RETELE DE CALCULATOARE

RETELE DE CALCULATOARE

1. Definitie

INTERCONECTARE

doua calculatoare se considera interconectate daca pot schimba date intre ele

MEDIU DE COMUNICATIE

mediu fizic prin intermediul caruia se pot transmite date (cablu, fibra optica, radio, satelit)

RETEA DE CALCULATOARE

ansamblu de calculatoare interconectate prin intermediul unor medii de comunicatie, asigurand folosirea in comun, de catre un mare numar de utilizatori, a tuturor resurselor fizice, logice si informationale ale ansamblului.

Simplificand definitia, reteaua poate fi privita ca fiind un grup de noduri interconectate, un nod putand sa contina:

calculator gazda sau host

terminal video

controler de comunicatie

echipament periferic

2. Avantajele folosirii retelelor

o        Impartirea resurselor - toate programele, datele si echipamentele sunt disponibile pentru orice utilizator al retelei, indiferent de localizarea fizica a resursei sau a utilizatorului;

o        Fiabilitate sporita - prin accesul la mai multe echipamente de stocare alternative (fisierele pot fi stocate de doua-trei echipamente, asigurand accesul la date chiar daca unul dintre echipamente se defecteaza);

o        Extensibilitate - reteaua se poate extinde usor prin conectarea altor echipamente, iar realizarea unui upgrade intr-o zona a retelei nu influenteaza negativ schimbul de date in celelalte zone;

o        Economie financiara - o retea de calculatoare este mult mai fiabila si mai ieftina decat un supercalculator;

o        Mediu puternic de comunicatie

• Posta electronica (e-mail)
• Videoconferinte
• Divertisment interactiv

3.Clasificarea retelelor de calculatoare

Clasificarea retelelor trebuie sa ia in considerare doua aspecte foarte importante: tehnologia de transmisie si scara la care opereaza reteaua. Din punct de vedere al tehnologiei de transmisie, retelele sunt de doua feluri:

A. Retele cu difuzare

Un singur canal de comunicatie este partajat de toate masinile din retea

o        Comunicatia se realizeaza prin intermediul unor mesaje scurte, numite pachete, care au in structura lor, printre altele, un camp pentru desemnarea expeditorului si unul pentru desemnarea destinatarului

o        Se pot trimite pachete catre toate masinile din retea, acest mod de operare numindu-se difuzare

B. Retele punct-la-punct

o        Dispun de numeroase conexiuni intre perechile de masini individuale ce formeaza reteaua

o        Pentru a ajunge la destinatie, un pachet de date trebuie sa treaca prin mai multe masini intermediare, fiind nevoie de algoritmi pentru dirijarea pachetelor pe un drum optim

o        Este un model folosit pentru retelele mari, in timp ce difuzarea se foloseste pentru retelele mici

Dupa marimea retelei, distingem trei tipuri:

Retele locale (LAN)- retele localizate intr-o singura cladire sau intr-un campus de cel mult cativa kilometri; conectarea se face de obicei cu ajutorul unui singur cablu, la care sunt legate toate masinile

Retele metropolitane (MAN)- retele care se pot intinde intr-o zona de pe suprafata unui intreg oras. Pentru conectare se folosesc doua cabluri unidirectionale la care sunt conectate toate calculatoarele, fiecare cablu avand un capat de distributie (dispozitiv care initiaza activitatea de transmisie)

Retele larg raspandite geografic (WAN)- retele care ocupa arii geografice intinse, ajungand la dimensiunea unei tari sau a unui intreg continent;

4. Arhitectura retelelor

A. Topologia retelelor

Prin topologia unei retele se intelege modul de interconectare a calculatoarelor in retea. Folosirea unei anumite topologii are influenta asupra vitezei de transmitere a datelor, a costului de interconectare si a fiabilitatii retelei. Exista cateva topologii care s-au impus si anume: magistrala, inel, arbore. Pe langa acestea intalnim si alte modele topologice: stea, inele intersectate, topologie completa si topologie neregulata . In figura de mai jos puteti vedea reprezentarea , sub forma de grafuri, a acestor modele.

Topologia de magistrala este cea mai folosita atunci cand se realizeaza retele locale de mici dimensiuni, iar performantele nu trebuie sa fie spectaculoase. Acest model topologic se mai numeste si magistrala liniara, deoarece exista un singur cablu care leaga toate calculatoarele din retea. Avantajul este atat acela al costului mai scazut (se foloseste mai putin cablu), dar si acela ca, in cazul ruperii unui cablu sau defectarii unui calculator, nu se ajunge la oprirea intregii retele. Dezavantajul folosirii unui singur cablu este ca, atunci cand doreste sa transmita date, calculatorul trebuie sa 'lupte' pentru a castiga accesul (trebuie sa astepte eliberarea cablului).

Topologia de inel conecteaza fiecare calculator de alte doua, imaginea fiind aceea a unor calculatoare asezate in cerc. Datele transmise de un calculator trec prin toate calculatoarele intermediare inainte de a ajunge la destinatie. Daca nu se folosesc cabluri suplimentare, oprirea unui calculator sau ruperea unui cablu duce la oprirea intregii retele. Performantele unei retele inel sunt ceva mai mari decat ale unei retele magistrala.

Topologia stea foloseste un calculator central care va fi conectat cu toate celelalte calculatoare prin cabluri directe. Toate transferurile de date se realizeaza prin intermediul calculatorului central. Daca se foloseste un calculator central de mare putere, atunci reteaua va avea performante ridicate, insa defectarea acestuia duce la oprirea retelei.

Se pot folosi topologii combinate, cum ar fi lantul de stele insa, orice topologie ar fi aleasa, exista un numar de probleme ce trebuiesc rezolvate (modul de obtinere a accesului este una dintre cele mai importante, trebuind eliminata posibilitatea ca un singur calculator sa 'monopolizeze' mediul de transmisie). Apar probleme suplimentare atunci cand reteaua este eterogena (conecteaza diverse tipuri de calculatoare sau este formata din mai multe retele diferite ca tip).

Trebuie sa facem distinctie intre topologia fizica si topologia logica (modul in care datele sunt transferate de la un calculator la altul).

B. Arhitectura retelelor

Un concept foarte important in retelele de calculatoare este acela de protocol .

PROTOCOL

= ansamblu de conventii si reguli pe baza carora se realizeaza transmiterea datelor

ARHITECTURA

= modul de interconectare a componentelor retelei, pentru a realiza un anumit mod de functionare

Arhitectura unui sistem trebuie sa ne dea informatii despre modul in care se conecteaza componentele sistemului si despre interactiunea dintre acestea, dar ofera si o imagine generala a sistemului. Stabilirea arhitecturii sistemului, fie ca este vorba despre o retea sau despre un produs software, este una dintre cele mai importante etape ale realizarii unui proiect. Este vital sa se stabileasca zonele critice ale sistemului, adica acele componente ce prezinta risc mare de defectare sau care, prin defectarea lor, pot provoca oprirea partiala sau totala a sistemului. Trebuiesc luati in considerare si factorii care ar putea avea influenta asupra sistemului (pana si conditiile atmosferice ar putea influenta functionarea unei retele).

Pentru reducerea complexitatii alcatuirii, majoritatea retelelor sunt organizate pe mai multe nivele (straturi), in sensul impartirii stricte a sarcinilor: fiecare nivel este proiectat sa ofere anumite servicii, bazandu-se pe serviciile oferite de nivelele inferioare. Atunci cand doua calculatoare comunica, in fapt, se realizeaza o comunicare intre nivelele de acelasi rang ale celor doua masini. Nivelul n al masinii A realizeaza schimb de date cu nivelul n al masinii B prin intermediul unui protocol numit protocolul nivelului n . In realitate datele nu sunt transmise de la nivelul n al unei masini catre nivelul n al alteia. In schimb, fiecare nivel realizeaza prelucrarile specifice asupra datelor si le transmit nivelului inferior, pana la nivelul fizic unde se realizeaza schimbul efectiv de date. Doar din punct de vedere logic se poate vorbi de o 'conversatie' intre nivelele a doua masini.

Intre oricare doua nivele adiacente exista o interfata , care stabileste care sunt serviciile oferite nivelului superior. In momentul proiectarii arhitecturii retelei trebuie sa se specifice clar numarul de nivele si interfetele aferente. Multimea protocoalelor si a nivelelor reprezinta arhitectura retelei. Specificatiile arhitecturii (i.e. documentatia ce descrie arhitectura) trebuie sa fie destul de detaliate pentru a permite implementarea de aplicatii care sa se conformeze specificului fiecarui nivel.

Modelul arhitectural ISO-OSI

Modelul ISO-OSI imparte arhitectura retelei in sapte nivele, construite unul deasupra altuia, adaugand functionalitate serviciilor oferite de nivelul inferior. Modelul nu precizeaza cum se construiesc nivelele, dar insista asupra serviciilor oferite de fiecare si specifica modul de comunicare intre nivele prin intermediul interfetelor. Fiecare producator poate construi nivelele asa cum doreste, insa fiecare nivel trebuie sa furnizeze un anumit set de servicii.

Modelul arhitectural ISO-OSI

Nivelul fizic are rolul de a transmite datele de la un calculator la altul prin intermediul unui mediu de comunicatie. Datele sunt vazute la acest nivel ca un sir de biti.

Nivelul legaturii de date corecteaza erorile de transmitere aparute la nivelul fizic, realizand o comunicare corecta intre doua noduri adiacente ale retelei. Mecanismul utilizat in acest scop este impartirea bitilor in cadre ( frame), carora le sunt adaugate informatii de control. Cadrele sunt transmise individual, putand fi verificate si confirmate de catre receptor. Alte functii ale nivelului se refera la fluxul de date (astfel incat transmitatorul sa nu furnizeze date mai rapid decat le poate accepta receptorul) si la gestiunea legaturii (stabilirea conexiunii, controlul schimbului de date si desfiintarea conexiunii).

Nivelul retea asigura dirijarea unitatilor de date intre nodurile sursa si destinatie, trecand eventual prin noduri intermediare (routing ). Este foarte important ca fluxul de date sa fie astfel dirijat incat sa se evite aglomerarea anumitor zone ale retelei (congestionare). Interconectarea retelelor cu arhitecturi diferite este o functie a nivelului retea.

Nivelul transport realizeaza o conexiune intre doua calculatoare gazda (host) detectand si corectand erorile pe care nivelul retea nu le trateaza. Este nivelul aflat in mijlocul ierarhiei, asigurand nivelelor superioare o interfata independenta de tipul retelei utilizate. Functiile principale sunt: stabilirea unei conexiuni sigure intre doua masini gazda, initierea transferului, controlul fluxului de date si inchiderea conexiunii.

Nivelul sesiune stabileste si intretine conexiuni (sesiuni) intre procesele aplicatie, rolul sau fiind acela de a permite proceselor sa stabileasca 'de comun acord' caracteristicile dialogului si sa sincronizeze acest dialog.

Nivelul prezentare realizeaza operatii de transformare a datelor in formate intelese de entitatile ce intervin intr-o conexiune. Transferul de date intre masini de tipuri diferite (Unix-DOS, de exemplu) necesita si codificarea datelor in functie de caracteristicile acestora. Nivelul prezentare ar trebui sa ofere si servicii de criptare/decriptare a datelor, in vederea asigurarii securitatii comunicatiei in retea.

Nivelul aplicatie are rolul de 'fereastra' de comunicatie intre utilizatori, acestia fiind reprezentati de entitatile aplicatie (programele). Nivelul aplicatie nu comunica cu aplicatiile ci controleaza mediul in care se executa aplicatiile, punandu-le la dispozitie servicii de comunicatie. Printre functiile nivelului aplicatie se afla:

o            identificarea partenerilor de comunicatie, determinarea disponibilitatii acestora si autentificarea lor

o            sincronizarea aplicatiilor cooperante si selectarea modului de dialog

o            stabilirea responsabilitatilor pentru tratarea erorilor

o            identificarea constrangerilor asupra reprezentarii datelor

o            transferul informatiei

Cum se realizeaza un transfer de date intre doua masini gazda? Cel mai bun exemplu este modul in care putem citi o pagina web aflata pe un calculator situat la mare distanta:

utilizatorul lanseaza un program pentru vizualizarea paginilor web (browser)

browserul este entitatea aplicatie care va 'negocia' pentru noi obtinerea paginii

nivelul aplicatie va identifica existenta resursei cerute de client (clientul este browserul, care-l reprezinta pe utilizator in aceasta 'tranzactie') si a posesorului acesteia (serverul - inteles ca fiind entitatea ce ofera resursa ceruta nu calculatorul central al unei retele; in cazul nostru avem de-a face cu un server de web). Se realizeaza autentificarea serverului (se verifica daca partenerul este intr-adevar cine pretinde ca este si se stabileste daca acesta este disponibil (poate si vrea sa ne satisfaca cererea).

nivelul sesiune va stabili o conexiune intre procesul client si procesul server

nivelul transport se va ocupa de intretinerea conexiunii si de corectarea erorilor netratate la nivelul retea

nivelul retea va asigura transferul datelor in secvente (pachete), stabilind drumul acestora intre server si client

Modelul arhitectural TCP/IP

Modelul TCP/IP a fost utilizat de reteaua ARPANET si de succesorul acesteia, INTERNET, numele provenind de la protocoalele care stau la baza modelului:

TCP (Transmission Control Protocol)

IP (Internet Protocol)

Obiectivul central avut in vedere la proiectarea retelei a fost acela de a se putea interconecta fara probleme mai multe tipuri de retele, iar transmisia datelor sa nu fie afectata de distrugerea sau defectarea unei parti a retelei. In plus, arhitectura retelei trebuia sa permita rularea unor aplicatii cu cerinte divergente, de la transferul fisierelor si pana la transmiterea datelor in timp real (videoconferinte).

Modelul TCP/IP are doar patru nivele:

Nivelul gazda-retea

Printr-un anumit protocol, gazda trimite prin intermediul retelei pachete IP.

Nivelul internet

Acest nivel este axul pe care se centreaza intreaga arhitectura, rolul sau fiind acela de a permite gazdelor sa emita pachete in retea si de a asigura transferul lor intre sursa si destinatie. Se defineste un format de pachet si un protocol (IP), nivelul trebuind sa furnizeze pachete IP la destinatie, sa rezolve problema dirijarii pachetelor si sa evite congestiile.

Nivelul transport

Este proiectat astfel incat sa permita dialogul intre entitatile pereche din gazdele sursa si destinatie, pentru aceasta fiind definite doua protocoale capat-la-capat: TCP si UDP. Protocolul de control al transmisiei (TCP) permite ca un flux de octeti emis de o masina sa fie receptionat fara erori pe orice alta masina din retea. TCP fragmenteaza fluxul de octeti in mesaje discrete pe care le paseaza nivelului internet. La destinatie, procesul TCP receptor reasambleaza mesajele primite, reconstituind datele initiale. TCP realizeaza controlul fluxului de date pentru a evita situatia in care un transmitator rapid inunda un receptor lent cu mai multe mesaje decat poate acesta sa prelucreze. TCP este un protocol orientat pe conexiune
UDP ( User Datagram Protocol- protocolul datagramelor utilizator) este un protocol nesigur, folosit in aplicatii pentru care comunicarea rapida este mai importanta decat acuratetea transmisiei, asa cum sunt aplicatiile de transmitere a sunetului si imaginilor video.

Nivelul aplicatie

Nivelul aplicatie contine protocoalele de nivel inalt, cum ar fi terminalul virtual (TELNET), transferul de fisiere (FTP) si posta electronica. Protocolul TELNET permite utilizatorului sa se conecteze pe o masina aflata la distanta si sa lucreze ca si cum s-ar afla intr-adevar langa aceasta. Pe parcurs s-au adaugat alte protocoale ca DNS (serviciul numelor de domenii), pentru stabilirea corespondentei dintre numele gazdelor si adresele retelelor, NNTP- folosit pentru transferul articolelor (stiri), http - folosit pentru transferul paginilor web, e.t.c.