Retele de calculatoare, comunicarea informatiilor pe retea

Retele de calculatoare, comunicarea informatiilor pe retea

Utilizarea calculatorului presupune accesul la resursele proprii precum si comunicarea si accesul la resursele altor calculatoare prin intermediul retelelor de comunicatie.

Reteaua de comunicatie asigura transferul de date si informatii printr-un mediu de distributie.

O retea de calculatoare este definita, in modul cel mai general, ca o colectie de calculatoare interconectate printr-o retea de comunicatie. Transmisia informatiei prin calculator este numerica si se realizeaza prin trecerea unui anumit numar de biti pe secunda (bps) care masoara debitul acesteia.

Utilizatorii gestioneaza resursele retelei in sensul ca se conecteaza la un punct (nod sau calculator) al sau apoi, fac apel la programe din noduri indepartate si transfera fisiere. Componentele unei retele, calculatoarele, se pot conecta in moduri diferite si pot avea functii diferite. Modelul structural al retelelor de calculatoare are rolul de a evidentia repartizarea functiilor pe componente si legaturile dintre componente.

Dupa cum sunt repartizate calculatoarele intr-o retea se identifica categoriile:

retea locala sau LAN (Local Area Network) care este o retea de mica intindere, la nivelul unei incaperi sau cladiri. In reteaua LAN calculatoarele sunt localizate pe o distanta scurta, unele fata de altele.

retea metropolitana sau MAN (Metropolitan Area Network) este construita din retele locale si alte calculatoare individuale si are ca sfera de acoperire orasele. Reteaua de tip WAN este un sistem de comunicatie deschis pe distante mari.

retele interconectate sau WAN (Wide Area Network) se obtin prin conexiunea retelelor locale si metropolitane. Aceste retele genereaza chiar reteaua Internet. Asa cum ii spune si numele, reteaua Internet (INTER - NETwork) este o retea de retele, o conexiune intre calculatoare.

Accesul direct al utilizatorului la reteaua Internet se produce prin intermediul retelei locale la care este conectat.

1.1 Reteaua locala (LAN - Local Area Network)

▪ Definitie

Reteaua locala se defineste ca un ansamblu de echipamente hardware legate intre ele prin canale de transmisie. LAN-ul permite comunicatia directa intre diferite calculatoare si echipamente periferice, cum sunt imprimantele, scannerele, lectorii CD. Ea asigura partajarea echipamentelor, a fisierelor, a programelor si asigura transmisia mesajelor.

▪ Tehnologii LAN

Reteaua se implementeaza printr-o varietate de tehnologii independente, cele mai cunoscute fiind: LocalTalk, Ethernet, 3COM si TokenRing, pentru a realiza legaturile intre calculatoare. Retelele bazate pe tehnologiile Ethernet, 3COM si TokenRing cer placi (componente hardware) dedicate calculatorului legat la retea. Ele cuprind, in general, mai mult de o duzina de calculatoare si opereaza la o rata de transfer de 10 Mbps.

Migrarea spre multimedia duce la manevrarea de fisiere de dimensiune mare, a aplicatiilor cu redare in timp real, ceea ce inseamna ca viteza de 10 Mbps a Ethernetului, cea mai raspandita retea, devine insuficienta. O solutie in rezolvarea acestei probleme este folosirea Ethernetului comutat (Switched Ethernet) care aloca dinamic conexiuni de 10 Mbps dedicate la fiecare user pe LAN. O alta solutie este folosirea Ethernetului full duplex comutat care permite transmisia si receptia simultana a informatiei la 10 Mbps, deci o banda de 20 Mbps. Aceasta solutie este efectiva insa numai in cazul serverelor. Pentru aplicatii ce contin video full motion nici aceasta solutie nu este suficienta. De aceea, se tinde spre acceptarea unor noi tehnologii, cum ar fi: ATM (Asynchroneous Transmission Mode), FDDI sau Fast Ethernet. Evolutia Ethernetului de la 10 Mbps la 100 Mbps, cu aceleasi caracteristici, este cunoscuta ca Fast Ethernet sau mai degraba ca 100Base-T. Trecerea la aceste capacitati se realizeaza prin echipamente speciale, cum ar fi: hub-urile, switch-urile, adaptoare pentru statii de 100 Mbps. In acelasi LAN se pot mixa segmente de 10 Mbps si segmente de 100 Mbps.

▪ Componentele LAN: serverul si statiile de lucru

Componentele elementare ale unei retele locale sunt calculatoarele care indeplinesc functii de server sau statie de lucru (workstation). Statia de lucru prelucreaza informatiile locale ale utilizatorului, folosind serviciile propriului sistem de operare. Serverul prelucreaza serviciile comune de la mai multi utilizatori apeland la sistemul de operare al retelei, coordonand accesul la resursele partajate si activitatea statiilor de lucru. Serverul este definit ca un ansamblu hard si soft destinat stocarii aplicatiilor si datelor, accesului si exploatarii lor. In arhitectura cea mai cunoscuta, un server face schimburi periodice cu statiile de lucru si interogheaza permanent reteaua. Timpul de raspuns al acestuia ca si mesajul de raspuns sunt parametrii importanti ai serverului.

Serverul este cea mai importanta componenta a retelei locale si indeplineste functii legate de:

gestionarea resurselor hardware ale retelei, adica stie cate statii client are in compozitie reteaua locala, poate folosi echipamentele periferice;

gestionarea resurselor software ale retelei, cum ar fi: aplicatii, sistem de operare, fisiere document. El partajeaza informatia intre diferite calculatoare ale retelei si intre diferiti utilizatori in functie de anumite criterii de prioritate, cum ar fi: LIFO (Last In First Out) sau FIFO (First In First Out).

gestionarea comunicatiei in retea prin protocoale si controlul debitului de informatie. El controleaza fluxul de informatii si se asigura ca informatia porneste catre un calculator si ajunge la destinatie;

Serverul, ca orice calculator din retea, detine o structura arborescenta a informatiei, bazata pe foldere (directoare sau cai) si fisiere. Aceasta ierarhie este, in plus, separata pe doua zone: PUBLIC si PRIVATE. Zona de informatii PRIVATE nu poate fi vazuta si accesata de utilizatorii retelei, ci doar direct de la calculatorul server de o persoana autorizata, cunoscuta de obicei ca administrator de retea. In aceasta zona se pun, de obicei, fisiere de aplicatie, de sistem care nu trebuie accesate de oricine. Zona de informatii PUBLIC este accesata de orice utilizator al retelei.

Statiile de lucru sau workstations sunt calculatoarele legate la un server care solicita si primesc informatii prin intermediul acestuia.

▪ Topologii LAN si avantajele lor

Topologia LAN reprezinta modul in care sunt legate intre ele calculatoarele unei retele locale.

Exista doua tipuri de LAN-uri: fara server central (denumite peer-to-peer) si cu server central (denumite client - server). Retelele fara server central conecteaza calculatoarele utilizatorilor direct sau prin intermediul unui dispozitiv denumit hub.

O retea clasica LAN este compusa din server si workstations. Nodul unei retele este considerat acel punct unde se leaga cel putin doua canale fizice. Calculatoarele unei retele, inclusiv serverul se numesc noduri.

Fig. Componentele unei retele locale. Datele sunt stocate la server,

procesarea este facuta la client.

Dupa modul in care sunt interconectate componentele unei retele locale client - server se pot configura mai multe topologii care arata modul in care sunt conectate fizic calculatoarele intre ele, printr-un anumit canal de comunicatie, cum ar fi cablul. Cele mai obisnuite topologii sunt: bus, inel, stea si ierarhica. Fiecare topologie se judeca in principal dupa 2 criterii:

posibilitatea de a adauga sau elimina anumite statii fara a intrerupe lucrul in cadrul intregii retelei. O alta situatie este cand o statie se defecteaza. Si atunci restul retelei trebuie sa functioneze;

debitul de informatie ce poate fi transportat in cadrul retelei. Este de dorit ca acest debit sa fie cat mai mare, dat fiind faptul ca informatiile multimedia sunt mari consumatoare de resurse ale retelei.

Topologia bus sau liniara asigura conectarea directa a oricare doua calculatoare din cadrul retelei la server. Datele sunt transmise direct prin cablu, fara ca acestea sa fie preluate sau prelucrate de nici un dispozitiv intermediar. Avantajul acestei topologii este simplitatea realizarii ei, echipamentul trebuind doar sa fie cuplat la cablu. Buna functionare a retelei bus este insa legata de necesitatea ca echipamentul sa altereze cat mai putin linia de comunicatie. Tehnologia Ethernet cu o viteza de 10 Mbps se aplica acestei topologii.

Fig. Topologia LAN liniara - BUS. Este usor de modificat, dar greu de diagnosticat

Topologia inel conecteaza echipamentele in cadrul unei bucle inchise a cablului de interconectare. Datele sunt trecute prin fiecare echipament pana sa ajunga la destinatie. In practica, topologia inel se utilizeaza intr-o structura mai complexa, combinandu-se cu caracteristicile topologiei stea. Astfel, echipamentele sunt conectate in topologie stea cu un server local si acesta este conectat intr-o topologie inel cu echipamentele centrale. Aceasta topologie se implementeaza prin tehnologia Token Ring ce asigura o viteza de 4 - 16 Mbps si se realizeaza, de obicei, pe fibra optica.

Fig. Topologia LAN - RING. Este simpla, necesita putin cablu, dar un singur nod defect intrerupe intreaga retea. Este greu de extins si de modificat.

In cadrul topologiei stea echipamentele sunt legate la un calculator central, server sau comutator, prin intermediul caruia sunt facute toate comunicarile de date. In aceasta configuratie, echipamentul central, server-ul, constituie un punct critic al controlului retelei. O varianta a acestei topologii este topologia ierarhica, datele fiind transferate prin unul sau mai multe dispozitive pentru a ajunge la destinatie. In aceasta topologie un grup de calculatoare client sunt deservite de un calculator server, iar fiecare calculator client poate deveni un server pentru un alt grup de calculatoare.

Fig. X Topologia LAN stea - STAR. Usor de modificat si de diagnosticat. De obicei necesita mai mult cablu de conectare.

Fig. X Topologia LAN ierarhica - TREE

1.2 Protocoale de comunicatie

Reteaua de calculatoare este alcatuita si ca parte logica, constituita din protocoale pe mai multe nivele. Transmiterea efectiva a informatiilor intre calculatoarele legate intr-o retea este asigurata de protocoalele de comunicatie.

Protocolul de comunicatie desemneaza acele conventii care guverneaza cooperarea dintre entitatile (calculatoare, programme, sisteme de operare) de acelasi fel, in contextul existentei unor asocieri la diferite puncte de acces la servicii. Aceste conventii privesc tipurile si formatele mesajelor sau pachetelor schimbate intre entitati, reguli de reactie a fiecarei entitati la comenzile utilizatorului.

Protocolul este elementul cheie in partitionarea resurselor de prelucrare si comunicatia intre utilizatori si retea pentru a stabili servicii de informatii. Conform protocoalelor de comunicatie, datele transmise intre doua statii (calculatoare) sunt grupate fie in pachete, fie in mesaje. Fiecare pachet detine un identificator unic ce asigura recompunerea mesajului  in integritatea sa, la destinatar.

Fig. Pachetul de date asa cum este el transmis pe retea intre doua calculatoare

Protocoalele de comunicatie functioneaza pe mai multe nivele de complexitate, sapte conform ierarhiei OSI (Open Standard System) - model de referinta de interconexiune intre sistemele deschise. Un protocol stabileste regulile prin care diferite parti ale unei retele comunica. Fiecare nivel defineste un set de functii, protocoalele stabilind modul in care sistemul furnizeaza aceste functii. Fiecare nivel inferior furnizeaza servicii pentru nivelele superioare. Retelele locale sunt definite la nivelele 1 si 2 ale modelului OSI.

Cele sapte nivele sunt:

Fig.  Nivelele protocoalelor conform modelului OSI

Comunicatia intre aplicatii este indeplinita conform protocoalelor de aplicatie. Nivelele fizic, legatura de date si retea se ocupa de caracteristicile fizice si logice ale conexiunilor locale dintre utilizator si retea.

Nivelul protocoalelor de transport se refera la transferul efectiv al datelor prin retea. Protocolul care asigura transportul informatiilor prin reteaua Internet este TCP/IP (Transfer Control Protocol / Internet Protocol). Acest protocol constituie baza in functionarea protocoalelor de aplicatie, care la randul lor asigura accesul utilizatorului la informatii. Fiecare serviciu al Internetului are un protocol de transport specific.

1.3 Interconectarea retelelor locale

Retelele locale se interconecteaza pentru a genera retele de tip MAN sau WAN.

Din punct de vedere fizic, conectarea retelelor locale intre ele se realizeaza cu echipamente speciale denumite  relee. Acestea vor asigura transmiterea informatiei de la o retea locala la alta retea locala. In principal, retelele locale sunt retele omogene, care leaga acelasi tip de calculatoare, cu caracteristici asemanatoare in ceea ce priveste intelegerea informatiei transmise.

Principalele tipuri de relee sunt: puntea, router-ul, repeater-ul, pasarela sau poarta (gateway). Acestea au rolul de a transmite informatii intre diferite retele locale si de a permite intelegerea acestora prin atenuarea diferentelor dintre protocoalele utilizate de retele.

Puntea asigura legarea retelelor de aceeasi natura.

Pasarela sau poarta sau gateway leaga retele de natura diferita si converteste protocoalele la un nivel superior. Ea asigura comunicatia intre doua retele diferite.

Routerul sau sistemul de dirijare functioneaza ca un calculator special care permite "rutarea" informatiei de la un standard la altul, intre retele care lucreaza diferit la nivel fizic. El asigura cautarea de drumuri cat mai eficiente, ce traverseaza diferite noduri ale retelei. Aceasta modalitate de legare a retelelor asigura o mare rapiditate de transmitere a datelor.

Repeateurul sau concentratorul regenereaza semnalul pe un suport de transmisie, functionand ca un amplificator al semnalelor transmise intre retele.

Aceste tipuri de legaturi intre retele se pot realiza numai la anumite nivele ale ierarhiei OSI. Astfel, punctea intervine la nivelul 2, pasarela la nivelul 7, router-ul la nivelul 3 iar repeateur-ul la nivelul 1 - fizic al retelelor.

Hub-ul permite o mai buna conexiune a cablurilor intre calculatoarele unei retele. El actioneaza ca repeater-ul, dar intre componentele retelei locale.

Fig. X Folosirea hub-ului in LAN

Descongestionarea sau dezvoltarea retelelor prin segmentarea lor cu ajutorul puntilor si router-elor asigura partajarea resurselor la mai multe calculatoare.

In aprecierea serviciilor de comunicatie a informatilor se iau in considerare cativa parametrii foarte importanti:

- tipul de informatie (voce, sunet, video, date);

- traficul pe retea (intensitatea traficului, activitatea terminalului);

- capacitatea canalului (biti/sec);

- performanta la transmiterea datelor (secunde fara eroare, rata erorilor de bit, intarziere).

Evolutia tehnica a retelei de telecomunicatii se rezuma in prezent la doua tendinte principale: numerizarea si cresterea debitelor.