquestes tres capes es processen en els equips terminals que intervenen en la comunicació.

• Capa 7. Aplicació. La capa d’aplicació és la capa del model OSI més pròxima a l’usuari,ja que proveeix de serveis de xarxa les seves aplicacions.És l’única capa que no proporciona serveis a cap altra capa OSI, sinó només a aplicacions que es troben fora del model OSI, però si que es comunica internament per a utilitzar els serveis del nivell de presentació. Són exemples d’aplicacions els programes de client de correu, navegador web, client FTP,aplicacions de videoconferència, etc.

• Capa 6. Presentació. La capa de presentació garanteix que la informació que envia la capa d’aplicació d’un sistema la pugui llegir la capa d’aplicació d’un altre. La capa de presentació proporciona el format i la conversió de codis, que s’utilitza per assegurar-se que les aplicacions tenen informació comprensible per processar.La capa 6 també abraça les estructures de dades que utilitzen les aplicacions i és responsable del xifratge de dades que protegeix la informació durant la transmissió (per exemple, les dades de les targetes de crèdit). La capa de presentació també s’ocupa de lacompressió dels arxius.

• Capa 5. Sessió. Les missions principals de la capa de sessió són:– Iniciar, administrar i finalitzar les sessions entre dos ordinadors que es comuniquen.– Proporcionar els seus serveis a la capa de presentació.– Sincronitzar el diàleg entre les capes de presentació dels dos ordinadors.– Regular la sessió.

La capa de sessió coordina les peticions i les respostes de servei quan les aplicacions escomuniquen entre diferents ordinadors.La capa de sessió millora el servei de la capa de transport. La capa de sessió s’encarregade resincronitzar una transferència tallada, de manera que en la connexió següent es transmetin les dades a partir de l’últim bloc transmès sense error.

Capa orientada al transport

• Capa 4. Transport.Aquesta capa fa de pont entre les capes 1, 2 i 3, que treballen en xarxa, i les capes 5, 6 i 7, que treballen les aplicacions per a l’usuari. Accepta les dades de la capa de sessió i les parteix a bocins que siguin comprensibles per a la capa de xarxa i les inferiors, i s’assegura que arribin correctament a la capa de transport de l’ordinador receptor, encara que el receptor no sigui a la mateixa xarxa.

Aquest nivell o capa està molt relacionat amb la qualitat del servei ofert per la capa de xarxa, ja que és l’encarregat d’establir el pont entre les mancances de la xarxa i les necessitats de l’usuari.

Capes de xarxa 1, 2 i 3 orientades a la xarxa

El primer grup, que comprèn les tres primeres capes –física, enllaç i xarxa– es denomina entorn de la xarxa o subxarxa de comunicacions, perquè aquestes capes són les que interactuen amb les xarxes de comunicacions, o amb la part de la xarxa que té la finalitat de transmetre la informació fins a l’equip receptor.

• Capa 3. Xarxa. La capa de xarxa proporciona connectivitat i selecció de ruta entre dos sistemes d’ordinadors, que poden estar ubicats en xarxes geogràficament diferents.

La capa de xarxa és la que permet encaminar el trànsit de paquets des de l’emissor fins alreceptor. Mitjançant mecanismes de commutació, estableix el camí que han de seguir els paquets.La capa de xarxa controla la de subxarxa, la funció principal de la qual és triar la ruta millor perquè el paquet arribi a la seva destinació.Una altra funció d’aquesta capa és el tractament de la saturació del trànsit: si hi ha molts paquets a la xarxa, uns obstrueixen el pas a altres i es generen embussos als punts més crítics.Aquesta capa és també l’encarregada d’ajustar la mida dels paquets i la velocitat de transmissió perquè compleixi els requisits de la xarxa de recepció.

• Capa 2. Enllaç. La capa d’enllaç de dades proporciona trànsit de dades de confiança a través d’un enllaç físic. Aquesta capa s’ocupa de l’encaminament físic, la topologia de xarxa, l’accés a la xarxa, la notificació d’errors, el lliurament ordenat de trames i el control de flux.

Amb el nivell físic opera amb bits, sense comprovar-ne el significat. Aquests bits viatgen en forma de blocs de dades, trames. Els protocols s’encarreguen del format de les trames,dels codis d’adreça de la detecció i recuperació d’errors i de l’ordre de transmissió de les dades.Aquestes trames s’envien per la línia de transmissió de manera seqüencial a través dels serveis que ofereix el nivell físic, mentre que la resta de nivells superiors treballen sense tenir en compte el tipus de medi físic.Aquest nivell es divideix en dos subnivells:• Control d’accés al medi (MAC, media access control)• Control d’enllaç lògic (LLC, logical link control)

• Capa 1. Física. La capa física defineix les especificacions elèctriques, mecàniques, de procediment i funcionals per activar, mantenir i desactivar l’enllaç físic entre sistemes finals.

La missió bàsica d’aquesta capa és transmetre bits per un canal de comunicació, de manera que quan l’emissor n’enviï arribin sense canvis al receptor.Aquest nivell inclou cables, connectors, els medis de transmissió, ordinadors i equips de comunicacions. Per tant, cal definir:• El tipus de sistema de cables que utilitzarà la xarxa.• Si hi ha procés de modulació o no.• Tipus de connectors, característiques i funcions de cadascun.• Tipus de transmissió.

2.2.2 Model TCP/IP

La precursora de moltes de les xarxes que s’usen avui dia és la xarxa ARPANET, que és una xarxa de caràcter militar creada pel Departament de Defensa dels Estats Units al finaldels anys seixanta del segle passat, i que va acabar connectant moltes universitats i instal·lacions governamentals utilitzant línies telefòniques convencionals. Més endavant, quan es van afegir enllaços per satèl·lit o ràdio, els sistemes van començar a tenir problemes per interactuar amb aquestes noves xarxes. Es va fer palès que calia una novaarquitectura de referència per poder connectar diferents models de xarxes. Aquesta arquitectura es va popularitzar com el model de referència TCP/IP (inicials dels seus dos principals protocols), que és el model d’Internet.La xarxa Internet va començar l’1 de gener de 1983, amb la primera xarxa de llarg abast WAN basada en tecnologia TCP/IP, posada en marxa per l’NSF (National Science Foundation) dels Estats Units. Internet es va obrir públicament als interessos comercials l’any 1995.

Comparació entre OSI i TCP/IP

Capes del model TCP IP

Cal observar, però, que algunes capes tenen el mateix nom que les capes OSI; en canvi, encara que la majoria tenen les mateixes funcions en un model i l’altre, en altres no és així.

Capa 4: aplicacióLa capa d’aplicació TCP/IP es correspon amb les capes d’aplicació, presentació i sessió del model OSI.Alguns programes que proporcionen serveis que treballen directament amb les aplicacions d’usuari i els seus corresponents protocols de la capa d’aplicació són, per exemple, HTTP (hypertext transfer protocol), FTP (file transfer protocol), SMTP (simple mail transfer protocol), SSH (secure shell), entre d’altres.

Capa 3: transportLa capa de transport TCP/IP es correspon amb la capa de transport del model OSI.Els protocols de la capa de transport solucionen problemes com la fiabilitat i la seguretat que les dades arriben a la destinació i ho fan en l’ordre correcte. Hi ha dos protocols bàsics en la capa de transport: TCP i UDP.

Capa 2: Internet (o interxarxa)La capa d’Internet del model TCP/IP és equivalent a la capa de xarxa del model OSI.La missió fonamental d’aquesta capa és fer que els nodes implicats en la comunicacióenviïn els paquets per qualsevol xarxa i els facin viatjar independentment cap a la seva destinació.La capa d’Internet defineix el protocol IP (Internet Protocol, ‘protocol d’Internet’).

Capa 1: accés a la xarxaLa capa d’accés a la xarxa del model TCP/IP és equivalent a les capes d’enllaç i física del model OSI.En el model TCP/IP només s’indica que el node s’ha de connectar a la xarxa fent ús dels protocols que hi ha a la xarxa física en qüestió, de manera que es puguin enviar paquets IP. Aquests protocols varien segons quines siguin les tecnologies de transmissió i els medis de xarxa que s’utilitzin.

Esquema dels protocols emprats a cada capa:

2.3 Ethernet

La tecnologia Ethernet ha esdevingut la tecnologia XAL (xarxes d’àrea local) amb més presència arreu del món. Per explicar l’èxit de la tecnologia Ethernet s’han de citar els principals factors d’influència:• La seva senzillesa i facilitat de manteniment.• La capacitat per incorporar noves tecnologies.• L’alt grau de confiança que proporciona.• El baix cost d’instal·lació i actualització.

Cal destacar que les normes IEEE per les xarxes d’àrea local tenien com a nomenclatura el número 802. A les normes basades en l’Ethernet se’ls va assignar la nomenclatura 802.3.

Diferents tipologies d’Ethernet:

• BASE fa referència a la modulació del senyal utilitzat (banda base).• La lletra indica el tipus de medi utilitzat, en què T vol dir cable de parell trenat sense

pantalla protectora.• El valor numèric 10 indica la velocitat de transferència

Tot i que l’Ethernet i l’IEEE 802.3 són estàndards que defineixen un mètode d’accés per una xarxa d’àrea local, no són idèntics ja que l’IEEE 802.3 fou dissenyat amb la intenció que pogués utilitzar qualsevol medi, això és, ràdio, cable coaxial, parell trenat, fibra òptica,etc.

Des del punt de vista dels estàndards Ethernet i IEEE 802.3, podem destacar que tots dosprotocols formen part de la zona inferior del model de referència OSI, això és, en la capa física i en la meitat inferior de la capa d’enllaç de dades. Aquesta situació privilegiada envers el model de referència OSI els permet comunicar-se amb qualsevol tipus de protocol superior.

Tant en l’Ethernet com en l’IEEE 802.3 la capa d’enllaç de dades del model de referència OSI es divideix en dues subcapes:

• Control d’accés al medi (MAC, media access control). Aquesta capa defineix el mode en què es transmeten les trames pel fil físic. Manipula l’adreçament físic associat a cadascun dels dispositius, la definició de la topologia de la xarxa i la disciplina de la línia.

• Control d’enllaç lògic (LLC, logical link control). Defineix el mode en què les dades són transferides pel medi físic i proporciona serveis a les capes superiors. Aquesta subcapa s’encarrega del control d’errors, el control de flux i com s’encapsula la informació.

IEEE 802.3 és, actualment, la implementació Ethernet més freqüent.

2.3.1.-Adreçament MAC

L’Ethernet utilitza les adreces MAC per identificar únicament els dispositius a títol individual. De fet, cadascun dels dispositius presents en una xarxa d’àrea local amb una targeta d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) ha de tenir assignada una adreça MAC. En cas contrari, els altres dispositius no es podrien comunicar amb aquests dispositius.

S’ha de destacar la importància del paper que tenen les adreces MAC, atès que, en el casque no existissin, les xarxes d’àrea local esdevindrien un conjunt d’ordinadors sense identificar i per on no podria circular cap paquet d’informació ja que no se sabria a qui va adreçat ni qui l’envia. De fet, les xarxes d’àrea local tipus Ethernet i 802.3 són xarxes basades en la difusió, és a dir, totes les estacions veuen (i examinen) cadascun dels paquets d’informació que circulen, i esbrinen a quina estació s’adrecen.

Mentre els paquets d’informació circulen per la xarxa, les targetes d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) verifiquen si l’adreça MAC inserida en la trama d’informació es correspon amb la seva adreça MAC.

En cas que es doni aquesta coincidència, la NIC verifica l’adreça de destinació present en la capçalera de la trama i decideix si accepta o no aquesta trama.

Quan les dades són lliurades al destinatari, la NIC corresponent treu les dades de “l’embolcall” i les lliura a l’ordinador perquè les processi mitjançant els protocols de capa superior com, per exemple, l’IP i el TCP.

2.3.2.-Trames Ethernet

L’acció d’embolcallar la informació per transmetre en trames es basa en la inclusió d’un ventall d’afegits que ajuden a reafirmar els paràmetres de seguretat i d’integritat necessaris per a la comunicació. Aquest ventall d’afegits proporciona informació tan rellevant com el reconeixement dels errors apareguts durant la comunicació, on estan situades les dades dins de la trama o bé quins són els dispositius que s’estan comunicant.

L’acció d’embolcallar la informació en forma de trames es produeix en la capa 2 del modelde referència OSI.

El concepte de trama com a seqüència d’informació implica imaginar una llarga cadena dedígits en què cadascun d’aquests dígits té una funció preestablerta. Val a dir que aquestesfuncions s’assignen a grups predefinits de bytes dins de la trama en seccions seqüencials anomenades camps

Per al funcionament correcte de la transmissió dels paquets d’informació, cadascun dels camps que formen la trama té una funció concreta que l’ordinador emissor sap com definiri que el receptor sap com interpretar. Un canvi en el contingut d’aquests camps pot variar completament la funció final del paquet d’informació.

Camp d’inici de trama (A). Quan els ordinadors estan connectats a un medi físic necessiten un mecanisme que els ajudi a difondre els seus missatges o, a grans trets, avisar de l’enviament d’una trama.

Camp d’adreça (B). Totes les trames contenen informació que permet identificar-les, com, per exemple, l’adreça de l’ordinador que envia la informació, això és, l’adreça MAC i l’adreça MAC de l’ordinador de destinació.

Camps de longitud i tipologia (C). Les trames tenen camps especialitzats amb diferents finalitats en funció de la tecnologia utilitzada. Per exemple, aquest camp es pot utilitzar perindicar quin protocol de la capa 3 del model de referència OSI s’ha utilitzat o bé per especificar-hi la longitud exacta de la trama.

Camp de dades (D). El principal motiu pel qual s’envien trames és per obtenir les dades de la capa superior, això és, les dades de l’aplicació de l’usuari i enviar-les d’un ordinador a un altre. Com si d’una carta es tractés, dins del sobre, en aquest cas l’embolcall que ha esdevingut la trama, hi ha el missatge que es vol enviar (les dades).

Camp de seqüència de verificació de trama (FCS, frame check sequence) (E). Considerant en quin grau són susceptibles als errors les trames i els camps continguts, ésnecessari establir un paràmetre que verifiqui la integritat de la trama. Aquest paràmetre el calculen tant l'ordinador emisor com l'ordinador de destí de la trama i han de coincidir.

2.3.3.-Control d’accés al medi

El control d’accés al medi (MAC, media access control) fa referència als protocols que decideixen a quin ordinador es permet transmetre dades.

A l’hora de parlar del control d’accés al medi (MAC, media access control) és important citar les dues categories existents, això és, les deterministes (per torns) i les no deterministes (a grans trets, “el primer que arriba esdevé el primer a ser servit”).

Protocols MAC deterministes

Els protocols MAC deterministes utilitzen una modalitat basada en la creació de torns. Un exemple d’aquests torns es fonamenta en la transmissió de testimonis (tokens).

La tècnica de la transmissió de testimonis es fonamenta en un costum propi de les tribus d’indis nadius americans que, durant les seves reunions, es passaven el testimoni. De fet, aquell que tenia a les mans el “bastó” era escoltat per tothom fins que finalitzava el seu parlament, moment en què el testimoni es passava a una altra persona.

Hi ha un protocol d’enllaç de dades, que rep el nom d’anell de testimoni (token ring), en què els ordinadors que estan connectats a la xarxa es distribueixen en forma d’anell.

Protocols MAC no deterministes

Els protocols MAC no deterministes utilitzen la premissa “el primer que arriba esdevé el primer a ser servit” (FCFS, first-come, first-served) com, per exemple, l’accés múltiple ambdetecció de portadora i detecció de col·lisions (CSMA/CD, carrier sense multiple access/collision detect).

Aquest tipus de protocol és el que fa servir Ethernet, atès que permet que els dispositius de xarxa esdevinguin els responsables d’administrar el seu dret a transmetre.Malgrat tot, en cas que dues estacions transmetin alhora es produeix una col·lisió i cap deles transmissions de les estacions té éxit. A Ethernet, una col·lisió és el resultat de dos nodes que transmeten simultàniament. Lestrames de cadascun dels dispositius impacten i es fan malbé quan es troben en el medifísic.

Algoritme del mètode CSMA/CD

2.3.4.-Ethernet 10, 100 i GigabitEthernet

L’Ethernet és una norma de xarxa que, juntament amb els seus protocols associats IEEE 802.3, ha esdevingut una de les normes més importants del món. Això va comportar una important evolució pel que fa a les xarxes d’àrea local actuals.

A mode introductiu, cal destacar que la popularitat de l’Ethernet va començar mitjançant elcable coaxial gruixut (10Base5), tot i que, davant les dificultats a l’hora de manipularlo,es va tendir a treballar amb el cable coaxial prim (10Base2).

Aprofitant aquesta tendència cap a la senzillesa d’instal·lació i manipulació (sense oblidar la reducció corresponent de les despeses econòmiques), es va acabar introduint el 10BaseT basat en els cables parells trenats sense apantallar (UTP, unshielded twisted pair).

La potència, la versatilitat i el baix cost del 10BaseT va coincidir amb una explosió en el nombre d’usuaris de xarxa i d’Internet, i en la complexitat de les aplicacions. De fet, l’augment de la sol·licitud d’amples de banda més grans es va traduir en l’aparició de l’Ethernet ràpid (Fast Ethernet), això és, un conjunt d’estàndards de l’IEEE per a xarxes Ethernet de 100 Mbps.

Gigaethernet és la principal representant dels avenços de l’enginyeria i de la capacitat del mercat. Cal destacar que la tecnologia Gigaethernet és deu vegades més ràpida que latecnologia ràpida, això és l’Ethernet ràpid (Fast Ethernet). Amb tot, aquest increment de lavelocitat implica una sèrie de requeriments com, per exemple, la duració més curta del temps d’enviament dels bits (1 na nosegon) i una major vigilància davant la seva alta susceptibilitat envers el soroll.

Amb l’arribada de la Gigaethernet, allò que va començar com una tecnologia pròpia de lesxarxes d’àrea local (LAN, local area network), es va estendre a grans distàncies que van fer que la tecnologia Ethernet esdevingués un estàndard de xarxa pròpia d’àrees metropolitanes (MAN, metropolitan area network) i d’àrees molt més àmplies (WAN, wide area network).

2.3.5.-Regla 5-4-3

La regla 5-4-3 limita la utilització dels repetidors mitjançant l’establiment de la premissa “entre dos equips de xarxa no hi pot haver més de quatre repetidors i cinc segments de cable”. Amb tot, solament tres segments poden tenir connectats dispositius que no siguin aquests repetidors mateixos, és a dir, solament dos dels cinc segments utilitzats es poden dedicar a la interconnexió entre repetidors.

Bon diseny de xarxa, compleix la regla 5-4-3 Xarxa mal dissenyada, compleix la regla 5-4-3

2.3.6.-Tipus d’enllaç (símplex, semidúplex i dúplex)

Les modalitats en què es transmeten les dades per un medi físic són tres. La modalitat símplex es basa en la transmissió de les dades en un únic sentit. En el cas de les modalitats semidúplex i dúplex, les dades es poden transmetre en tots dos sentits, però, en el cas de la modalitat semidúplex, la transmissió en dos sentits s’ha de fer per torns.

Dominis de col·lisió. En l’àmbit de l’Ethernet, els dominis de col·lisió són les àrees de la xarxa per on es propaguen les trames que xoquen. Des del punt de vista dels dispositius, els repetidors i els concentradors propaguen les col·lisions existents i els commutadors, els ponts i els encaminadors no les propaguen.

2.4.-Dispositius de xarxes

Les xarxes poden ser molt senzilles o increïblement complexes. La complexitat prové del cablejat i dels dispositius de xarxa. Els dispositius de xarxa cada vegada són més importants en el funcionament de la xarxa i com que són molt diferents, cada vegada són més difícils d’usar i configurar. És important conèixer les funcions i limitacions de cada dispositiu i escollir-ne els que més s’adeqüen a les necessitats de la nostra xarxa.

2.4.1.-Targetes de xarxa

La targeta de xarxa és un dispositiu bàsic per a la instal·lació d’una XAL, anomenada també NIC (targeta d’interfície de xarxa o network interface card). La targeta du a terme les funcions d’intermediària entre l’element que s’ha de connectar a la xarxa (ordinador, impressora, etc.) i la xarxa de comunicacions.La targeta de xarxa porta gravats els protocols de comunicacions necessaris per comunicar les capes física, d’enllaç de dades i de xarxa.

Cada placa de xarxa té una adreça o codi únic anomenada MAC de 48 bits de llargada que s’escriuen hexadecimalment, i per això solament té dotze dígits. Dels dotze dígits hexadecimals, els sis primers els assigna l’IEEE i identifiquen el fabricant. Aquest tros d’adreça MAC s’anomena identificador exclusiu organitzacional (OUI).

Els sis dígits hexadecimals següents representen i identifiquen de manera única la targeta: és un número de sèrie que posa el fabricant de la xarxa. Aquesta adreça, que és única a tot el món, està gravada a la ROM de la targeta, però es copia a la RAM quan posem en marxa l’ordinador i s’inicialitza la placa.

Les targetes de xarxes, un cop instal·lades, cal configurar-les. La majoria de targetes utilitzen tecnologia d’integració automàtica o plug and play (el sistema operatiu les detectai ja funcionen). Si no queden correctament instal·lades, o no tenen aquesta tecnologia, calinstal·lar-les manualment amb els programes de control –controladors– específics de la targeta que facilita el fabricant de la xarxa.

A la imatge es poden veure les elements d'una targeta de xarxa.

2.4.2.-Repetidors

Els repetidors són dispositius de xarxa de capa 1 –física– en el model de referència OSI.

Quan les dades es transmeten pel mitjà, s’anomenen senyals i poden ser elèctriques, polsos de llum o microones. A mesura que avancen pel medi, es deterioren i es debiliten, iel repetidor regenera i reenvia els senyals de xarxa a nivell de bits amb la finalitat de recórrer distàncies més llargues. Normalment només tenen dos ports (connexions per al cablatge).

2.4.3.-Concentradors (Hub)

Quan els concentradors –hubs– o repetidors multiport reben un senyal en un port, es copia a tots el ports del concentrador, de manera que tots els elements de la xarxa reben els senyals. Regeneren i reenvien els senyals de xarxa com un repetidor, són el punt de connexió per als diversos elements de la xarxa. Són elements de capa 1 (física). Normalment tenen vuit, setze o vint-i-quatre ports.

Aquests dispositius no reconeixen informació als senyals, ni adreces ni dades. Quan tenim una xarxa sense fils, el perifèric que fa les funcions de concentrador s’anomena punt d’accés.

Es pot instal·lar més d’un punt d’accés en una àrea on hi ha més traspàs de dades, o per cobrir zones més àmplies. Un punt d’accés pot transmetre i rebre senyals en un radi de cent a tres-cents metres dins d’un edifici segons els model, i fins a 9,6 km utilitzant antenes externes amb una línia directa de visió.

Quan la distància entre dos concentradors és massa gran, o volem evitar dominis de col·lisió, es pot instal·lar un pont (bridge). Un pont és un dispositiu de capa 2 –enllaç de dades– que crea dos segments de xarxa. Cada segment tindrà un domini de col·lisions diferents, cosa que fa que s’aprofiti més l’amplada de banda.

Els ponts també s’utilitzen per interconnectar xarxes de diferents topologies i diferents protocols a escala de MAC, per exemple una Ethernet i una xarxa en anell de testimoni: en aquest cas, el pont tindrà connectors diferents a cada costat de la xarxa.

A la figura es pot observar la unió de dues xarxes amb un pont.

2.4.4.-Commutadors (switchs)

Els commutadors són elements de capa 2 –enllaç de dades– que regeneren el senyal i el difonen basant-se en les adreces MAC, similar als ponts. Actualment substitueixen els concentradors. La commutació es fa al maquinari, com si fes un pont entre els dos ports commutats, de manera que aprofita tota l’amplada de banda. Actualment hi ha commutadors de gamma alta que funcionen amb mode multicapa i són capaços d’executar funcions de capa 3.

2.4.5.-Encaminadors

Els encaminadors són uns dispositius de capa 3 –xarxa– que s’utilitzen per interconnectarxarxes que treballen en xarxes diferents. Els protocols de comunicació de les diferents xarxes han de ser iguals i compatibles; a les capes superiors, els nivells inferiors 1 i 2 poden diferir sense afectar l’encaminament.

La seva funció bàsica és dirigir els paquets que rep fins a la seva destinació desprésd’haver trobat la millor ruta. Quan rep un paquet, extreu l’adreça del destinari i decideix la millor ruta a partir de l’algorisme i la taula d’encaminament que utilitzi. Un encaminador disposa de les seves adreces pròpies a escala de xarxa.

2.4.6.-Altres elements

La tecnologia cada vegada ofereix més prestacions i serveis, és per això que el mercat té nous dispositius per instal·lar als ordinadors o a la xarxa. Tot seguit en veurem algun:

• Veu: telefonia sobre IP. Els telèfons es connecten a la xarxa, i es poden comunicar entre ells i amb l’exterior per mitjà d’una operadora. La comunicació entre els telèfons de la xarxa és de cost zero.

• Mòdem: és un dispositiu que permet a un ordinador enviar i rebre informació per mitjà de la xarxa telefònica commutada, que transmet senyals analògics. Un mòdem pot ser intern –connectat a les ranures d’expansió de la placa base– o extern –connectat per mitjàdel port en sèrie o USB. Per a la transmissió de la informació a través de mòdem, hi ha gran quantitat d’estàndards, a causa dels avenços que han permès l’augment de la velocitat de transmissió.