ARHITECTURI DE REȚEA

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;  Generalități. Terminologie

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;  Topologii de bază

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;    Magistrală (bus)

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;    Stea (star)

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;    Inel (Ring)

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;  Topologii hibride

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;    Magistrală - Stea

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;    "Daisy chained"

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;    Structura ierarhică

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;  Tipuri de rețele

4.1. ETHERNET (IEEE 802.3)

4.2. TOKEN RING (IEEE 802.5)

1. Generalități. Terminologie

LAN - Local Area Network - două sau o mie de calculatoare, amplasate în apropiere, care partajează resurse, informații

TOPOPLOGIE - amplasarea fizică a rețelei - modul de aranjare fizică a infrastructurii rețelei: calculatoare, dispozitive de conectare (punți, hub-uri, switch-uri), etc.

METODA DE ACCES - modul în care dispozitive plasează datele pe cablu. Principalele metode de acces: cele utilizate de rețelele Etherenet (CSMA/CD) și cele utilizate de rețelele Token Ring, FDDI (Token Passing)

LĂRGIME DE BANDĂ - măsura capacității de transmisie a mediului de rețea, măsurată în Mbps

2. Topologii de bază pentru rețele locale

Exemple:

TOKEN RING

10 BASE 2

10 BASE - T

Arhitectura ETHERNET

În 1973, la Centrul de Cercetări de la Palo Alto al corporației Xerox (PARC), Bob Metcalfe a proiectat și testat prima rețea Ethernet. El a dezvoltat metode fizice de cablare ce conectau dispozitive pe Ethernet, ca și standardele care guvernau comunicația pe cablu. De atunci, Ethernet a devenit cea mai răspândită tehnologie de rețea.

Inițial, comunicația se desfășura la viteza de cca. 3 Mbps, pe un singur cablu, partajat de toate dispozitivele din rețea à acesta permitea extinderea rețelei fără a necesita modificări asupra dispozitivelor existente în rețea.

În 1979 Digital Equipment Corporation (DEC) și Intel s-au asociat cu Xerox pentru standardizarea sistemului. Prima specificație a celor trei companii, denumită "Ethernet Blue Book" a fost lansată în 1980, cunoscută și sub denumirea "DIX standard". Era un sistem pe 10 Mbit/s ce utiliza cablu coaxial gros ca backbone în interiorul unei clădiri, cu cabluri coaxiale subțiri legate la intervale de 2.5 m pentru a conecta stațiile de lucru. Cablul coaxial gros - de regulă de culoare galbenă - a devenit cunoscut ca "Thick Ethernet" sau 10Base5. Explicația acestei denumiri:

"10" este viteza de transfer (10 Mbit/s)

"Base" se referă la faptul că transmisia se face în banda de bază

"5" este prescurtarea de la lungimea maximă a cablului - 500 m.

Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) a lansat în 1983 standardul oficial Ethernet denumit IEEE 802.3 după numele grupului de lucru care a răspuns de dezvoltarea sa. În 1985 a lansat versiunea 2 (IEEE 802.3a) cunoscută sub denumirea "Thin Ethernet" sau 10Base2, în acest caz lungimea maximă a cablului este 185 m, chiar daca "2" sugerează că ar trebui să fie 200 m.

Standardele Ethernet (IEEE 802.3) sunt standarde deschise (open) și independente de producătorul de echipamente.

În anii care au urmat, Ethernet s-a dovedit că suportă dezvoltarea tehnologiei, în special datorită extraordinarei flexibilități și simplității în implementare și învățare.   Succesul Ethernet-ului se explică prin echilibrul între viteză, cost și ușurința instalării. În mod special, capacitatea versiunii 10BaseT să suporte funcționarea la 10 Mbit/s peste cablu torsadat neecranat de telefon (UTP) a reprezentat alegerea ideală pentru medii Small Office/Home Office (SOHO) - Ethernet este o tehnologie LAN, cu rețele lucrând de regulă în aceeași clădire, conectând dispozitive aflate în apropiere (maximum câteva sute de m. cablu între ele).

Standardul care guvernează funcționarea rețelelor Ethernet este IEEE 802.3 după cum urmează:

Istoric al Ethernet-ului:

https://www.ethernetalliance.org/technology/white_papers/A_Bit_of_History.pdf

Sistemul Ethernet constă din trei elemente de bază:

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;    Mediul fizic prin care se transmit datele

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;    Un set de reguli de control al accesului la mediu, încorporate în fiecare interfață Ethernet, care permite mai multor calculatoare să arbitreze corect accesul la canalul Ethernet partajat

.   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;    Cadrul Ethernet, ce constă dintr-un set standardizat de biți, utilizat pentru a transporta datele prin sistem

Funcționarea Ethernet-ului

.   &nb 23123u207x sp;    Fiecare calculator echipat Ethernet poartă denumirea de stație. O stație lucrează independent (nu există dispozitiv central de control)

.   &nb 23123u207x sp;    Semnalele sunt transmise serial - 1 bit în initatea de timp

.   &nb 23123u207x sp;    Accesul la mediu - toate stațiile concurează egal pentru a transmite pe mediu pe baza protocolului CSMA/CD

Protocolul CSMA/CD

.   &nb 23123u207x sp;    Carrier Sense (Detectarea purtătoarei) - fiecare stație ascultă mediul, pentru a vedea dacă este liber (quiet) - nu există nici un semnal (purtătoare) pe canalul de transmisie. După fiecare transmisie de cadru, statia care a transmis așteaptă un interval de timp (inter-gap time), ceea ceasigură faptul că accesul la canalul rețelei este corect (fair) - nici o stație nu le blochează pe celelalte.

.   &nb 23123u207x sp;    Multiple Access (Acces multiplu) - fiecare stație are șansă egală de a transmite - nimeni nu are prioritate. Deoarece semnalele necesită un timpfinit pentru a călători dintr-un capăt în celălalt al sistemului Ethernet, primii biți nu ajung simultan la toate stațiile. Ne-simțind purtătoarea, două statii îndepărtate pot începe transmisia simultan (pentru fiecare dintre ele rețeaua este 'liberă') à se produce coliziunea

.   &nb 23123u207x sp;    Colision Detection (detectarea coliziunii) - existența metodelor de detectare a coliziunilor à stațiile implicate sunt atenționate de producerea coliziunii și-și reprogramează instantaneu transmisia, utilizând un mecanism de backup, special proiectat în acest scop. Ca parte a acestui mecanism, fiecare stație implicată alege un interval de timp aleator de așteptatre până când începe retransmisia cadrului - aceasta previne ca stațiile să facă încercări de retransmisie în același timp.

CONCLUZIE: coliziunile sunt evenimenteabsolut normale și așteptate (nu semnifică, căderea rețelei) pe Ethernet, indicând faptul că protocolul CSMA/CD funcționează așa cum a fost proiectat.

Pe măsură ce se adaugă noi stații rețelei Ethernet și crește volumul de trafic, vor apărea mai multe coliziuni, ca parte a funcționării normele a Ethernet-ului.

Proiectarea sistemului este făcută astfel încât majoritatea coliziunilor să fie rezolvate în intervele de timp de ordinul microsecundelor.

Dacă numărul de coliziuni crește foarte mult (busy network) - apar probleme de congestie a rețelei sau când rețeaua este întreruptă, stațiile încep să-și mărească intervalul de așteptare (back-off) până la inițierea retransmisiei, proces cunoscut sub denumirea de 'truncated binary exponential backoff' - metodă automată, care permite adaptarea traficului la condițiile de funcționare ale rețelei. După 16 încercări nereușite, consecutive, de retransmisie a unui anumit cadru (frame), interfața Ethernet va arunca cadrul.

O metodă uzuală de reducere a eventualelor congestii în rețeaua Ethernet constă în separarea unui singur segment în mai multe segmente, creind astfel mai multe domenii de coliziune (filtrează cadrele în funcție de adresa MAC de destinație)Astfel rețelele Ethernet implementează punți (bridge), care conectează două segmente de rețea à creșterea diametrului rețelei și reglarea traficului. Punțile pot transmite și recepționa ca și orice alt nod al rețelei, dar ele nu funcționează ca un nod normal, deoarece nu generează propriul trafic.

Varianta modernă a punții este switch-ul - punte multiport, care funcționează similar punții, dar poate oferi câte un segment dedicat pentru fiecare nod al rețelei.

Punțile / switch-urile pot reduce congestiile permițând mai multe 'conversații' simultane pe diferite segmente, dar și ele sunt supuse limitărilor în segmentarea traficului. O caracteristică importantă a punților / switch-urilor este aceea că permit transferul broadcast-urilor tuturor segmentelor conectate la rețea. Acest comportament este necesar deoarece broadcast-urile Ethernet sunt destinate tuturor nodurilor din rețea, dar pot pune probleme rețelelor care s-au dezvoltat prea mult. Când un număr mare de stații transmit broadcast pe o rețea mare, congestia poate fi la fel de puternică ca și în cazul când stațiile ar fi pe un singur segment.

Soluțiile:

·   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp; utilizarea ruterelor (subnetare), care împart rețeaua în rețele logice separate și care nu permit trecerea mesajelor broadcast, deoarece ruterul formează o margine logică a rețelei

·   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp; crearea de VLAN-uri (Virtual LAN). VLAN-urile sunt domenii de broadcast, definite în interiorul unui switch, care permit controlul broadcast-ului, multicast-ului și unicast-ului în interiorul unui dispozitiv de nivel 2. VLAN-urile sunt definite pe un switch, într-o bază de date internă, cunoscută sub numele de VLAN Trunking Protocol (VTP) Database. După crearea VLAN, acestuia îi sunt alocate porturi.

Rețelele Ethernet pot suporta o multitudine de configurații, dar acestea trebuie să respecte toate regulile de conectivitate impuse se standardul IEEE 802.3. Pentru simplitate, aceste reguli au fost concentrate într-una singură - REGULA 5 - 4 - 3, care spune că între oricare 2 stații ale rețelei trebuie să existe:

-   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;  până la 5 segmente înseriate

-   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;  până la 4 repetoare / concentratoare

-   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;  până la 3 segmente populate (segmente la care sunt atașate stații)

Într-o configurație lineară simplă (magistrală), 5 segmente (3 populate și 2 nepopulate) pot fi legate prin intermediul a 3 repetoare.

În cazul unui backbone, concentratoarele legate la backbone pot fi legate la alte concentratoare, cu segmente nepopulate sub forma unei cascade pe 2 nivele. Primul nivel poate conține până la 30 concentratoare și fiecare dintre acestea pot fi conectate la mai multe concentratoare, pentru a forma nivelul al doilea. Numărând segmentele populate și nepopulate, precum și concentratoarele între 2 stații se observă că regula 5-4-3 se aplică și aici corect.

Pentru rețelele Ethernet 10 Base T și 10 BASE F , existența segmentelor populate și nepopulate  își pierde semnificația, iar regula 5-4-3 devene regula 5-4: între 2 stații pot exista până la 5 segmente de legătură și 4 concentratoare. La toate rețelele cu cablu torsadat sau fibră optică, extinderea rețelei poate fi făcută prin legarea concentratoarelor în cascadă (2 nivele), fiecare cu topologie stea.

Livrarea datelor în rețeaua Ethetnet

Sistemul Ethernet lucrează ca un 'best effort data delivery system' . În fapt, nu există garanția livrării sigure a datelor. Ethernet a fost conceput să producă un sistem care, în mod normal, livrează datele extrem de bine. Totuși erori apar, datorită : zgomotului electric în sistemul de cablaj. Nici un sistem LAN nu este perfect, de aceea, protocoalele de nivel superior ale software-ului de rețea sunt concepute să restabilească sistemul după eroare.

FAST ETHERNET (100 BASE T)

Tehnologia este similară cu cea a 10 BASE T în termenii specificațiilor și limitărilor, dar are o lărgime de bandă mai mare.

Interfețele de rețea și porturile hub-urilor și switch-urilor operează la 100 Mbps.

Uzual există un LAN 10 BASE T care funcționează de la clienți la un hub/switch central și nu LAN 100 BASE T ca backbone pentru servere.

Recomandare: utilizarea de cabluri UTP CAT 5 inclusiv pentru rețele 10 BASE T, care vor putea fi folosite odată cu upgrade-ul la hub-uri / switch-uri ce funcționează la 100 Mbps, fără a fi  necesară înlocuirea acestora.

GIGABIT ETHERNET

Rețea Ethernet ce lucrează la viteza de 1000 Mbps (1 Gbps).

Este o tehnologie bună, cu un mediu de transmisie rapid și în continuare are la bază Ethernet-ul, fiind posibilă interfațarea cu orice rețea Ethernet existentă (cablu UTP CAT5).

Este o tehnologie scumpă, care nu asigură întotdeauna performanțele anunțate, în principal datorită rețelelor deja existente , la care se face upgrade.

Cadrul Ethernet (IEEE 802.3)

Dimensiunea maxima a cadrului: 1500 bytes.

Aceasta lungime dicteaza în c te cadre va fi mpărțit mesajul. Un mesaj lung va fi impartit în cadre, care vor fi transmise pe r nd, c te unul odat

La stația receptoare, dupa ce ajung toate cadrele, ele sunt recombinate pentru a ob ine mesajul.

Semnificatia câmpurilor cadrului

Antet (Preambul) - asigură componentelor din rețea timpul necesar detectării prezenței semnalului și citirii semnalului înainte de sosirea datelor comunica faptul că urmează un cadru - anunță prezen a în rețea a cadrului.

SFD 'Start Frame Delimiter' - 8 biți ce indică începutul cadrului - în principal spune că 'urmeaza adresa de destinație'

Date - conține datele furnizate de către nivelul superior (pachetul IP), nr. De biți din câmpul DATA comunică dacă mesajul este complet sau este un cadru din secventa și atunci se precizeaza 1/5, 2/5, etc., pentru a putea fi recombinant la destinație.

Daca cadrul este mai mic decât dimensiunea minima = 46 bytes (de exemplu este ultimul cadru al unui mesaj lung) à câmpul pad va fi umplut cu informație până când va atinge dimensiunea minim a cadrului de 46 de bytes.

FCS - Frame Check Sequence

Pe baza unui algoritm matematic calculeaza CRC pentru intregul con inut al cadrului. în acest numar se introduce informația conținut de cadru - aceast valoare se recalculeaz la recepție, și dacă cele două numere coincid se consideră cadrul necorupt.

CRC - Cyclical Redundancy Check

Cum fiecare cadru este trimis într-un mediu partajat, toate adaptoarele Ethernet citesc primii 48 biți ai cadrului care conțin adresa de destinație. Aceasta este comparată cu propria adresă MAC și:

-   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;  dacă cele două adrese sunt identice, adaptorul de rețea va citi întregul mesaj

-   &nb 23123u207x sp;   &nb 23123u207x sp;  dacă cele două adrese suntdiferite, adaptorul de rețea va abandona citirea cadrului