0. Introducere • Era comunicaţiilor: telefonie, transmisii radio şi TV, servicii de transmisii de date între calculatoare, acces la Internet; localizare ambarcaţiuni, aeronave, rachete şi sateliţi → Comunicaţii mobile; • Reţelele de telecomunicaţii sunt compuse din (componente fizice, HW): – Terminale de date (staţii / calculatoare); – Terminale de date (staţii / calculatoare); – Echipamente de reţea (intermediare): repetoare, punţi (bridges), comutatoare (switches), ruteri (routers), pasarele (gateways), etc.; – Sisteme şi linii de transmisiune (interconectare componente). • Protocol de comunicaţie (SW) = set de reguli pentru desfǎşurarea schimbului de informaţii dintre componentele reţelei (terminale). • Ansamblul celor douǎ = Reţeaua (HW + SW) = graf.
Transcript
0. Introducere
• Era comunicaţiilor: telefonie, transmisii radio şi TV, servicii de transmisii
de date între calculatoare, acces la Internet; localizare ambarcaţiuni,
aeronave, rachete şi sateliţi→ Comunicaţii mobile;
• Reţelele de telecomunicaţii sunt compuse din (componente fizice, HW):
– Terminale de date (staţii / calculatoare);– Terminale de date (staţii / calculatoare);
� O reţea de bandă largă (globală) (WAN; spre exemplu, cea mai mare este
Internet) = reţea formată din reţele mici de tehnologii diferite, cu medii de
transmisiune diferite si deci, cu performanţe diferite;
� Componente diferite (clasificare după acoperirea geografică şi
1.1 Elementele unei reţelele de bandă
largă (contin.)
� Componente diferite (clasificare după acoperirea geografică şi
funcţionalitate):
• reţele de acces = reţele care conectează utilizatorii domestici şi corporaţiile la
infrastructura Internet. Exemple de reţele de acces: DSL, modemuri de cablu
(TV), comunicaţii mobile 3G, 4G, etc.;
• reţele locale, LAN = reţele care interconectează mai mulţi utilizatori dintr-un
mediu restrâns, cum ar fi cel al unei clădiri de firmă sau un campus. Cea mai
utilizată tehnologie LAN = Ethernet;
1.1 Elementele unei reţelele de bandă
largă (contin.)
� Componente (contin.):
• reţele de stocare, SAN (Storage Area Network) = reţele utilizate de corporaţii
pentru stocarea datelor, formate prin conectarea unor discuri de memorie prin
intermediul unor interfeţe de debit mare, folosind protocoale de fibră optică;
• reţele metropolitane, MAN (Metropolitan Area Network) = reţele care transferă
traficul serviciilor de date şi voce, la nivelul unui oraş, folosind de obicei inele
sincrone de fibră optică (în SUA, SONET = Synchronous Optical NETwork; în
Europa, SDH = Synchronous Digital Hierarchy);
• reţele de arie largă, WAN (Wide Area Network) = reţele care inter-conectează mai
multe reţele de corporaţii sau reţele metropolitane, pe distanţe foarte mari. Alte
denumiri: reţele miez („core”) sau reţele de transport pe distanţe mari („long-haul”).
Reţelele WAN utilizează în exclusivitate o infrastructură bazată pe fibra optică.
1.1.1 Reţele de acces
� Reţele prin intermediul cărora se oferă utilizatorilor (domestici sau din cadrul
corporaţiilor) accesul la infrastructura Internet de bandă largă;
� Porţiunea dintr-o reţea publică cu comutaţie, care conectează echipamentele de
comutaţie (noduri de comutaţie, „central office”) cu abonaţii individuali;
� Utilizatorii domestici folosesc, în funcţie de disponibilitate şi preţuri,
următoarele tipuri de conexiuni:
• telefonice (dial-up);
• DSL (Digital Subscriber Line);
• modemuri de cablu (TV);
• fără fir
o WiFi (IEEE 802.11),
o satelit,
o sisteme din generatia a treia de comunicaţii mobile (3G - UMTS); 4G;
• fibră optică;
1.1.1 Reţele de acces (contin.)
� Toate aceste conexiuni de acces (multiplu) pentru mai mulţi utilizatori sunt
oferite de companiile de furnizare de servicii Internet ISP (Internet Service
Provider), care oferă servicii de acces la Internet în termeni de conţinut.
� In general, reţelele de acces oferă conexiuni de date, video şi voce pentru orice
tip de abonat şi în orice locaţie, folosind tehnologii şi protocoale specifice.tip de abonat şi în orice locaţie, folosind tehnologii şi protocoale specifice.
1.1.2 Reţele LAN şi SAN
� O reţea LAN conectează PC-uri, staţii de lucru, imprimante şi alte echipamente
în cadrul unei clădiri sau al unui campus, folosind, de obicei, protocolul
Ethernet (IEEE 802.3);
� De cele mai multe ori, o reţea LAN (în esenţă, o reţea privată) se conectează la
o reţea publică prin intermediul unui mecanism de securitate numit „firewall”.o reţea publică prin intermediul unui mecanism de securitate numit „firewall”.
Astfel, aceste „firewall” reprezintă punctul de demarcare dintre LAN şi
infrastructura MAN/WAN;
� Conexiunile LAN utilizează aproape în toate cazurile cabluri metalice (UTP sau
coaxial), deoarece distanţele sunt foarte mici (sute de metri);
� reţelele SAN sunt reţele LAN specializate, fiind dedicate interconectării
exclusive a dispozitivelor de stocare a datelor, a dispozitivelor de înregistrare pe
suport magnetic, pe bandă sau disc şi a serverelor de stocare a datelor;
1.1.2 Reţele MAN şi WAN
� Reţeaua Internet = cea mai complexă reţea WAN;
� Reţelele LAN/MAN se conecteazǎ la un WAN printr-un echipament de reţea
special numit ruter (Router);
� O reţea WAN poate fi compusă din reţele MAN şi reţele „long-haul”;
� reţelele „long-haul” oferă servicii de transport pe distanţe mari, de ordinul
sutelor de km;
� reţelele MAN acoperă arii de dimensiunea unui oraş, pe distanţe între 80 şi 120
km. De obicei, debitele în reţelele MAN sunt mai mici şi oferă servicii mai
variate decât în reţelele „long-haul”;
1.1.2 Reţele MAN şi WAN (contin.)
� în WAN se utilizează transmisiuni pe fibra optică folosind tehnica de transmisie
cu diviziune în lungime de undăWDM (Wavelength-Division Multiplexing).
� Spre deosebire de reţelele LAN care aparţin în intregime unei persoane sau
organizaţii, cele mai multe WAN-uri (printre care şi Internetul) nu au un
proprietar anume, ci existǎ ca o entitate colectivǎ si administratǎ distribuit.proprietar anume, ci existǎ ca o entitate colectivǎ si administratǎ distribuit.
� Tehnologii specifice reţelelor publice de date pentru interconectarea LAN-
urilor, în cadrul WAN (cu comutaţie de pachete):
• ATM (Asynchronous Transfer Mode),
• Frame Relay,
• X.25.
• Schema sistemului de comunicaţie între două calculatoare:
1.2 Arhitecturi de reţele de comunicaţii
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între calculatoare.
Funcţiile subsistemului de comunicaţii
• Sub-sistemul de comunicaţie (SC) = set de componente hardware şisoftware; realizeazǎ schimbul de informaţie dintre PA-uri care ruleazǎ încalculatoare;
• Complexitatea SC depinde de distanţa dintre calculatoare;
• Funcţii SC:
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
• Funcţii SC:
– conversia paralel-serie la emisie şi conversia serie-paralel la recepţie,
deoarece transmisia e serială;
– identificarea sistemelor (schemă de adresare);
– control al erorii pentru a detecta şi a corecta erorile apărute (FEC vs ARQ);
– control al fluxului pentru a regla ritmul în care sunt transferate datele;
– rutare pentru a alege o rută prin care să se transfere datele;
– translatarea sintaxei de reprezentare a datelor;
– compatibilitatea între diferite programe de aplicaţii care ofera aceleaşi servicii
(SO diferite).
• Concluzie: Este dificila implementarea unui protocol (software) pentru SC
care sa inglobeze intr-o singura structura, complexa, toate funcţiile
necesare. Testarea si modificarea acestui protocol ar fi foarte dificile. Prin
urmare, solutia este…
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
... abordarea ierarhizata a SC-ului ↔ mai multe protocoale dispuse într-o
structură ierarhizată stratificata.
� ISO (International Organization for Standardization) şi ITU-T(International Telecommunications Union – TelecommunicationsStandardization Sector, fost CCITT) au stabilit un model de referinţă (RM-Reference Model) al interconectării sistemelor deschise (OSI-OpenSystems Interconnection);
� OSI are în vedere numai interconectarea sistemelor deschise nu şifuncţionarea internă a fiecărui sistem deschis real;
� SC este divizat in 7 nivele, fiecare nivel indeplinind anumite functii binedefinite in contextul intregului sistem.
� Fiecare nivel (co)opereaza conform unui anumit protocol prin schimbareade mesaje, atat date utile, cat si informatie de control (suplimentara), cunivelul corespunzator din sistemul distant.
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
� Fiecare nivel are cate o interfata (bine definita) cu nivelul inferior si celsuperior.
� Implementarea unui anumit protocol (nivel) este independenta de celelaltenivele.
� Interconectarea sistemelor deschise priveşte transferul informaţiei întresisteme şi capacitatea acestora de a coopera pentru a îndeplini o sarcinăcomună;
� Două categorii de funcţii ale SC: transferul informaţiei şi prelucrareainformaţiei;
• Nivelul N reprezinta furnizorul de servicii pentru niveul N+1, iarnivelul N+1 este solicitantul de servicii sau utilizatorul de servicii.
• Protocolul de nivel N utilizeaza serviciile oferite de nivelul N−1pentru a furniza un set de servicii nivelului N+1.
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
Conexiune de nivel N-1
Relaţia între nivele pentru o arhitectură stratificată.
N++++1
N−−−−1
Protocol N
N-PDU
Serviciul N
Serviciul (N−−−−1)
Mediul de transmisiune
N-SAP Primitive de
serviciu de nivel N
E (N)N-1
SAP
N++++1
N−−−−1
E1 (N) E2 (N)Ei (N) – entitate de
protocol
PDU – Protocol
Data Unit
• Interactiunile dintre doua nivele adiacente se realizeaza in interfata lor comuna
(denumita punct de acces la servicii, SAP – Service Access Point) prin
schimbarea de mesaje (primitive de serviciu, cu parametri):
– Cerere (Request) – Emisa de un utilizator de servicii pentru a cere ca un anumit
serviciu sa ii fie oferit de catre furnizorul de servicii; cererea contine si valorile
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
serviciu sa ii fie oferit de catre furnizorul de servicii; cererea contine si valorile
parametrilor asociate serviciul cerut.
– Indicatie (Indication) – Emisa de catre furnizorul de servicii pentru a anunta
utilizatorul de servicii despre producerea unui anumit eveniment (spre exemplu, ca s-
a primit o cerere de la un sistem distant).
– Raspuns (Response) – Emis de catre utilizatorul de servicii pentru a confirma
(incheia) o procedura initiata anterior de catre furnizorul de servicii cu o primitiva de
indicatie.
– Confirmare (Confirm) - Emisa de catre furnizorul de servicii pentru a anunta
rezultatul unei cereri initiate anterior de acesta (cu o primitiva de cerere).
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)Sistem sursă (A) Sistem destinaţie (B)
Nivel N+1 Nivel N Nivel N+1
N-SAP, ARequest
timp
a) Serviciu fără confirmare = serviciu incomplet,
fără conexiune (CL – ConnectionLess)
N-SAP, A
N-SAP, B
Request
Indication• Diagrame de timp (MSC
– Message SequenceChart) pentru schimbulde primitive (mesaje)
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
Sistem sursă (A) Sistem destinaţie (B)
Nivel N+1 Nivel N Nivel N+1
MSCN-SAP, A N-SAP, B
timp
MSC
b) Serviciu cu confirmare
= serviciu complet,
orientat pe conexiune
(CO – Connection
Oriented)
N-SAP, A N-SAP, B
Request
Indication
Response
Confirm
N-SAP
N-SAP – N-layer Service Access
Point = adresă de nivel N
PCI(N) – Protocol Control
Information = Informaţia de protocol
de nivel N = antet de nivel N;
Nivel N+1
PDU (N+1)
SDU (N)PCI (N)
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
Nivel N
Nivel N-1
Încapsularea unităţilor de date pentru protocolul de nivel N
de nivel N = antet de nivel N;
include informaţie suplimentară
necesară implementării funcţiilor
protocolului de nivel N.
PDU – Protocol Data Unit
SDU – Service Data Unit
(N-1)-SAP
SDU (N)PCI (N)
PDU (N)
• Modelul de referinţă OSI (7 nivele):
7
6
5
7
6
5Protocol transport, E2E
Aplicaţie
Prezentare
Sesiune
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
Orientare
spre aplicaţie
4
3
2
1
3
2
1
3
2
1
4
3
2
1
Protocol transport, E2E
Suport fizic
(mediu) 1 Sisteme intermediare
Sisteme de extremitate
Transport
Reţea
Legătură de date
Fizic
Mediu 2 Mediu 3
P2P
Orientare
spre reţea
• Nivelul fizic (1) defineste mijloacele mecanice, electrice, funcţionale şi
procedurale necesare transmiterii biţilor pe circuitul fizic (mediu);
controleaza generarea si detectia semnalelor care transporta bitii (0/1).
• Nivelul legătură de date (2) controleaza transferul de date de pe circuitul
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
• Nivelul legătură de date (2) controleaza transferul de date de pe circuitul
fizic. Transfera unitatile de date (cadre) si include functii ca: delimitarea
cadrelor (sincronizare), detectia (si eventual, corectia) erorilor, controlul de
flux, ordonarea cadrelor (numerotare), etc. Semnificatia legaturii este
locala, punct-la-punct (point-to-point, P2P).
• Nivelul reţea (3) determina rutele optime pana la destinatii si asigura
retransmiterea datelor intre noduri vecine in retea. Astfel, nodurile
intermediare implementeaza functiile de rutare şi releu. Se identifică toate
sistemele prin adresele de reţea.
• Nivelul transport (4) asigură un transfer eficient (si transparent pentru
nivelele superioare) al datelor intre sistemele terminale, capat-la-capat
(end-to-end, E2E). Se poate asigura un control al erorii (mesaje eronate,
pierdute sau duplicat) şi al fluxului, cap la cap.
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
• Nivelul sesiune (5) asigură organizarea şi sincronizarea dialogului dintre
doua procese de aplicatie, precum şi administrarea schimburilor de date
dintre ele. Exista trei tipuri de dialoguri: bidirecţional simultan (full
duplex), bidirecţional alternant (semi-duplex) şi unidirecţional (simplex).
Insereaza/elimina puncte de sincronizare în cadrul dialogului care permit
intreruperea dialogului si reluarea sa incepand cu un anumit punct.
• Nivelul prezentare (6) se ocupă de reprezentarea (sintaxa) informaţiei
transferate între procesele de aplicaţie. Functii: negocierea si translatarea
sintaxei si criptarea.
• Nivelul aplicaţie (7) realizeaza interfata cu utilizatorul (uman sau PA). De
asemenea, pentru fiecare PA se asigura cate o entitate de aplicatie distincta.
Astfel, multiple PA-uri pot rula in paralel.
1.2.1 Cooperarea şi schimbul de date între
calculatoare. Funcţiile subsistemului de
comunicaţii (contin.)
1.2.2 Arhitectura Internet (TCP/IP)
• Interconectarea reţelelor fizice se realizează prin intermediul ruterilor.
Stabilirea rutelor se face luând ca bază reţeaua de destinaţie.
• Nivelul Internet realizează funcţiunile de rutare şi de releu pentru
transmiterea pachetelor de la sistemul sursă la sistemul destinaţie → mai
1.2.2 Arhitectura Internet (contin.)
transmiterea pachetelor de la sistemul sursă la sistemul destinaţie → mai
multe protocoale → cel mai important = potocolul Internet (Internet
Protocol - IP) care asigură un serviciu de transmitere a datelor fără
conexiune.
• Protocolul ICMP (Internet Control Message Protocol) este protocolul
pentru transferul mesajelor de control intr-o retea → mecanism prin care
ruterii şi sistemele din reţea comunică informaţii privind situaţiile de
funcţionare anormală.
• Protocolul ARP (Address Resolution Protocol) este folosit doar pentru
retele Ethernet şi permite unui sistem să determine adresa fizică (MAC) a
unui alt sistem din aceeaşi reţea fizică cunoscând adresa IP (de nivel reţea)
a acestuia.
1.2.2 Arhitectura Internet (contin.)
• Protocolul RARP (Reverse Address Resolution Protocol) permite unui
sistem să-şi obţină, atunci când n-o cunoaşte, adresa IP proprie.
• Sunt folosite două protocoale de transport: UDP (User Datagram Protocol)
şi TCP (Transmission Control Protocol):
o Protocolul UDP asigură un serviciu fără conexiune → nu garantează
livrarea mesajului la recepţie fără erori, fără pierderi, fără duplicate, în
ordinea în care au fost emise.
o Protocolul TCP asigură un serviciu cu conexiune, asigurind un transfer
fiabil, fără erori, in secventa si cu eliminarea pachetelor duplicate.
• Nivelul aplicaţie asigură utilizatorilor reţelei, prin intermediul programelor
de aplicaţie, o gamă largă de servicii:
o SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) → transferul mesajelor de
poştă electronică;
o FTP (File Transfer Protocol)→ transferul de fişiere, bidirectional;
1.2.2 Arhitectura Internet (contin.)
o FTP (File Transfer Protocol)→ transferul de fişiere, bidirectional;
o Telnet Remote Login → o relaţie client - server între sistemul local
(client) şi aplicaţia Telnet distantă (server), permiţând deci funcţionarea
unui sistem local în regim de terminal virtual conectat la un sistem
distant→ o varianta securizată = protocolul SSH (Secure SHell);
o SNMP (Simple Network Management Protocol)→ administrarea de la
distanţă a echipamentelor de interconectare a reţelelor;
o DNS (Domain Name System - sistemul numelor pentru domenii) →
serviciul director care menţine corespondenţa şi face translatarea între
numele date de utilizatori sistemelor lor conectate la reţea şi adresele
de reţea (IP) ale acestora;
• Servicii de nivel aplicaţie (continuare):
o PING (Packet InterNet Groper) → testarea conectivităţii dintre două
sisteme;
o HTTP (HyperText Transfer Protocol) → serviciu de transfer al
informaţiei în reţeaua globală (WWW – World Wide Web) reprezentată
1.2.2 Arhitectura Internet (contin.)
informaţiei în reţeaua globală (WWW – World Wide Web) reprezentată
într-un limbaj specific, HTML (HyperText Markup Language).
Aplicaţia deservită de acest protocol este de tip client – server, iar
paginile serverelor de Web sunt identificate după o schemă specială de
