Telemedicin

Capitolul 5Reele de calculatoare

sl.dr.ing.erbanOPRIESCU

Introducere

Modelul client-server

Sistemul informaional al uneicompanii: baze de date siangajai care au acces la elede la distanta.Servere = calculatoare performante pe care sunt memorate datele.Clienti = calculatoare simple pe care lucreaz angajatii, si care acceseazadatele de pe server.Modelul e valabil si daca clientii si serverul sunt in aceeasi cladire.Sau: cand accesam o pagina Web, serverul Web este la distanta iar calculatorul utilizatorului = client.Un server este conceput pentru a lucra cu mai muli clieni Cerinte hardware (ex: procesor performant, HDD rapid) Cerinte software (ex: Windows server / Linux)Nota: Windows XP: max 9 clienti, Windows 7: ~20 clienti

Introducere

Modelul client-server

Modelul client-server implica cereri si rspunsuri.Exista doua procese (programe): unul pe masina client, altul pe server.Comunicaia = transmiterea prin reea a unui mesaj de la procesul client la procesul server.Procesul client va asteapta un rspuns.Cnd procesul server primeste cererea, executa actiunea solicitata sau cautadatele cerute si transmite un raspuns. Exemplu: browserul de Web e clientul care cere pagini, imagini din pagini etc. iar serverul de Web furnizeaza continutul cerut, ruleaza scripturi PHP etc.

Hardware-ul retelei

Exista doua tipuri de tehnologii de transmisie: Legturi cu difuzareReelele cu difuzare au un singur canal de comunicatie partajat de toate masinile din retea. Orice masina poate trimite mesaje (pachete) care sunt primite de toate celelalte. Dar, pachetul contine o adresa destinatar => este ignorat de cele carora nu li se adreseaza.

Legturi punct-la-punctReelele punct-la-punct dispun de numeroase conexiuni intre perechi de masini individuale. Pentru a ajunge de la sursa la destinatie, un pachet trece prin mai multe masini intermediare. Exista mai multe trasee posibile, iar descoperirea drumului minim e foarte importanta.

Reelele mari (cum e Internetul) sunt reele punct-la-punct.

Hardware-ul retelei

Clasificarea retelelor in functie de raspandirea geografica:

a) Reele locale (LAN)LAN = Local Area NetworkSunt reele private localizate intr-o singura cladire/campus.Au dimensiuni restrnse, ceea ce simplifica proiectarea si administrarea.Conectarea se face in general prin cablu Ethernet, sau fibra optica (>100 metri).

Hardware-ul retelei

Clasificarea retelelor in functie de raspandirea geografica:

b) Reele metropolitane (MAN)MAN = Metropolitan Area NetworkE o retea care deserveste un oras. Exemplu: reteaua de TV prin cablu.Ofera servicii de Internet in partile nefolosite ale spectrului.Exista si retele fara fir MAN (ex: IEEE 802.16)

Hardware-ul retelei

Clasificarea retelelor in functie de raspandirea geografica:

c) Reele larg raspandite geografic (WAN)WAN = Wide Area NetworkE o retea care acopera o arie geografica intinsa.Reteaua e o colectie de gazde (masini pe care ruleaza aplicatii).Gazdele sunt conectate printr-o subretea.Sarcina subretelei = sa transporte mesajele de la gazda la gazda.Reteaua e formata din: linii de transmisie si elemente de comutare.Liniile de transmisie = cabluri, legaturi radio etc. care transporta biii.Elemente de comutare = calculatoare specializate care conecteaza doua sau mai multe linii de transmisie. Cand sosesc date pe o linie, trebuie sa decida pe ce linie le trimit mai departe spre destinatie. Denumire folosita: router sau ruter.

Hardware-ul retelei

Clasificarea retelelor in functie de raspandirea geografica:

c) Reele larg rspndite geografic (WAN)Daca doua rutere nu impart acelasicablu, dar doresc sa comunice,trebuie sa fac acest lucru indirect,prin intermediul altor rutere.Cand un pachet este transmis de laun ruter la altul, prin rutereintermediare, el asteapta in fiecareruter intermediar eliberarea liniei => o retea de tip memoreaza si retransmite, sau subreea cu comutare de pachete.Un mesaj e de obicei spart in mai multe pachete ce sunt transportate individual prin retea, apoi sunt depozitate si reasamblate de catre gazda receptoare, si furnizate procesului receptor.

Hardware-ul retelei

Clasificarea retelelor in functie de raspandirea geografica:

c) Reele larg rspndite geografic (WAN)

Deciziile de dirijare a pachetelor se iau la nivelul local al ruterului. Cnd un pachet ajunge la ruterul A, este de datoria lui sa decida daca il trimite ctre B sau catre C. Modul in care ruterul A ia aceasta decizie se numete algoritm de rutare.

Nu toate WAN-urile sunt cu comutare de pachete; exista si WAN-uri cu difuzare, de exemplu un sistem de sateliti.

Hardware-ul retelei

Reele fara firExista trei categorii: Interconectarea componentelor unui sistem (a) LAN-uri fara fir (b) WAN-uri fara fir

Interconectarea doar razamica de aciune (metri).LAN-uri fara fir: PC-uriledispun de modemuri radio(ex: 802.11), prin carecomunica cu o staie fixa sau direct intre ele.WAN-uri fara fir: exemplu: reeaua radio a telefonie mobile (GPRS/3G/4G), largimea de banda este in general redusa.Recent au aprut: reele casnice fara fir (interconectare PC, telefon, TV, DVD, camera video, printer, frigider, contoare si alarme etc.)

Ierarhiile de protocoale (C9)

Pentru a reduce din complexitateaproiectrii, majoritatea retelelor suntorganizate pe straturi sau niveluri.Fiecare nivel e construit peste cel dededesubt. Scopul fiecrui nivel e saofere servicii superioare, protejandu-lede detaliile implementrii serviciiloroferite.Nivelul n de pe o masina converseazin mod virtual cu nivelul n de pe altamasina. Regulile de comunicatie =protocolul nivelului n, adica o nelegere intre partile care comunica, si acelasi limbaj.Fiecare nivel transfera datele si informaiile de control nivelului de sub el.In mediul fizic se produce comunicarea efectiva.Intre doua niveluri adiacente exista o interfa: ce servicii si operaii oferanivelul de jos pentru nivelul de deasupra.

Exemplu: Nivelul 5 trimite un mesaj M. Nivelul 4 insereaz un antet mesajului pentru identificare (informaii de control). Nivelul 3 sparge mesajul in pachete, atand cate un antet specific. Nivelul 2 adaug si o ncheiere pachetelor primite apoi le trimite nivelului 1 pentru transmiterea efectiva. In maina receptoare traseul este invers, pana la extragerea mesajului M pentru nivelul 5.

1) Servicii orientate pe conexiuniSunt modelate pe baza sistemului telefonic. Beneficiarul trebuie intai sastabileasc o conexiune, sa o foloseasca, apoi sa o elibereze. Conexiuneafunctioneaza ca o teava: emitatorul introduce biii la un capat, iar receptorul iiscoate in aceeasi ordine in care au fost trimisi.

2) Servicii fara conexiuniSunt modelate pe baza sistemului postal. Mesajele contin adresele de destinatie,circula independent unele de altele prin retea, si pot ajunge in momente de timpdiferite (pot intarzia). Receptorul trebuie sa restabileasca ordinea mesajelor.

Calitatea unui serviciu: Servicii sigure, care nu pierd date niciodat. Receptorul este obligat sa

confirme fiecare mesaj primit. Transferul de fiiere este un exemplu. Servicii nesigure, care pot pierde date. Se folosesc in aplicaii care necesita

viteza de transfer, de exemplu aplicaii multimedia.

Servicii orientate pe conexiuni si servicii fara conexiuni

Modelul de referinta ISO - OSI

Modelul de referinta ISO - OSI

OSI = Open Systems Interconnection (Interconectarea sistemelor deschise)1. Nivelul fizicSe ocupa de transmiterea biilor prin canalul de comunicaie. Proiectarea trebuie sa asigure transmisia fara erori. Probleme tipice: mod de codare, reprezentare (cati volti), transmisie duplex sau nu, stabilirea conexiunii, catipini are conectorul si ce rol are fiecare pin etc.

2. Nivelul legtur de dateRolul este de a oferi nivelului superior o conexiune fara erori de transmisie. Aici sunt descompuse datele in cadre de date, se realizeaza confirmarea primirii cadrelor, exista mecanisme de reglare a traficului etc.

3. Nivelul reeaSe ocupa de controlul functionarii subreelei. Mai precis de cum sunt dirijate pachetele de la sursa la destinaie. Gestioneaz si alte probleme precum: controlul congestiei (prea multe pachete simultan), timpul de tranzit, fluctuaii. Modul de adresare este implementat tot in acest nivel, precum si interconectarea subreelelor diferite.

Modelul de referinta ISO - OSI

4. Nivelul transportRolul principal este sa accepte datele de la nivelul sesiune, sa le descompunadaca este cazul in unitati mai mici, sa le transfere nivelului retea si sa se asigure ca toate fragmentele sosesc corect la celalalt capat. Aici se determina tipul serviciului furnizat nivelului sesiune si implicit utilizatorilor finali.

5. Nivelul sesiunePermite utilizatorilor de pe masini diferite sa stabilieasca intre ei sesiuni.

6. Nivelul prezentareSe ocupa de semantica si sintaxa informatiilor trimise pentru face posibila comunicarea intre calculatoare cu reprezentari diferite ale datelor.

7. Nivelul aplicaieConine o varietate de protocoale. De exemplu: HTTP (Hypertext Transfer Protocol) care sta la baza WWW. Alte protocoale: FTP (File Transfer Protocol), POP3 (Post office protocol), SMTP (Simple mail transfer protocol), SSH (Secure shell) etc.

Modelul de referinta TCP/IP

TCP/IP = Transmission Control Protocol / Internet ProtocolReea cu comutare de pachetebazata pe un nivel inter-reteafara conexiuni, si anume:Nivelul InternetPermite gazdelor sa emita pachetein orice retea, iar acestea vor circulaindependent pana la destinatie.Pachetele pot sosi intr-o ordinediferita de cea in care au fost trimise.Sarcinile majore: dirijarea pachetelor si evitarea congestiei.Functioneaza similar cu nivelul reea din modelul ISO-OSI.Nivelul Internet definete un format de pachet si un protocol: IP.

Nivelul transportPermite conversatii intre entitatile pereche din sursa si destinatie.Definete doua protocoale capat-la-capat: TCP si UDP.

Modelul de referinta TCP/IP

Nivelul transportTCP este un protocol sigur, orientat pe conexiuni ce permite ca un flux de octei trimii de pe o masina sa ajung fara erori pe orice alta masina din inter-retea. Fragmenteaz fluxul de octeti in mesaje pe care le transmite nivelului internet. La receptie procesul TCP receptor reasambleaza mesajele primite intr-un flux de iesire. TCP se ocupa si cu controlul fluxului.

UDP (User Datagram protocol, protocolul datagramelor utilizator)Este un protocol nesigur, fara conexiuni, destinat aplicatiilor ce doresc sa utilizeze propria lor secventiere si control al fluxului (si nu cel al TCP).Este folosit atunci cnd comunicara prompta este mai importanta decatcomunicarea cu acuratee, aa cum sunt fluxurile audio / video in timp real.

Nivelul aplicaieConine toate protocoalele de nivel nalt. De exemplu: TELNET (terminal virtual), FTP transfer de fiiere, posta electronica (SMTP).DNS = Domain Name Service, permite stabilirea corespondentei intre numele gazdelor si adresele IP ale retelelor.

Modelul de referinta TCP/IP

Nivelul gazda-reteaSingura precizare a acestui nivel: gazda trebuie sa se lege la retea, pentru a putea trimite pachete IP folosind un anumit protocol. Dar acest protocol nu este precizat.

Arhitectura Internet

Arhitectura Internet

Clientul se conecteaza la un ISP (Internet Service Provider), care poate fi acelasi cu furnizorul local de telefonie.Reteaua ISP-ului: routere din diverse orase, interconectate.ISP-ul se conecteaza la o coloana vertebrala (backbone) a retelei.Corporatiile mari (Google etc.) si firmele de hosting se conecteaza direct la nivelul coloanei vertebrale si dispun de ferme de servere.NAP = Network Access Point o camera plina cu routere, cel putin unul pentru fiecare coloana vertebrala conectata. Astfel se asigura trimiterea unui pachet catre orice coloana vertebrala.Universitatile si companiile au retele intranet = un fel de mic Internet la nivelul organizatiei respective.

Adrese IP

Fiecare gazda si ruter din Internet are o adresa IP, care codifica adresa sa de reea si de gazda.Toate adresele IP (IPv4) sunt de 32 biti si sunt folosite in cmpurile adresa sursa si adresa destinaie ale pachetelor IP.O adresa IP nu se refera neaprat la o gazda, ci la o interfa de reea.Pana in 1993 adresele IP erau mprite in 5 categorii = clase de adrese.

Adrese IP

Clasa A: 128 reele (27) cu 16 milioane (224) de gazde fiecare.Clasa B: 16384 (214) reele cu 65536 (216) de gazde fiecare.Clasa C: 2 milioane de reele (221) cu 256 (28) gazde.Adresele IP sunt alocate de ICANN.Adresele 0.0.0.0 sunt folosite la pornirea PC-ului, iar adresele de tip 127.xx.yy.zz sunt pentru bucla locala (ex: 127.0.0.1 = localhost).

Subreele

Toate gazdele dintr-o reea trebuie sa aib acelai numr de reea.Subretele: o retea este divizata in mai multe parti pentru uz intern, dar pentru lumea exterioara se comporta tot ca o singura retea.Solutia: un numar de biti din numarul gazdei sunt folositi pentru a crea un numar de subretea.

Subreele

Exemplu: O universitate are alocata o adresa de reea de clasa B (14 biti pentru numrul reelei si 16 biti pentru gazde). Universitatea are 35 departamente si poate folosi un numar de subretea cu 6 biti (26=64) si un numar de 10 bitipentru gazde (1024 gazde / departament).Mecanism: ruterul are nevoie sa stie o masca de subreea, ce indica separarea intre numrul subreelei si numrul gazdei.Numrul subreelei este acoperit cu 1 iar al gazdei cu 0, si este scris in notaie zecimala cu punct, de exemplu: 255.255.252.0Explicaie: 252 = 11111100 (penultimul numr din masca de subreea).Notaie alternativa: /22 (numrul de subreea are 22 biti)Exemplu: 130.50.12.0/22

Subreele

Exemplu: Prima subreea poate ncepe de la adresa: 130.50.4.1 (4=100), a doua de la 130.50.8.1 (8=1000), a treia de la 130.50.12.1 (12=1100) etc.Cum tie ruterul catre ce subretea sa trimita un pachet?Exemplu: daca primete adresa destinaie 130.50.15.6, ruterul faceI logic cu masca de subreea (255.255.252.0/22) si rezulta adresa subreelei: 130.50.12.0Mai precis:015=00001111252=11111100012=00001100

CIDR Dirijarea fara clase intre domenii

CIDR = Classless InterDomain RoutingInternetul a fost proiectat ca o retea de cercetare ce conecta universitati, companii, sit-uri militare. Nu s-a prevazut cresterea exponentiala de azi.=> Alocand mai ales adrese de retea de clasa B (65536 adrese) organizatiilor care nu aveau decat ~zeci de gazde epuiza repede spatiul de adrese IP.Soluia: CIDR (dirijarea fara clase intre domenii).Se aloca adresele IP ramase in blocuri de dimensiune variabila, fara a tine cont de clase. Daca un sit are nevoie de 2000 de adrese, ii este dat un bloc de 2048 adrese.Mecanismul: fiecare organizatie primeste o adresa de baza si o masca de subretea.Exemplu: Univ. Cambridge: 2048 gazde, 194.24.0.0 -> 194.24.7.255, impreuna cu masca 255.255.248.0 (notatie: 194.24.0.0/21)11000010000110000000000000000000 =194.24.0.0(adresadesubretea)1111111111111111 1111100000000000=255.255.248.0(mascadesubretea)11000010000110000000000100011001=194.24.1.25(exempludeadresaIPpt.ogazda)

/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 150 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 2.00333 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages false /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 600 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.00167 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile (None) /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False

/Description >>> setdistillerparams> setpagedevice