Proiectarea pe niveluri

Comunicatiile prin retelele de transmitere a datelor si aplicatiile distribuite sunt asigurate prin intermediul unui software specializat de comunicatii, care permite un transfer sigur al informatiilor. Acest software de comunicatii este organizat in arhitecturi de protocoale, dintre care cea mai raspandita este stiva de protocoale TCP/IP. Ea domina, in sensul numarului si varietatii produselor, raspandirii si cercetarilor, realizate sau in desfasurare, referitoare la acest tip de retele. Internet-ul si milioanele de calculatoare atasate lui sunt exemplul tipic de implementare si dezvoltare a acestor tehnici de comunicatie.

Subreteaua de comunicatie este formata din nodurile de comutare a pachetelor (rutere) si legaturile dintre ele.

Reteaua de comunicatie este formata din subreteaua de comunicatie impreuna cu terminalele atasate acesteia: calculatoare gazda (host-uri), concentratoare (cluster-e), etc..

Comutarea de circuit este specifica retelelor de transmisie telefonica, unde legatura fizica intre vorbitori se stabileste printr-o comutare fizica in interiorul centralei. Circuitul fizic exista pe toata durata convorbirii. In cazul datelor, acestea sunt transmise de sursa la destinatie, prin mediul fizic care leaga ruterele. Odata ajunse intr-un ruter, datele sunt transferate de pe legatura de intrare spre acea legatura de iesire aleasa de algoritmul de dirijare implementat in nod, alegere care se face conform cu adresa destinatie inscrisa in pachet. Daca acea legatura de iesire este ocupata, datele sunt memorate intr-o coada de asteptare a acelei legaturi de iesire, ca sa nu se piarda, urmand sa fie transmise cand se elibereaza legatura de iesire. Pe durata memorarii, circuitul fizic intre sursa si destinatie este intrerupt, motiv pentru care el este numit circuit virtual iar comutarea e numita comutare de pachete.

Pentru a simplifica sarcinile de proiectare a calculatoarelor atasate retelei (host-uri) si a dispozitivelor de interconectare (noduri de comutare a pachetelor) s-a propus o structura pe niveluri. Numarul de niveluri si sarcinile lor pot diferi de la un model la altul, dar ele trebuie sa asigure

transmisia spre ambele parti:

Ø      simplex: doar transmisie sau doar receptie

Ø      semiduplex transmisie si receptie alternativ

Ø      duplex: transmisie si receptie simultan

controlul erorilor detectia erorilor si reluarea dupa erori

controlul fluxului: transmitator rapid si receptor lent

Nivelurile

Protocoalele fiecarui nivel indeplinesc o serie de functii

Comunicarea intre doua niveluri adiacente se face prin interfete, I

Comunicarea intre doua niveluri de acelasi rang n,

se face prin protocoale de rangul n

Fiecare nivel utilizeaza serviciile oferite de nivelul inferior si ofera servicii nivelului superior

Arhitectura retelei este formata din ansamblul nivelurilor si protocoalelor

Modelul de referinta pentru interconectarea sistemelor deschise (RM-OSI-ISO Reference Model for Open Systems Interconnection-ISO)

Nivelul fizic se ocupa cu transmiterea nealterata a fluxului serie de biti, nestructurat, prin mediul fizic. El trateaza caracteristicile mecanice, electrice, functionale si procedurale pentru accesul la mediu fizic, adica pentru activarea, mentinerea si deconectarea conexiunilor intre entitatile de nivel legatura de date.

Nivelul legatura de date asigura un transfer sigur al informatiei nod-la-nod, pe legatura fizica existenta intre doua sisteme adiacente. Datele sosite de la nivelul superior sunt sectionate in blocuri sau cadre, marcate de delimitatori speciali care permit controlul sincronizarii transmisiei. Se face controlul fluxului si al erorilor. Se asigura transparenta de cod a informatiei: se iau masuri astfel incat nici o secventa de biti sau caractere din campul de date al pachetului sa nu fie interpretata ca o comanda a legaturii de date.

Nivelul retea e responsabil cu dirijarea pachetelor si cu stabilirea, mentinerea si deconectarea conexiunii de nivel retea. Asigura transferul pachetelor intre nodul/ruterul de intrare in subreteaua de comunicatie si nodul/ruterul de iesire din subreteaua de comunicatie. Aici se face si contabilizarea traficului in vederea taxarii. El izoleaza nivelurile superioare de tehnologiile folosite pentru interconectarea sistemelor, folosite la transmisia datelor si comutarea pachetelor.

Nivelul transport asigura transferul sigur si transparent al datelor intre punctele finale, sursa si destinatia. Asigura un control al fluxului cap-la-cap al retelei de comunicatie si recuperarea datelor cap-la-cap.

Nivelul sesiune asigura structura comunicatiei dintre aplicatii; stabileste, controleaza si incheie conexiunea/sesiunea intre aplicatiile care coopereaza.

Nivelul prezentare permite aplicatiilor sa fie independente de modul de reprezentare a datelor. Se ocupa cu sintaxa, semantica si compresia datelor.

Nivelul aplicatie contine aplicatiile/programele utilizatorilor si ofera servicii pentru aplicatii distribuite.

Dezvoltarea modelului OSI s-a facut in principal pentru a oferi un cadru standardizarii. In cadrul modelului pot fi dezvoltate unul sau mai multe protocoale pentru fiecare nivel. Modelul defineste in termeni generali functiile fiecarui nivel, facilitand implementarea proceselor care urmeaza sa realizeze aceste functii. Functiile fiind bine precizate, standardizarea se poate face simultan si independent pentru fiecare nivel, lucru ce permite accelerarea standardizarii. Fiecare nivel fiind bine delimitat, schimbarile in interiorul unui nivel nu afecteaza celelalte niveluri.

Modelul de referinta TCP/IP (ARPA-DOD) si echivalenta cu RM-OSI-ISO

ARPA - Advanced Resarch Project Agency DOD - Departament of Defense

TCP -Transport Control Protocol

IP - Internet Protocol

IPX - Internetwork Packet Exchange Protocol

FTP - File Transfer Protocol

HTTP - HyperText Transfer Protocol

TELNET -Protocol pentru conectarea la distanta

Modelul TCP/IP organizeaza sarcinile de comunicatie in cinci niveluri, relativ independente, si anume: nivelul fizic, nivelul de acces la retea, nivelul Internet, nivelul transport sau host-la-host si nivelul aplicatie.

Nivelul fizic acopera interfetele fizice dintre dispozitivele de transmisie a datelor (statii de lucru, calculatoare,etc.) si mediul de transmisie sau retea. In acest nivel se mentioneaza caracteristicile mediului de transmisie, natura semnalelor, viteza datelor si alte probleme conexe.

Nivelul de acces la retea se ocupa cu schimbul de date dintre un sistem final (server, host, etc.) si reteaua la care este atasat acesta. Sursa, sau calculatorul care transmite, trebuie sa furnizeze retelei adresa calculatorului destinatie, astfel incat reteaua sa poata dirija datele spre destinatia adecvata. Sursa poate pretinde retelei anumite servicii, ca de exemplu prioritatea. Software-ul acestui nivel depinde de tipul de retea utilizat: au fost adoptate standarde diferite pentru retele diferite, cu comutare de circuit, cu comutare de pachete (ex. releul de cadre/frame relay), LAN-uri (ex. Ethernet), retele ATM, si altele. E justificata astfel separarea functiilor care trateaza accesul la retea, intr-un nivel separat. In acest fel restul software-ului de comunicatie, de deasupra nivelului de acces la retea e independent de specificul retelei si poate functiona corect indiferent de tipul de retea la care este atasat terminalul. Nivelul de acces la retea se ocupa de accesul si dirijarea datelor prin retea, pentru doua sisteme finale atasate aceleasi retele.

Daca sistemele apartin unor retele diferite sunt necesare proceduri suplimentare care sa permita datelor sa traverseze retelele multiple interconectate. Aceste functii apartin nivelului internet. In acest nivel e folosit protocolul IP (Internet Protocol), care asigura functia de dirijare a pachetelor prin diferitele retele interconectate. Acest protocol este implementat atat in sistemele finale cat si in rutere. Un ruter este un procesor care interconecteaza doua retele si care transfera datele dintr-o retea in alta, pe calea aleasa, de la sursa la sistemul destinatie, final.

Indiferent de natura aplicatiilor care-si transfera reciproc date, exista de obicei niste cerinte, pentru ca datele sa fie transferate in mod sigur. E de dorit ca datele sa ajunga la aplicatia destinatie in aceeasi ordine in care au fost expediate de aplicatia sursa. Mecanismele prin care se realizeaza o transmisie sigura sunt independente de natura aplicatiilor si astfel se justifica plasarea lor intr-un nivel comun, partajat de nivelul aplicatie, si anume nivelul transport sau host-la-host.

In final, nivelul aplicatie contine logica necesara pentru a asigura aplicatiile diferitilor utilizatori. Pentru fiecare tip de aplicatie, ca de exemplu transferul de fisiere, e necesar un modul separat specific acelei aplicatii.