1

Tema 1. ASPECTE GENERALE PRIVIND REELELE DE CALCULATOARE Tema are ca scop cunoaterea unor noiuni i concepte de baz privind construcia i

funcionarea reelelor de calculatoare ca sisteme deschise interconectate. Sunt definite conceptele de reea de calculatoare, topologia i arhitectura unei reele, modele arhitecturale stratificate de reele i rolul lor n descrierea funcionrii unei reele, protocoale i servicii de reea.

Materialul trebuie parcurs n ordinea sa fireasc prezentat n continuare, inclusiv n poriunea referitoare la aplicaii. Se recomand conspectarea i notarea ideilor principale i consultarea Internetului pentru detalii i informaii suplimentare.

Timpul minim pe care trebuie s-l acordai acestui modul este de 6 ore. Cuvinte cheie: protocol, arhitectur de reea, model ISO-OSI, sistem de operare, LAN, WAN, MAN, interfa, primitiv de serviciu, rutare, SONET, SDH, ATM

Dup parcurgerea i nsuirea acestei teme, studentul va cunoate:

Ce este o reea de calculatoare i care sunt elementele constitutive de baz Clasificarea reelelor i tipuri de reele Ce sunt arhitectura i topololgia unei reele i exemple uzuale Descrierea modelelor arhitecturale ISO-OSI, TCP-IP Rolul fiecrui nivel arhitectural Ce este un protocol de reea i exemple de protocoale uzuale Importana i utilitatea standardizrii n domeniul reelelor

Cuprins: 1.1 Ce este o reea de calculatoare? Componente de reea 1.2 Servicii oferite de reea 1.3 Clasificarea reelelor 1.4 Verderea genera a unei reele de calculatoare 1.5 Aspecte soft ale reelelor

1.5.1 Softuri i protocoale 1.5.2 Sisteme de operare de reea

1.6 Modele pentru arhitecturi de reele 1.7 Aspecte generale privind protocoalele ntrebri de control Probleme propuse Chestionar cu rspunsuri multiple

2

1.1 Ce este o reea de calculatoare?

Reelele de calculatoare sunt stns legate de tehnologiile de transmitere a datelor, fapt pentru care se poate vorbi de conceptul de reele de comunicaii i calculatoare. Acestea creaz un mediu comun pentru un numr mare de utilizatori, resurselor fizice (hardware ) i logice (software), facilitnd schimbului de informaii i accesul la resurse.

Principalele componente ale unei reele: O reea de calculatoare cuprinde o mulime de resurse hardware i software interconectate i

configurate astfel nct s funcioneze mpreun ntr-un sistem unitar, capabil s realizeze diverse servicii de reea, destinate unor utilizatori publici sau privai.

O reea de calculatoare este o colecie de echipamente de calcul i de comunicaii interconectate prin intermediul unor medii de comunicaie, funcionnd pe baza unor seturi de reguli sau protocoale, n scopul asigurrii unor servicii legate de transmiterea i prelucrarea informaiei.

Principalele componente sunt: 1. echipamentele de generare, stocare i prelucrare a datelor (calculatoare,

staii de lucru, servere, imprimante, diverse terminale de date, ); 2. echipamente de comunicaii de date (emitoare i receptoare de date

transceivere), echipamente de comutaie (switchuri, rutere, comutatoare), canalele de comunicaie realizate pe diverse medii (linii cu fir, cabluri electrice, medii optice, medii radio, pe satelit).

3. Programe, aplicaii i i alte produse software care implementeaz seturi de protocoale necesare realizrii aplicaiilor i serviciilor de reea, inclusiv asigurarea proteciei i siguranei informaiilor transmise prin reea. Astfel exist software pentru transmiterea datelor, pentru comutarea pachetelor sau fluxurilor de date, pentru administrarea reelei, pentru protecie i securitate datelor, etc. n general, aceste produse soft sunt integrate ntr-un sistem de operare de reea (NOS Network Operation System)

3

1.2 Servicii oferite de reea

1.3 Clasificarea reelelor

1. Dup aria de ntindere: - reele locale (LAN-uri) cu zeci sau sute de calculatoare rspndite pe o arie de sute

de metri, la nivelul unui birou, unei cldiri, unei societi. - reele de arie medie (MAN-uri) care interconecteaz abonai sau reele locale

rspndite la nivelul unul ora - reele de arie larg (WAN-uri) cu ntindere la nivel regional, naional sau chiar

internaional

2. Dup topologie: - de tip stea - de tip magistral - de tip inel

- de tip arbore - grtar - topologie compus

- partajarea accesului la resursele hardware (imprimante, modemuri, scanere, HDD, FDD, CDROM, uniti de band conectate la un PC din reea sau echipamente conectate direct n reea).

- partajarea accesului la resursele software (software-ul poate fi instalat centralizat i se poate restriciona accesul anumitor membri ai reelei la un produs sofware).

- pstrarea informaiilor soluii de backup, una din sarcinile foarte importante ale unui administrator de reea.

- protejarea informaiilor (mult mai bine asigurat dect la un calculator izolat, reeaua oferind mai multe niveluri de securitate). Fiecare utilizator are un cont personal protejat prin parol, ce permite serverului s recunoasc doar utilizatorii avizai.

- pota electronic (e-mail). -acces la surse de informaii i baze de date aflate oriunde n lume -servicii de mesagerie, forumuri de discuii -servicii de videoconferin -acces la programe de divertisment (muzic, filme, cltorii virtuale) -servicii de pli on line (e-banking), de comer electronic (e-commerce), -nvmnt i instruire la distan (e-learning) -grupuri de lucru, cercetare, proiectare, dezvoltare de programe i produse -alte schimburi de informaii pe diverse teme, subiecte, domenii etc.

4

3. Dup raportul n care se afl entitile care folosesc reeaua: - reele de tip client server

- reele egal la egal

4. Dup modul de conectare a abonailor: - reele punct la punct - reele multipunct - reele broadcast

5. Dup tehnica de transmitere a datelor

- orientate pe conexiune - neorientate pe conexiune

6. Dup gradul de agregare a datelor:

- reele de acces/distribuie - reele de transport (backbone, core)

7. Dup sistemul de operare de reea folosit:

- reele Windows - reele Novell - reele IBM

8. Dup destinaie:

- reele casnice - reele de campus - reele de cercetare

- reele bancare - reele educaionale

9. Dup gradul de securizare a datelor:

- reele securizate - reele nesecurizate

10. Dup mediul de conectare:

- reele cablate - reele necablate (wireless)

5

1.4 Vedere general a unei reele de comunicaii i calculatoare

O structura general a unei reele mari, alctuit din multe reele i subreele, interconectate

(fig. 1.1.) Este de remarcat diversitatea mare de tipuri de reele, de utilizatori i de nevoi de servicii care trebuie asigurate.

1.5 Topologii de reele

Utilizatori casnici

LAN

LAN

LAN

LAN

Backbone Local

WS

Server

PC

Server Intranet (Reea privat

de ntreprindere)

PC

TV

GW GW

Server

Server

LAN Campus

Reele wireless Reele

divertisment

GW

Reea global (Internet)

GW

Sistem muzical

Reea telefonic (ISDN/CATV)

Acces radio

Reea ISP (furnizor de servicii Internet

Fig. 1.1 Configuraie de reele interconectate prin Internet

Firme mici

n general o reea mare este structurat pe trei nivele:

1. Reeaua de acces care asigur accesul abonailor individuali la o reea mare.

2. Reeaua de distribuie care interconecteaz reelele de acces

3. Reeaua de transport (backbone, core) care interconecteaz reelele de

distribuie

6

Topologii de reea

n figura 1.2 se poate vedea implementarea unei topologii logice inel peste o topologie fizic

stea. n fig. 1.3 se poate vedea cum o topologie fizic bus (liniar) poate fi privit logic ca o topologie stea.

Fig. 1.3 Topologie logic stea implementat peste o topologie fizic liniar

1.5 Aspecte soft ale reelelor 1.5.1 Softuri i protocoale Programele soft de reea sunt n pezent structurate i ierarhizate pe nivele. Acest mod de

abordare reduce complexitatea proiectrii lor i permite o tratare unitar a lor indiferent de tipuri, dimensiuni, tehnologii folosite etc. Numrul de nivele sau straturi, coninutul i funciile lor, difer de la o reea la alta. Cazul cel mai general este modelul de referin ISO-OSI cu 7 nivele.

2

3

1 2

1

6 3

Fig. 1.2 a) Topologie fizic stea b) topologie logic inel realizat peste o topologie fizic stea

1 2 3 4

Prin topologia unei reele se nelege structura de vecinti a echipamentelor, modul n care sunt ele interconectate n reea. Topologiile de baz sunt: stea, magistral, grtar i arbore. Din combinarea acestora pot rezulta topologii compuse. Trebuie reinut c se poate face deosebire ntre topologie fizic i topologie logic.

7

Scopul fiecrui nivel este s ofere servicii nivelului superior, bazndu-se pe funcii proprii i pe serviciile nivelului imediat inferior. Nivelul n de pe o main comunic cu nivelul n de pe maina corespondent ntre care se face transfer de date. Regulile de conversaie de pe un nivel n sunt cunoscute ca protocol de nivel n.

Un set ierarhic de protocoale care face posibil transmiterea datelor ntre dou calculatoare

formeaz stiva sau suita de protocoale pe baza crora funcioneaz o reea.

Fiecare nivel din stiva ierarhic asigur servicii pentru nivelul superior i folosete, la rndul

su, servicii furnizate de nivelul inferior. De exemplu, nivelul reea (nivelul 3 din ierarhia OSI) se ocup cu dirijarea pachetelor n reea de la surs pn la destinaie, asigurnd nivelului superior, nivelul transport, o legtur sigur cap la cap, indiferent de ruta sau rutele urmate de pachetele individuale care compun un mesaj.

La rndul su, nivelul 3 beneficiaz de serviciile nivelului 2, legtur de date, care are drept scop transmiterea corect, fr erori, a blocurilor de date ntre dou noduri (sau rutere) vecine din reea.

Protocol nivel n+1

Protocol nivel n-1

Protocol nivel n Interfa n+1/n

Interfa n/n-1

Mediul fizic

Abonat X

Nnivel n

Nivel n+1

Nivel n-1

Abonat Y

Nivel n+1

Nnivel n

Nivel n-1

Fig. 1.4 Structurarea pe nivele a legturii dintre doi abonai

Protocolul reprezint un set de reguli prin care entitile egale, situate pe aceleai nivele, comunic ntre ele (comunicare n sens logic). n realitate, datele sunt transmise n mod fizic pe nivel cel mai de jos, mediul fizic.

Mulimea de niveluri i protocoale precum i modul de mplementare concret a acestora pe baza creia funcioneaz o reea este numit arhitectur de reea.

8

Primitive de serviciu

Setul de primitive depinde de serviciul oferit. Pentru un serviciu cu confirmare exist 4 tipuri

generice de primitive: 1. Cerere (request) prin care un nivel superior solicit efectuarea unui serviciu de ctre un

nivel inferior. 2. Indicaie (indication) care reprezint o notificare de la un nivel inferior spre unul

superior despre apariia unui eveniment 3. Rspuns (response) care este rspunsul la o cerere. 4. Confirmare (acknowledgement) reprezentnd un mesaj al nivelului inferior spre cel

superior pentru a preciza rezultatele unei cereri.

Relaia dintre servicii i protocoale Serviciile i protocoale sunt concepte distincte, dei adesea se confund.

N-SAP

N-1 SAP

N-SAP

N-1 SAP

Cerere Cerere

Indicare

Indicare Rspuns

Confirmare

Fig. 1.5 Perechile de primitive la un serviciu cu confirmare

Rspuns

Un serviciu este specificat printr-o serie de operaii sau aciuni numite primitive, care trebuie executate n cadrul unui protocol.

Primitivele reprezint un schimb de informaii ntre nivelele adiacente (schimb de informaii pe vertical n modelul stratificat).

Setul de servicii oferite de nivelul N definete o interfa abstract ntre nivelele N i N+1. Ea descrie semantica interaciilor dintre cele dou nivele.

Punctele prin care se acceseaz serviciile se numesc puncte de acces la servicii de nivel N (N SAP). O interfa concret ofer specificaii electrice, mecanice, de conectare, definete un program soft (procedur) care trebuie executat pentru obinerea serviciului dorit.

Un serviciu este un set de primitive (aciuni) pe care un nivel le furnizeaz nivelului superior. El precizeaz numai ce operaii este pregtit a le realiza pentru utilizatorii lui, dar nu spune nimic despre modul n care sunt implementate ele.

Un protocol este un set de reguli care descriu formatul i semnificaia cadrelor, pachetelor sau mesajelor pe care le schimb ntre ele entitile pereche de pe fiecare nivel. Protocoalele implementeaz serviciile, dar nu sunt vizibile pentru utilizatorul serviciului.

9

1.5.2 Sisteme de operare de reea

La nceputul dezvoltrii tehnologiilor IT se fcea deosebire clar ntre sistemele de operare de

tip desktop destinate staiilor de lucru individuale i sistemele de operare de reea. n prezent aproape toate sistemele de operare pentru staii de lucru individuale au componente puternice de integrare i funcionare n reea.

Cele mai rspndite sisteme de operare de reea n momentul de fa sunt:

- Windows - Windows 2003 Server, Windows Server 2008 - Novell Netware Netware 3.12, Intranetware 4.11, Netware 5.0 i 5.1 - UNIX HP-UX, Sun Solaris, BSD, SCO - Linux RedHat, Caldera, Debian, Slackware

n mod tradiional, sistemele de operare de reea erau mprite n dou mari categorii de

produse: Sisteme de operare de reea peer-to-peer, cunoscute ca reele LAN ieftine, oferind o

instalare uoar i servicii de fiiere i imprimare pentru grupuri mici de lucru sau departamente;

Sisteme de operare de reea client-server oferind capaciti puternice, inclusiv suport pentru lucru a sute de utilizatori i posibilitatea de a interaciona cu alte sisteme de operare de reea prin intermediul gateway-urilor.

Familia Windows Server 2003 a fost lansat n aprilie 2003. Este primul sistem de operare

de tip server care conine Microsoft.NET si ofera o stabilitate superioara si nivel de securitate mbuntit. Acesta a fost lansat n 4 versiuni:

Windows Server 2003 Web Edition Windows Server 2003 Standard Edition. Windows Server 2003 Enterprise Edition Windows Server 2003 Datacenter Edition

n anul 2008 a fost lansat Microsoft Windows Server 2008. Acesta este cel mai avansat sistem

de operare Windows Server de pna acum, conceput s stea la baza urmtoarei generaii de reele, aplicaii i servicii Web.

1.6 Modele pentru arhitecturi de reele Structurarea pe nivele funcionale a arhitecturii reelelor de calculatoare se poate face dup mai

multe modele. Cele mai cunoscute sunt modelul de referin ISO-OSI (ISO OSI RM) i modelul TCP/IP.

Software-ul de operare de reea (NOS-Network Operating System) este o component major a unei reele de calculatoare i este destinat gestionrii resurselor, aplicaiilor de reea i a utilizatorilor. El face posibil ca o reea s funcioneze unitar, coerent i sigur, ca un sistem integrat.

10

Alte modele arhitecturale de reele de calculatoare sunt: Novell NetWare, Digital DECnet, Apple Talk, IBM Systems Network Arhitecture.

Pentru alte reele, n special pentru reelele de transport de date se folosesc modele care detaliaz doar primele trei/patru nivele, cum ar fi: modelul ATM (Asychronous Transfer Mode), modelul SDH (Synchronous Digital Hierarchy), modelul ISDN (Integrated Service Digital Network), modelul arhitectural al reelelor GSM.

1.7.1 Modelul de referin ISO-OSI Modelul de referin ISO-OSI este cel mai general i a fost gndit pentru interconectarea

sistemelor deschise. Sistemele deschise sunt sistemele care pot intercomunica unele cu altele, pot accepta

tehnologii, protocoale i standarde diferite i pot rula aplicaii diferite. Modelul ISO- OSI nu reprezint n sine o arhitectur de reea pentru c precizeaz doar

serviciile care trebuie realizate, nu i protocoalele utilizate pe fiecare nivel. El spune doar ce trebuie s fac fiecare nivel, nu i cum trebuie s fac. Protocoalele de pe fiecare nivel au fost definite n timp i publicate ca recomandri sau standarde internaionale separate.

Modelul de referin ISO-OSI are 7 nivele. 1. Nivelul fizic

2. Nivelul legtur de date

Nivelul fizic se ocup cu transmiterea semnalelor numerice care reprezint datele binare (biii) printr-un canal de comunicaie. Nivelul fizic trebuie s asigure c atunci cnd la captul unui canal de comunicaie se transmite bitul 1, la celalalt capt se recepioneaz tot 1, nu 0, indiferent de nivelele de tensiune sau de putere folosite, codul de linie, tipul de modulaie, dac se folosete sau nu criptarea, indiferent de conectoarele folosite, dac transmisia este full duplex sau nu etc. Nivelul fizic specific interfeele mecanice, electrice, funcionale, procedurale, caracteristicile mediului de transmisie. Exemple de standarde pentru protocoale de nivel fizic sunt RS-232, RS-449/422/423, X.21 etc.

Nivelul legtur de date are ca scop s asigure transmiterea corect a datelor ntre dou noduri consecutive din reea (ntre care nu mai exist alte echipamente de prelucrare electronic a semnalelor). Servicii oferite de nivelul LD:

1. Detecia i corecia erorilor. Prin aceasta, nivelul superior este eliberat de sarcina controlului erorilor, adic lui i se asigur o transmisie virtual fr erori. Controlul erorilor presupune dou lucruri: detecia erorilor i corecia lor. Ele se pot realiza prin procedee diferite.

11

Nivelul LD trebuie s recunoasc din fluxul serial de date blocuri de lungime prestabilit i s le poat prelucra din punct de vedere al controlului erorilor i al controlului congestiei. Pentru aceasta, la nivel LD se definesc cadrele, ca blocuri de date specifice fiecrui protocol de acest nivel.

Exemple de asemenea protcoale sunt Ethernet, Token ring, LAP-B etc.

Fig. 1.6 Modelul OSI

2. Controlul fluxului de date pentru evitarea congestiei. Congestia n reea poate s apar atunci cnd un transmitor prea rapid trimite necontrolat date unui receptor lent, care nu mai este capabil s le prelucreze n timpul disponibil.

3. Controlul accesului la mediul de comunicaie (MAC), ceea ce presupune

stabilirea i respectarea unei discipline atunci cnd mai muli utilizatori ncearc s foloseasc simultan un mediu comun de transmisie.

12

3. Nivelul reea

4. Nivelul transport

5. Nivelul sesiune

5.

6. Nivelul prezentare

Nivelul reea se ocup n principal de dirijarea pachetelor sau a fluxurilor de date prin nodurile reelei, de la surs la destinaie. El elibereaz nivelul transport de grija de a tii cum i pe unde se face rutarea mesajelor, care sunt rutele optime de la o surs la o destinaie, ce este de fcut dac se defecteaz un nod sau o linie de comunicaie etc. Echipamentele de nivel reea trebuie s cunoasc configuraia ntregii reele, s poat calcula rute optime ntre oricare pereche surs-destinaie, s tie cum se poate ajunge de la un nod de reea la altul i de la o reea la alta Printre cele mai cunoscute protocoale de reea se pot meniona X.25, IP, IPX etc.

O rut ntr-o reea este succesiunea de noduri de reea prin care se asigur o cale fizic ntre o pereche de noduri surs-destinaie.

Rutarea este procesul de dirijare a datelor pe o cale posibil (alegerea cii) ntre o surs i o destinaie din reea.

Nivlul transport are drept scop asigurarea unui mecanism sigur pentru schimbul de date ntre procesele care ruleaz pe diferite sisteme. El asigur c mesajele se transmit n ordinea fireasc, n secven i la timp, fr pierderi sau duplicri. Altfel spus el face transmisia cap la cap mai sigur. Nivelul transport se poate ocupa i de optimizarea serviciilor de reea, de asigurarea unui nivel cerut al serviciilor, de a interveni i a rezolva probleme care depesc posibilitile nivelurilor inferioare. Cele mai cunoscute protocoale de transport sunt TCP i UDP.

Nivelul sesiune este mai puin important i dezvoltat, rolul su fiind, n principal, de a asigura mecanismul de control al dialogului dintre aplicaii. El se ocup de iniierea, deschiderea, gestiunea i nchiderea unei sesiuni dintre dou entiti care vor s comunice.

Nivelul prezentare se ocup cu sintaxa datelor care se transmit ntre entitile corespondene. Scopul este de a rezolva diferenele de format i reprezentare a datelor.

13

7. Nivelul aplicaie 7.

Nivelele 1 4 sunt direct legate de reeaua de transport a datelor. Nivelele 5 7 sunt sunt legate mai ales de utilizator, de aplicaii i mai puin de reea.

1.7.2 Modelul arhitectural TCP/IP Modelul TCP/IP simplific modelul ISO-OSI avnd doar 4 nivele ( primele dou sunt contopite, iar nivelele sesiune i prezentare lipsesc). Modelul este dezvoltat n jurul a dou protocoale fundamentale, unul la nivel reea, IP i altul la nivel transport, TCP.

Nivelul aplicaie cuprinde toate mecanismele, procesele i procedurile necesare ca o aplicaie de reea s poat accesa toate resursele de reea necesare desfurrii ei n condiii bune, la un nivel de calitate ateptat sau negociat. Nivelul aplicaie interacioneaz direct cu utilizatoul final pe care l deservete. Protocoalele de nivel aplicaie sunt foarte diverse i ele concretizeaz aplicaiile de reea dorite de utilizatori: FTP pentru transferul de fiiere, SMTP pentru pota electronic, telnet pentru conectare la un calculator aflat la distan, HTTP pentru transfer de hipertext, DNS pentru numele de domenii pe Internet etc.

Nivelul reea (internet) care se ocup cu dirijarea pachetelor din nod n nod este nivelul fundamental pentru ntreaga arhitectur. Rolul su este de a permite gazdelor emit pachete n orice reea i de a face ca acestea s circule independent de la surs pn la destinaie. Ordinea sosirii pachetelor nu intereseaz la acest nivel, deoarece rearanjarea lor se va face la nivelele superioare. Nivelul internet definete oficial un format de pachet i un protocol numit IP (Internet Protocol), cu rolul fundamantal de a livra pachetele IP spre destinaie.

Nivelul transport, situat deasupra nivelului internet, este proiectat astfel nct s permit conversaii ntre entiile pereche surs destinaie. Au fost definite n acest scop dou protocoale cap la cap: TCP (Transmission Control Protocol) i UDP (User Datagram Protocol).

Nivelul aplicaie se afl imediat deasupra nivelului transport i conine toate protocoalele de nivel nalt (aplicaie): Telnet, FTP, HTTP etc.

Nivelul gazd-reea cuprinde nivelele fizic i legtur de date din modelul OSI i reprezint o particularitate a modelului TCP/IP deoarece acesta nu spune mare lucru despre ce se afl sub nivelul reea. Se precizeaz doar c gazda trebuie s se conecteze la reea folosind un protocol anume.

14

Lectur suplimentar: Modelul ATM Reeaua ATM (Asynchronous Transfer Mode) are propriul su model de referin, diferit i de

modelul OSI i de modelul TCP/IP. El are trei nivele de baz: nivelul fizic, nivelul ATM i nivelul de adaptare ATM (AAL ATM Adaptation Layer), peste care se pot suprapune alte nivele superioare, de la nivel reea n sus. Nivelele ierarhice ATM conin subnivele. Reelele ATM sunt, n general, reele de transport de mare vitez, care se bazeaz pe pachete mici, de lungime constant (53 octei), funcionnd n modul orientat pe conexiune, destinate aplicaiilor de transfer de date cu trafic neuniform. Prin acest mod de transfer se caut soluia optim a adaptrii traficului de date cu diferite caracteristici la reele de comunicaii existente. Tehnologia ATM de transmitere a datelor este legat de conceptul de reele cu sevicii integrate de band larg (B-ISDN).

Arhitectura reelelor ATM Nivelul fizic se ocup de mediul fizic: nivele de semnal, coduri de linie, adaptarea la mediul de

transmisie (fibr optic, radioreleu sau cablu coaxial), sau de mpachetarea celulelor n altete formate de transmisie (SONET/SDH). El are dou subnivele: convergena transmisiei (TC) i subnivelul dependent de mediul de transmisie (PMD) care trebuie s asigure independena transmisiei de mediul fizic.

Nivelul ATM se ocup de celule i transportul lor. Definete structura celulelor, tipurile de celule, semnificaia cmpurilor, stabilirea i eliberarea circuitelor virtuale i a cilor virtuale, de controlul congestiei.

El are dou subnivele: subnivelul de convergen (CS) i subnivelul de segmentare i reasamblare (SAR).

Subnivelul CS face posibil folosirea ATM pentru diverse servicii i aplicaii: voce, transfer de fiiere, imagini fixe, video conferin, video la cerere etc, servicii care necesit transfer n timp real sau pot accepta ntrzieri variabile.

Nivelul AAL se ocup n principal de spargerea mesajelor n blocuri de regul de 48 de octei din care se vor forma celulele prin adugarea antetului de 5 octei la nivelul ATM, de reasamblarea mesajelor din celule.

Protocoale

Reele

Telnet FTP SMTP DNS

Ethernet LAN WLAN

Aplicaie

Transport

Internet (Reea)

Gazd-reea (LD i fizic)

Fig. 1.7 Protocoale i reele din modelul TCP/IP

DSL, FDDI

IP

TCP UDP

15

El are dou subnivele: subnivelul de convergen (CS) i subnivelul de segmentare i

reasamblare (SAR). Subnivelul CS face posibil folosirea ATM pentru diverse servicii i aplicaii: voce, transfer de

fiiere, imagini fixe, video conferin, video la cerere etc, servicii care necesit transfer n timp real sau pot accepta ntrzieri variabile.

ARP/InARP NDP OSPF Tunnels (L2TP) PPP Media Access Control (Ethernet, DSL, ISDN, FDDI) ATM

1.7 Aspecte generale privind protocoalele

Orice protocol trebuie s realizeze un set de funcii de reea necesare la diferite nivele. 1. Segmentarea i reasamblarea La nivelul aplicaie protocolul trebuie s asigure transfeul

unui bloc mare de date, un mesaj. Din motive bine definite, acest bloc este segmentat n uniti mai mici numite uniti de date protocol (PDU). Motivele segmentrii sunt diverse:

reeaua de comunicaii lucreaz mai eficient cu blocuri de date mai scurte tratarea erorilor este mai uoar acces mai facil la canalul partajat ntrziere mai mic de prelucrare n noduri memorii tampon mai mici Exist i dezavantaje ale segmentrii: - fiecare PDU necesit informaie de control, deci redundan mare la transmisie - inundarea reelei cu pachete multe i scurte

2. Incapsularea (mpachetarea) Fiecare PDU de pe un nivel ierarhic trimis mai jos are

ataat un antet (header) iar n cazul nivelului legtur de date i o coad (trail) care conin informaii de control i coordonare a transmisiei:

CS-Convergence Sublayer SAR- Segmentation and Reassemble Sublayer TC- Transmission Convergence PMD- Physical Medium Dependent

Plane de control Plan utilizator

Plan de management

Plan de management

Nivele superioare Nivele superioare

Nivel de adaptare ATM (AAL) ((AAL)

Nivel ATM

Nivel fizic PMD

TC

SAR

CS

Fig. 1.8 Modelul de referin B-ISDN ATM

16

- adrese surs i destinaie - informaie de secveniere (numr de ordine) - coduri pentru detecia /corecia erorilor - controlul protocolului (informaie suplimentar pentru realizarea funciilor protocolului)

3. Controlul conexiunii care depinde de modul de transfer al datelor, orientat pe conexiune

sau neorientat pe conexiune. Modul orientat pe conexiune este preferat n cazul transmisiilor lungi ntre utilizatori stabili. El are trei faze: stabilirea conexiunii, transferul datelor i desfacerea conexiunii.

La rndul ei, cererea de stabilire a conexiunii poate fi acceptat sau refuzat. n caz de refuz ea poate fi reluat automat dup un timp stabilit sa nu. Se poate stabili i un sistem de prioriti n setarea conexiunilor.

4. Controlul fluxului este necesar pentru a limita debitul datelor transmise de emitor n

cazul n care se depesc posibilitile de preluare a lor la recepie. 5. Controlul erorilor asigur protecia mpotriva pierderii sau distrugerii informaiei de date

sau de control. Majoritatea tehnicilor persupun detecia erorilor aprute prin propagare n mediul fizic urmate de proceduri de corectare sau retransmisie. n unele cazuri retransmisia poate fi activat de un contor de timp. Procedura cea mai simpl de detecie a erorilor este tehnica bitului de paritate. Exist i tehnici mai sofisticate care pot detecta un anumit numr de bii eronai dintr-un cuvnt i pot face chiar i corectarea automat a lor dac se folosec coduri detectoare i corectoare de erori.

6. Sincronizarea are multe aspecte i este o problem foarte important n transmisiile de

date. Ea poate fi privit la nivel de bit, de cadru sau de echipament. Primele dou sunt specifice reelelor de comunicaii. A treia este mai general i se refer la faptul c dou entiti aflate n legtur la acelai nivel trebuie s fie n orice moment contiente de starea celelalte. Procedurile de sincronizare evit situaiile conflituale n care, de exemplu, un transmitor emite date dar receptorul nu este pregtit s le primeasc.

7. Secvenierea este acea funcie a protocolului care identific ordinea n care PDU-urile informaionale au fost trimise prin reea pentru a le rearanja n acceai ordine la recepie. Imformaia de secveniere se nscrie ntr-n cmp special din antetul PDU-ului.

8. Adresarea este necesar pentru stabilirea legturii surs- destinaie att n modul orientat

pe conexiune ct i n cel neorientat. n primul caz adresa permite stabilirea circuitului sau cii virtuale n faza stabilirii conexiunii, nainte de nceperea transmisiei. n al doilea caz adresa este foosit pentru dirijarea pas cu pas a pachetelor prin nodurile reelei.

9. Multiplexarea este o alt operaie necesar la realizarea conexiunilor dintre entiti. De exemplu, mai multe conexiuni de nivel aplicaie (FTP, e-mil, descrcare de fiiere etc.) pot fi realizate pe acceai conexiune de reea, adic pe acelai calculator. n acest caz multiplxarea se face pe baz de adrese de reea i porturi. Multiplexarea se poate face i la nivel fizic prin maparea (aranjarea) biilor n fluxuri sau cadre (PDH, STM etc.). Evident c este necesar i operaia invers, demultiplexarea.

10. Serviciile de transmisie sunt de multe ori necesate a fi implementate n cadrul

protocoalelor de comunicaii. Asemenea servicii pot fi:

17

- prioritatea care trebuie s rezolve ordinea de transmisie atunci cnd apar mesaj concurente la emisie

- calitatea serviciului se refer la acurateea datelor, timpi de ntrziere, rate de transfer minime acceptate etc.

- securitatea poate fi cerut prin imlementaea unor mecanisme de tipul restricionare acces, criptare, autentificare corespondent etc.

- taxarea (contabilitatea) legturii este specific reelelor publice i permite urmrirea cu precizie a timpului i gradului de folosire a reelei de ctre abonai

Pentru buna funcionare a protocoalelor pe diferite nivele, entitile corespondente trebuie s prelucreze date specifice i s fac schimb de informaii legate de protocol. Aceste informaii se transmit n reea n dou moduri principale:

1. prin pachete speciale de date protocol 2. prin intermediul antetelor ataate pachetelor de date informaionale.

AH - Application header PH - Presentatin header SH Session header TH Transport header

NH Network header DH Data link header DT Data link Trail

Fig 1.9 mpachetarea succesiv a datelor n structura arhitectural

18

Suplimentar Standardizarea n domeniul reelelor Necesitatea standardizrii n domeniul reelelor de calculatoare rezult din urmtoarele

considerente: - existena a numeroi productori i furnizori de echipamente, reele, servicii care pot

genera haos, incompatibiliti i lips de interoperabilitate; - permite dezvoltarea unei producii de mas, cu preuri mici, beneficii mari ; - reduce costurile de cercetare; - permite unificarea pieei, interschimbabilitate, interoperbilitate.

Autoritile de standardizare internaionale pot fi mprite n dou clase: a. stabilite prin tratate internaionale interguvernamentale (de exemplu ITU) ; b. organizaii (grupuri de lucru) voluntare, neguvernamentale.

Cteva organizaii de standardizare n domeniul reelelor de comunicaii i calculatoare sunt:

International Standard Organisation (ISO) este o organizaie nonguvernamental, fondat n

1946. Membrii ei sunt Organizaiile de standardizare din cele 89 de state membre. ISO produce standarde n cele mai variate domenii, inclusiv n domeniul telecomunicaiilor i reelelor. Are aproximativ 200 de comitete tehnice (TC) mprite n subcomitete (SC) i n grupuri de lucru (WG). TC 97 se ocup de calculatoare i prelucrarea infomaiei.

American National Standard Institute (ANSI) este reprzentantul SUA n ISO. Multe

standarde elaborate de ANSI au fost preluate de ISO ca urmare a naltului nivel tehnic i tehnologic al SUA.

Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) este un actor foarte important n

domeniul standardizrii reelelor. IEEE este n fapt cea mai mare organizaie profesional din lume. Comitetul IEEE 802 a dezvoltat multe standarde n domeniul reelelor de calculatoare.

International Telecommunication Union (ITU) este o organizaie interguvernamental

internaional creat n Europa cu scopul standardizrii telecomunicaiilor internaionale. nceputurile ei dateaz pe la 1865 iar n 1947 a devenit agenie a Naiunilor Unite. Are trei ramuri:

ITU-R sectorul de radiocomunicaii ITU-T sectorul de standardizare n teecomunicaii ITU D sectorul de dezvoltare.

n domeniul Internetului exist Internet Architecture Board (Consiliul Arhitecturii Internet) IAB care se ocup de standardizare producnd Request for Comments (RFC). Din 1989 IAB a fost reorganizat i redenumit Internet Request Task Force (IRTF) Departamentul de Inginerie Internet.

19

Fig. 1.10 Cele mai cunoscute protocoale din suita TCP/IP Rezumat

Reelele de comunicaii i calculatoare stau la baza sistemelor informatice (reprezint infrastructura acestora) avnd o foarte mare rspndire i utilizare n cele mai diverse domenii ale activitii umane. O reea de calculatoare cuprinde deopotriv o infrastructur hard i o component soft, ambele de o mare diversitate i care trebuie s poat opera n comun.

Proiectarea, construcia i operarea reelelor de calculatoare se bazeaz pe modele arhitecturale, protocoale i standarde unanim acceptate.

Reelele de calculatoare realizeaz practic diferite servicii de reea destinate beneficiarilor (abonailor) acestora sau reelelor nsei. Serviciile sunt implementate prin intemediul protocoalelor.

Abordarea structurii reelelor pe baza unor modele arhitecturale stratificate permite analiza i proiectarea acestora pornind de la unele principii generale, indiferent de elementele concrete de infrastructur, sisteme de operare i aplicaii. Cele mai cunoscute modele arhitecturale sunt modelul ISO - OSI (un model teoretic, conceptual) i modelul TCP/IP (un model arhitectural concret).

Reelele sunt interconectate la diferite niveluri i arii, inclusiv la nivel planetar. n acest scop, standarizarea are un rol deosebit de important n construcia i funcionarea reelelor, cu att mai mult cu ct exist o mare diversitate de proiectani de reele, furnizori de echipamente, softuri i servicii de reea, de cerine i nevoi ale utilizatorilor.

20

ntrebri de control 1. Care sunt cele mai cunoscute modele arhitecturale de reele de calculatoare i descriei

asemnrile i deosebirile lor? 2. Care sunt arhitectura i topologia unei reele? Exemple. 3. Ce sunt protocoalele de comunicaii i ce rol au n funcionarea unei reele? 4. In ce const activitatea de standardizare n domeniul reelelor de calculatoare. Exemple de

organizaii i standarde. 5. Modelul ISO-OSI: descriere, rolul nivelelor, comparaii cu alt modele arhitecturale. 6. Care sunt caracteristicile, topologia i aplicaiile unui LAN? 7. Care sunt caracteristicile, topologia i aplicaiile unui MAN? 8. Descriei caracteristicile, topologia i aplicaiile unui WAN? 9. Ce este o reea virtual privat (VPN)? 10. Care sunt elementele costitutive ale unei reele de calculatoare i rolul lor n funcionarea

acesteia? 11. Care sunt avantajele organizrii protocoalelor pe niveluri? 12. Care este diferena principal dintre comunicaia orientat pe conexiuni i cea neorientat pe

conexiuni? 13. Dou reele furnizeaz fiecare servicii orientate pe conexiuni sigure. Una ofer un flux sigur de

octei, iar cealalt un flux sigur de mesaje. Sunt acestea identice? Dac da, de ce se face aceast distincie? Dac nu, exemplificai diferena.

14. Care dintre nivelurile OSI se ocup de: a) descompunerea fluxului de bii transmii n cadre? b) determinarea traseului folosit n reea?

15. Dac la nivel reea se transmit pachete iar la nivel LD se transmit cadre, atunci se spune c pachetele ncapsuleaz cadre sau invers?

16. De ce folosete ATM celule de lungime mic (53 octei) 17. Ethernetul transmite pe cablu, la un moment dat, un singur pachet. Au i reelele fr fir aceast

caracteristic? 18. Comparai avantajele i dezavantajele reelelor cablate fa de cele fr fir. 19. Ce sunt i ce rol au furnizorii de servicii de Internet (ISP) i furnizorii de servicii de transport

(IBP)? Teme de cas 1. Descriei principalele activiti pe care le desfoar dou organisme de standardizare, de

exemplu ITU i OSI. Folosii pentru documentare site-urile lor, www.itu.org i respectiv www.iso.org.

2. Facei o scurt prezentare a Internet-ului folosind informaii de pe diverse site-uri. 3. Descriei tipurile de reele i arhitectura acestora folosite la locul d.voastr de munc sau la

universitate. 4. Descriei modelul de reea client server i dai exemple concrete. 5. Descriei modelul de reea peer-to-peer i dai exemple concrete.

21

Probleme propuse 1. Calculai lungimea unui bit dintr-un cadru FastEthenet (100Mbps) care se transmite pe un cablu

UTP cat. 5, dac viteza de transmisie este 0.66 din viteza luminii n vid. 2. O imagine necomprimat are 1024x768 pixeli i fiecare pixel este codat pe 3 octei. Ct dureaz

transmiterea ei pe canale cu modemuri de 56 kbps, de 1Mbps sau pe Ethernet de 10Mbps? Are importan c Ethernet-ul folosete mpachetarea succesiv (pachete, cadre)?

3. Care este lungimea unui bit n standardul 802.3 dac rata de transmisie este 10 Mbps iar viteza de transmitetre pe cablu caxial este 0.66 din viteza luminii?

4. Un sistem are o ierarhie organizat pe 4 nivele. Dac nivelul aplicaie genereaz mesaje de lungime 1024 octei iar fiecare nivel adaug cte un antet de 10 octei, ce fraciune din lrgimea benzii este disponibil efectiv aplicaiei?

Chestionar cu rspunsuri multiple

1. Care este topologia fizic utilizat n reelele Token Ring? a. Stea b. Inel c. Magistral d. Grtar

2. Ce organizaie de standardizare a dezvoltat FDDI?

a) ANSI b) IEEE c) ISO d) OSI

3. Care dintre urmtoarele topologii sunt cablate fizic la fel?

a) magistral b) Inel c) Compus d) Ierarnic

4. Care nivel al modelului OSI presupune rutarea?

a) Nivelul aplicaie b) Nivelul transport c) Nivelul legtur de date d) Nivelul reea

5. Ce nivel al modelului TCP/IP include protocolul DNS?

a) Prezentare b) Reea c) Acces la reea d) Transport

6. Ce organizaie este responsabil de stabilirea standardelor n domeniul reelelor?

22

a) ITU-T b) ITA c) IANA d) OSI

7. Ce funcii sunt specifice unui protocol de reea?

a) Secvenierea b) Controlul erorilor c) Controlul fluxului d) Detecia lungimii mesajelor

8. Ce sistem de operare are incorporate protocoalele TCP/IP?

a) Linux b) Vindows 7 c) Windows XP d) Windows Server 2003

9. Modelul ISO-OSI este valabil pentru reelele:

a) LAN b) WAN c) MAN d) Toate acestea

10. Modelul arhitectural SONET/SDH se aplic:

a) Reelelor de transport b) Reelelor wireless c) Reelelor TCP/IP d) Tuturor reelelor