Introducere in retelele de comunicatii intre calculatoare

 Introducere in retelele de comunicatii intre calculatoare

Teleprelucrarea datelor

         In ultimele decenii, caracterizate printr-o explozie informationala fara precedent in istoria omenirii, o importanta deosebita au dobandit-o capacitatea si resursele de comunicatie de care dispun proiectantii si utilizatorii sistemelor informatice, in cadrul carora un loc important il ocupa calculatorul electronic.

        Calculatoarele sunt utilizate din ce in ce mai mult in cele mai diverse domenii ale activitatii umane. In ziua de astazi nu se poate vorbi despre un domeniu de activitate in care sa nu existe si un calculator. Aceasta deoarece culegerea si prelucrarea informatiilor existente, nu s-ar putea executa corect si in timp optim pentru sistemul caruia i se adreseaza, fara ajutorul calculatorului. In cele mai multe cazuri mai multe calculatoarele functioneaza impreuna pentru a asigura informatiile necesare unui anumit sistem, acestea fiind amplasate in diverse locuri de unde se preiau datele supuse prelucrarii. Numarul calculatoarelor conectate direct la retele de comunicatii in scopul deservirii unor beneficiari aflati la distanta este in continua crestere. Se spune ca aceste calculatoare sunt instalate, sau lucreaza, in medii de teleprelucrare.

        Teleprelucrarea datelor este un procedeu de prelucrare automata a informatiei a carui caracteristica principala este utilizarea unui calculator cu performante ridicate, denumit calculator principal, sau server, de catre mai multi utilizatori, situati in locuri diferite si la distanta fata de calculatorul principal, transmisia informatiei facandu-se prin sisteme de telecomunicatie.

        Mai putem spune ca prin mediu de teleprelucrare se intelege ansamblul de mijloace hardware si software care permite prelucrarea la distanta a informatiei. Practic orice sistem care comunica cu altele prin cel putin o linie de comunicatie reprezinta un mediu de teleprelucrare.

        Principalele faze ale teleprelucrarii sunt:
- colectarea si pregatirea (prelucrarea) datelor la utilizatori, deci in locurile unde sunt generate;
- introducerea / extragerea informatiei in / din sistemul de transmisie a datelor;
- transmisia informatiei printr-o retea de telecomunicatie;
- controlul informatiilor transmise / receptionate;
- detectarea erorilor, care s-ar putea sa apara in procesul de transmisie, si corectarea acestora

         Pentru efectuarea acestor faze sunt utilizate tehnici si metode diferite, caracteristice fiecarei faze. Teleprelucrarea datelor necesita echipamente specializate de intrare / iesire adaptate la liniile de comunicatii, precum si metode specifice de transmisie a informatiei numerice.

         Analizand cele spuse mai sus putem spune ca teleprelucrarea prezinta doua functii distincte:
- prelucrarea informatiilor;
- transmisia informatiilor la distanta.

          Mediile de teleprelucrare sunt formate dintr-un calculator principal, diverse sisteme de calcul (calculatoare) amplasate la utilizatori si echipamentele de adaptare si control necesare pentru asigurarea emiterii / receptiei si transmisiunii informatiilor, aceasta din urma realizandu-se prin diferite linii de telecomunicatie (in prezent este utilizata reteaua ROMTELECOM) la care sunt conectate sistemele.

          In zilele noastre vechiul model al unui singur calculator (mainframe) care serveste problemele de calcul ale unui sistem a fost inlocuit cu un model in care munca este facuta de un numar mare de calculatoare, care sunt utilizate separat, dar interconectate. Prin cooperarea intre calculatoare se pot realiza o multitudine de activitati:
- transferul unui fisier de la un calculator la altul;
- se poate accesa o baza de date existenta pe un alt calculator;
- se pot transmite mesaje;
- se pot utiliza resursele hardware (imprimante, scannere, plottere, etc.) si software ale unui alt calculator.
      Toate aceste calculatoare legate intre ele alcatuiesc o retea.

          Reteaua de calculatoare reprezinta un ansamblu de calculatoare interconectate prin intermediul unor medii de comunicatie, asigurandu-se in acest fel utilizarea in comun de catre un numar mare de utilizatori a tuturor resurselor fizice (hardware), logice (software si aplicatii de baza) si informationale (baze de date) de care dispune ansamblul de calculatoare conectate.

          O alta definitie: prin retea de calculatoare intelegem o colectie de calculatoare autonome interconectate intre ele. Se spune despre doua calculatoare ca sunt interconectate daca sunt capabile sa schimbe informatii intre ele.

          O alta notiune utilizata este lucrul in retea care reprezinta conceptul de conectare a unor calculatoare care partajeaza resurse. Resursele pot fi:
- date (baze de date);
- aplicatii (orice program: Word, un program de gestiune a stocurilor, etc.);
- periferice (imprimante, scannere, etc.).

Tipuri de retele

          In functie de criteriul de clasificare care se are in vedere exista mai multe tipuri de retele de calculatoare. Criteriile cele mai des utilizate in clasificarea retelelor sunt:
  Dupa tehnologia de transmisie:
- retele cu difuzare (broadcast);
- retele punct - la - punct;
  Dupa scara la care opereaza reteaua (distanta);
- retele locale LAN;
- retele metropolitane MAN;
- retele de arie intinsa WAN;
- Internet-ul;
  Dupa topologie:
- retele tip magistrala (bus);
- retele tip stea (star);
- retele tip inel (ring);
- retele combinate.;
  Dupa tipul sistemului de operare utilizat:
- retele peer-to-peer;
- retele bazate pe server.

Fig.1 - clasificarea interconectarii procesoarelor dupa distanta

In continuare vor fi enumerate principalele caracteristici ale fiecarui tip de retea.
          Retele cu difuzare (broadcast) sunt acele retele care au un singur canal de comunicatie care este partajat (este accesibil) de toate calculatoarele din retea. Mesajul (numit pachet) poate fi adresat unui singur calculator, tuturor calculatoarelor din retea (acest mod de operare se numeste difuzare) sau la un subset de calculatoare (acest mod de operare se numeste trimitere multipla). Acest mod transmitere este caracteristic retelelor LAN.
          Retele punct la punct sunt acele retele care dispun de numeroase conexiuni intre perechi de calculatoare individuale. Pentru a ajunge de la calculatorul sursa la calculatorul destinatie, un pachet s-ar putea sa fie nevoit sa treaca prin unul sau mai multe calculatoare intermediare. Deseori sunt posibile trasee multiple, de diferite lungimi, etc.
          In general retelele mai mici (locale) tind sa utilizeze difuzarea, in timp ce retelele mai mari sunt de obicei punct - la - punct.
          Retele LAN - Local Area Network - sunt in general retele private localizate intr-o singura camera, cladire sau intr-un campus de cel mult cativa kilometri. Aceste retele sunt caracterizate prin:
 - marime: LAN - urile au in general dimensiuni mici iar timpul de transmisie este limitat si cunoscut dinainte;
  -tehnologia de transmisie consta dintr-un singur cablu la care sunt conectate toate calculatoarele (de aici vine numele de difuzare). Aceste retele functioneaza la viteze cuprinse intre 10 si 100 Mb/s. LAN - urile mai pot functiona si la viteze mai mari, de pana la sute de Mb/s. In general aceste viteze de transmisie se masoara in megabiti / secunda Mb/s si nu in megabytes / secunda (MB/s);
- topologie: LAN - urile pot utiliza diferite topologii: magistrala, inel, etc. In figura 1 sunt reprezentate doua astfel de retele: cu topologie magistrala si inel.

calculator                         calculator

Figura 2 - Doua retele LAN: magistrala si inel.

          Retele MAN - Metropolitan Area Network - reprezinta o extensie a retelelor LAN si utilizeaza in mod normal tehnologii similare cu acestea. Aceste retele pot fi atat private cat si publice. O retea MAN contine numai un cablu sau doua, fara sa contina elemente de comutare care dirijeaza pachetele pe una dintre cele cateva posibile linii de iesire. Un aspect important al acestui tip de retea este prezenta unui mediu de difuzare la care sunt atasate toate calculatoarele. Aceste retele functioneaza, in general, la nivel de oras.
          Retele WAN - Wide Area Network - sunt acele retele care acopera o arie geografica intinsa - deseori o tara sau un continent intreg. In aceasta retea calculatoarele se numesc gazde (in literatura de specialitate se mai utilizeaza si urmatorii termeni: host si sistem final). Gazdele sunt conectate intre ele printr-o subretea de comunicatie, numita pe scurt subretea. Sarcina subretelei este sa transmita mesajele de la gazda la gazda.
          Subreteaua este formata din:
- linii de transmisie, numite circuite, canale sau trunchiuri, care are rolul de a transporta bitii intre calculatoare;
- elemente de comutare, calculatoare specializate, folosite pentru a conecta doua sau mai multe linii de transmisie. Nu exista o terminologie standard pentru denumirea acestor elemente de comutare; astfel putem intalni diferiti termeni pentru desemnarea acestora ca : noduri de comutare a pachetelor, sisteme intermediare, comutatoare de date. Termenul generic pentru aceste calculatoare de comutare este router. Fiecare calculator este in general conectat (face parte) la un LAN in care exista un ruter, prin intermediul caruia se face legatura intre doua retele diferite.
          Reteaua contine numeroase cabluri sau linii telefonice, fiecare din ele legand doua ruter - e. Daca doua ruter - e, care nu sunt legate intre ele, doresc sa comunice, atunci ele trebuie sa apeleze la un ruter intermediar.
          Subreteaua este de tip punct-la-punct (se mai utilizeaza si urmatorii termeni: subretea memoreaza - si - retransmite sau subretea cu comutare de pachete), deoarece principul de functionare este urmatorul: cand un pachet este transmis de la un ruter la altul prin intermediul unui alt ruter (ruter intermediar), acesta este retinut acolo pana cand linia ceruta devine disponibila si apoi este transmis.

Figura 3 - Alcatuirea unei subretele

  Analizand figura de mai sus putem spune ca subretea, se refera la colectia de ruter - e si linii de comunicatie aflate in proprietatea operatorului de retea. De exemplu, sistemul telefonic consta din centrale telefonice de comutare, care sunt conectate intre ele prin linii de mare viteza si sunt legate la domicilii si birouri prin linii de viteza scazuta. Aceste linii si echipamente, detinute si intretinute de catre compania telefonica, formeaza subreteaua sistemului telefonic. Telefoanele propriu-zise (in retea gazde, sau sisteme)nu sunt o parte a subretelei.
          Combinatia dintre o subretea si gazdele sale formeaza o retea. In cazul unui LAN, reteaua este formata din cablu si gazde; aici nu exista cu adevarat o subretea.
          O problema importanta in proiectarea unei retele WAN este alegerea topologiei si anume modul de interconectare a router - elor.
          O inter - retea se formeaza atunci cand se leaga intre ele retele diferite. De exemplu legarea unui LAN si a unui WAN, sau legarea a doua LAN - uri formeaza o inter - retea.
          Al treilea criteriu de clasificare a retelelor este dupa topologie.
          La instalarea unei retele, problema principala este alegerea topologiei optime si a componentelor adecvate pentru realizare.
          Prin topologie se intelege dispunerea fizica in teren a calculatoarelor, cablurilor si a celorlalte componente care alcatuiesc reteaua, deci se refera la configuratia spatiala a retelei, la modul de interconectare si ordinea existenta intre componentele retelei.
          Atunci cand se alege topologia unei retele un criteriu foarte important care se are in vedere este cel al performantei retelei. De asemenea, topologia unei retele implica o serie de conditii: tipul cablului utilizat, traseul cablului, etc. Topologia unei retele poate determina si modul de comunicare a calculatoarelor in retea. Topologii diferite implica metode de comunicatie diferite, iar toate aceste aspecte au o mare influenta in retea. In domeniul retelelor locale sunt posibile mai multe topologii, din care doar trei sunt larg raspandite: linie, inel si stea.
          Topologia magistrala - bus sau liniara - este cea mai simpla si mai uzuala metoda de conectare a calculatoarelor in retea. Printre cele mai importante caracteristici amintim:
- consta dintr-un singur cablu, numit trunchi care conecteaza toate calculatoarele din retea pe o singura linie;
- comunicatia pe magistrala presupune intelegerea urmatoarelor concepte:
        - transmisia semnalului: la un moment dat numai un singur calculator poate transmite mesaje;
        - reflectarea semnalului;
        - terminatorul, utilizat pentru a opri reflectarea semnalului;
- este o topologie pasiva, adica calculatoarele nu actioneaza pentru transmiterea datelor de la un calculator la altul;
 
 

terminator

Figura 4 - Topologia magistrala

- daca un calculator se defecteaza, el nu afecteaza restul retelei, cu conditia ca placa de retea a calculatorului respectiv sa nu fie defecta;
- cablul din aceasta topologie poate fi prelungit prin una din urmatoarele metode:
          - o componenta numita conector tubular (BNC);
          - un dispozitiv numit repetor utilizat pentru a conecta doua cabluri; el mai are si rolul de a amplifica semnalul inainte de a-l transmite mai departe;

Figura 5 - Prelungirea unei retele prin repetor

reprezinta o conexiune multipunct - informatiile emise de un calculator sunt receptionate de toate celelalte calculatoare;
- facilitati de reconfigurare (toate calculatoarele conectate au drepturi egale);
- costul redus al suportului si al dispozitivelor de cuplare
          Cea mai cunoscuta topologie bus este Ethernet.
          Topologia stea - star - atunci cand se utilizeaza aceasta topologie toate calculatoarele sunt conectate la un nod central care joaca un rol particular in functionarea retelei. Orice comunicatie intre doua calculatoare va trece prin acest nod central, care se comporta ca un comutator fata de ansamblul retelei. Printre caracteristicile mai importante amintim:
- calculatoarele sunt conectate prin segmente de cablu la o componenta centrala numita concentrator (hub - Host Unit Broadcast);
- calculatoarele nu pot comunica direct intre ele ci numai prin intermediul concentratorului;
- aceste retele ofera resurse si administratie centralizate;
- retelele mari necesita o lungime de cablu mare;
- daca nodul central (hub - ul) se defecteaza, cade intreaga retea;
- daca un calculator sau cablul care il conecteaza la hub se defecteaza, numai calculatorul respectiv este in imposibilitatea de a transmite sau receptiona date in retea;
- poate utiliza in mare parte cablajul telefonic vechi existent intr-o societate;
- transferul informatiei se face punct la punct dar, cu ultimele tipuri de comutatoare, este posibil si un transfer multipunct.

    Nod central

                        Calculator

Figura 6 - Topologia stea

          Topologia inel - (ring) - intr-o astfel de configuratie toate calculatoarele sunt legate succesiv intre ele, doua cate doua, ultimul calculator fiind conectat cu primul. Dintre caracteristicile mai importante enumeram:
- conecteaza calculatoarele printr-un cablul in forma de bucla (nu exista capete libere);
- este o topologie activa - este acea topologie in care calculatoarele regenereaza semnalul si transfera datele in retea -, fiecare calculator functioneaza ca un repetor, amplificand semnalul si transmitandu-l mai departe; iar daca ii este destinat il copiaza;
- mesajul transmis de catre calculatorul sursa este retras din bucla de catre acelasi calculator atunci cand ii va reveni dupa parcurgerea buclei;
- defectarea unui calculator afecteaza intreaga retea;
- transmiterea datelor se face prin metoda jetonului (token passing).
 
 

Figura 7 - Topologia inel

Cea mai cunoscuta topologie inel este Token - ring de la IBM.
          In afara acestor topologii standard exista si alte variante, dintre care cele mai uzuale sunt:
- topologia magistrala-stea: exista mai multe retele cu topologie stea, conectate prin intermediul unor trunchiuri liniare de tip magistrala. Daca un calculator se defecteaza, acest lucru nu va afecta buna functionare a retelei, dar daca se defecteaza un concentrator (hub), toate calculatoarele conectate la el vor fi incapabile sa mai comunice cu restul retelei (figura 8);
- topologia inel-stea; este asemanatoare topologiei magistrala - stea. Deosebirea consta in modul de conectare a concentratoarelor: in topologia magistrala - stea ele sunt conectate prin trunchiuri lineare de magistrala, iar in topologia inel - stea sunt conectate printr-un concentrator principal (figura 8).

                         Figura 8 - Topologie magistrala - stea.

Figura 9 - Topologia inel-stea.

Retelele peer-to-peer (de la egal la egal) sunt acele retele in care partajarea resurselor nu este facuta de catre un singur calculator, ci toate aceste resurse sunt puse la comun de catre calculatoarele din retea. Aceste retele au anumite caracteristici:
- numarul maxim de calculatoare care pot fi conectate este de 10 calculatoare la un workgroup;
- implica costuri mici, si de aceea sunt des utilizate de catre firmele mici;
- se utilizeaza atunci cand zona este restransa, securitatea datelor nu este o problema, organizatia nu are o crestere in viitorul apropiat;
- toate calculatoarele sunt egale; este si client si server, neexistand un administrator responsabil pentru intreaga retea;
          Retele bazate pe server (client / server) sunt acele retele care au in componenta un server specializat: de fisiere si de tiparire; de aplicatii; de posta; de fax; de comunicatii. Printre avantajele retelelor bazate pe server amintim:
- partajarea resurselor;
- securitate;
- salvarea de siguranta a datelor;
- redundanta;
- numar de utilizatori.
          Intr-o retea combinata exista doua tipuri de sisteme de operare pentru a oferi ceea ce multi utilizatori considera a fi o retea completa.
          Toate retelele au anumite componente, functii si caracteristici comune, precum:
- servere sunt acele calculatoare care ofera resurse partajate pentru utilizatorii retelei;
- clienti sunt acele calculatoare care acceseaza resursele partajate in retea de un server;
- medii de comunicatie, reprezinta modul in care sunt conectate calculatoarele in retea (tipul cablului utilizat, a modemului);
- date partajate, reprezinta fisierele puse la dispozitie de serverele de retea;
- resurse: fisiere, imprimante si late componente care pot fi folosite de utilizatorii retelei.
          Alti termeni frecvent utilizati sunt:
- subretea, termenul este potrivit in contextul unei retele larg raspandite geografic, si se refera la colectia de ruter - e si linii de comunicatie aflate in proprietatea operatorului de retea;
- retea, reprezinta combinatia dintre o subretea si gazdele sale (host - uri). In cazul unui LAN, reteaua este formata din cablu si gazde;
- inter - retea, ea se formeaza atunci cand se leaga intre ele retele diferite. Legarea unui LAN si a unui WAN, sau legarea a doua LAN - uri formeaza o inter - retea.