RETELE DE CALCULATOARE

RETELE DE CALCULATOARE

Componentele hardware

La inceput, o retea tipica era compusa din calculatoare izolate care nu puteau face decat transferul fisierelor pe linii telefonice, utilizand programe integrate in sistemele de operare sub forma de software utilitar. Astazi, o mare parte dintre functiile de administrare a retelei sunt inca implementate sub forma de software utilitar, cu toate ca sistemele de operare moderne incep sa inglobeze multe din aceste caracteristici.

Clasificarea retelelor

Orice retea de calculatoare se incadreaza intr-una din urmatoarele categorii:

¾ retele locale de calculatoare (local area networks ¾ LAN

¾ retele de arie larga (wide area networks ¾ WAN

O retea locala consta de obicei dintr-un grup de calculatoare plasate intr-o singura cladire sau intr-un complex de cladiri.

O retea WAN cuprinde calculatoare care se pot afla in diverse colturi ale unui oras sau ale lumii. Diferenta principala dintre retelele locale si cele de arie larga tine de tehnologiile utilizate pentru stabilirea cailor de comunicatie.

Alt criteriu de clasificare a retelelor de calculatoare este alcatuirea retelei din hardware si software, produs de un furnizor unic sau implementarea ei ca un conglomerat de produse de la diferiti producatori. Retele de primul tip sunt denumite uneori retele inchise (sau retele brevetate), iar cele din al doilea tip sunt cunoscute sub numele de retele deschise. Retelele inchise sunt o prezenta mult mai obisnuita in cadrul retelelor locale, o retea utilizata de catre o organizatie. Retelele deschise sunt retele de arie larga, incluzand organizatii dotate cu echipamente diferite. Reteaua Internet este un sistem deschis. Comunicatia prin Internet este realizata prin intermediul unui ansamblu deschis de standarde, cunoscut sub numele de suita de protocoale TCP/IP.

Alt criteriu de clasificare se bazeaza pe topologie, adica pe modul cum sunt conectate calculatoarele. Fig. 4.1.1 si 4.1.2. reprezinta cateva dintre topologiile uzuale: inel (ring) ¾ conectarea circulara a calculatoarelor ; magistrala (bus) ¾ conectarea calculatoarelor printr-o linie de comunicatie comuna; stea ¾ in care o masina serveste drept conector (hub), la care sunt cuplate toate celelalte calculatoare, si topologie neregulata in care calculatoarele sunt conectate intr-un mod aparent aleator.

Reteaua Internet , este o retea de retele care s-a dezvoltat de-a lungul timpului. Inceputurile sale se leaga de un program de cercetare initiat in 1973 de catre Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA). In prezent, Internet reprezinta o combinatie de retele WAN si LAN, continand o magistrala alcatuita din cai de comunicatie de mare viteza intre diverse zone ale SUA.

Pentru conectarea la aceasta magistrala a altor retele, grupate pe arii mai reduse, se utilizeaza calculatoare special proiectate, denumite routere (routers). La randul lor, aceste retele sunt conectate prin intermediul altor routere cu alte retele. Astfel s-a dezvoltat o retea ce contine milioane de calculatoare, fiecare dintre ele purtand numele de gazda (host), raspandite in intreaga lume.

Adresarea in Internet

Din punct de vedere conceptual, Internet-ul poate fi considerat o colectie de grupuri de retele, cunoscute sub numele de domenii), fiecare din aceste domenii constand din acele retele care sunt utilizate de catre o singura organizatie. Fiecare domeniu este un sistem autonom, care poate fi configurat asa cum doreste autoritatea locala, uneori chiar ca un ansamblu global de retele WAN.

Adresa unui calculator (gazda) din Internet consta dintr-un sir de biti (lungimea 32 biti) ce contine doua parti : o parte care precizeaza domeniul in care este inclus calculatorul-gazda si o parte care identifica adresa gazdei in cadrul domeniului.

Calculator

Calculator

	Calculator

Calculator

Calculator

(a) Topologie de tip inel

4.1.1. Topologii de retele de calculatoare

	Calculator		Calculator		Calculator

(b) Topologie de tip magistrala

Calculator

	Calculator		Calculator

Calculator

Calculator

(c) Topologie de tip stea

			Calculator

Calculator

(d) Topologie neregulata

4.1.2. Topologii de retele de calculatoare

Definirea domeniului, identificatorul de retea (network identifier), este atribuita de InterNIC (Internet Network Information Center) la crearea domeniului si este inregistrata.

Partea de adresa care defineste un calculator-gazda individual din cadrul unui domeniu, adresa gazdei (host address), este atribuita de catre autoritatea locala.

Deoarece se lucreaza mai greu cu adrese sub forma unui sir de biti, InterNIC a alocat suplimentar fiecarui domeniu o adresa simbolica unica, numele domeniului (domain name).

(Ex.: numele unei edituri - Addison Wesley Longman Inc. este awl.com, iar un calculator-gazda din cadrul acestui domeniu ar putea fi identificat sub numele rembrand.awl.com. )

In scopul transmiterii de mesaje intre utilizatorii individuali ai retelei Internet (sistem cunoscut sub numele de e-mail), fiecare autoritate locala poate atribui o adresa de e-mail fiecarui utilizator autorizat din cadrul domeniului sau. Aceasta adresa consta dintr-un sir de caractere ce identifica utilizatorul, urmat de caracterul @ si apoi de numele de domeniu alocat calculatorului care are sarcina de gestionare a activitatilor de posta electronica. (Ex.: Adresa de e-mail a unui utilizator individual care lucreaza la editura Addison Wesley Longman Inc. ar putea arata astfel: wscott@rembrand.awl.com.).

Autoritatea locala a fiecarui domeniu este raspunzatoare de pastrarea unui director care sa contina adresele simbolice si adresele numerice Internet ale acelor calculatoare-gazda care trebuie sa fie accesibile din exteriorul domeniului. Acest director este implementat pe un calculator dedicat, denumit server de nume (name server), care raspunde cererilor referitoare la informatii despre adrese.

Un individ obtine de obicei acces la Internet, devenind membru al unei organizatii care controleaza un domeniu. Firmele specializate ofera acces la Internet persoanelor private pe baze comerciale. Aceste firme care dispun de propriul domeniu in Internet, furnizeaza pe calculatoarele lor programe care permit clientilor sa se conecteze utilizand liniile telefonice.

Word Wide Web (w w w)

In afara utilizarii ca mijloc de comunicare e-mail, reteaua Internet a devenit un mediu de transmitere a informatiilor prin intermediul documentelor de tip hipertext (hypertext). Documentele hipertext contin cuvinte, expresii sau imagini specifice care sunt legate la alte documente. Cititorul unui document hipertext poate accede dupa dorinta la aceste documente corespondente printr-un simplu "clic" de "mouse" asupra elementelor de legatura sau utilizand tastele sageti. Prin realizarea legaturilor intre documente se creaza o "pinza (web)" intretesuta de informatii aflate pe diverse calculatoare. Aceasta "panza", care s-a dezvoltat pe Internet, este distribuita pe intregul glob si este cunoscuta sub numele de Word Wide Wed (www).

Pachetele de programe care-i asista pe cititorii documentelor hipertext in parcurgerea acestora sunt de tip client si de tip server.

Programul client este acela care furnizeaza interfata cu utilizatorul care-i permite cititorului sa navigheze (browse) prin Web (adesea programul-client se numele browser (browser web).

Programul server este rezident pe un calculator care contine documente de accesat, iar la cererea clientilor furnizeaza documentele stocate.

Altfel spus, un utilizator capata acces la documente "hipertext" prin intermediul unui browser rezident pe propriul calculator, care solicita serviciile serverelor "hipertext" distribuite in Internet.

Browsere-le pot lucra cu "documente" ce contin sunete, imagini si clipuri-video, aceste documente poarta numele de documente hipermedia (hypermedia). Pentru crearea documentelor "hipertext" este necesara identificarea fiecarui document printr-o adresa unica (adresa URL - uniform resource locator) prin care un browser se poate conecta la serverul potrivit si apoi sa solicite documentul dorit. In figura 10 este descrisa o adresa URL tipica.

http : // rembrand . awl. com / authors / Scott / Iulius Caesar . html

nume document

Calea de directoare care precizeaza localizarea

documentului in cadrul

sistemului de fisiere de pe

calculatorul-gazda

Numele simbolic al calculatorului-gazda care contine

documentul

Protocolul necesar pentru accesul la document. In acest caz este vorba de protocolul de transfer hipertext (hypertext transfer protocol ¾ http

Fig. 4.1. Adresa URL tipica

Probleme de securitate

Prin conectarea unui calculator intr-o retea, acesta devine accesibil mai multor utilizatori potentiali. In aceasta situatie apar probleme din categoriile: acces neautorizat la informatii si acte de vandalism.

Una din solutiile pentru rezolvarea problemei accesului neautorizat o reprezinta utilizarea parolelor, fie pentru accesul la calculatorul propriu-zis, fie pentru controlul accesului la date. Din pacate, parolele nu raman intotdeauna secrete.

Sistemele pe operare pot fi proiectate astfel incat sa raporteze orice avalansa de parole incorecte sau sa comunice fiecarui utilizator, la inceputul fiecarei noi sesiuni de lucru, data si ora la care a fost folosit ultima data contul respectiv.

O alta metoda mai sofisticata, de aparare impotriva celor care incearca sa ghiceasca parolele este aceea de a crea iluzia succesului in introducerea parolelor false si de a furniza intrusului informatii false, inregistrandu-se "originea" acestuia.

O metoda mai complicata pentru protectia datelor impotriva accesului neautorizat o reprezinta criptarea lor.

Problema vandalismului este ilustrata de aparitia unor afectiuni cum ar fi virusii calculatoarelor [sau de retea]. In general un virus este un segment de program care se ataseaza [ilicit] altor programe din calculator. Astfel de cate ori se executa un program-gazda se executa si virusul. Atunci cand este executat virusul poate realiza diverse activitati daunatoare, usor de remarcat, sau poate atasa copiile sale la alte programe. La transferarea unui program infectat cu virus la alt calculator, virusul va infecta si noul calculator imediat ce programul transferat este executat.

Termenul de "vierme" se refera de obicei la un program autonom care se transfera pe sine insusi in reteaua de calculatoare, ramane rezident in retea si trimite copii ale sale in retea.

Problemele de etica si de legislatie asociate acestor subiecte vor genera dezbateri aprinse in viitor.

2. Protocoale de retea (componente software)

Ansamblul de reguli care guverneaza comunicatia intre diferite componente ale unui calculator poarta numele de protocol. In cadrul unei retele de calculatoare, protocoalele definesc detaliile fiecarei activitati, ca modurile in care:

sunt adresate mesajele;

se deleaga de la un calculator la altul dreptul de a

transmite mesaje;

sunt tratate operatiile de impachetare a mesajelor

pentru transmitere si de despachetare a acestora la receptie.

Drepturi de control al transmisiei

Una din solutiile pentru coordonarea dreptului de transmitere a mesajelor este protocolul inel cu jeton (token ring) pentru retelele cu topologia in inel. In cadrul acestui protocol fiecare calculator transmite mesajele numai spre "dreapta" si le receptioneaza numai din partea "stanga" ¾ fig 4.2.1.

Calculator

Calculator

Fig 4.2.1. Comunicatia in cazul unei topologii in inel

Un mesaj din partea unui calculator catre alt calculator trebuie transmis in retea in sensul invers acelor de ceasornic, pana cand ajunge la destinatie.

In acel moment, calculatorul-destinatar isi pastreaza o copie a mesajului si transmite mai departe in inel alta copie. Cand aceasta copie ajunge la calculatorul care a transmis mesajul, acesta "afla" ca mesajul a ajuns la destinatie si-l elimina din inel. Functionarea sistemului depinde de colaborarea dintre calculatoare. Pentru rezolvarea acestei probleme de-a lungul inelului este transmis un sir unic de biti, denumit jeton (token). Posesia acestui jeton da unui calculator dreptul de a-si transmite propriile mesaje.

In mod normal fiecare calculator transmite jetonul de la stanga la dreapta, similar transmiterii mesajelor. Daca calculatorul care receptioneaza jetonul are mesaje de transmis in inel, el va retine jetonul si va transmite un mesaj. Dupa ce acest mesaj isi completeaza ciclul in jurul inelului, calculatorul transmite jetonul urmatorului calculator din inel. Un alt protocol pentru controlul dreptului de transmitere este intalnit la Ethernet, o versiune foarte raspandita a topologiei de retea de tip magistrala. In reteaua Ethernet, dreptul de transmisie a mesajelor este controlat de un protocol numit CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ( acces multiplu cu detectarea purtatoarei si a coliziunilor).

Acest protocol impune ca fiecare mesaj emis de oricare calculator din retea sa fie transmis tuturor calculatoarelor de pe magistrala ( fig. 4.2.2.)

Fig. 4.2.2. Comunicatia in cadrul unei retele cu topologia de tip magistrala

Fiecare calculator monitorizeaza toate mesajele, dar le pastreaza numai pe cele care-i sunt adresate.

Pentru a transmite un mesaj, un calculator asteapta pana cand magistrala este libera, moment in care incepe transmisia, continuand sa asculte magistrala. Daca alt calculator incepe, de asemenea, sa transmita, ambele calculatoare vor detecta coliziunea si, dupa un scurt interval de pauza cu durata aleatoare, vor incerca din nou sa transmita.

Dezvoltarea unui software de retea structurat pe niveluri

Una din principalele sarcini ale unui software de retea este sa furnizeze instrumente abstracte pentru transferul mesajelor in cadrul retelei. Asemenea unelte formeaza infrastructura pe care se bazeaza modelul client/server.

Software-ul de control al comunicatiilor dintr-o retea este structurat pe mai multe niveluri denumite straturi (layers), fiind alcatuit dintr-un ansamblu de rutine software.

Diviziunea muncii intr-o ierarhie de straturi are doua consecinte importante, care reprezinta obiectele comune in realizarea oricarei arhitecturi ierarhizate:

Operatia generala poate fi impartita in suboperatii administrabile separat, fiecare dintre ele avand scopuri specifice.

Arhitectura ierarhizata duce la stabilirea de frontiere bine definite intre suboperatii, intre ele putand fi implementate interfete standard.

Daca se conformeaza acestor interfete standard, diferitele solutii pentru realizarea aceleiasi suboperatii pot fi schimbate intre ele fara ca restul sistemului sa fie afectat.

Arhitectura software a retelei Internet.

Cele patru niveluri ale software-ului Internet sunt prezentate in fig. 4.2.

Originea (expeditia)

Expeditia mesajului Destinatia mesajului

Fig. 4.2. Nivelurile software Internet

Coloana din stanga reprezinta nivelurile software utilizate de calculatorul de la originea (expeditia) mesajului, iar coloana din dreapta nivelurile utilizate de calculatorul de la destinatia mesajului.

Ca preliminarii pentru transmisie, un mesaj poate fi impartit in compartimente mici, fiecare componenta de mesaj este "impachetata" repetat de catre nivelurile software, pe masura ce se deplaseaza in jos in coloana din stanga. Impachetarea consta din adaugarea de biti suplimentari inainte si dupa fiecare unitate de mesaj. O astfel de componenta "impachetata" poarta numele de pachet.

Astfel pachetele care sunt receptionate la destinatie sunt de fapt pachete continute (inclus) in alte pachete. Aceste pachete sunt despachetate, nivel cu nivel, pe masura ce componente de mesaj se propaga in sus in coloana din dreapta (fig. 4.2.3); in final componentele sunt reasamblate si livrate modulului software adecvat de la calculatorul-destinatie.

Nivelul plasat cel mai sus in ierarhia software Internet este nivelul aplicatiei, care include software ce trateaza activitatile specifice unei anumite aplicatii.

Nivelul transportului preia mesajul care trebuie transmis de la nivelul aplicatiei, insotit de adresa de destinatie.

Dupa receptionarea mesajului si a adresei de destinatie, nivelul transportului imparte mesajul in segmente cu dimensiunea compatibila cu propriile sale specificatii, adauga acestor segmente numere de secventa care sa permita refacerea mesajului, le ataseaza adresa de destinatie si trimite pachetele rezultate catre nivelul retelei.

Nivelul retelei este responsabil de propagarea corecta prin Internet pana la destinatie a pachetelor receptionate de la nivelul transportului.

Nivelul retelei realizeaza propagarea prin atasarea unei adrese intermediare de destinatie astfel:

¾ daca destinatia finala a pachetului este in cadrul retelei curente, adresa adaugata va fi identica cu adresa destinatiei finale;

¾ altfel, adresa adaugata va fi adresa router-ului din cadrul retelei curente.

Pachetele extinse sunt predate nivelului legaturii. Responsabilitatea nivelului de legatura este sa se ocupe de detaliile de comunicatie proprii retelei particulare in care sunt plasate calculatoarele.

In cazul retelei cu protocol inel cu jeton, pentru efectuarea transmisiei nivelul legaturii trebuie sa astepte sa obtina posesia jetonului.

Deoarece fiecare retea locala poseda sistemul sau propriu de adresare, care este independent de sistemul de adresare utilizat de Internet, nivelul legaturii mai trebuie sa converteasca in sistemul de adresare local adresele Internet atasate pachetelor si sa le adauge la pachet, sub forma unui strat suplimentar de impachetare.

Numai nivelurile pentru legatura si pentru retea sunt implicate in transmiterea mai departe a pachetelor destinate altor calculatoare.

Nivelul transportului si aplicatiei sunt scutite de acest efort, operand numai asupra pachetelor adresate calculatorului pe care sunt rezidente (vezi fig. 4.2.4).

In concluzie, comunicatia prin Internet implica interactiunea dintre diferite niveluri software rezidente pe multe dintre calculatoarele din cadrul sistemului.

In acest context, faptul ca timpul de raspuns din Internet este de domeniul milisecundelor este remarcabil.

Aplicatie

Transport

R e t e a

Aplicatie

R e t e a

Transport

Legatura

R e t e a

R e t e a

Legatura

Fig. 4.2.4. Propagarea unei componente de date prin Internet, pe o cale care contine doua calculatoare intermediare

Protocolul T C P / I P

Crearea de retele deschise a generat necesitatea unor standarde publice la care sa se poata alinia furnizorii de echipamente si programe, astfel incat produsele lor sa functioneze corect impreuna.

Unul din standardele rezultate este modelul de referinta O S I (Open System Interconnection), produs de International Standard Organization (I S O).

Acest standard se bazeaza pe o ierarhie pe 7 niveluri, spre deosebire de arhitectura cu 4 niveluri utilizata in Internet.

Acest standard se bucura de autoritate, ca model fiind adesea citat, dar nu a fost implementat inca. Exista aceasta situatie deoarece inca inainte de definirea protocolului, suita de protocoale TCP/IP era deja realizata si implementata ca un sistem de protocoale potrivit pentru Internet. Suita de protocoale TCP/IP defineste ierarhia pe 4 niveluri utilizata in Internet.

Transport Control Protocol (TCP) si Internet Protocol (IP) sunt numele a doua din protocoalele ansamblului de protocoale.

Suita de protocoale TCP pune la dispozitie doua cai de implementare a nivelului pentru transport, cea de a doua numindu-se User Datagram Protocol (UDP).

Nivelul pentru transport TCP stabileste o conexiune inainte de a transmite datele.

Nivelurile de transport TCP de la origine si destinatie coopereaza intre ele utilizand incuviintari si retransmisii ale segmentelor de mesaj, de aceea protocolul TCP este considerat mai sigur decat protocolul UDP.

IP reprezinta protocolul Internet pentru nivelul retelei, de fiecare data cand un nivel pentru retea IP pregateste un pachet pentru a-l livra nivelului legaturii, el asociaza acelui pachet o valoare denumita contor de salt sau durata de viata.