Medii de comunicatii electronice

1.1. Retele

In lume exista multe retele cu echipamente si programe diverse. Retelele nu pot fi extinse prin simpla adaugare a unor calculatoare si cabluri. Fiecare topologie si arhitectura de retea are propriile sale limite. Totodata fiecare retea foloseste propriile protocoale, deci existenta retelelor de tipuri diferite inseamna a avea protocoale diferite. Indiferent de evolutia care va avea loc in lumea IT (tehnologia informatiei), mereu vor exista o varietate de retele, care pentru a putea comunica unele cu altele vor trebui sa se interconecteze.

Retele de tip LAN (Local Area Network) reprezinta cea mai comuna implementare a tehnologiei retelelor pentru firmele de marime mica-medie. O astfel de retea se caracte­rizeaza prin: operare intr-o arie geografica limitata, permite accesul utilizatorilor la medii de transmisie cu latime de banda mare, ofera conectivitate continua pentru serviciile locale, conecteaza fizic echipamente adiacente. Daca privim acest tip de retele prin prisma sistemelor de operare ce pot fi folosite, vom putea clasifica aceste retele in peer-to-peer si retele bazate pe servere. Retelele peer-to-peer nu implica existenta unui server care sa asigure serviciile in retea. Fiecare dintre calculatoarele retelei poate indeplini si functia de server. Utilizatorul este cel care hotaraste ce periferic sau informatie doreste sa fie accesata si de ceilalti membri ai retelei. Acest tip de retele se preteaza cel mai bine pentru firmele mici, unde, datorita complexitatii relativ reduse a activitatilor, nu este nevoie de servicii sofisticate. La polul opus, retelele bazate pe server(e) implica existenta cel putin a unui calculator care sa joace rolul de server. in acest caz, informatiile care trebuie partajate in cadrul firmei vor fi gestionate de server. Aceasta este solutia adoptata de majoritatea firmelor si ca urmare a posibilitatii gestionarii centralizate a securitatii retelei. Serverele dintr-o astfel de retea pot indeplini urmatoarele roluri: servere de fisiere si imprimare - ofera un suport sigur pentru toate datele companiei si gestioneaza tiparirea la imprimantele partajate in retea, servere pentru aplicatii - asigura componenta cu acelasi nume pentru aplicatiile client-server. Exemple de astfel de servere: Web-serverele, serverele pentru baze de date, servere de mail - gestioneaza mesajele electronice pentru clientii unei retele, servere pentru gestiunea securitatii - asigura securitatea unei retele locale cind aceasta este conectata la o retea de tipul Internetului. Pot fi incluse in aceasta categorie firewall-urile, proxy serverele, servere pentru comunicatii - asigura schimbul de informatii intre retea si clientii din afara acesteia (accesul prin dial-up, de exemplu).

Pentru desemnarea manierei de proiectare a unei retele se foloseste termenul topologie. Trebuie sa precizam ca exista doua tipuri de topologii: fizica si logica. Topologia fizica a unei retele se refera la configuratia mediilor de transmisie, a calculatoarelor si a perifericelor. Topologia logica reprezinta metoda folosita pentru transferul informatiilor de la un calculator la altul.

Topologiile fizice sunt: bus (magistrala), star (stea), ring (inel), tree (arbore). Aceasta clasificare nu are caracter absolut. Sint lucrari in care topologia retelelor este prezentata in alta maniera.

Retele de tip magistrala (Bus) A nu se confunda cu systern bus al calculatorului. Topologia magistrala este cea mai simpla modalitate de conectare a calculatoarelor intr-o retea: un singur mediu de transmisie (cablu) la care se conecteaza toate calculatoarele si perifericele, denumite in continuare noduri. (fig. 1.1.1) Avantajele sunt usurinta in conectarea calculatoarelor. Necesarul de cablu este redus. Dezavantajele sunt ca reteaua nu functioneaza daca apar intreruperi in cablu. Este nevoie de terminatori la ambele capete ale cablului. Problemele sint greu de identificat daca reteaua cade.

	Figura 1.1.1. Topologie de retea magistrala

Retele de tip stea (star): intr-o astfel de retea, fiecare nod este conectat direct la un hub. Informatiile sint transmise de la calculatorul sursa catre cel destinatie prin intermediul hubu-lui. Acesta este principalul dispozitiv care gestioneaza si controleaza functiile retelei. Avantajele sunt usurinta in instalare. Reteaua nu este afectata daca sint adaugate sau retrase calculatoare. Usurinta in detectarea problemelor. Dezavantajele sunt ca necesita cablu mai mult. Sunt mai costisitoare. Daca un hub se defecteaza, toate calculatoa­rele din acel nod devin nefunctionabile.

	Figura 1.1.2. Topologie de retea stea

Retele de tip inel (ring). Din exterior, o astfel de retea seamana foarte mult cu o retea star. Din punctul de vedere al topologiei logice insa, MAU (Multistation Access Unit) este dispozitivul care permite informatiilor sa treaca de la un nod la altul in cadrul unui inel comunicational.

	Figura 1.1.3. Topologie de retea inel

Retele de tip arbore (tree). Topologia de retea tree combina caracteristicile topologiilor bus si star. Nodurile sint grupate in mai multe topologii star care la rindul lor sint legate la un cablu central. Acestea pot fi considerate topologiile cu cea mai buna scalabilitate. Avantajele sunt segmentele individuale care au legaturi directe, iar dezavantajele sunt lungimea maxima a unui segment este limitata. Daca apar probleme pe conexiunea principala, sunt afectate toate calculatoarele de pe acel segment.

Retele de tip WAN (Wide Area Network) - retele cu arie mare de intindere. Pe masura ce utilizarea calculatoarelor in domeniul economic a devenit omniprezenta, s-a ajuns la concluzia ca LAN-urile nu mai corespundeau nevoilor firmelor. Intr-o retea LAN, fiecare departament era privit ca o "insula electronica'. A aparut insa necesitatea schimbului de informatii intre aceste insule, iar solutia a reprezentat-o crearea WAN-urilor (Wide Area Network): retele care interconecteaza LAN-uri, furnizind acces la calculatoare din alte locatii geografice. Tehnologiile folosite in cadrul WAN : modem-uri, ISDN (Integrated Services Digital Network), DSL (Digital Subscriber Loop), Frame Relay, ATM (Asynchronous Transfer Mode), T-Carrier Series (in SUA TI, T2, T3), SONET (Synchronous Optical Network).

1.1.2. Elemente de interconectare a retelelor

Repetorul are rolul de a copia biti individuali intre segmente de cablu diferite, si nu interpreteaza cadrele pe care le receptioneaza, si reprezinta cea mai simpla si ieftina metoda de extindere a unei retele locale. Pe masura ce semnalul traverseaza cablul, el se degradeaza si este distorsionat. Acest proces poartp numele de atenuare. Repetorul permite transportarea semnalului pe o distanta mai mare, regenerand semnalele din retea si retransmitandu-le mai departe pe alte segmente. Ele sunt utilizate in general pentru a extinde lungimea cablului acolo unde este nevoie. Pentru a putea fi utilizate, pachetele de date si protocoalele LLC (Logical Link Control) trebuie sa fie identice pe ambele segmente (nu se pot conecta retele LAN 802.3 - Ethernet - cu retele LAN 802.5 - Token Ring); de asemenea ele trebuie sa foloseasca aceeasi metoda de acces (CSMA/CD). De asemenea, repetorul este folosit pentru a face legatura dintre medii de transmisie diferite (cablu coaxial - fibra optica, cablu coaxial gros - cablu coaxial subtire).In corespondenta cu modelul OSI repetorul functioneaza la nivelul fizic, regenerand semnalul receptionat de pe un segment de cablu si transmitandu-l pe alt segment.

Punte (se mai intalneste si sub denumirea de: pod, bridge), lucreazp la subnivelul MAC (Media Access Control) si functioneaza pe principiul ca fiecare nod de retea are propria adresa fizica. Puntea interconecteaza retele LAN de acelasi tip sau de tipuri diferite. Puntile sunt utile in situatiile urmatoare: extinderea fizica a unei retele LAN; interconectarea retelelor locale ce utilizeaza tehnici de control al accesului la medii diferite. Puntile la randul lor sunt de mai multe tipuri: punti transparente: in acest caz puntea examineaza adresele MAC din pachetele care circula in retelele la care este conectata puntea si, pe baza unor tabele de adrese, decid pentru fiecare pachet daca trebuie transmis pe o retea sau pe alta; punti cu rutare prin sursa, sau punti Token Ring, in acest caz puntile utilizeaza informatia de rutare inclusa de sistemul sursa in campul din cadrul MAC. Aceste punti sunt specifice pentru interconectarea retelelor Token Ring. Daca intr-o firma exista mai multe retele cu topologii diferite, atunci administrarea fluxurilor de date poate fi facuta de un calculator echipat cu mai multe cartele de retea, care va juca rolul de punte intre aceste retele, ea asociind retelele fizice diferite intr-o aceeasi retea logica. Toate calculatoarele din aceasta retea logica au aceeasi adresa logica de subretea. In corespondenta cu modelul OSI puntea lucreaza la nivelul legaturii de date (nivelul 2 - subnivelul MAC) si in consecinta opereaza cu adresele fizice ale calculatoarelor. Spre deosebire de repetor, puntea este capabila sa decodeze cadrul pe care-l primeste pentru a face prelucrarile necesare transmiterii pe reteaua vecina.

Ruter-ul functioneaza la nivelul retea al modelului ISO/OSI si este utilizat pentru interconectarea mai multor retele locale de tipuri diferite, dar care utilizeaza acelasi protocol de nivel fizic. Utilizarea lor asigura o mai mare flexibilitate a retelei in ceea ce priveste topologia acesteia. Diferenta intre o punte si un ruter este ca in timp ce puntea opereaza cu adresele fizice ale calculatoarelor (luate din cadrul MAC) ruter-ele utilizeaza adresele logice, de retea, ale calculatorului. In timp ce o punte asociaza retele fizice diferite intr-o singura retea logica, un ruter interconecteaza retele logice diferite. Aceste adrese logice sunt administrate de nivelul retea si nu depind de tipul retelei locale. O caracteristica este aceea ca ele nu pot comunica direct cu calculatoarele aflate la distanta, din aceasta cauza ele nu cerceteaza adresa sistemului destinatie, ci doar adresa retelei de destinatie.Ruter - ul permite rutarea mesajelor de la sursa la destinatie atunci cand exista mai multe posibilitati de comunicare intre cele doua sisteme. Datorita capacitatii de a determina cel mai bun traseu, printr-o serie de legaturi de date, de la o retea locala in care se afla sistemul sursa la reteaua locala in care se afla sistemul destinatie, un sistem de ruter-e poate asigura mai multe trasee active intre cele doua retele, facand posibila transmiterea mesajelor de la sistemul sursa la sistemul destinatie pe cai diferite. In general un ruter utilizeaza un singur tip de protocol de nivel retea, si din acest motiv el nu va putea interconecta decat retele la care sistemele folosesc acelasi tip de protocol. De exemplu daca exista doua retele, una utilizand protocolul TCP/IP si alta protocolul IPX, nu vom putea utiliza un ruter care utilizeaza TCP/IP. Acest ruter se mai numeste ruter dependent de protocol. Exista insa si ruter-e care au implementate mai multe protocoale, facand astfel posibila rutarea intre doua retele care utilizeaza protocoale diferite, si care se numesc ruter-e multiprotocol.

Portile de acces, numite si gateway fac posibila comunicatia intre sisteme de diferite arhitecturi si medii incompatibile. O poarta conecteaza doua sisteme care nu folosesc acelasi: protocol de comunicatie; structuri de formate; limbaje; arhitecturi. In general aceste echipamente permit conectarea la un mainframe a retelelor locale. Portile reprezinta de obicei servere dedicate intr-o retea, care convertesc mesajele primite intr-un limbaj de e-mail care poate fi inteles de propriul sistem. Ele realizeaza o conversie de protocol pentru toate cele sapte niveluri OSI, si opereaza la nivel de aplicatie. Sarcina unei porti este de a face conversia de la un set de protocoale de comunicatie la un alt set de protocoale de comunicatie. Portile functioneaza la nivelul transport al modelului ISO/OSI. Din cele prezentate putem face urmatoarea legatura intre nivelele modelului OSI la care opereaza echipamentele si numele acestora: nivelul fizic -- repetoare, copiaza biti individuali intre segmente diferite de cablu; nivelul legatura de date -- punti, interconecteaza retele LAN de acelasi tip sau de tipuri diferite; nivelul retea -- ruter-e, interconecteaza mai multe retele locale de tipuri diferite, dar care utilizeaza acelasi protocol de nivel fizic; nivelul transport -- porti de acces, fac posibila comunicatia intre sisteme de diferite arhitecturi si medii incompatibile; de la nivelul 4 in sus -- porti de aplicatii, permit cooperarea de la nivelul 4 in sus.

1.1.3. Modelele de retea OSI si Project 802

Lucrul in retea presupune transmiterea datelor de la un calculator la altul, si acest proces este impartit in etape. In cadrul fiecarei etape, sistemul de operare in retea respecta, dupa cum s-a aratat, un set de proceduri stricte, numite protocoale, sau reguli de comportare, care contribuie la incheierea cu succes a fiecarei operatii. Exista doua seturi principale de standarde: modelul OSI, care este un model stratificat pe sapte nivele; o versiune a modelului OSI, numit Project 802. Modelul Project 802 a fost conceput de IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), in februarie 1980 si defineste standardele pentru componentele fizice ale retelei, placa de retea si cablul, de care se ocupa nivelul fizic si legatura de date ale modelului OSI (aceste nivele definesc modul in care mai multe calculatoare pot utiliza simultan reteaua, fara a interfera unul cu celalalt). Conform acestui model nivelul legaturii de date este impartit in doua subnivele: MAC (Media Access Control - controlul accesului la mediu), controleaza accesul si delimiteaza cadrele, detecteaza erorile si recunoaste adresele, fiind inferior subnivelului LLC. Acesta comunica direct cu placa de retea si este responsabil pentru transportul fara erori al datelor intre doua calculatoare din retea (802.3, 802.4, 802.5 si 802.12); LLC (Logical Link Control - controlul legaturii logice), administreaza comunicatia legaturii de date si defineste folosirea punctelor interfetei logice, numite puncte de acces la servicii, SAP (Service Access Points).

Aceste specificatii definesc modul in care placile de retea acceseaza si transfera date prin mediu fizic.

Standardele LAN se impart in 12 categorii, dintre care cele mai importante sunt:

802.1 modul de interconectare in retea;

802.2 controlul legaturii logice (LLC);

802.3 retele LAN cu acces multiplu si cu detectarea purtatoarei si a coliziunilor CSMA / CD, sau retelele Ethernet;

802.4 retele LAN cu transfer de jeton pe magistrala (Token Bus);

802.5 retele LAN cu transfer de jeton in inel (Token Ring);

802.6 retele metropolitane (MAN);

802.11 retele fara fir;

802.12 retele LAN cu prioritate la cerere

Modelul TCP/IP

Pentru transmisiile de date din cea mai mare retea existenta - Interne tul, standardul folosit este TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol). Acest model a fost creat de Ministerul Apararii din SUA care a dorit sa con­struiasca o retea capabila sa reziste in orice conditii, chiar si intr-un razboi nuclear. Era extrem de important sa fie creata o retea capabila sa opereze cu o infra­structura distrusa in proportie de peste 90 %, fara sa aiba vreo importanta starea fizica a anumitor segmente ale retelei. Spre deosebire de OSI, modelul TCP/IP are doar patru niveluri: aplicatie, transport, internet si retea. Desi exista doua niveluri cu acelasi nume ca la modelul OSI, nu trebuie confundate cu acelea pentru ca fiecare nivel are functii total diferite.

Nivelul aplicatie: Proiectantii TCP/IP au considerat ca protocoalele de nivel inalt din acest model trebuie sa includa detalii cu privire la sesiunile de lucru si modul de prezentare a datelor. Astfel, intr-un singur nivel sint combinate toate facilitatile legate de reprezentarea datelor, codificarea si controlul dialogului.

Nivelul transport: Acest nivel vizeaza calitatea serviciilor oferite: increderea in transmisie, controlul fluxului de date si corectarea erorilor. Unul dintre protocoalele intilnite la acest nivel (Transport Control Protocol) ofera o modalitate flexibila de realizare a comunicatiilor in retea. Fiind un protocol orientat conexiune, dialogul dintre sursa si destinatie se realizeaza prin impachetarea informatiilor de la acest nivel in segmente. Orientarea catre conexiune nu inseamna ca intre calculatoarele care comunica exista vreun circuit, ci ca segmentele cu date ale nivelului 4 circula inainte si inapoi intre cele doua calculatoare intr-o perioada de timp data.

Nivelul internet: Scopul acestui nivel este de a trimite pachetele sursa din orice retea catre o alta si sa faca astfel incit acestea sa ajunga la destinatie indiferent de ruta si reteaua din care au fost transmise. Protocolul care guverneaza acest nivel este Internet Protocol, functiile indepli­nite de acesta fiind determinarea si comutarea pachetelor.

Nivelul retea: Numele acestui nivel este cam general si de multe ori creeaza confuzie. Este nivelul care include detalii despre tehnologiile LAN/WAN, precum si toate detaliile incluse in nivelurile fizic si legatura date din modelul OSI. Specialistii prefera modelul OSI pentru analize mai atente si ca fundament in orice discutie legata de retele. Este adevarat ca TCP/IP este mai folositor pentru ca este implementat in lumea reala. Ca utilizatori finali avem de-a face numai cu nivelul aplicatie, dar cunoasterea detaliata a nivelurilor este vitala pentru realizarea unei retele. Este adevarat ca majoritatea utilizatorilor nu stiu mai nimic despre protocoale de rutare sau alte detalii, dar este de asemenea adevarat ca acesti utilizatori nu trebuie sa realizeze retele scalabile si sigure

Infrastructura retelei

Clientii, serverele, imprimantele, bazele de date relationale, dispozitivele de interconectare formeaza componentele unei retele locale. Acestea realizeaza incapsularea si decapsularea datelor pentru a-si indeplini toate sarcinile (transmitere mail-uri, editare texte, scanare, acces la baze de date). Ce relatie exista, intre o placa de retea (Network Interface Card) si un computer? NIC este o placa cu circuite ce permite comunicarea in retea de la si catre un computer. Denumita si adaptor LAN, ea se monteaza intr-un slot de extensie (PCI) al placii de baza avind un port prin care se realizeaza conectarea in retea a computerului. Similar altor dispozitive hardware, cartela de retea are nevoie de un driver prin care sa poata fi controlata. in cazul in care cartela este plug&play, resursele sint configurate in mod automat simplificindu-se instalarea. in general, orice cartela de retea indeplineste urmatoarele functii: pregateste datele pentru a putea fi transmise printr-un mediu, transmite datele, controleaza fluxul datelor de la PC la mediul de transmisie. Prin retea datele circula in serie (un bit o data), in timp ce in interiorul calculatorului circula in paralel (16, 32 sau 64 biti o data, in functie de bus-ul sistemului). Prin urmare, cartela de retea trebuie sa converteasca datele care circula in interiorul PC-ului in format serial. Pentru a functiona, fiecare NIC necesita o intrerupere (IRQ - Inter rupt Request Line), o adresa I/O si o adresa de memorie. intreruperea o puteti asocia unei resurse prin care procesorul si celelalte componente ale PC-ului isi acorda atentie unele altora. Unele din aceste intreruperi sint atribuite anumitor dispozitive chiar daca acestea nu au fost inca instalate fizic in calculator (de exemplu, LPT2 pentru o a doua imprimanta). In cazul placilor de retea, atribuirea unei intreruperi depinde de numarul intreruperii disponibile pe calculator si de numarul intreruperii prin care placa de retea a fost proiectata sa acceseze sistemul. Daca intreruperea pe care este proiectata sa lucreze placa de retea este ocupata de alt dispozitiv, trabuie rezolvat conflictul care apare reconfigurind cartela sa lucreze pe alta intrerupere. Adresa de memorie (Memory I/O Address) va contine informatii despre zona de memorie pe care respectivul dispozitiv si sistemul de operare o vor folosi pentru a-si transmite date. Intervalul uzual de adrese pe care o placa de retea il foloseste este 0x240-0x360. O parte dintre aceste adrese sint deja atribuite unor dispozitive. De exemplu, adresa 0x278 este folosita de cel de al doilea port paralel, iar 0x378, de primul. Cartelele de sunet pot folosi 0x220, iar drive-urile CDROM pot folosi 0x300.

1.2.1. Medii de transmisie

Daca PC-ul este dotat cu o NIC, nu inseamna ca avem si o retea. Ca si in cazul telefonului, mai este nevoie de un element prin care PC-ul sa poata fi legat la retea. in aceasta categorie intra mediile de transmisie sau cablurile, in limbaj retelistic.

Unshielded Twisted-Pair (UTP) Acest mediu de transmisie este format din patru perechi de fire, izolate intre ele. Prin torsadarea perechilor de fire apare efectul de anulare, efect ce limiteaza degradarea semnalelor din cauza interferentelor magnetice sau radio. UTP-ul este un cablu usor de instalat (are un diametru de aproximativ 0,4 cm) si mult mai ieftin decit alte tipuri de cabluri. Desi este considerat cel mai rapid mediu de transmisie bazat pe cupru, este mai vulnerabil in fata zgo­motelor electrice in comparatie cu alte categorii de cabluri. Cablurile UTP din categoria 3 sint formate din doua fire izolate impletite impreuna. O varianta mai performanta de astfel de cabluri este categoria 5. Acestea sint similare celor din categoria 3, dar au mai multe rasuciri pe centimetru si ar trebui sa fie izolate cu teflon, rezultind de aici o interferenta redusa si o mai buna calitate a semnalului pe distante mari.

Conectorul standard folosit in cazul acestui cablu este RJ-45. (Registered Jack), asemanator cu cel de la firul telefonic. Conec­torul este construit in baza unui standard din industria telefonica, standard care precizeaza care fir trebuie sa fie conectat pe un anumit pin al conectorului.

Fibra optica. Fibra optica este mediul care asigura transmiterea luminii, modulata la o anumita frecventa. Comparativ cu alte medii de transmisie, fibra optica este cea mai costisitoare, dar nu este susceptibila la interferente electromagnetice si, in plus, asigura rate de transfer mult mai ridicate decit celelalte categorii de medii. Cablul fibra optica consta in doua fibre de sticla imbracate separat intr-un invelis de plastic (materialul se numeste Kevlar). Cele doua fibre formeaza inima acestui mediu de transmisie, sticla din care sint realizate avind un grad ridicat de refractie.

Cablul coaxial. Cablul coaxial (coax) consta dintr-un invelis protector care imbraca doua elemente conductoare : un fir de cupru imbracat intr-un material izolator si o folie metalica (sau o plasa) ce actioneaza ca al doilea fir din circuit. Acest al doilea element este folosit pentru a reduce interferentele externe. Este cablul cu cea mai buna ecranare. Acest tip de cablu nu se mai foloseste decat la retele foarte vechi.

Shielded Twisted-Pair (STP). Cablul shielded twisted-pair (STP) combina trei tehnici legate de transmisia datelor: shielding (protejarea), cancellation (anularea) si twisted (torsadarea) firelor. Cablul STP de 100 ohm folosit in retelele Ethernet ofera rezistenta atit la interferentele electromagnetice, cit si la cele radio, fara a fi un cablu prea gros. Invelisul protector folosit in cablul de 150 ohm nu face parte din circuit asa cum se intimpla in cazul cablului coaxial. Chiar daca este mai scump decit UTP (Unshielded Twisted-Pair), cablul STP ofera protectie impotriva tuturor tipurilor de interferente. Spre deosebire de cablul coaxial, invelisul protector nu face parte din circuitul electric.

Echipamente de transmisie a datelor

Repertorul. Termenul "repetor' vine tocmai de la inceputurile comunicarii vizuale cind o persoana aflata pe un deal repeta semnalul pe care tocmai il primise de la o persoana aflata pe un alt deal situat in vecinatatea sa, pentru a-1 transmite mai departe. Telegrafia, telefonia (mai ales cea mobila) folosesc repetoare de semnal pentru a asigura transmiterea informatiilor la distante foarte mari. Repetoarele pot fi single port in - single port out, stackable (modulare) sau multi port (cunoscute mai ales sub denumirea de hub-uri). Ele sint clasificate ca fiind componente de nivel 1, deoa­rece actioneaza doar la nivel de biti. Scopul unui hub este de a amplifica si a retransmite semnale, la nivel de bit, catre un numar mai mare de utilizatori: 4, 8, 16, sau 24. Procesul prin care se realizeaza aceasta functie se numeste concentrare. Fiecare hub are propriul sau port prin care se conecteaza la retea si mai multe porturi disponibile pentru calculatoare. Unele hub-uri au un port prin care pot fi legate de o consola, ceea ce inseamna ca sint hub-uri gestionabile/cu management. Majoritatea, insa, sunt dumb hubs (hub-uri proaste), deoarece doar preiau un semnal din retea si il repeta catre fiecare port in parte.

Switch-ul. La prima vedere un switch seamana foarte bine cu un hub, dar are un flux informational bidirectional. Menirea acestui dispozitiv este de a concentra conectivitatea, garantind in acelasi timp latimea de banda. Switch-ul este un dispozitiv ce combina conectivitatea unui hub cu posibilitatea regularizarii traficului pentru fiecare port. Ca maniera de lucru, el comuta pache­tele de pe porturile transmitatoare catre cele destinatare, asigurind fiecarui port latimea de banda maxima a retelei. Aceasta comutare a pachetelor se face pe baza adresei MAC, ceea ce face din switch un dispozitiv de nivel 2.

Routerul. Are doua functii importante: selectia caii de transmitere a informatiilor si comutarea pachetelor catre cea mai buna ruta. Fizic, routerele se prezinta sub o multime de forme, in functie de model si de producator. Componentele principale ale routeruiui sunt interfetele prin care reteaua proprietara se conecteaza la alte segmente de retea. Din acest motiv el este considerat un dispozitiv inter-retele. Scopul routerului este sa examineze pachetele receptionate, sa aleaga cea mai buna cale de transmitere a acestora si, in final, sa le transfere catre portul corespunzator. Pentru retelele mari, el reprezinta cel mai important dispozitiv prin care se regleaza traficul retelei. Deciziile routerului, in ceea ce priveste selectarea caii de rutare, se iau pe baza informatiilor de la nivelul 3 (adresele de retea), motiv pentru care sint considerate echipamente de nivel 3.

Comutarea pachetelor in retele de calculatoare

Functiile unui switch. Switch-urile au ajuns astazi sa fie considerate componenta fundamentala prin care se realizeaza segmentarea celor mai multe retele[1]. Ele permit utilizatorilor dintr-o retea sa transmita informatii, prin acelasi mediu, in acelasi timp, fara a incetini traficul. Asa cum routerele permit diferitelor retele sa comunice unele cu altele, switch-urile permit dife­ritelor noduri din retea sa comunice direct unele cu altele, intr-o maniera eficienta. Prin porturile sale, un switch imparte reteaua in mai multe canale de comunicatie. Aceste canale independente cresc randamentul switch-ului in ceea ce priveste latimea de banda folosita. Switch-urile mai simple sint autoconfigurabile, prin urmare, nu este neoie de personal specializat pentru punerea lor in functiune. Modul de functionare al unui switch este urmatorul: pentru un segment de retea atasat la un port al switch-ului, CSMA/CD va controla accesul la mediul de transmisie pentru respectivul segment. Daca la respectivul port este atasata o singura statie de lucru, nu este nevoie de nici un mecanism prin care sa se controleze accesul la mediu. Switch-ul verifica adresele MAC sursa si destinatie ale cadrelor pe care le receptioneaza si transmite respectivele cadre catre porturile corespunzatorare. Prin urmare, comutarea pachetelor la nivelul 2 OSI se bazeaza pe hardware sau, altfel spus, foloseste adrese fizice (MAC).

Un switch indeplineste doua functii principale: Comutarea cadrelor. Aceasta functie are loc atunci cind un cadru ajunge la switchdintr-un anumit mediu sau de pe un anumit port si este transferat catre un altmediu / port. Gestionarea operatiilor de comutare. Switch-ul creeaza si intretine tabele de comutare sau de filtrare folosind ASIC - Application Specific Integrated Circuits. Fiecare switch folosit intr-o retea Ethernet induce latenta. Un switch interpus intre un server si o statie de lucru creste timpul de transmisie cu 21 microsecunde. Un pachet de 1000 bytes are un timp de transmisie de 800 microsecunde. Daca comutarea realizata de switch este de tip store-and-foreward, latenta indusa creste. Mentionam cele doua tipuri de switching : de nivel 2 sau de nivel 3. Diferenta intre aceste doua tipuri de comutari consta in tipul informatiilor continute in cadru: la nivel 2 se foloseste adresa MAC, iar la nivel 3 informatiile nivelului 3. Switch-ul nu analizeaza informatiile de nivel 3 continute de un cadru, ci doar adresa MAC a destinatarului. Daca adresa este cunoscuta, cadrul este transmis catre interfata / portul corespunzatoare. Switch-ul construieste tabele cu adresele MAC corespunzatoare fiecarui port in parte. Daca nu se cunoaste adresa destinatarului, cadrul este transmis catre toate porturile (broadcast) pentru ca switch-ul sa-i poata "invata' destinatia corecta. Cind este reprimit cadrul, switch-ul adauga adresa in tabela cu adrese MAC a portului respectiv. Cu exceptia SNA (Systems Network Architecture), utilizatorii nu au control asupra adreselor de nivel 2. in majoritatea retelelor, administratorilor le revine sarcina de a atribui doar adrese de nivel 3. in acest caz, putem spune ca administratorii creeaza retele locale ce se comporta ca un singur spatiu de adresare (blocul-strada-orasul-tara). Un switch Ethernet poate "invata' adresa oricarui dispozitiv din retea prin citirea adresei sursa continuta in fiecare pachet si notarea portului prin care cadrul a "intrat' in switch. Aceste adrese sint memorate intr-o baza de date. Adresele echipamentelor din retea sint memorate in mod dinamic, altfel spus, pe masura ce apare un dispozitiv nou, adresa sa este citita, invatata si memorata intr-o zona de memorie (CAM ~ content addressable memory). Cind switch-ul identifica o adresa pe care nu o regaseste in CAM, o memoreaza pentru o utilizare viitoare, in momentul memorarii, adresa este "stampilata' si cu data cind a fost adaugata in CAM. Ori de cite ori o adresa este referita sau adaugata in CAM, i se inregistreaza si noua data (inclusiv ora) la care a avut loc operatiunea. Adresele la care nu se face referire o anumita perioada de timp sint sterse din CAM. Prin acest mecanism, baza de date cu adresele MAC ale dispozitivelor din retea este actualizata in mod constant.

1.3. Retele virtuale

Folosirea switch-ului intr-o retea Ethernet are ca efect segmentarea acesteia in domenii de coliziune individuale. Numarul total de segmente ce se pot obtine prin folosirea unui switch alcatuieste domeniul de broadcast. Acest lucru inseamna ca toate nodurile apartinind tuturor segmentelor pot sa vada broadcast-ul transmis de un nod al unui segment. O retea virtuala presupune gruparea logica a echipamentelor si / sau utilizatorilor unei retele fara a mai exista restrictii legate de segmentul fizic din care fac parte. Altfel spus, o retea virtuala reprezinta un domeniu de broadcast dintr-o retea cu switch-uri. Cu ajutorul switch-urilor se poate crea o singura retea virtuala sau mai multe. In cel de al doilea caz, broadcast-ul unei astfel de retele nu va fi "vazut' de catre celelalte. Implementarea retelelor virtuale permite administratorilor diminuarea domeniilor de broadcast si cresterea disponibilitatii latimii de banda. Si cum in proiectarea unei retele de multe ori se impune crearea unor astfel de componente, ne-am gindit sa tratam acest subiect intr-un capitol distinct, chiar daca el ar fi trebuit, in mod firesc, sa fie prezentat in capitolul precedent.

Tipologia VLAN-urilor

Tehnologia pusa la dispozitie de VLAN-uri ofera posibilitatea gruparii porturilor si a utilizatorilor in grupuri logice. Daca aceasta grupare implica folosirea mai multor switch-uri, VLAN-urile pot partaja aceeasi cladire, mai multe cladiri sau chiar WAN-uri. Pentru orice arhitectura VLAN[2], importanta este posibilitatea transferului de informatii intre switch-uri si routere. In mod traditional, routerul gestioneaza broadcast-ul si proceseaza rutele pachetelor. Chiar daca switch-urile unei VLAN preiau o parte din aceste sarcini, routerul ramine vital pentru arhitectura oricarei retele, deoarece prin intermediul lui se pot interconecta VLAN-uri diferite.

Configurarea VLAN-urilor

Manual: Configurarea VLAN-ului se face doar manual. Atit setarea initiala, cit si modificarile si repozitionarile ulterioare de echipamente in retea sint controlate de catre administratorul de retea. Configurarea manuala are insa si avantajul controlului total asupra retelei. insa, cu cit complexitatea retelei si dimensiunea acesteia creste, cu atit devine mai dificila intretinerea acesteia, astfel incit mentenanta manuala este aproape imposibila. In plus, administrarea manuala inlatura insasi unul dintre avantajele pe care le presupune existenta unui VLAN, si anume eliminarea timpului necesar pentru admi­nistrarea schimbarilor si mutarilor (desi mutarea unui utilizator in interiorul unui VLAN este mai usor de realizat decit mutarea unui utilizator dintr-o subretea in alta).

Semi-Automat: Configurarea semi-automata se refera la existenta posibilitatii de a automatiza fie configurarea initiala, fie modificarile si mutarile ulterioare, fie ambele. Automatizarea initiala e realizata de obicei printr-un set de instrumente care mapeaza VLAN-urile la subretelele existente. Configurarea semi-automata poate de asemenea insemna ca initial, configurarea se realizeaza manual, urmind ca toate modificarile si mutarile ulterioare sa fie indeplinite automat. Combinarea configurarii initiale automate cu urmarirea auto­matizata a schimbarilor tot presupune configurare semi-automata, pentru ca administra­torul are inca, in orice moment, posibilitatea de a interveni manual si de a face orice schimbare.

Automat: Un sistem care are automatizata functia de configurare a unui VLAN presupune ca statiile de lucru se conecteaza automat si dinamic la VLAN, in functie de aplicatie, ID-ul utilizatorului sau alte politici predefinite de catre administrator.