INTRODUCERE IN NETWORKING - Importanta retelelor de calculatoare

Department of Applied Electronics and Intelligent Systems
Faculty of Electronics and Telecommunications
Tehnical University of Iasi

INTRODUCERE IN NETWORKING

Index:

1. Importanta calculatorului si a retelelor de calculatoare in societatea contemporana (societatea informationala)
2. Exemple de retele de calculatoare
3. Principalele componente ale retelei de calculatoare
1. Network hardware
2. Network software
3. Application software
4. Standarde internationale in Networking
5. Unitati de masura a informatiei:bit,byte
6. Notiuni de baza:latime de banda si rata de transfer.
7. Istoria Internetului.Organizatii care se ocupa de administrarea Internetului.

NOTA: cursurile sint structurate in asa fel incit sa se incadreze in 14-16 pagini pentru 3 ore de predare.

Importanta retelelor de calculatoare

1. Calculatorul electronic

De-a lungul istoriei,omenirea a folosit suporturi fizice pentru a-si exprima ideile,pentru a le vizualiza , a se putea concentra asupra lor si - mai ales - pentru a comunica.

Trecind peste etapa cu inscriptionarea in piatra,ceramica,bronz etc.,cea mai mare importanta au avut-o hirtia si creionul.Ne intereseaza perioada de la jumatatea secolului al XVII-lea,dupa revolutia industriala din Anglia(1640).Dupa aceasta perioada se dezvolta tipul de societate industriala si tipul de economie de piata care foloseste drept principal instrument de lucru hirtia si tiparul.

Comunicatiile evolueaza,trecind prin sistem de posta organizat,telegraf,cablu submarin,telefonie,telex si fax.

Inventarea calculatorului electronic reprezinta o piatra de referinta in evolutia uneltelor de scriere si comunicare.Caci asta este,de fapt,un calculator: o unealta,un instrument cu care scriem,calculam,creem  si comunicam.Este un creion,un abac si un telex in aceeasi masina.A nu cunoaste computer litteracy este echivalent cu a fi contabil,functionar sau inginer pe vremea lui Jules Verne si sa nu stii sa citesti carte tiparita sau sa folosesti posta si telegraful.

Calculatorul permite obtinerea unor randamente mari in munca,in ordonarea ideilor si a inscrisurilor,comunicatii instantanee si ieftine.

Pornind de la aceste exemple simple,pe masura ce constientizam rolurile calculatoarelor si implicarea lor in viata noastra ca principal tool de realizarea a activitatilor ordinare si extraordinare de creatie si comunicare,de orice fel,vom intelege si alte concepte.

Calculatoarele realizeaza si entertainmentul nostru,prin intermediul muzicii,al filmelor si al jocurilor.

Calculatoarele permit constructii de idei complexe,cu efectuarea de calcule matematice ingineresti,fiind folosite in proiectarea si administrarea oricarui fel de sistem de obiecte ( cladiri,masini-unelte,comunicatii,vehicule) si in simularea de medii (fizice,chimice,economice etc).

Pentru a fi posibile toate aceste activitati cu ajutorul calculatorului,au aparut multe meserii si activitati umane noi,legate de calculatoare,fara de care aceste entitati isi pierd rostul de a fi.Aceste activitati umane noi sint deprinse in institutii de invatamint de toate gradele,in cadrul unor discipline bine definite.

Cind spun ca reprezinta principalul tool de creatie nu exclud activitatea de productie de bunuri fizice,industriale sau agricole,unde uneltele clasice de munca sint dublate de sisteme de calcul.Activitatea de transport,de orice fel,este asistata si administrata de calculator.

2. Reteaua de Calculatoare

Calculatoarele stand-alone nu reusesc sa faca mare lucru.Un om singur nu reuseste sa faca mare lucru.Oamenii fac treaba eficienta cind sint in echipe.La fel si calculatoarele.

Mai multe calculatoare legate intre ele si organizate dupa niste reguli bine definite poarta numele de retea de calculatoare.

Unele retele de calculatoare sint similare unei comunitati de oameni care au ocupatii comune,dar specializari diferite(echipe de proiect).Este cazul retelelor din compartimente de intreprinderi si intreprinderi,universitati,calculatoarele de pe o nava maritima sau spatiala etc.

Alte retele de calculatoare joaca roluri de simple terminale de comunicatii(calculatoarele de chat,email etc.).

Alte retele de calculatoare se ocupa de adminstrarea unor activitati extrem de specifice si schimba intre ele numai informatii bine definite

( ATM-urile,calculatoarele din aeroporturi etc.).

Fara a teoretiza excesiv,putem considera retelele de calculatoare ca fiind ansambluri de unitati de calcul care comunica si schimba informatii intre ele si cu mediul inconjurator si cu care se realizeaza toate acele munci specifice despre care am vorbit mai inainte.

Daca munca pe calculator ar insemna gindul si influxul nervos,reteaua de calculatoare reprezinta sistemul nervos.

Exemple de retele de calculatoare

Calculatoarele si retelele de calculatoare sint omniprezente,cu greu putem gasi locuri in care acestea nu au patruns(inca).Ele dau numele societatii in care traim,societatea informationala.

1. In invatamint

Calculatoarele schimba din temelii sistemul de invatamint si vectorii de transmitere a informatiei:

administrarea cursantilor si activitatea acestora(materii,orare,examinari,corectarea examinarilor);

administrarea corpului didactic( calificari,examene de grad,transferuri etc.);

vectorul de transmitere a informatiei,prin invatamint online,assesment servers,CD-uri multimedia cu toate avantajele pe care le prezinta acestea etc.

simulatoare de medii fizice,economice si tot felul de situatii;

parteneri virtuali pentru aceste simulari.

2. In spitale si asistenta sanitare

majoritatea echipamentelor de investigatie medicala sint asistate partial sau total de echipamente electronice,unde aparatele de analiza sint legate de computerul pe care lucreaza cadrul medical,la rindul sau legat la o baza de date medicala etc.;

e-medicina( consultatie remote,exemplu cu Space Station);

medicina statistica;

simularea comportamentului unor medicamente in medii virtuale;

3. In domeniul financiar-bancar

toate tranzactiile se fac electronic,avem conceptul de bani electronici,cu toate avantajele sale(inclusiv cardurile etc.);

contract electronic,semnatura electronica,notar electronic etc.;

4. In transporturi

aeriene:

o       realizeaza functii de comunicare,control de zbor(pilotul automat= un sistem de servere care preia date de la diverse surse,si ele compomponente ale retelei,si le introduce in programe specifice care apoi coordoneaza motoarele si sistemul de navigare al avionului dupa scenarii pre-determinate etc.);

o       traficul pe aeroporturi este gestionat de servere si programe specifice,iar rezervarea biletelor se face in cea mai mare parte online.

cai ferate;

o       macazurile reprezinta terminalul,iar serverele de dirijare a traficului le coordoneaza;

o       sistemul de bariere;

o       mersul trenurilor si programul acestora este realizat de servere administrative,la fel gestionarea locurilor eliberate prin bilete;

o       administrarea transportului de marfa(grad de incarcare,urmarirea vagoanelor si a containerelor etc) se face folosind programe specifice;

rutiere

o       retelele de semafoare,fara de care circulatia in marile orase nu este posibila,reprezinta de fapt retele de calculatoare alcatuite din terminale(semafoarele) si servere de administrare a traficului,legate wireless sau cu cablaj clasic;

navale

o       o nava contemporana este o adevarata retea de calculatoare,alcatuita din servere si statii de lucru;

o       serverele de comunicare asigura legatura cu portul de baza,portul de destinatie,alte locuri de interes;

o       serverele de pozitionare ruleaza programe de GPS(Global Positioning System),cu ajutorul carora se determina cu precizie pozitia permanenta a navei in raport cu anumite repere;

o       servere specifice ruleaza programe de navigatie,cu tot ceea ce implica acestea ( fac giroscopie pentru marirea confortului si a sigurantei si compensarea ruliului,asigura platforme stabile pentru tragere la navele militare,optimizeaza consumul motoarelor etc.)- vezi filmul Speed 2(navigatie) si Under Siege 2( controlul armamentului);

o       sistemele de radar si sonar nu pot functiona fara software specializat,care transforma diversi parametri fizici in date interpretabile pe un GUI;

spatiale

o       toate functiile necesare desfasurarii activitatii spatiale sint realizate de calculatoare(vezi imaginea salilor de control a zborului de la Houston etc.);

Principalele componente ale retelei de calculatoare

Retelele de calculatoare sint alcatuite din:

hardware de retea(network hardware)

software de retea(network software)

aplicatii pe care le folosesc utilizatorii(application software)

1. Network Hardware

Retelele de calculatoare sint alcatuite din un numar destul de mare de componente de retea.Cele mai importante sint:

serverele: sint calculatoare pe care se ruleaza partea de server a arhitecturilor client/server,nu sint in contact direct cu utilizatorul si indeplinesc functii vitale pentru bunul mers al retelei;

statiile de lucru: sint calculatoarele pe care se ruleaza partea client a arhitecturilor client-server,in contact direc cu utilizatorul.

Vezi exemplul cu o aplicatie de mail.

imprimante,scanere,plottere,proiectoare,cititoare de coduri de bare,masini electronice de marcat,camere de luat vederi si tot felul de senzori etc.;

routere,switches,hubs,repetoare,modemuri,echipamente wireless etc.

2. Network Software

Este vorba despre urmatoarele clase de software:

tot ceea ce foloseste TCP/IP: ftp,telnet,ping,tracing,

sisteme de operare pentru servere si routere:

o       cu CLI:pornind de la Unix,o mare varietate de sisteme de operare(Solaris,Linux etc.);

o       cu GUI:in general,produse de Microsoft(Windows Server)

o       pentru routere proprietare:Cisco IOS,Orinocco IOS etc.;

software de inspectie si management de retea:Network Inspector etc.

3. Application Software

Sint programele cu care vin in contact direct utilizatorii si care ofera o mare varietate de servicii:

procesoare de text;

calcul tabelar;

programe de comunicare(mail,chat,conferinte audio-video,telefonie pe internet VoIP,fax,telefonie mobila,SMS etc);

programe de entertainment(muzica,televiziune de inalta definitie,video,jocuri etc);

programe de administrare a afacerilor(ERP,SCM,CRM,HR etc.);

programe financiar-contabile;

programe CAA(Computer-Aided-Activities):invatamint asistat,proiectare asistata,arhitectura asistata,medicina asistata,diverse alte meserii si activitati asistate etc.;

alte programe specifice unor activitati.

Standarde Internationale in Network-ing

Dezvoltarea retelelor de calculatoarea s-a facut de la simplu spre complex,de catre un numar de companii care au dezvoltat initial tehnologii proprietare.Pe masura ce companiile realizeaza avantajele utilizarii networkingului,retelele se dezvolta cu device-uri diferite,provenite de la vendori diferiti.Pentru a deveni interoperabile,concomitent cu dezvoltarea unui model standard de retea,modelul OSI,se creeaza si organizatii care definesc standarde de calitate unanim acceptate si respectate de producatori,vinzatori si beneficiari.

Elaborarea standardelor pentru retele a devenit,deci, necesara datorita diversificarii echipamentelor si serviciilor, care a condus la aparitia de retele eterogene din punctul de vedere al tipurilor de echipamente folosite. In plus, multitudinea de medii fizice de comunicatie a contribuit la decizia de a defini reguli precise pentru interconectarea sistemelor.

Organizatii:

Organizatiile care definesc standarde de calitate recunoscute si folosite drept sistem de referinta in networking sint urmatoarele:

Telecommunications Industry Association(TIA)

Electrical Industry Association(EIA)

Aceste doua organizatii si-au reunit seturile de standarde intr-un aquis la care se face frecvent referinta sub forma TIA/EIA.

American National Standards Institute(ANSI)

Institute of Electrical and Electronic Engineers(IEEE)

Underwriters Laboratories(UL)

International Standard Organization(ISO)

European Computer Manufacturer's Association(ECMA)- de importanta secundara;

NOTA: ca fapt divers: majoritatea acestor standarde se pot cumpara,fie online, fie in format clasic,dar nu sint accesibile gratuit.

Standarde de Tehnologie Ethernet

Standardul TIA/EIA-569-A se refera la normele de calitate in cai si spatii de telecomunicatii  si cuprinde:

cablarea orizontala;

cablarea backbone;

cablarea in spatiul de lucru;

camerele de telecomunicatii(Telecommunications Closet);

camerele de echipamente.

Standardul TIA/EIA-606 se refera la normele de etichetare si identificare a componentelor de retea. Se considera ca fiecare component hardware prezinta un identificator unic.Acest identificator se marcheaza pe fiecare terminatie a unitatii hardware sau pe eticheta acestuia. Cind identificatorii sint utilizati in aria de lucru,se plaseaza o eticheta pe latura anterioara a computerului(pe carcasa),precum si pe conectoare.Toate etichetele,indiferent ca sint adezive sau insertabile,trebuie sa indeplineasca criteriile de lizibilitate in text si afisare conform UL969.

Standarde de tehnologie Token-Ring

Tehnologia Token-Ring,desi descreste in popularitate,ramine totusi cu o baza larg raspindita.Sa nu uitam ca,din punct de vedere conceptual,FDDI este Token-Ring pe fibra optica.

Standardele IEEE care trateaza Token-Ring sint prezentate in rezumat mai jos:

Unitati de masura a informatiei:bit,byte

BIT

Bitul este unitatea binara de masura a informatiei.

In engleza:

The most basic unit used to describe the flow of digital information, from one place to another, is the bit

Poate avea doua valori,0 sau 1.

In plan fizic,bitii sint reprezentati de prezenta sau absenta intr-un conductor a unui curent electric cu o tensiune de 5V.

Deci:

0 insemna absenta curentului(0=0 volts)

1 inseamna prezenta unei tensiuni de 5 +V(1=+5 volts)

BYTE

Un grup de 8 biti este egal cu 1 byte ,care reprezinta un singur caracter in ASCII Chart.

8 biti se pot combina in 256 de variante,ceea ce ofera suficiente caractere pentru comunicarea umana(litere,cifre si alte caractere).

De asemenea,pentru computere,1 byte reprezinta adresa de stocare alocabila.

Computerele opereaza in baza 2(sistemul binar) iar oamenii lucreaza in baza 10(sistemul decimal).

Motivul pentru care computerele utilizeaza baza de numarare binara este compatibilitatea acesteia cu tehnologia electronica si usurinta de exprimare prin modul prezenta/absenta de curent electric.

Realizarea unor computere care sa lucreze in baza 10,cu tehnologia contemporana,ar conduce la preturi prohibitive.

Computerele realizate in baza 2 sint relativ ieftine fata de avantajele pe care le ofera.

Notiunea de baza: Latime de Banda si Rata de Transfer

Latimea de Banda

Termenul de "latime de banda"este esential pentru intelegerea networkingului.

Definitie:

- latimea de banda (BW,bandwidth) reprezinta cantitatea de informatie care poate trece dintr-un loc catre altul intr-un interval de timp determinat.

Unitatea de masura a BW este "biti/secunda(bps)".

Mai folositi sint multiplii acestuia:

- 1 Kbps= 1000 biti pe secunda;

- 1 MBps= 1.000.000 biti pe secunda;

- 1 GBps= 1 miliard de biti pe secunda

Analogii pentru explicarea conceptului de BW:

- sistemul de aprovizionare cu apa potabila;

- sistemul de autostrazi;

In primul exemplu(water system),apa este similara fluxului de date,robinetele,valvele si toate fitingurile sint similare echipamentelor de retea,iar diametrul conductelor prin care curge apa este similar largimii de banda.

In cel de-al doilea exemplu(highway system),vehiculele sint similare fluxului de date,aparatele de gestionare a traficului(semafoare,bariere,poduri mobile etc.) reprezinta corespondentul echipamentelor de retea,iar calitatea drumului-in functie mai ales de numarul de benzi- simbolizeaza latimea de banda.

Rata de Transfer

O reclama inspirata a unui ISP spunea asa:

"Did you believe you were getting all that bandwidth that was advertised?OMG..."

Al doilea concept important ce trebuie retinut pentru a cuantifica trasferul de informatie in retele este cel de Rata de Transfer(ThroughPut,TP).

Rata de Transfer= cantitatea de informatie pe unitatea de timp masurata la un moment dat intr-un anumit punct de trafic al retelei.

Din mai multe motive,RT este intotdeauna mai mica decit BW.

RT<BW(LB).

Factori care influenteaza rata de transfer sint:

Echipamentele de internetworking;

Tipul de date care se transfera;

Numarul de utilizatori;

Computerul utilizatorului;

Serverul direct de care depinde utilizatorul;

Variabile depinzind de alimentarea cu curent electric,vreme etc.

Istoria Internetului.Organizatii care se ocupa de administrarea Internetului

Istoria Internetului, desi sub acest nume va aparea mult mai tarziu, incepe in 1966 odata cu crearea Agentiei pentru Proiecte de Cercetare Avansata (ARPA Advanced Research Project Agency)). Obiectivul agentiei era crearea unei retele de comanda a trupelor SUA, care sa poata ramane operationala chiar si in cazul unui atac nuclear. Reteaua a fost denumita ARPAnet si a fost operationala in 1969, cand lega 4 calculatoare din laboratoarele unor universitati. Agentia ARPA a finantat proiecte de cercetare in domeniul retelelor ale universitatilor americane, pe baza carora s-a dezvoltat reteaua. Realizarea 'practica' a retelei a fost incredintata firmei BBN (constructia subretelei de comunicatie). S-a hotarat ca subreteaua sa aiba ca router-e minicalculatoare IMP Honeywell DDP-316 special modificate (memorie de 12 KB, cuvant de 16 biti, fara discuri mobile considerate nesigure), conectate prin linii telefonice de 56 Kbps inchiriate de la diverse firme de telefoane. Fiecare nod al retelei era format dintr-un calculator gazda si un IMP (Interface Message Processors) aflate in aceeasi incapere. Pentru a spori siguranta comunicarii, fiecare IMP era conectat cu alte doua. Initial, ARPAnet a functionat experimental prin conectarea a patru universitati, iar in cativa ani s-a extins pe intreg teritoriul SUA.

In 1983, ARPAnet a fost divizata in doua sisteme distincte: MILNET (retea destinata operatiunilor militare) si ARPAnet.

Reteaua ARPAnet a aratat cercetatorilor cat este de utila comunicarea rapida intre echipele de cercetatori aflate in diverse orase ale SUA si s-a dorit conectarea cat mai multor universitati. Procedura de conectare era restrictiva deoarece reteaua ARPAnet era finantata -indirect-de Pentagon.

La sfarsitul anilor '70, din initiativa Fundatiei Nationale de Stiinta (NSF National Science Fundation), a demarat proiectul de conectare a universitatilor care nu aveau contract de colaborare cu ARPA. Initial au fost oferite servicii de posta electronica. In 1986 a fost creata o subretea care conecta sase centre de supercalculatoare din sase orase americane, fiecare supercalculator conectat fiind legat de un minicalculator LSI-11 (FUZZBALL), numit si 'fratele mai mic'. Fuzzball-urile au format subreteaua la care au fost conectate, in timp, 20 de retele regionale. Reteaua a fost denumita NSFNET.

La mijlocul anilor '80, retelele ARPAnet si NSFNET au 'fuzionat' si, odata cu marirea exponentiala a numarului cererilor de conectare, lumea a inceput sa perceapa colectia de retele ca fiind o uriasa conexiune de retele. Putem spune ca este momentul nasterii retelei Internet. Aceasta cuprindea, in 1990, 3000 de retele si 200 000 gazde pentru a ajunge astazi la cateva zeci de mii de LAN-uri si milioane de gazde. Expansiunea spectaculoasa a retelei a inceput in 1992, dupa ridicarea interdictiei de a desfasura activitati comerciale pe Internet si odata cu aparitia WWW.

Organizatiile care se ocupa de administrarea Internetului sint:

Internationale

ISOC(The Internet Society) www.isoc.org

IETF(The Internet Engineering Task Force) www.ietf.org

Administrarea claselor de adrese se realizeaza de organisme specifice,cum ar fi ARIN(American Registry for Internet Numbers).

Nationale

In Romania,clasele de adrese IP sint administrate de RNC(Romanian National Computer Network) www.rnc.ro