Notiuni introductive

Generalitati

Modelul OSI ISO

Cablare

1 Notiuni de retele de calculatoare

O retea de calculatoare este formata dintr-un ansamblu de mai multe echipamente interconectate si contine

O parte hardware - servere, statii de lucru, cabluri, imprimante, etc;

O parte software - sisteme de operare care permit lucrul in retea al calculatoarelor, aplicatii distribuite, etc;

Figura 1 Comunicatie punct-la-punct

Figura 2 Topologii de retele de calculatoare

Exista trei tipuri de baza de retele de calculatoare:

retele obtinute prin conectarea punct la punct a calculatoarelor:

retele locale de calculatoare (LAN - Local Area Networks)

retele larg raspandite geografic (WAN - Wide Area Networks)

Din punct de vedere al modului in care diferitele resurse comune sunt disponibile in retea, se pot pune in evidenta doua tipuri de abordare a retelelor locale:

retele de tip grup de lucru (workgroup) - in aceste retele permit utilizatorilor sa foloseasca in comun fisierele de pe unitatile lor de hard-disk, precum si orice imprimanta conectata la calculatoare; in astfel de retele posibilitatile de stabilire a drepturilor de acces sunt limitate;

retelele bazate pe servere si clienti client-server) - aceste retele utilizeaza unul sau mai multe calculatoare specializate pentru furnizarea serviciilor de acces la fisiere si pentru tiparie;

Intr-o retea client-server vor coexista mai multe tipuri de echipamente. Acestea pot fi:

componente care furnizeaza servicii retelei. Cel mai comun tip de furnizor de servicii este Serverul. Mult timp, acesta a purtat numele de Server de Fisiere (File Server), desi furniza mai multe tipuri de servicii, cum ar fi:

folosirea in comun a unor fisiere;

folosirea in comun a unor imprimante din retea;

asigurarea protectiei datelor si resurselor folosite de utilizatori;

componente care folosesc serviciile furnizate de servere, numite clienti. Clientul este in general un calculator performant, el poate executa majoritatea functiilor sale fara a avea nevoie de acces la retea. El va folosi din aceasta doar anumite fisiere si servicii de tiparire;

OBSERVATIE

Diferentele intre o retea peer-to-peer si una client-server sunt semnificative:

Retelele client-server se bazeaza pe o specializare crescuta a serverului. Acesta este astfel proiectat incat sa asigure servicii rapide si fiabile. De asemenea, informatiile stocate in mod centralizat pot fi administrate si protejate usor.

Retelele de tip grup de lucru permit ca fiecare calculator din retea sa functioneze atat ca server cat si ca si client. Fisierele sunt imprastiate pe mai multe calculatoare, fiind destul de dificil de mentinut securitatea lor si de administrat, fiecare calculator putand efectua orice operatii asupra informatiilor stocate pe hard-discurile lui. In acest fel, se pot pierde sau frauda date apartinand unor utilizatori ce lucreaza pe alte calculatoare. Varianta este insa mai ieftina, nefiind nevoie de utilizarea unui server scump.

Interfata dintre masina hardware si operatorul uman este oferita de catre Sistemul de Operare (SO). Exemple de astfel de sisteme de operare: MsDOS, Windows 95, Windows 98, Windows 2000 Professional, Windows XP, Unix, MacIntosh, etc. Serverele trebuie sa foloseasca SO capabile sa:

deserveasca mai multi utilizatori simultan;

furnizeze servicii de acces la fisiere, tiparire, etc. diferitilor clienti, indiferent de SO al acestora, cu conditia existentei unor protocoale de comunicatie;

sa asigure securitatea retelei;

in afara serverelor de fisiere, mai exista si alte tipuri de servere: de posta, de modem, de fax, porti, rutere, etc.

Statiile de lucru vor utiliza sisteme de operare ca si cele amintite mai sus, avand componente de acces la retea.

2 Modelul OSI ISO

O retea de calculatoare trebuie sa asigure interconectarea de echipamente structural diferite, precum si comunicatia de informatii eterogene, cum ar fi date sub forma de biti, informatii audio si video, permitand interschimbarea echipamentelor, conectarea de noi echipamente sau scoaterea unor echipamente din retea, fara a fi afectata functionarea retelei. O astfel de retea formeaza un mediu de interconectare al sistemelor deschise (interoperabile) OSIE (engl: Open System Interconnection Environment

Unul din cele mai cunoscute standarde legate de problema interconectarii sistemelor deschise a fost introdus de International Standards Organisation ISO) si este cunoscut sub denumirea de Modelul de referinta ISO pentru interconectare sistemelor deschise OSI (engl: Open Systems Interconnection ISO a adoptat pentru modelul de referinta o structura multinivel, impartind subsistemul de comunicatie in nivele care au si executa functii bine definite. Conceptual, fiecare nivel trebuie sa execute una sau doua tipuri generice de functii : functii dependente de retea si respectiv functii orientate pe aplicatie. Aceasta impartire duce la aparitia a trei medii de operare distincte:

mediul asociat retelei (engl: Network Environment) care se refera la standardele si protocoalele asociate diferitelor tipuri de retele de comunicatii de date;

mediul OSI (engl: OSI Environment) care inglobeaza mediul asociat retelei, adaugandu-i standarde si protocoale orientate pe aplicatie, astfel incat sa permita ca diferite calculatoare sa comunice intre ele de maniera deschisa.

mediul sistemului real (engl: Real System Environment), construit in jurul mediului OSI, care cuprinde o serie de aplicatii si servicii pentru realizarea unor procesari distrubuite specifice a taskurilor.

Atat functiile dependente de retea cat si cele orientate pe aplicatie ale modelului OSI sunt implementate pe un numar de nivele. Atat limitele nivelelor cat si functiile realizate de fiecare nivel in parte au fost propuse tinand cont de experientele anterioare. Fiecare nivel executa o functie bine definita in contextul intregului subsistem de comunicatie. Nivelul isi realizeaza functia respectand un set de reguli, numit protocol, schimband mesaje (date si mesaje de control) cu nivelul echivalent al sistemului de la distanta cu care comunica propriul sistem de calcul. Fiecare nivel comunica prin intermediul unei interfete cu nivelul imediat superior si nivelul imediat inferior. Deci, specificatiile ISO se refera la functiile si interfetele fiecarui nivel in parte, particularitatile de implementare al nivelelor fiind lasate pe seama producatorilor de sisteme de comunicatie.

Modelul OSI-ISO este structurat pe 7 nivele

Cele trei nivele inferioare sunt dependente de retea si functioneaza pe baza de protocoale care asigura comunicatia de date intre doua calculatoare conectate prin intermediul retelei. Cele 3 nivele superioare sunt orientate pe aplicatie, permitand ca doua programe de aplicatie care se executa pe calculatoare diferite sa poata interactiona intre ele, prin intermediul unor servicii oferite de sistemele de operare ale calculatoarelor respective. Nivelul 4 (transport) realizeaza interfata intre nivelele superioare cu functii orientate pe aplicatie si cele inferioare, dependente de retea.

Functia realizata de fiecare nivel este specificata formal prin intermediul unui protocol, reprezentand un set de reguli si conventii respectate de catre nivel, pentru a comunica cu nivelul similar al sistemului cu care comunica sistemul gazda. De asemenenea, fiecare nivel furnizeaza un set de servicii nivelului imediat superior, folosind in acelasi timp serviciile oferite de nivelul imediat inferior. Astfel:

nivelul aplicatie reprezinta de fapt interfata utilizator pentru o serie de servicii distribuite, cum ar fi transferul fisierelor, accesul si gestiunea in retea ale acestora, schimburile de mesaje, etc. Accesul la serviciile nivelului aplicatie se face prin intermediul unor primitive avand fiecare asociat un set de parametri, primitive suportate de sistemul de operare local. Aceste primitive sunt similare primitivelor sistemului de operare, iar modul lor de apel si informatiile returnate sunt aceleasi. Deci, accesul la retea va fi similar accesului la resursele locale, in mod absolut transparent pentru programul utilizator.

O serie de servicii furnizate de nivelul aplicatie sunt:

identificarea partenerilor de comunicatie doriti, pe baza numelui sau adresei;

stabilirea autoritatii in cadrul comunicatiei;

acceptarea mecanismelor de codificare;

autentificarea partenerului dorit de comunicatie;

impunerea disciplinei in dialog, inclusiv a procedurilor de initiere si terminare;

acceptarea responsabilitatii pentru recuperarea erorilor;

nivelul prezentare se ocupa cu reprezentarea (sintaxa) datelor pe parcursul transferului intre doua procese de aplicatie care comunica. Pentru a respecta cerintele de interconectare a sistemelor deschise, sunt definite o serie de forme de sintaxa de date abstracte, utilizate de procesele de aplicatie impreuna cu forme concrete de sintaxa. Nivelul prezentare negociaza si selecteaza sintaxa utilizata in cadrul tranzactiei, astfel incat structura mesajelor schimbate de cele doua entitati sa ramana aceeasi, realizand in acest scop conversii ale reprezentarii datelor. Procesul este similar spre exemplu cazului in care un francez (aplicatia 1) trebuie sa comunice cu un spaniol (aplicatia 2), ambii utilizand un translator propriu, dar fiecare translator cunoscand limba engleza. Deci, fiecare translator va traduce mesajul din limbajul matern in engleza si reciproc. O alta functie a nivelului prezentare se refera la securitatea datelor. Astfel, in unele aplicatii, datele transmise sunt in prealabil criptate, pe baza unei chei cunoscute doar de nivelul prezentare al receptorului. Acesta va descifra mesajul inainte de a executa alte actiuni asupra lui.

nivelul sesiune permite celor doua entitati aflate in comunicatie sa-si organizeze si sincronizeze dialogul si sa gestioneze schimbul de date. De asemene, acest nivel este responsabil cu stabilirea si anularea canalului de comunicatie intre doua entitati. Alte functii ale nivelului sesiune sunt:

gestiunea interactiunii. Schimbul de date poate fi duplex (ambele sensuri simultan), half duplex (ambele sensuri, succesiv) sau simplex (intr-un singur sens);

sincronizarea. In cazul transferurilor lungi, utilizatorul (respectiv serviciile oferite de nivelul sesiune) pot stabili puncte de sincronizare asociate transferului. Daca in timpul transferului apare o eroare, acesta va fi reluat de la precedentul punct de sincronizare.

Nivelul transport reprezinta o interfata intre nivelele superioare orientate pe aplicatie si respectiv nivelele inferioare, dependente de retea. El furnizeaza nivelului sesiune mesaje, ascunzand operatiile detaliate legate de tipul retelei pentru transferul mesajului. Nivelul transport accepta date de la nivelul sesiune, le descompune daca este cazul in unitati mai mici pe care le preda nivelului retea si se asigura ca toate fragmentele sosesc corect la celalalt capat. De asemenea, recompune mesajele primite de la nivelul retea in datele oferite nivelului sesiune. Acest nivel realizeaza independenta nivelelor superioare de modificarile survenite in tehnologia echipamentelor de retea.

Cele trei nivele inferioare ale modelului OSI ISO sunt dependente de retea si variaza de la un tip de retea la altul. In general, nivelul retea este responsabil cu stabilirea si intreruperea prin intermediul retelei de comunicate a unei conexiuni intre doua entitati de nivel transport. Nivelul include cateva functii, cum ar fi rutarea (adresarea) in cadrul retelei, fluxul de date la nivelul interfetei calculator-retea de comunicatie, etc. Deci, nivelul se ocupa cu dirijarea pachetelor de date de la sursa la destinatie.

nivelul legaturii de date transforma un mijloc oarecare de transmisie intr-o linie care sa fie disponibila nivelului retea fara erori de transmisie nedetectate. Deci, este responsabil cu detectarea erorilor si respectiv transmisia / retransmisia datelor in caz de eroare. Nivelul ofera doua tipuri de servicii:

servicii neorientate pe conexiune. Pot fi servicii neconfirmate neorientate pe conexiune, caz in care nu se incearca in nici un mod recuperaea unui cadru pierdut pe linia de comunicatie, sau servicii confirmate neorientate pe conexiune, caz in care fiecare cadru ajuns cu bine este confirmat de catre receptor. Un cadru neconfirmat va fi retransmis.

servicii orientate pe conexiune. In acest caz, intre emitator si receptor este stabilita o conexiune inainte de transmisia cadrelor, fiecare cadru fiind confirmat in parte. Confirmarea unui cadru specifica receptionarea corecta a tuturor cadrelor anterioare.

nivelul fizic se compune din totalitatea dispozitivelor mecanice si electrice care concura la transmisia informatiei intre sursa si destinatie.

In cele ce urmeaza vom prezenta cateva detalii referitoare la nivelul fizic, acesta fiind deosebit de important in momentul implementarii unei retele de calculatoare.

3 Implementarea nivelului fizic

Atunci cand se implementeaza nivelul fizic, adica se alege tipul de cablare si tipul interfetelor de retea, este bine sa se tina cont de urmatoarele caracteristici ale retelei:

sensibilitatea la interferentele electromagnetice - campurile megnetice si electrice din mediul inconjurator induc semnale in cabluri, pecepute ca si zgomote suprapuse peste semnalul util. In plus, curntii variabili din cabluri produc campuri electromagnetice ce interfereaza cu semnalele radio.

largimea de banda - este o masura a ratelor de transmisie pe care le poate suporta un anumit mediu de comunicatie. Rate de transmisie uzuale in mediile de comunicatie sunt 10-100 mega biti per secunda (Mbps). Largimea de banda poate fi utilizata in doua moduri:

intreaga largime de manda al cablului este alocata unui singur semnal de date. In acest caz, mediul fizic opereaza in banda de baza

largimea de banda este utilizata pentru transportul mai multor semnale independente. In acest caz, mediul opereaza in banda larga

costul - pretul de cost al implementarii si administrarii retelei;

3.1 Cabluri de retea

Mediul fizic de transmitere a informatiei poate fi implementat prin intermediul cablurilor, sau a undelor radio. Pentru realizarea mediului fizic al LAN se utilizeaza 4 tipuri de cabluri: coaxial, bifilar torsadat ecranat (STP Shielded Twisted Pair), bifilar torsadat neecranat (UTP Unshielded Twisted Pair), fibra optica.

cablul coaxial: are in compunere un conductor central si un conductor de ecranare exterior.

stratul izolator: izoleaza conductorul central d.p.d.v. electric de ecranul de protectie si il mentine centrat. Este realizat din plastic;

ecranul de protectie: este din fir metalic tesut si inconjoara stratul izolator. Are rolul de a izola d.p.d.v. electromagnetic conductorul central;

mantaua: protejeaza exteriorul cablului. Este din plasic sau teflon.

Exista urmatoarele categorii de cabluri coaxiale:

RG-8 si RG-11 - cabluri coaxiale groase (thick Ethernet), cu impedanta de 50Ω.

RG-58 - cablu subtire (thin Ethernet cu impedanta de 50Ω.

RG-59 - cablu de antena cu impedanta de 75Ω.

Ca avantaj al utilizarii acestui tip de cabliu se poate aminti rezistente la influente electromagnetice datorita ecranarii. Principalele dezavantaje sunt rata mica de transfer, faptul ca sunt rigide, iar conectica (conectorii BNC BayoNet Connector) sunt destul de putin fiabili

cablul bifilar torsadat ecranat - consta din 2 fire izolate rasucite unul in jurul celuilalt. Din cauza rasucirii firelor, acestea isi alterneaza pozitia anuland efectul interferentei electromagnetice si reducande tendinta cablului de a emite semnale electromagnetice. Pot fi utilizate si in perechi de cabluri rasucite, in special in retelele token-ring.

Avantajele acestui tip de cabluri sunt:

sunt mai insensibile la interfetele electromagnetice decat coax;

permit latimi de banda mediii (peste 16 Mbps);

sunt foarte robuste si durabile;

Principalul dezavantaj provine din faptul ca sunt rigide.

cablul bifilar torsadat neecranat - utilizeaza doua perechi de fire rasucite, dar nu mai incorporeaza un ecran, fiind astfel ceva mai sensibil la interferente electromagnetice, dar mai putin rigid. La ora actuala este cablul cel mai des utilizat in cablarea retelelor locale de calculatoare.

Exista urmatoarele tipuri (categorii) de cabluri UTP:

Tipul 1 - folosit numai pentru transmisii vocale (la telefon);

Tipul 2 - transmisii de date la viteze reduse. Nu pot fi utilizate la LAN

Tipul 3 - utilizabile pentru transmisii de date, uzual la 10 Mbps, in retele UTP Ethernet sau Token Ring

Tipul 4 - utilizabile pentru transmisii de date de pana la 20 Mbps;

Tipul 5 - Utilizabile pentru transmisii de date de pana la 100 Mbps (Fast Ethernet

Ca avantaje se pot aminiti faptul ca sunt ieftine, flexibile, usor de instalat si intretinut. Ca dezavantaje, sunt potential vulnerabile la influnte electomanetice si fiind subtiri, sunt vulnerabile la defecte mecanice.

cablul de fibra optica - are un miez de sticla sau plastic care transporta datele sub forma unor impulsuri de lumina. Sunt utilizate in general la cablarea retelelor larg raspandite geografic.

miezul - utilizeaza fibra siliconica, dar exista si miezuri de plastic.

invelisul izolator - este un invelis care inconjoara miezul, avand proprietati de reflexie totala a luminii;

mantaua - un invelis dur din Kevlar, protejeaza cablurile optice din interior;

Avantaje:

sunt complet insensibile la interferentele electromagnetice;

sunt durabile si robuste;

largimea de banda este nelimitata;

3.2 Conectarea fara fir

Pentru conectarea fara fir, va trebui sa instalati un echipament de interconectare, care functioneaza ca un receptor-emitator radio, numit punct de acces (Access Point), conectat la reteaua locala de calculatoare. La randul lor, calculatoarele interconectate prin intermediul acestui dispozitiv, vor trebui sa contina echipamente de transmisie-receptie, interconectare, care sa faca legatura cu punctul de acces. Aceste echipamente pot fi conectate la calculator ca si placi interne PCI, prin intermediul portului USB, prin interfata PCMCIA, etc. Uzual, rata de treansfer in acest tip de comunicatii este 100 Mb/sec.

4 Standarde de cablare

Standardele pentru retelele locale de calculatoare sunt definite de IEEE International Electric and Electronic Engineers). Exista mai multe tipuri de standarde pentru LAN, descrise de standardele IEEE 802.x. Exemple de astfel de standarde sunt:

IEEE 802.2 - defineste nivelul LLC;

IEEE 802.3 - defineste stadnardul pentru retele Ethernet;

IEEE 802.4 - defineste standardul pentru retele Token-Bus;

IEEE 802.5 - defineste standardul pentru retele Token Ring;

IEEE 802.11 - defineste standardul pentru retele fara fir;

Din punct de vedere al cablariicel mai des utilizate in aplicatiile uzuale este cablarea pentru retele ETHERNET. Acesta este cel mai vechi sistem de cablare. Este caracteristic topologiilor BUS si HUB. Functioneaza in general la rate de transfer de 10 Mbps, avand urmatoarele tipuri de cabluri:

cablu coaxial gros 10Base5

opereaza in banda de baza, impedanta 50S

cu largimea de banda de 10Mbps;

lungimea admisibila a unui segment de LAN este de 500m;

Un segment Ethernet este reprezentat de cablul coaxial dintre 2 terminatori. Lungimea unui segment este max. 500m si poate suporta maximum 100 conexiuni. Se pot realiza retele mai lungi, prin utilizarea unui segment repetor. Repetoarele izoleaza electric segmentele, amplifica semnalele care trec dintr-in segment in altul si refac formele de unda pentru a corecta distorsiunile care apar cand semnalele parcurg cablul. Cablurile de legatura intre segmente si conector pot avea max. 50m, deci un segment repetor poate avea max. 100m

cablu coaxial 10Base2

opereaza in banda de baza, impedanta 50S

cu largimea de banda de 10Mbps;

lungimea admisibila a unui segment de LAN este de 180m;

reteaua se poate extinde cu ajutorul segmentelor de legatura

Figura 10 Retea bus cu cablu coaxial

Figura 11 Interconectarea tronsoanelor bus

cablu bifilar torsadat 10BASE-T - este caracteristic configuratiei hub. Cablurile include doua perechi de fire rasucite, configurate astfel incat emitatorul unui dispozitiv sa fie conectat la receptorul celuilalt. La ora actuala, standardul Ethernet ofera cablari pentru rate de transfer de 100 Mbps. Astfel de retele se numesc Fast Ethernet si sunt derivate din tehnologia 10Base-T. Cablul torsadat 100BASE-T - este standardizat in standardul IEEE 802.3, avand urmatoarele variante:

100BASE-TX - utilizeaza 2 perechi de cabluri torsadate neecranate de clasa 5;

100BASE-T4 - utilizeaza 2 perechi de cabluri torsadate neecranate de clasle 3, 4 sau 5;

100BASE-FX - utilizeaza fibre optice;

100VG-AnyLAN - este standardizat de standardul IEEE 802.12, dezvoltat de firma Hewlett-Packard, este diferit de standardele Ethernet, dar le inglobeaza pe acestea.