"Din ce în ce mai mult rețelele sunt cele care ne conectează"

 

 

Capitolul 2. Retele si topologii de retea

 

2.1. Ce este o rețea?

 

Există mai multe tipuri de rețele, fiecare oferind o gamă diversificată de servicii. În fiecare zi, mii de persoane inițiază apeluri telefonice, urmaresc posturi de televiziune online, ascultă muzică la radio, caută informații pe Internet sau se joacă online. Toate aceste activități sunt posibile datorită unui sistem robust și fiabil de rețele interconectate. Rețelele conectează oameni și echipamente indiferent de zona georgrafică în care se află. Oamenii folosesc acest sistem de rețele fără a se întreba cum funcționează și ce s-ar întâmpla dacă aceste rețele nu ar mai exista.

 

În 1990 tehnologiile de comunicare se bazau pe un sistem de rețele dedicate pentru voce, video și date. Fiecare rețea folosea echipamente specifice pentru accesarea resurselor. Rețelele de televiziune, telefonie și calculatoarele foloseau tehnologii și echipamente specifice pentru a comunica și schimba informații. Credeți că este posibil ca utilizatorii să accese toate aceste servicii simultan, folosind un singur echipament ?

 

 

Tehnologiile moderne permit accesarea simultană a tuturor acestor rețele. Spre deosebire de rețelele dedicate, aceste rețele noi, convergente sunt capabile să transfere pachete de voce, video și date folosind acelasi canal de comunicare și aceleași echipamente.

 

 

Pentru a profita de avantajele acestor rețelele convergente au fost create noi echipamente. Acum utilizatorii pot viziona filme online folosind calculatorul, pot iniția apeluri telefonice folosind Internetul sau pot căuta informații pe Internet folosind televizorul. Rețelele convergente fac posibilă interconectarea rețelelor.

 

2.2. Avantajele rețelelor

 

Dimensiunea unei rețele poate varia foarte mult. De la rețele de mici dimensiuni, ce conectează două sau trei calculatoare, la rețele foarte mari cu milioane de clienti. Rețelele de mici dimensiuni folosite acasă sau în birouri mici se numesc retele SOHO. Rețelele SOHO permit interschimbarea resurselor, precum imprimante, documente, imagini sau alte fișiere între calculatoare.

 

În companiile mari rețelele pot fi folosite în vânzarea produselor, cumpărarea materiei prime sau în menținerea contactului direct cu clienții. Rețelele de calculatoare fac posibilă comunicarea mai eficientă și mai puțin costisitoare cu clienții decât rețelele tradiționale, precum poșta sau rețeaua clasică de telefonie. Rețelele de comunicarea oferă servicii de comunicare rapidă, precum email sau mesagerie instant, servicii de stocare, securitate și acces la distantă.

 

 

2.3. Componente elementare de retea

 

Exista o varietate de echipamente care pot alcătui o rețea, precum calculatoarele personale, serverele, echipamentele și cablurile de rețea. Aceste componente pot fi grupate în patru mari categorii:

 

Dispozitivele periferice nu sunt conectate direct la rețea, dar sunt conectate la host-uri. Host-urile sunt responsabile pentru interschimbarea acestora în rețea. Host-urile folosesc programe configurate care permit utilizatorilor să acceseze dispozitivele periferice prin rețea.Dispozitivele de rețea și mediu de transmisie sunt folosite pentru a interconecta rețelele.

 

Unele echipamente pot avea mai multe roluri în funcție de modul în care sunt conectate la rețea. Spre exemplu, o imprimantă conectată direct la un host de rețea, este un dispozitiv periferic. O imprimanta conectată direct la rețea, care participă la comunicarea cu alte gazde este la randul ei o gazdă.

 

 

2.4. Rolurile unui calculator în rețea

 

Toate calculatoarele conectate la o rețea, care participă direct în procesul de comunicare, poartă denumirea de gazde. Gazdele pot trimite și primi mesaje prin rețea. În rețelele moderne, o gazdă poate îndeplini rolul de client , server sau ambele. Sistemul de operare și programele instalate pe calculator determină rolul gazdei în rețea.

Serverele sunt gazde care furnizează diferite servicii, precum servicii de e-mail, web page sau securitate, altor gazde din rețea. Fiecare serviciu necesită un server care rulează un anumit software. Spre exemplu, pentru a putea oferi servicii web trebuie să existe o gazdă, pe care sa fie instalat serviciul web server.

Clienții sunt gazde care rulează aplicații, ce le permit să acceseze și să descarce informațiile stocate pe un server. Un exemplu de aplicație de tip client este browserul web.

Un calculator ce are instalată o aplicație de tip server, poate oferi simultan servicii mai multor clienți.De asemenea, un singur calculator poate rula mai multe aplicații de tip server. În majoritatea cazurilor, într-o rețea de mici dimensiuni un singur calculator îndeplinește atât rolul de server de fișiere, cât și cel de web server sau email server.

În același timp, un singur calculator poate rula mai multe programe de tip client. Trebuie să existe un program de tip client pentru fiecare servciu de rețea instalat. O gazdă care poate rula mai multe programe de tip client se poate conecta la mai multe servere simultan. Spre exemplu, un utilizator își poate verifica mesajele e-mail și poate căuta informații pe Internet în același timp.

 

 

 

2.5. Rețele de tip peer-to-peer

 

Programele de tip client/server sunt instalate, în mod normal, pe calculatoare diferite, dar se poate întâmpla ca un singur calculator să îndeplinească ambele roluri. În cadrul rețelelor de mici dimensiuni, un singur calculator poate fi atât client, cât și server. Aceste tipuri de rețele se numesc peer-to-peer.

Cea mai simplă rețea peer-to-peer este alcătuită din două calculatoare conectate printr-un simplu cablu de rețea sau o conexiune wireless.

 

Mai multe calculatoare pot fi interconectate pentru a forma o rețea complexă de tip peer-to-peer, folosind echipamente de rețea , precum hub-uri.Principalul dezavantaj al rețelelor peer-to-peer constă în diminuarea performațelor gazdelor atunci când acestea îndeplinesc simultan ambele roluri: client și server.

 

În cazul rețelelor mari, datorită traficului mare de informații este necesară implementarea unor calculatoare dedicate de tip server.

 

 

2.6. Topologii de rețea

 

Într-o rețea simplă, formată dintr-un numar mic de calculatoare, este ușor să vizualizăm modul în care interacționează componentele de rețea. În rețelele de mari dimensiuni localizarea fiecărui echipament devine o sarcină dificilă. Rețelele cablate folosesc un număr mare de cabluri si echipamente de rețea pentru a funcționa.

Implementarea rețelelor implică și întocmirea unor harți fizice ale echipamentelor, care înregistreza poziția în rețea a fiecărui dispozitiv. Aceste harți poartă denumirea de topologie fizică. Aceste topologii fizice pot să conțină și informații referitoare la tipul de mediu de transmisie. Sunt folosite simboluri specifice pentru fiecare echipament de rețea. Menținerea și actualizarea acestor harți ajută în procesul de diagnosticare si upgradare a rețelelor.

 

Implementarea rețelelor implică, de asemenea, întocmirea unei harți logice a rețelei. Harta logică a rețelei grupează gazdele în funcție de modul acestora de a se conecta la rețea, fără a ține cont de poziția fizică. Numele gazdelor, adresele IP, informațiile de grup și aplicațiile instalate pot fi documentate la întocmirea topologiilor logice ale rețelor.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.7. Importanța protocoalelor

 

Calculatoarele folosesc reguli sau protocoale pentru a comunica în cadrul unei rețele.

Protocoalele sunt cele mai importante elemente într-o rețea locală. O rețea cablată este definită ca fiind o zonă în care gazdele trebuie să "vorbească aceeasi limbă", adică să folosească aceleași protocoale. Dacă toate persoanele dintr-o cameră ar vorbi în limbi diferite nu ar mai putea să se înțeleagă. Tot așa, dacă echipamentele dintr-o rețea locală nu ar folosi aceleași protocoale nu ar putea comunica și transfera mesaje între ele.

 

Cel mai comun set de protocoale folosit în rețelele cablate este Ethernetul. Protocolul Ethernet definește foarte multe aspecte ale procesului de comunicarea în cadrul unei rețele locale, printre care: formatul mesajelor, dimeniunea mesajelor, timpi de comunicare, procesul de codificare și încapsulare.

 

 

2.8. Standardizarea protocoalelor

 

La începutul dezvoltării rețelelor de calculatoare, fiecare producator de echipamente de rețea folosea propriile protocoale pentru a permite calculatoarele să comunice între ele. Echipamentele unui producător nu erau capabile să comunice cu echipamentele altui producător.

Pe măsură ce rețelele de calculatoare au devenit din ce în ce mai mari, au fost implementate standarde pentru a defini un set comun de reguli, permițând astfel echipamentelor de rețea diferite să comunice între ele. Avantajele standardelor:

 

Nu există un standard oficial, dar cu timpul unul din ele, Ethernetul, s-a impus pe piață.

 

 

 

 

2.9. Adresare fizică

 

Toate tipurile de comunicare necesită o metodă de identificare a sursei și a destinației unui mesaj. Sursa și destinația, în cazul comunicării verbale între două persoane, sunt identificate folosind numele interlocutorilor.Atunci când este strigat un anumit nume, persoana respectivă ascultă mesajul și răspunde în conformitate. Alte persoane din aceeași încăpere pot auzi mesajul, dar pentru ca nu le este adresat, acestea îl ignoră.

 

În retelele Ethernet, există o metodă similară de a identifica gazdele sursă si destinație. Fiecare gazdă conectată la o rețea Ethernet are atribuită o adresă fizică, folosită pentru a identifica unic gazda respectiva.Fiecare interfață Ethernet are atribuită o adreasă fizică încă din faza de producție. Aceasta adresă este cunoscută ca Adresa Media Access Control (MAC). Adresa MAC identifică unic gazda sursă și destinație dintr-o rețea de calculatoare.

 

Rețele Ethernet sunt rețele cablate, ceea ce înseamnă că folosesc cabluri de cupru sau cabluri de tip fibră optică pentru a interconecta echipamentele de rețea și gazdele. Acesta este canalul folosit pentru a comunica în rețea. Atunci când o gazdă comunică, trimite unul sau mai multe cadre Ethernet, care conțin atât adresa MAC proprie (adresa MAC sursă), cât și adresa MAC a gazdei destinație. Gazda destinație va decodifica și va citi adresa MAC destinație. Dacă această adresă este aceeași cu adresa MAC a propriei plăci de rețea, atunci cadrul îi este adresat și gazda îl procesează. În caz contrar, placa de rețea va ignora mesajul.

 

 

2.10. Comunicarea în rețelele Ethernet

 

Standardul Ethernet definește aspectele procesului de comunicare în cadrul unei rețele de calculatoare, precum: formatul cadrelor, dimensiunea cadrelor, timpi de comunicare și procesul de codificare.Când mesajele sunt trimise printr-o rețea Ethernet, gazda formatează mesajul într-un cadru Ethernet. Cadrele se mai numesc si Protocol Data Units (PDUs).

 

Fiecare cadru Ethernet conține următoarele informații :

 

Dimensiunea cadrelor Ethernet este de minim 64 de bytes și maxim 1518 bytes; cadrul începe cu adresa MAC destinație și se termină cu secvența de verificare a cadrului (Frame Check Sequence). Cadrele care nu respectă aceste cerințe nu sunt procesate de gazda destinație. Pe lângă aceste informații privind formatul, dimensiunea și timpii de comunicare, standardele Ethernet definesc și modul în care fiecare bit este transmis prin canal. Biți sunt transmiși fie ca impulsuri electrice, folosind cabluri de rețea din cupru, fie ca impulsuri luminoase, folosind fibră optică.

 

 

2.11. Modelul ierarhic al rețelelor de internet

 

În rețelistică, modelul ierarhic este folosit pentru a împărți echipamentele de rețea în grupuri individuale organizate pe niveluri. Astfel o rețea mare devine un conglomerat de grupuri mici ce permit traficului de rețea sa ramana local. Doar traficul destinat unei gazde din altă rețea este transferat urmatorului nivel.

Modelul ierarhizat este mai eficient și oferă viteze mai mari de transfer decat un model normal. În același timp permite administratorilor de rețea să adauge noi rețele locale fără a infuența negativ performanța rețelelor existente.

 

Modelul ierarhic are trei nivele elementare:

 

Pentru a putea implementa modelul ierarhic este necesară folosirea unei scheme de adresare logică a echipamentelor. Această schemă logică poartă numele de Schema de Adresare Internet Protocol (IP).

2.12. Adresare logică

 

Numele unei persoane, de obicei, nu se schimbă. Pe de altă parte, adresa la care locuiește o persoană, de cele mai multe ori, se schimbă în funcție de serviciu și alte elemente. În cazul unei gazde, adresa MAC nu se schimbă niciodată, aceasta este atribuită fiecarei plăci de rețea și este cunoscută drept adresă fizică. Adresa fizică rămâne aceeași indiferent de locul sau funcția pe care o îndeplinește gazda în rețea.

 

Adresa IP este asemănătoare cu adresa poștală a unei persoane. Este cunoscută drept adresă logică , deoarece este atribuită logic în funcție de zona în care se găsește gazda. Adresa IP sau adresa de rețea este atribuită fiecarei gazde de către un administrator de rețea.

 

Adresele IP conțin două părti. Prima parte identifică rețeaua logică din care face parte gazda. Porțiunea de rețea a unei adrese IP este acceași pentru toate gazdele care sunt conectate la acceași rețea locală. A doua parte a unei adrese IP identifică fiecare gazdă din rețeaua logică. În cadrul aceleiași rețele logice, porțiunea gazdă a adresei IP este unică pentru fiecare gazdă.

 

Atât adresa MAC, cât și adresa IP sunt necesare pentru a putea comunica într-o rețea ierarhică de calculatoare .

 

 

 

 

2.13. MAC și IP

 

Într-o rețea Ethernet locală, o gazdă accepta mesajele de rețea doar dacă adresa MAC destinație este adresa MAC de difuzare sau este aceeași cu adresa MAC a propriei placi de rețea.

Cu toate acestea, majoritatea aplicațiilor de rețea, se bazează pe adresa IP destinație pentru a localiza un server sau un client.

Ce se întâmplă în cazul în care gazda sursă nu cunoaste decat adresa IP destinație ? Cum știe gazda sursă ce adresa MAC să folosească pentru a trimite cadrele la destinație ?

Gazda sursă poate să folosească un protocol numit Address Resolution Protocol (ARP), pentru a determina adresa MAC a unei gazde din aceeași rețea locală.

 

 

2.14. Funcțiile unui hub

 

Hub-ul este unul din echipamentele de rețea specific Nivelului Acces. Hub-urile conțin mai multe porturi folosite pentru conectarea gazdelor la rețea. Hub-urile sunt echipamente simple și nu dețin electronică necesară pentru a decodifica mesajele de rețea. Hub-urile nu pot determina cărei gazde îi este adresat fiecare cadru. Un hub acceptă mesajele pe un port și generează (repetă) același mesaj pe toate celelalate porturi.Amintiți-va ca o placa de rețea acceptă un mesaj doar dacă accesta îi este adresat și pentru a determina acest lucru folosește adresa MAC. Gazdele ignoră mesajele care nu le sunt adresate. Doar gazda destinație specificată în cadrele Ethernet, acceptă și procesează mesajele.

 

Toate porturile unui Hub folosesc același canal pentru a trimite sau a primi mesajele. Deoarece toate gazdele conectate la un hub trebuie să folosească același canal, hub-urile sunt cunoscute drept echipamente de difuzare (shared-bandwidth device).

 

Doar un singur mesaj poate fi trimis printr-un hub în același timp. Este posibil ca două sau mai multe gazde conectate la un hub să încerce sa trimită un mesaj de rețea în același timp. În acest caz, impulsuri electrice care formează mesaje se cioncesc când ajung la hub. Coliziunea altereaza mesajele și împiedică interpretarea lor de către gazde. Hub-urile nu sunt capabile să decodifice mesajele de aceea nu pot detecta când are loc o coliziune. Zona de rețea în care poate avea loc o astfel de coliziune se numește Domeniu de Coliziune.

 

În cadrul unui astfel de domeniu, gazda care primește mesajul alterat detectează coliziunea. În acel moment fiecare gazdă sursă așteaptă câteva milisecunde înainte de a retrimite mesajul. Pe măsură ce numărul gazdelor conectate la un hub crește, cresc și șansele de a avea loc o coliziune. Un număr mare de coliziuni determină și un număr mare de pachete retransmise. Numărul mare de pachete retransmise afectează performanțele rețelei. Din acest motiv dimensiunea unui domeniu de coliziune trebuie micșorată pe cât posibil.

 

 

 

2.15. Funcțiile unui switch

 

Un switch Ethernet este un echipament specific Nivelului Acces. Asemenea unui hub, un switch conectează mai multe gazde la rețea. Spre deosebire însă de hub-uri, switch-urile pot înainta mesajele unei anumite gazde. Atunci când o gazdă, conectată la un switch, trimite un mesaj altei gazde din aceeași rețea, switch-ul acceptă și decodifică cadrele pentru a citi și interpretea adresa MAC destinație.

 Pe baza unei tabele, denumită Tabela Adreselor MAC, switch-ul determină portul ce trebuie folosit pentru a trimite pachetul direct la gazda destinație specificată în cadru. În momentul în care un pachet ajunge la switch acesta caută adresa MAC destinație în Tabelă. Dacă o găsește, switch-ul realizează un circuit electric temporar între porturile sursă și destinație. Circuitul astfel creat oferă un canal dedicat prin care cele două gazde pot comunica. Alte gazde conectate la switch nu pot accesa acest canal temporar și prin urmare nu primesc cadrele transferate între cele două gazde. Un nou circuit este creat pentru fiecare conversație între două gazde diferite. Circuitele separate permit switch-ului să conecteze mai multe gazde simultan.

 

Ce se întâmplă atunci când un switch primește un cadru adresat unei gazde a cărei adrese MAC nu este în tabela ? Dacă adresa MAC destinație nu este în tabelă atunci switch-ul nu poate realiza circuitul. În acest caz, switch-ul folosește un proces numit inundare (flooding) pentru a înainte mesajul tuturor gazdelor conectate la el. Fiecare gazdă compară adresa MAC destinație cu propria adresă MAC pentru a determina dacă trebuie sau nu să proceseze mesajul primit.

 

            Cum ajunge adresa MAC a unei noi gazde în Tabela adreselor MAC a unui switch ? Switch-ul își construiește Tabela adreselor MAC analizând adresa MAC sursă a fiecărui pachet pe care îl primește. Atunci când o gazdă nouă transmite un pachet sau răspunde unui mesaj de inundare, switch-ul îi adaugă adresa în tabelă. Tabela este actualizată dinamic de fiecare data când o nouă gazdă se conectează și folosește switch-ul pentru a trimite un mesaj. În acest fel, un switch va învăța foarte repede adresele MAC ale gazdelor conectate la fiecare port.

 

            Uneori este necesar să conectăm alt echipament de rețea, precum un hub la porturile unui switch. Hub-ul va fi folosit pentru a mări numărul de gazde care se pot conecta la rețeua locală. Când un hub este conectat la un switch, switch-ul va asocia unui singur port toate adresele MAC ale gazdelor conectate la hub. Ocazional o gazdă conectată la hub va trimite un mesaj unei alte gazde conectate la hub. În acest caz, switch-ul va primi mesajul și va încerca să localizeze portul destinație în funcție de adresa MAC destinație. Dacă atât adresa MAC sursă, cât și adresa MAC destinație sunt asociate aceluiași port, atunci switch-ul va ignora mesajul.

 

            În cazul în care un hub este conectat la un switch, coliziunile au loc doar la nivelul hub-ului. Hub-ul va trimite mesajul alterat pe toate porturile. În acest caz, switch-ul va primi mesajul, dar îl va ignora. Astfel fiecare port al switch-ului delimitează un domeniu de coliziune. Acesta este un lucru bun. Cu cât sunt mai puține gazde conectate la același domeniu de coliziune cu atât sunt mai mici șansele de a se produce o coliziune.

 

 

2.16. Funcțiile unui router

 

Un router este un echipamente de rețea care interconectează mai multe rețele logice. La Nivelul Distribuție al unei rețele, routerele direcționează traficul și îndeplinesc alte funcții vitale pentru funcționarea corectă a rețelelor. Asemenea switch-urilor, routerele sunt capabile să decodeze și să interpreteze mesajele de rețea. Spre deosebire de switch-uri, care sunt capabile să decodeze (decapsuleze) cadrele Ethernet ce conțin adresele MAC destinație și sursă, un router este capabil să decodeze pachetele IP încapsulate în interiorul unui cadru.

 

 Formatul pachetului IP conține adresa IP destinație și adresa IP sursă, precum și mesajul trimis de la o gazdă la alta. Routerul citește porțiunea rețea a adresei IP destinație și folosește această informație pentru a determina ce rețea logică să folosească pentru a trimite pachetul la destinație. 

 

 De fiecare dată când porțiunea de rețea a adreselor IP sursă și destinație sunt diferite, trebuie folosit un router pentru a înainta mesajul către rețeaua potrivită. Dacă o gazdă conectată la rețeaua 1.1.1.0 trebuie să trimită un mesaj unei gazde conectată la rețeaua 5.5.5.0, gazda sursă va trimite pachetul unui router. Routerul primește mesajul și analizează adresa IP destinație. Determină pe ce interfață trebuie să înainteze mesajul. Și re-încapsulează pachetul într-un cadru Ethernet pe care îl trimite către rețeaua logică potrivită.

 

Website gratis
Designed by Free CSS Templates.