Retele de calculatoare

Retele de calculatoare

Aparitia retelelor de calculatoare:

necesitatea distribuirea puterii de calcul:

utilizatori fara posibilitatea de a cumpara tehnica de calcul;

utilizatori care poseda tehnica de calcul si nu o folosesc la capacitate;

circulatia informatiilor.

Soft-ul de retea este echivalent cu un SO in retea => soft-ul retea poate fi privit ca o dezvoltare naturala a SO clasic;

Notiuni necesare in transmisiuni de date

Notiuni generale

servicii oferite de o retea de interconectare calculatoare: lansare job-uri la distanta, transfer de mesaje, transfer de fisiere, conectare la un alt calculator in vederea utilizarii. Servicii specifice Internet: e-mail, transfer informatii (World Wide Web), FTP, confererinta audio/video.

legatura de date - ansamblul ce asigura transmiterea mesajelor intre doua echipamente de calcul, format din entitatile ce au rolul de sursa si respectiv receptor de date, in cadrul acestor echipamente, impreuna cu linia de interconectare (NU in anul universitar 2001/2002);

mesajul - grup de informatii ce se doreste a fi transmis la un moment dat (reprezinta entitatea de comunicare). Informatiile pot reprezenta un simplu mesaj sau un fisier, un grup de fisiere. Mesajul poate fi transferat de la sursa la receptie:

intreg (comutare de mesaje);

descompus in entitati mai mici numite pachete (comutare de pachete) - avantajos in caz de reluare, pe motiv de intrerupere transmisie. Pachetul contine pe langa informatia propriu-zisa si un numar de secventa al pachetului in mesaj. Exista in principiu, doua modalitati de tranmisiune a pachetelor:

datagrama - fiecare pachet circula prin retea pe o ruta care poate fi proprie numai pachetului respectiv din mesaj. In general, nu se fac verificari sau confirmari de receptie in acest mod;

circuit virtual - intre sursa si destinatie se stabileste initial o conexiune pe care circula toate pachetele mesajului, In general, in acest mod se fac verificari si confirmari de receptie.

protocol de comunicatii - set de reguli care se refera la alcatuirea formatelor mesajelor si la ordinea in care se pot executa diferite actiuni in dialogul sursa-receptor;

Medii fizice utilizate:

integrarea sistemelor de calcul in retele se face cu ajutorul sistemelor de comunicatii (NU in anul universitar 2001/2002);

mediile propriu-zise pot fi:

cabluri multiple - pentru transmisiuni paralele la distante foarte mici;

cablu coaxial - pentru distante mici;

cablu torsadat  (cablu bifilar rasucit) - pentru distante mici;

linii telefonice - pentru distante mari;

cablu optic - pentru distante relativ mici. Construit din fibre optice flexibile, prin care se transmite o unda luminoasa modulata, purtatoare de informatie.

Avantaje - viteza mare de transmisie (186.000 mile/secunda); imunitate la interferente reciproce (spre deosebire de transmisiunile ce implica existenta  campuri electro-magnetice); fibra este foarte subtire (mai subtire ca un fir de par)m dar trebuie imbracata pentru a nu se pierde din semnalul optic;

Dezavantaje - conectori optico-electrici pentru transformarea semnalului oelectric in optic si invers; semnalul optic se atenueaza relativ repede => necesar amplificator optic.

CFR Infrastructura are o retea pe fibra optica de capacitate foarte mare (care I depaseste chiar necesitatile). Asta e utilizata si pe distante mari.

fara fir:

unde radio;

satelit - pentru distante foarte mari - Exista inainte de aparitia telefoniei mobile (deci este independent de ea);

microunde (telefonie celulara) - dezavantaj: transmiterea doar in linie dreapta => distanta maxima de transmitere fara o instalatie intermediara de receptie/emisie este de 42,5km, datorita curburii Pamantului. Ca atare, pentru acest sistem s-a dezvoltat o retea de relee si sateliti geostationari. Sistemul consacrat in prezent la noi, este sistemul GSM. Sistemul UMTS il va inlocui in curand.

modalitati de utilizare a mediilor fizice

Functie de dedicare canal de transmisiuni date pt o anumita conexiuni:

medii dedicate - circuit afectat permanent pentru conectarea a doua echipamente anume de calcul. Linii inchiriate si linii ISDN: Liniile telefonice, in prezent la noi, sunt analogice - cel putin legatura de centrala la abonat. Singurele linii digitale pana acum sunt cele ISDN sau liniile inchiriate in conditiile in care se cere explicit acest atribut. ISDN-ul (Integrated Services Digital Network - facut de AT&T) a fost conceput pentru transmiterea cu mare viteza a datelor digitale si permite transportul pe aceeasi linie a maximum trei semnale separate. Deci pe langa tranmisia de date se poate face si transmisie paralela de voce sau fax;

medii comutate - circuit afectat pentru conectarea a doua echipamente de calcul pe durata transmiterii efective;

Functie numarul de canale alocat transmiterii:

transmisie simplex - legatura intre doua echipamente de calcul se face printr-un singur canal, transferul de informatie facandu-se intr-un singur sens;

transmisie half-duplex - legatura intre doua echipamente de calcul se face printr-un singur canal, transferul de informatie facandu-se in ambele sensuri dar nu simultan;

transmisie full-duplex - legatura intre doua echipamente de calcul se face prin doua canale, transferul de informatie facandu-se in ambele sensuri simultan;

Functie tehnicile utilizate in realizarea transmiterii de date:

transmisie asincrona/sincrona - transmisii locale;

transmisie seriala/paralela - transmisii locale;

modulare/demodulare semnal - transmisii la distanta. Semnalele pot fi digitale (in calculator) si analogice (pe liniile telefonice). Pentru analogice 0 => Low Frequance, 1 => High Frequance;

unitati de masura pentru viteza de transmisie a datelor:

bps;

baud-ul;

Standardizarea retelelor de calculatoare

Complexitatea retelelor de calculatoare din punct de vedere software precum si aria mare de acoperire a lor a impus necesitatea introducerii unor standarde international recunoscute. In masura in care standardele propuse nu au avut o tenta teoretica prea dezvoltata sau in masura in care au aparut la timp pe piata, ele s-au putut impune;

Organisme internationale de standardizare in domeniu:

International Standard Organization (ISO);

American National Standards Institut (ANSI);

Consultative Commitee for International Telegraphy and Telephony (CCITT);

Standarde recomandate de aceste organisme:

Primele doua au elaborat impreuna modelul de referinta pentru Open System Interconection (OSI) - sistem deschis care sa permita interconectarea sistemelor de calcul provenite de la "n" firme distincte, suportand orice aplicatii software pentru integrarea sistemelor respective in retele. Termenul de deschis se refera la faptul ca specificatiile pentru componentele hard si soft ale retelei sunt accesibile pentru public (utilizator apropiat), ceea ce conduce la compatibilitatea dintre produsele diferitilor furnizori. Implicit rezulta faptul ca reteaua consta din dispozitive si programe apartinand unor producatori aflati in competitie;

CCITT - a elaborat mai multe standarde pentru transmisiuni de date: V24 - (interfata calculator-terminal si interfata terminal-modem), X.25 - protocol de comunicatie pentru retele cu comutare de pachete;

Evolutia structurala a retelelor de transmisiuni date

Cea mai simpla structura, a carei implementare coincide cu aparitia primelor retele de transmisiuni date, este cea compusa din calculator si aparate terminale, amplasate la distanta. Serviciile oferite includ transmisiuni de date si executie de programe, ambele la distanta. Apare astfel, notiunea de teleprelucrare (prelucrare date la distanta).

In calculator poate exista sau nu o unitate de control comunicatii, care are rolul de a degreva unitatea centrala de sarcinile privind receptia/transmisia datelor. Aceasta unitate, face parte integranta din sistemul de intrare/iesire. De asemenea, calculatorul poate fi dotat cu un modem pentru comunicare cu terminalele Acesta este necesar functie de distanta la care se lucreaza si de viteza dorita de transmitere a datelor.

Explicatie desen - linia oblica scurta - / - semnifica "mai multe linii";

Apare concentratorul de date. Functiile sunt orientate spre degrevarea sistemului de calcul de activitatile implicate de transmisiunile de date de la distante mari:

memoreaza temporar datele transmise pe liniile de joasa viteza;

face validari sumare datelor transmise.

Apare procesorul frontal (PF), care inlocuieste unitatea de control comunicatii din calculator. Eficietizeaza transmisiunile de date din punctul de vedere al vitezei de lucru a calculatorului, separand mai clar arhitectura unui sistem de calcul, de arhitectura retelei de transmisiuni date.

Apare necesitatea interconectarii calculatoarelor, care pentru inceput se face prin concentratoare de mesaje (CM).

Sarcinile concentratoarelor de mesaje se amplifica, fiind necesar ca acestea sa fie transformate in calculatoare dedicate retelei. Prin aceasta se cauta optimizarea utilizarii retelei de comunicatii din punct de vedere software. Calculatoarele dedicate retelei preiau urmatoarele sarcini:

rutare (stabilirea unei rute pentru mesaje intre doua calculatoare);

compactare mesaje;

spargerea mesajelor in pachete la sursa si refacerea mesajelor din pachete de destinatie;

criptarea/decriptarea mesajelor;

detectarea erorilor de transmisie.

Recomandarile OSI coincid cu aceasta structura:

nodurile retelei de calculatoare constituie asa-numitele DCE-uri (Data Circuit Equipment);

restul calculatoarele sunt doar conectate la retea si constituie asa-numitele DTE-uri (Data Terminal Equipment).

Discutia in continuarea va fi numai pe marginea acestei ultime generatii de retele de calcultoare, generatie din care face parte si Internet-ul.

Clasificare retelelor

Retelele de calculatoare se pot clasifica dupa urmatoarele criterii:

aria de cuprindere

Retele locale de calculatoare LAN-uri (Local Area Networks) - constau dintr-un grup de calculatoare plasate intr-o singura cladire sau intr-un complex de cladiri. Exemplu: un campus universitar sau o societate comerciala;

Retele de arie larga WAN-uri (Wide Area Networks) - cuprind calculatoare aflate in diverse colturi ale unui oras sau ale lumii. Diferenta principala dintre LAN-uri si WAN-uri tine de tehnologiile utilizate pentru stabilirea cailor de comunicatii.

alcatuirea retelei din produse hadrware si software:

Componentele hardware si software provin de la un furnizor unic. Acestea sunt denumite si retele inchise (retele brevetate). Ele sunt prezente doar in cadrul LAN-urilor.

Componentele hardware si software sunt un conglomerat de produse de la diversi furnizori. Acestea sunt retele deschise in sensul recomandarilor OSI. Acest atribut este specific retelelor de tip WAN. Este necesar sa fie asa, intrucat in retelele de tip WAN, vin in contact utilizatori de retea diferiti, fiecare cu propriul sau echipament, probabil diferit de al altora.

Reteaua Internet este un astfel de sistem deschis. Titulatura de Internet sugereaza faptul ca este vorba de un sistem de retel interconectate, in aceste conditii atributul de sistem deschis fiind strict necesar. Comunicatia prin Internet este realizata prin intermediul unui ansamblu deschis de standarde, cunoscut sub numele de suita de protocoale TCP/IP. LAN-urile care poseda retele inchise se conecteaza la Internet cu ajutorul unor calculatoare numite porti (gateway), care fac conversia intre protocolele TCP/IP si cele utilizate pe reteaua brevetata respectiva.

topologie. Topologiile uzuale sunt:

stea - toate calculatoarele sunt conectate cu un calculator central (hub). Pachetele de date de la fiecare calculator conectat, sunt transmise catre calculatorul central al retelei, de unde sunt retransmise la adresele de destinatie. Avantajul major al topologiei stea este ca intreruperea comunicatiei intre oricare dintre calculatoare si nodul central nu afecteaza in nici un fel celelalte calculatoare din retea. Dezavantaul major al topologiei stea este ca atunci cand se defecteaza nodul central, intreaga retea este "la pamant";

inel (ring) - calculatoarele sunt conectate circular. Intr-o astfel de topologie datele sunt transmise intr-un singur sens. Spre deosebire de topologia stea, aceasta topologie necesita o cale neintrerupta intre toate calculatoarele din retea. O defectiune intr-un loc oarecare al inelului, determina oprirea comunicatiei in reatea. Alta slabiciune a topologiei retea este aceea ca datele trec pe la fiecare calculator din retea, orice calculator putand intercepta date care nu-I sunt adresate;

magistrala (bus) - calculatoarele sunt conectate printr-o linie de comunicatii comuna, denumita magistrala. In mod normal, intr-o topologie bus se foloseste cablul coaxial ca mediu de transmisie. Datele pot circula in ambele sensuri pe magistrala. La fel ca la o retea in inel, o defectiune fizica intr-un loc oarecare al magistralei determina intreruperea tuturor comunicatiilor. Si in aceasta topologie de reatea, securitatea datelor este redusa, acestea circuland pe la fiecare calculator in parte;

topologie neregulata - calculatoarele conectate intr-un mod aparent aleator. E specifica WAN-urilor.

tehnologie de realizarea conectarii la retea. Exista trei astfel de tehnologii de retea foarte des folosite:

Ethernet - este o tehnologie creata in 1973 la Xerox Palo Alto Research Center (PARC). Aceasta tehnologie poate fi folosita atat in topologia stea, cat si in topologia bus. In general, daca se foloseste ca mediu de transmisie un cablu coaxial, se va configura reteaua in topologie bus, iar daca se foloseste ca mediu de transmisie un cablu torsadat, se va configura reateaua in topologie stea;

ARCNET - este prescurtarea pentru Attached Resource Computer NETwork si reprezinta o tehnologie de retea folosita la retele locale, introdusa pentru prima data de Datapoint Corporation in 1968. La fel ca tehnologia Ethernet, aceasta tehnologie se poate folosi atat pentru topologii stea cat si bus;

IBM Token Ring - este o tehnologie de retea care implica un amestec de topologii stea si inel. IBM a realizat aceasta tehnologie care foloseste tehnica transferului de jeton pentru arbitrajul pe magistrala (vezi protocoale de comunicatii). Nodul central al topologiei stea este reprezentat de o statie de lucru IBM cu acces multiplu (Multi-station Acces Unit - MAU). Fiecare calculator din retea este legat de calculator central cu doua cabluri, calculatorul transmitand date catre MAU pe unul din cabluri si receptionand pe celalalt. Ca atare, a astfel de tehnologie formeaza o bucla continua, in forma de stea.

Arhitectura software a retelelor de calculatoare

Protocoale de comunicatii

Notiunea de protocol de comunicatii a fost prezentata anterior (set de reguli care se refera la alcatuirea formatelor mesajelor si la ordinea in care se pot executa diferite actiuni in dialogul sursa-receptor). Implementarea protocoalelor de comunicatii in software-ul de retele de calculatoare are implicatii directe asupra arhitecturii software a retelelor de calculatoare.

Exemplificam notiunea de protocol prin analiza unui protocol care stabileste regulile de transmitere a mesajelor in retea si controleaza dreptul unui calculator de a trimite in retea propriile mesaje. O varianta pentru un astfel de protocol este protocolul "inel cu jeton" (token ring) utilizat la retele cu topologie in inel. Setul de reguli pentru emiterea si receptia mesajelor este urmatorul:

fiecare calculator transmite mesajele in inel numai catre calculatorul care-l urmeaza in sens trigonometric si ca atare le va receptiona numai de la calculatorul care-l precede in inel, tot in sens trigonometric;

un mesaj e transmis in retea in sens trigonometric, pana cand ajunge la destinatie;

destinatia isi pastreaza o copie si transmite mesajul mai departe in inel;

cand copia ajunge la calculatorul care a emis mesajul, exista certitudinea ca acesta a ajuns la destinatie si mesajul e eliminat din retea.

Acest set de reguli nu controleaza dreptul de transmitere in retea, a mesajelor proprii de catre un calculator. Aceste drepturi sunt controlate prin regula "posesiei jetonului":

jetonul este reprezentat de un set de biti care se trasmit in retea de la un calculator la altul;

posesia jetonului da dreptul unui calculator sa transmita in retea un mesaj propriu;

la incheierea ciclului corespunzator mesajului transmis, jetonul este transmis mai departe;

Un alt protocol care rezolva aceeasi problema, este intalnit la tehnologia Ethernet: CSMA/CD (Carrier Sens, Multiple Access with Collision Detection). Setul de reguli pentru acest protocol este urmatorul:

un mesaj este transmis pe magistrala tuturor calculatoarelor;

fiecare calculator monitorizeaza toate mesajele din retea, avand posibilitatea sa deduca cand nu este trafic pe magistrala retelei ;

un mesaj poate fi transmis numai cand magistrala este libera (nu exista trafic);

daca doua sau mai multe calculatoare emit simultan mesaje, calculatoarele implicate detecteaza coliziunea de mesaje, acestea fiind anulate. Transmisia mesajelor se reia dupa o pauza de durata aleatoare.

Se observa ca in cazul celui de-al doilea protocol nu se mai poate face o distinctie asa clara intre regulile de transmitere a mesajelor in retea si controlul dreptului unui calculator de a trimite mesaje. Deci distinctia intre aceste doua elemente nu este strict necesara.

Paralela intre diferitele tipuri de retele de transport

O retea de calculatoare este similara unei retele de transport marfuri, diferind de aceasta prin unitatile transportate si infrastructura utilizata. Insa, cerintele de organizare a activitatii sunt in principiu aceleasi. Pentru a putea intelege mai bine necesitatea structurarii activitatii de transport date pe mai multe niveluri vom face o analogie cu o activitate de transport marfuri organizata eficient.

Presupunem ca o firma trebuie sa livreze piese de schimb unei alte firme din alt oras. Care sunt operatiunile pe care le suporta piesele de la expeditor pana la destinatar?

firma expeditoare impacheteaza piesele conform specificatiilor unei firme de expeditii si livreaza pachetul cu adresa destinatarului corect completata, firmei de expeditii aleasa. Prin respectarea specificatiilor impuse de firma de expeditii, putem spune ca firma expeditoare respecta (implementeaza) o interfata impusa de firma de expeditii;

firma de expeditii nu vede sarcina primita ca reprezentand transportarea unor piese de schimb. Sarcina ei este sa tranporte un colet avand o anumita greutate si anumite dimensiuni la o anumita adresa, intr-un interval de timp. Atata timp cat aceste specificatii sunt respectate compania de expeditii poate opta intre a trimite pachetul cu camionul, trenul sau avionul.

Coletul poate fi plasat alaturi de altele intr-un container conform regulilor transportului aerian. Conformandu-se specificatiilor companiei de transport aerian, firma de expeditii transfera responsabilitatea companiei aeriene, precizand adresa unei firme de expeditii din orasul destinatar. Si in acest caz putem asimila specificatiile impuse de firma de transporturi cu o interfata;

compania de transport aerian are sarcina de a transporta un container intre cele doua firme de expeditii, intr-un interval de timp. Functie de aceste specificatii, compania de transport aerian poate decide sa plaseze containerul intr-un zbor direct, sa-l trimita printr-un zbor cu escala sau sa subcontracteze transportul altei companii;

Compania aeriana livreaza containerul firmei de expeditii din orasul destinatar;

Firma de expeditii din orasul destinatar livreaza coletul firmei destinatare;

Firma destinatara primeste piesele de schimb.

Concluzie

• transmiterea pieselor s-a facut prin trei niveluri;
• fiecare nivel priveste nivelul inferior ca pe unul abstract, conformandu-se prescriptiilor lui (utilizeaza o anumita intefata);
• cele trei niveluri apar atat la expeditie cat si la destinatie, sensul operatiilor de expeditie fiind invers celor de la destinatie ;
• intre nivelurile similare de la expeditie si de la destinatie are loc un schimb de informatii pe orizontala. De exemplu, firma expeditoare informeaza pe cea destinatare ca piesele au fost trimise, dand informatii asupra transportului (se respecta un protocol intre niveluri pe orizontala).

Software-ul de comunicatii are sarcini similare celor realizate in ansamblu, de cele trei societati comerciale, pentru deplasarea unor piese de schimb. Astfel, actiunea integrala este impartita in subactiuni administrate separate, fiecare din ele avand scopuri specifice. Arhitectura ierarhizata astfel obtinuta, duce la stabilirea de frontiere bine definite intre subactiuni, intre ele putand fi implementate interfete standard. Daca se conformeaza acestor interfete standard, diferitele solutii pentru realizarea aceleiasi subactiuni pot fi schimbate intre ele fara ca restul sistemului sa fie afectat.

Arhitecura unei retele de calculatoare conform modelului OSI

Exista un model pentru ierarhizarea nivelurilor software-ului de retea propus de ISO (International Standard Organization) - modelul OSI (Open Sistem Interconnection).

In continuare prezentam principiile avute in vedere la proiectarea relatiilor pe verticala si pe orizontala intre nivelurile de software (niveluri pe care le vom prezenta detaliat ulterior).

protocol

interfata interfata

protocol

interfata intefata

protocol

Fiecare nivel N realizeaza un set de functiuni bine definit. Pentru realizarea acestuia fiecare nivel N foloseste setul de functiuni definit de serviciile nivelului adiacent inferior N-1. La randul sau nivelul N, furnizeaza un set de servicii nivelului superior adiacent N+1. Aceste servicii pe verticala poarta numele de interfete intre niveluri si pentru ele exista specificatii.

Conceptual, cand doua calculatoare discuta unul cu celalalt, nivelurile software corespondente din fiecare calculator poarta de asemenea o conversatie prin intermediul unui set de reguli (protocol). Nivelurile corespondente din calculatoare diferite se mai numesc si procese pereche. Deci, se poate spune ca doua procese pereche dialogeaza prin intermediul unui protocol.

Pentru ca doua niveluri N sa schimbe informatii intre ele, trebuie stabilita legatura intre ele. Legatura se stabileste pe baza serviciilor nivelurilor N-1. Deci, in realitate datele transmise de un calculator se deplaseaza vertical in jos pe ierarhia de niveluri software, iar cele receptionate se deplaseaza vertical in sus. Tragem concluzia ca retelele nu transfera datele direct intre procesele pereche, comunicatia intre ele fiind virtuala. O comunicatie fizica se realizeaza doar intre procesele pereche aflate pe cel mai jos nivel in ierarhie.

Nivelurile de software folosesc unitati diferite de date: mesaje, pachete si cadre. Un nivel software superior imparte mesajul in pachete, iar acestea la randul lor sunt impartite de catre un nivel software inferior in cadre (reprezinta unitatile de date rezultate din formatarea bitilor in vederea transmiterii lor pe conexiunea fizica propriu-zisa).

Nivelurile de software care transmit date, paralel cu descompunerea informatiei din mesaje in pachete si apoi cadre, ataseaza acesteia informatie suplimentara, necesara atingerii destinatiei si refacerii formei initiale a mesajului la destinatie. Se poate ajunge in situatia, in care informatia suplimentara sa depaseasca informatia utila (informatia ce se doreste a fi transmisa). 

Modelul OSI cuprinde 7 niveluri si el reprezinta un ghid de proiectare a software-ului de retea. Nivelurile propuse de acest model au fost respectate in mare si la realizarea retelei Internet. Cele sapte niveluri sunt ilustrate in figura urmatoare:

Nivelul fizic - transmite datele prin intermediul canalelor de comunicatie din retea. Nivelul fizic include elementele hardware necesare indeplinirii acestei functii - infrastructura care conecteaza calculatoarele in retea. Metodele de transmisie a datelor sunr de asemenea componente ale nivelului fizic. Tot aici sunt incluse si tehnologiile de reatea (Ethernet, etc.). Este responsabil cu activarea, mentinerea si dezactivarea conexiunii fizice.

Nivelul legatura de date - transfera datele intre nivelul fizic si nivelul retea. Placa de retea reprezinta nivelul legatura de date in calculator. Functia pricipala a nivelului legatura de date este de a preveni alterarea datelor in cadrul nivelului fizic. Acest nivel se ocupa si de detaliile de comunicatie proprii retelei particulare in care sunt plasate calculatoarele. El trebuie sa converteasca in sistemul de adresare local, adresele atasate pachetelor, daca este cazul. Aceasta implica atasarea la pachetul primit a unui strat suplimentar de informatie;

De asemenea, acest nivel este responsabil cu impartirea unui pachet de date in cadre, ce sunt transmise nivelului fizic, respectiv refacerea din cadre a unui pachet de date, ce este transmis nivelului retea.

Nivelul retea - este responsabil cu propagarea mesajului de la expeditie la destinatie. El realizeaza acest lucru prin atasarea la fiecare pachet a unei adrese intermediare de destinatie. Pentru determinarea acestei adrese intermediare se folosesc tabele de rutare (dirijare). In aceste tabele sunt tinute ultimele dirijari facute. Pentru fiecare dirijare se evidentiaza adresa de destinatie si adresa intermediara folosita. Tabelele de dirijare se actualizeaza permanent cu continutul altor tabele de dirijare existente pe calculatoarele vecine din retea.

Tot acest nivel gestioneaza si congestiile si ratele de transfer de-a lungul liniilor de transmisie.

Nivelul transport - dupa receptionarea mesajului si a adresei de destinatie, acest nivel imparte mesajul in pachete, adaugand fiecaruia dintre ele numere de secventa care sa permita refacerea mesajului initial. Fiecare pachet va avea atasata si adresa de destinatie.

Asa cum nivelul retea livreaza pachetele in retea, nivelul transport livreaza datele in cadrul unui calculator gazda, aplicatiei corespunzatoare.

Nivelul sesiune - negociaza conexiunea intre procese sau aplicatii de pe calculatoare diferite. Ca atare, acest nivel gestioneaza detalii ca nume de cont, parole sau autorizarea utilizatorilor.

Nivelul prezentare - realizeaza transformari ale reprezentarii datelor: comprimarea textelor, eventuala criptare a datelor, conversia datelor in conformitate cu anumite standarde pentru fisiere si terminale la care urmeaza sa fie prezentate datele transmise. Deci, acest nivel gestioneaza detalii legate de interfata retelei cu imprimantele, cu monitoarele si de formatele de fisiere.

Nivelul aplicatie - contine detalii despre aplicatiile din intreaga retea. Este constituit dintr-un set de subprograme ce permit supervizarea transmisiei mesajelor si a stocarii mesajelor receptionate. Nu trebuie confundat cu soft-ul de aplicatie. De exemplu, pentru serviciul de e-mail exista mai multe pachete de soft (Microsoft Outlook sau Outlook Express). Prin intermediul unei interfete grafice, ele permit realizarea serviciului de e-mail, folosind pentru aceasta instrumentele abstracte puse la dispozitie de nivelul de aplicatie din Internet.

Acest nivel ataseaza mesajului adresa de destinatie.

Referitor la desenul anterior, dorim sa mai mentionam, referitor la calculatorul intermediar, ca acesta are rolul de a participa doar la transmiterea datelor emise de calculator A, pentru calculatorul B. Astfel, se poate trage concluzia ca numai cele trei niveluri inferioare ale unei retele sunt implicate in traficul efectic de date.

Avand in vedere contextul, consideram ca este utila introducerea notiunii de model client/server utilizat in programarea aplicatiilor de retea. Acest model imparte o aplicatie de retea in doua parti: o aplicatie specializata in emiterea de cereri - aplicatie client si o aplicatie specializata in prestari de servicii in sensul satisfacerii cererilor tuturor aplicatiilor client lansate in executie - aplicatie server. Aplicatia server este de obicei, permanent activa pe un calculator al retelei.

Reteaua Internet

Reteaua Internet este o retea de retele care s-a dezvoltat de-a lungul timpului. Incepurile ei sunt legate de un program de cercetare inceput in 1973 in USA. Scopul era reprezentat de dezvoltarea facilitatii de conectare a diferitelor retele de calculatoare, astfel incat ele sa poata functiona ca o singura retea.

In prezent, Internet reprezinta o combinatie de retele de tip WAN si LAN, care poseda pentru comunicare intre ele o infrastructura de mare viteza. Pentru conectarea altor retele, corespunzatoare unor arii mai restranse, se utilizeaza calculatoare speciale, denumite routere (functiunile lor corespund nivelului retea). In acest mod s-a dezvoltat o retea ce contine milioane de calculatoare, fiecare dintre ele purtand numele de calculatoare gazda.

Serviciile oferite de Internet unui utilizator sunt in general cele clasice (transfer mesaje, transfer fisiere, conectare la un alt calculator, etc.). Servicii specifice, moderne sunt: e-mail, transmitere informatii (www - World Wide Web), IRC - conferinta scrisa, conferinta gen tele-speaker sau video.

Identificarea calculatoarelor gazda in Internet

Conceptual, Internet poate fi considerat ca o reuniune de grupuri de retele, cunoscute sub numele de domenii, acestea corespunzand in general retelelor care sunt utilizate de catre o singura organizatie (firma, universitate, etc). Fiecare domeniu este un sistem autonom, configurat conform necesitatilor autoritatii locale (a nu se face analogie cu LAN-ul, LAN reprezinta o organizare fizica a unei retele, iar domeniul o organizare logica). Un domeniu poate contine subdomenii.

Adresa unui calculator gazda din Internet este construita pe o lungime de 32 biti (4 octeti) si are doua componente:

componenta care precizeaza domeniul caruia apartine calculatorul gazda - identificatorul de retea. Aceasta adresa este atribuita de o autoritate regionala/zonala, cunoscuta sub numele InterNIC (Internet Network Information Center). Rolul acestei autoritati este de a asigura unicitatea domeniilor. De exemplu, identificatorul de retea al unui provider de Internet din Bucuresti (FX Internet), este 193.231.208 (primi trei octeti din adresa).

componenta care identifica calculatorul gazda in cadrul domeniului - adresa gazdei. Adresa unui calculator dintr-un domeniu este reprezentata de cel de-al patrulea octet. De exemplu un calculator gazda din domeniul anterior prezentat, poate avea o adresa completa de genul 193.231.208.2.

Pentru ca utilizatorii retelei sa nu fie obligati sa lucreza cu aceste adrese numerice, s-a creat facilitatea asocierii unui nume, fiecarei componente de adresa. Astfel exista nume de domeniu si nume pt calculator gazda. Adresele anterioare se scriu cu nume in felul urmator: "fx.ro" - identifica domeniul corespunzator provider-ului anterior amintit din Romania. Se observa ca si aici se foloseste in sintaxa punctul. Separarea informatiei cu puncte in acest caz nu are nici o legatura cu separarea informatiei prin puncte de la adresa exprimata numeric. Un calculator in acest domeniu poate avea adresa de identificare "mail.fx.ro".

Primul grup de litere din dreapta identifica in general o autoritate zonala (de obicei la nivel de tara) sau o autoritate profesionala (".com" - autoritate pentru institutii comerciale, ".edu" - autoritate pentru domeniul educational).

Exista o autoritatea locala a fiecarui domeniu, care este raspunzatoare de pastrarea unui tablou de echivalente adrese simbolice = adrese numerice Internet, corespunzatoare calculatoarelor din domeniul aflat in subordine si care pot fi accesibile din exteriorul domeniului. Acest tablou de echivalente poate fi asimilat unui director si este implementat pe un calculator dedicat din cadrul domeniului, denumit server de nume. Toate serverele de nume din cadrul retelei Internet constituie de fapt un sistem distribuit de directoare, utilizat pentru convertirea adreselor din forma simbolica in cea numerica si invers.

In reteaua Internet exista dupa cum am precizat anterior, serviciul de transmitere de mesaje prin posta electronica (e-mail). Acest serviciu presupune o identificare aparte a utilizatorilor, comparativ cu cea corespunzatoare domeniilor si calculatoarelor gazda dintr-un domeniu. Identificarea consta dintr-un sir de caractere ce identifica utilizatorul autorizat pentru acest serviciu de retea, urmat de caracterul "@" si apoi de numele calculatorului gazda, care are sarcina de gestiune a serviciului de e-mail din cadrul domeniului respectiv, urmat de numele de domeniu. Ex: [email protected]

Serviciul World Wide Web serviciu de transmitere informatii)

Informatiile ce se transmit sun prezentate sub forma de documente de tip hipertext (hypertext). Un document de tip hipertext este similar unui document clasic de tip text, prin faptul ca textul pe care-l contine este codificat caracter cu caracter utilizandu-se un sistem de codificare cum ar fi codul ASCII. Diferenta consta in faptul ca un document hipertext contine in plus marcaje speciale, care permit autorului sa indice care elemente din document sunt legate la zone de text din acelasi document sau din alte documente. Marcajele speciale permit de asemenea, descrierea adresei documentului catre care se face legatura. Acest sistem de marcaje este cunoscut sub numele de Limbaj de Marcare HiperText (HyperText Markup Language - HTML).

Cititorul documentelor de tip hipertext, poate deci explora documentele aflate in legatura, urmarind continuarea unei idei dintr-un document in altul. Prin realizarea legaturilor intre documente se creaza o panza (Web) intretesuta de informatii aflate pe diferite calculatoare. Aceasta "panza de informatii" este raspandita pe tot globul si ca atare serviciul care o furnizeaza e cunoscut sub numele de World Wide Web (WWW sau Web prescurtat).

Exista pachete de programe speciale care asista cititorii documentelor hipertext in parcurgerea acestora. Acestea se impart in doua categorii, pe principiul aplicatiilor de tip client-server:

programul client este acela care furnizeaza interfata cu utilizatorul, permitandu-i utilizatorului sa navigheze (browse) pe Web. De aici vine denumirea de browser pt acest tip de programe (ex: Lynx - numai text simplu permit , Mosaic, Netscape Navigator, Internet Explorer);

programul server este rezident pe un calculator care contine documente hipertext la care se poate obtine acces. El are sarcina de a facilita accesul la documentele de acest tip stocate in calculatorul respectiv.

Deci, un utilizator capata acces la documente hipertext prin intermediul unui browser rezident pe calculatorul sau, iar acest browser satisface cererile utilizatorului solicitand serviciile serverelor hipertext distribuite in Internet.

Facilitatea de conectare logica a documentelor intre ele, existenta la documentele de tip hipertext, a determinat necesitatea identificarii in mod unic, la nivel de retea, a tuturor documentelor implicate. Aceasta adresa unica poarta numele de adresa URL (Uniform Resource Locator). Prin intermediul acestei adrese un browser poate contacta server-ul corespunzator in vederea consultarii documentului dorit. Ex: https://vasile.fx.ro/dir1/dir2/geo.html. Aceasta adresa are urmatoarele elemente de structura:

http - protocol necesar pentru accesul la document (aici HyperText Transfer Protocol);

vasile.fx.ro - numele calculatorului gazda;

dir1/dir2/geo.html - identificator document.

Unele browsere permit lucrul cu documente ce contin sunete, imagini si clipuri video - documente hypermedia.

Particularitati ale arhitecturii software ale retelei Internet

Reteaua Internet nu contine toate cele 7 niveluri software ale modelului OSI. Ea contine doar 4 dintre acestea. Acestea sunt:

nivelul legatura - inglobeaza functiunile nivelurilor fizic si legatura de date din modelul OSI;

nivelul retea - are aceleasi sarcini;

nivelul transport - are aceleasi sarcini. Granita intre nivelurile implicate in traficul efectiv de date in retea si nivelurile implicate in traficul de date la nivelul unui calculator gazda, se mentine tot intre acest nivel si nivelul retea;

nivelul aplicatie - in principiu, inglobeaza functiunile nivelurilor sesiune, prezentare si aplicatie din modelul OSI.

Reteaua Internet are la baza suita de protocoale TCP/IP. Titulatura identifica de fapt doua din protocoalele cele mai cunoscute ale ansamblului de protocoale, corespunzatoare tuturor celor 4 niveluri. In continuare prezentam pe scurt cateva caracteristici ale acestor doua protocoale:

protocolul TCP (Transport Control Protocol) - este una dintre cele doua versiuni de protocoale care implemnteaza nivelul transport. Al doilea protocol care implementeaza acest nivel este UDP (User Data Protocol). Intre aceste doua protocoale exista doua diferente majore:

in protocolul TCP, inainte de transmisia datelor, nivelul de transport de la sursa transmite un mesaj nivelului de transport de la destinatie, anuntandu-l ca ii va transmite niste date si precizand care software de la nivelul aplicatie trebuie sa receptioneze aceste date. Dupa transmiterea acestui prim mesaj informativ, sursa asteapta confirmarea primirii lui, dupa care incepe transmiterea pachetelor ce compun mesajul propriu-zis. Din acest motiv se spune ca TCP este un protocol cu o conexiune prealabila.

Un nivel de transport bazat pe UDP, nu stabileste a astfel de legatura inainte de a transmite datele. El le transmite pur si simplu la adresa care i-a fost furnizata, dupa care nu se mai intereseaza de ele. Din punctul lui de vedere, nu conteaza nici macar daca masina de la destinatie este sau nu functionala. UDP este denumit un protocol fara conexiune prealabila.

nivelurile de transport TCP de la origine si de la destinatie, coopereaza intre ele, utilizand incuvintari si retransmisii ale pachetelor de mesaje, pentru a asigura transferul cu succes al tuturor pachetelor la destinatie. Din acest motiv TCP este denumit un protocol sigur. 

UDP nu ofera asemenea servicii de retransmisie a datelor. Din acest motiv UDP este denumit un protocol nesigur.

Ambele diferente majore intre TCP si UDP se constituie in dezavantaje pentru UDP. Totusi acest protocol este un procol simplu, dar nu inutil. Daca nivelul aplicatie trateaza posibilele erori, neacoperite de UDP, optiunea de utilizare a acestui protocol se poate dovedi mai buna.

protocolul IP (Internet Protocol) - este protocolul utilizat la nivelul retea. Specificul acestui protocol consta in faptul ca unui pachet ajuns la nivelul retea in vederea transmiterii, i se ataseaza un contor de salt sau o durata de viata. Acesta reprezinta numarul maxim de retransmiteri ale pachetului, in incercarea acestuia de a-si gasi drumul prin Internet, catre destinatia finala. Utilizand aceasta informatie, nivelul retelei poate proteja reteaua Internet de pachetele care ar cicla la nesfarsit prin sistem, in incercarea de a ajunge la destinatie. Acest contor de salt are de obicei valoarea 64.