38

Unitatea de învăŃare M2.U1. Nivelul legătură de date Cuprins M2.U2.1. Introducere ............................................................................................................... 38 M2.U2.2. Obiectivele unităŃii de învăŃare ................................................................................ 38 M2.U2.3. Modelul Project 802................................................................................................. 39 M2.U2.4. Placa de reŃea............................................................................................................ 40 M2.U2.5. Transmiterea fără erori a datelor .............................................................................. 45 M2.U2.6. Tehnologii de reŃele locale ....................................................................................... 48 M2.U2.7. Componente ale nivelului 2 utilizate în extinderea unei reŃele locale ..................... 52 M2.U2.8. Test de evaluare a cunoştinŃelor ............................................................................... 56 M2.U2.9. Rezumat.................................................................................................................... 58

M2.U1.1. Introducere

Dacă, în esenŃă nivelul fizic realizează furnizarea şirurilor de cifre binare de la o gazdă sursă către o gazdă destinaŃie, dintr-o reŃea locală, nivelul legătură de date, situat în ierarhia OSI deasupra celui fizic, primeşte datele de la acesta, şi îndeplineşte mai multe sarcini.

Astfel, nivelul legătură de date recunoaşte adresele fizice, pe baza cărora sunt identificate gazdele într-o reŃea locală.

De asemenea, recunoaşte structura denumită cadru de date, care conŃine un antet cu toate informaŃiile necesare, interpretării corecte a datelor.

O problemă importantă rezolvată de scest nivel este de a decide care calculator va transmite date la un moment dat în reŃea.

Conform principiului decapsulării, sunt extrase informaŃiile din antetul cadrului de date, care sunt interpretate la acest nivel, iar restul de date care fac parte din cadrul de date respectiv sunt transmise nivelului imediat superior.

M3.U2.2. Obiectivele unităŃii de învăŃare Această unitate de învăŃare îşi propune ca obiectiv principal o introducere a studenŃilor în problematica nivelului legătură de date al ierarhiei OSI. La sfârşitul acestei unităŃi de învăŃare, studenŃii vor fi capabili să: � înŃeleagă şi să explice standardizarea la nivelul reŃelelor locale de calculatoare; � înŃeleagă şi să explice divizarea nivelului legătură de date în subniveluri; � înŃeleagă şi să explice rolul plăcii de reŃea; � înŃeleagă şi să explice serviciile oferite de nivelul legătură de date; � înŃeleagă şi să explice metodele de acces la mediul de comunicaŃie; � înŃeleagă şi să explice dispozitivele de nivel 2 de conectare a unor segmente de reŃea.

Durata medie de parcurgere a unităŃii de învăŃare este de 3 ore.

39

M2.U1.3. Modelul Project 802 La sfârşitul anilor ’70, atunci când reŃelele LAN au început să fie folosite pe scară largă ca instrument de afaceri, IEEE a realizat necesitatea definirii anumitor standarde LAN. În acest scop, IEEE a conceput proiectul 802 (Project 802), denumit astfel după anul şi luna în care a început crearea lui (1980, februarie). Chiar dacă standardele IEEE 802 au fost publicate anterior standardelor ISO, ambele au fost proiectate cam în aceeaşi perioadă şi au beneficiat de aceleaşi informaŃii, ceea ce a dus la două modele compatibile.

Proiectul 802 a definit standarde pentru componentele fizice ale reŃelei – placa de reŃea şi cablul – de care se ocupă nivelurile Fizic şi Legătură de date ale modelului OSI. Aceste standarde, denumite specificaŃii 802, se aplică mai multor deomenii, printre care: plăci de reŃea, componente ale reŃelelor de suprafaŃă (WAN), componente folosite în reŃele cu cablu coaxial şi torsadat. SpecificaŃiile 802 definesc modul în care plăcile de reŃea accesează şi transferă date prin mediul fizic, ceea ce presupune conecatarea, întreŃinerea şi deconectarea dispozitivelor de reŃea.

Categoriile IEEE 802. Standardele IEEE 802 definite de comitetele 802 se împart în 12 categorii, care pot fi identificate după codurile lor (tabela 2.2.1).

802.1 Interconectarea în reŃea 802.2 Controlul legăturii logice (LLC – Logical Link Control) 802.3 ReŃele LAN cu acces multiplu şi cu detecŃia purtătoarei şi a

coliziunilor (CSMA/CD – Carrier – Sense Multiple Acces With Collisin Detection), sau reŃele Ethernet

802.4 ReŃele LAN cu transfer de jeton pe magistrală (Token Bus) 802.5 ReŃele LAN cu transfer de jeton în inel (Token Ring) 802.6 ReŃele metropolitane (MAN – Metropolitan Area Network) 802.7 Grupul de consultanŃă tehnică pentru transmisia în bandă largă

(Broadband Technical Advisory Group) 802.8 Grupul de consultanŃă tehnică pentru reŃele cu fibră optică

(Fiber-Optic Technical Advisory Group) 802.9 ReŃele integrate voce/date 802.10 Securitatea în reŃele 802.11 ReŃele fără fir 802.12 ReŃele LAN cu prioritate la cerere (Demand Priority Acces, 100

BaseVB – AnyLAN) Tabela 2.2.1. Modelul Project 802

ÎmbunătăŃiri aduse modelului OSI. Comitetul pentru standarede 802 a hotărât că nivelul legatură de date trebuie detaliat suplimentar. S-a ajuns astfel la împărŃirea nivelului legătură de date în două subniveluri: ▪ controlul legăturii logice(LLC) – stabilirea şi terminarea legăturilor, controlul traficului cadrelor de date, stabilirea succesiunii cadrelor şi confirmarea primirii acestora. ▪ controlul accesului la mediu (MAC) – controlul accesului şi delimitarea cadrelor, detectarea erorilor şi recunoaşterea adreselor.

Subnivelul LLC permite nivelului legătură de date să funcŃioneze independent de o anumită tehnologie. LLC primeşte pachetele de date de la nivelul superior, le adaugă componentele de adresare DSAP (Destination Service Access Point) şi SSAP (Source Service Access Point), conform specificaŃiei 802.2 şi le trimite subnivelului MAC. Deci, LLC participă la încapsularea datelor şi este o interfaŃă între maşina respectivă şi o anumită tehnologie de transmitere a datelor.

40

Subnivelul accesului la mediu (MAC) este ierarhic inferior nivelului LLC, oferind acces partajat gazdei respective la nivelul Fizic. Subnivelul MAC comunică direct cu placa de reŃea şi este responsabil pentru transportul fără erori al datelor între două calculatoare din reŃea. Categoriile 802.3, 802.4, 802.5 şi 802.12 definesc standarde pentru acest subnivel. Pentru a se transmite cadrele de date pe mediul de comunicaŃie, se foloseşte adresa MAC. Aceasta are o lungime de 48 de biŃi şi este exprimată prin douăsprezece cifre hexazecimale. Primele şase cifre identifică producătorul, acest câmp fiind administrat de către IEEE. Celelalte şase cifre reprezintă numărul de interfaŃă serial, fiind administrat de către producătorul de plăci de reŃea. Adresa MAC coincide, deci cu adresa inscripŃionată pe placa de reŃea a gazdei respective, păstrată în memoria ROM. Când placa de reŃea este iniŃializată, adresa acesteia este copiată în memoria ROM.

Să ne reamintim...

Proiectul 802 a definit standarde pentru componentele fizice ale reŃelei – placa de reŃea şi cablul – de care se ocupă nivelurile Fizic şi Legătură de date ale modelului OSI. Aceste standarde, denumite specificaŃii 802, se aplică mai multor deomenii, printre care: plăci de reŃea, componente ale reŃelelor de suprafaŃă (WAN), componente folosite în reŃele cu cablu coaxial şi torsadat. SpecificaŃiile 802 definesc modul în care plăcile de reŃea accesează şi transferă date prin mediul fizic, ceea ce presupune conecatarea, întreŃinerea şi deconectarea dispozitivelor de reŃea. Standardele IEEE 802 definite de comitetele 802 se împart în 12 categorii, care pot fi identificate după codurile lor .

ÎnlocuiŃi zona punctată cu termenii corespunzători. 1. Controlul legăturii logice se referă la stabilirea şi terminarea ...........,

controlul ............ cadrelor de date, stabilirea succesiunii ......... şi ............. primirii acestora.

2. Controlul accesului la mediu se referă la controlul ............ şi delimitarea ........., .............erorilor şi ............... adreselor.

3. Subnivelul LLC permite nivelului .................. să funcŃioneze independent de o anumită .................

4. LLC participă la ................ datelor şi este o ........... între maşina respectivă şi o anumită ................ de ................. a datelor.

5. Subnivelul MAC comunică direct cu ............ şi este responsabil pentru transportul .............. al datelor între două ................... din reŃea.

6. Adresa MAC are o lungime de ............ şi este exprimată prin ................ cifre hexazecimale. Primele ........... cifre identifică ............, iar celelalte ....... cifre reprezintă

M2.U2.4. Placa de reŃea

Rolul plăcii de reŃea. Plăcile de reŃea acŃionează ca interfaŃă fizică între gazdă şi reŃea. Ele sunt instalate într-unul dintre sloturile de extensie ale fiecărei gazde din reŃea. După ce placa de reŃea a fost instalată, la portul ei se conectează cablul de reŃea, pentru a putea realiza legătura fizică cu restul reŃelei. Rolul plăcii de reŃea este de a pregăti datele din calculator pentru a fi transmise prin mediul de comunicaŃie din reŃea, de a transmite datele către alt calculator şi de a controla fluxul de date între calculator şi mediul de comunicaŃie. De asemenea, placa de reŃea recepŃionează datele sosite prin cablu şi le transformă în octeŃi pe care unitatea centrală a calculatorului îi poate înŃelege. În termeni tehnici, o placă de reŃea

41

conŃine circuitele hardware şi programele firmware (rutine software păstrate în memorii protejate la scriere), care implementează funcŃiile nivelului legătură de date al modelului OSI. Deci placa de reŃea este formată din două componente principale: interfaŃa cu magistrala calculatorului şi interfaŃa de legătură cu mediul de reŃea. Acestea sunt legate printr-o cale de comunicaŃie. În figura 2.2.1. este prezentată structura plăcii de reŃea iar în figura 2.2.2 este prezentată imaginea unei plăci de reŃea particulare.

Magistrala Legătura Gazdei cu reŃeaua Placa de reŃea

InterfaŃa cu magistrala

InterfaŃa cu mediul de reŃea

Figura 2.2.1. Structura plăcii de reŃea

Figura 2.2.2. Placă de reŃea cu conector ISA

Pregătirea datelor. Înainte ca datele să fie transmise în reŃea, placa de reŃea trebuie să le convertească din forma în care ele sunt înŃelese de calculator, într-o formă în care acestea pot circula prin cablul de reŃea. Datele circulă în calculator de-a lungul unor circuite numite magistrale (bus). Acestea constau din mai multe căi alăturate, pe care datele pot circula în paralel, grupate, spre deosebire de modul de transfer serial, în care există un singur flux de date, transmise bit după bit.

Magistralele pot transmite simultan (în paralel) 8, 16, 32 sau 64 de biŃi. Dacă mediul de comunicaŃie este cablu coaxial, datele circulă serial, adică într-un singur şir de biŃi. Dacă se utilizează cablu UTP, de exemplu, 2 fire pot fi folosite pentru transmisie, iar 2 pentru recepŃie(plăci full duplex). Placa de reŃea preia datele care circulă în paralel, sub formă de grup şi le restructurează astfel încât să devină un flux serial de biŃi, ce va fi transportat prin cablul de reŃea. Acest lucru se realizează prin transformarea semnalelor digitale din calculator în semnale analogice care parcurg cablul de reŃea. Componenta responsabilă pentru această funcŃie este transceiverul (TRANSmitter reCEIVER). În plus, transceiverul detectează când

42

cablul este liber şi direcŃionează semnalul când gazda îl transmite. Transceiverul este conectat la placa de reŃea, care este încorporată în gazdă. Placa de reŃea implementează toată logica comunicaŃiei între gazdă şi mediul de comunicaŃie.

Placa de reŃea participă şi la alte funcŃii de preluare a datelor din calculator şi de pregătire a acestora pentru transmiterea prin cablu. Pentru a transfera datele din calculator la placa de reŃea, calculatorul şi placa trebuie să comunice. Astfel, placa de reŃea semnalează calculatorului faptul că are nevoie de date şi magistrala calculatorului transferă datele din memoria calculatorului către placa de reŃea. Acest lucru se realizează prin intermediul unui registru de control CSR(Control Status Register), ce poate fi citit sau modificat de către CPU. CPU scrie în CSR pentru a transmite faptul că trabuie să transmită sau să primească un cadru sau citeşte conŃinutul lui CSR pentru a cunoaşte starea plăcii de reŃea.

Accesul direct la memorie şi intrările/ieşirile programate. Una dintre cele mai importante probleme ale plăcii de reŃea, este cum cadrele de date sunt transferate între placa de reŃea şi memoria gazdei. Există două mecanisme de bază: accesul direct la memorie (DMA-Direct Memory Access) şi intrările/ieşirile programate (PIO-Programmed I/O). Cu DMA placa de reŃea citeşte şi scrie din memoria gazdei fără o implicare a CPU; calculatorul alocă o parte din spaŃiul său de memorie pentru placa de reŃea, unde aceasta poate scrie sau de unde poate citi. Cu PIO, transferul de date de la calculator la placa de reŃea şi invers, se realizează prin intermediul CPU. Când o gazdă vrea să transmită un cadru de date, CPU citeşte locaŃiile care alcătuiesc cadrul şi le transferă plăcii de reŃea.

Adesea, viteza cu care circulă datele, depăşeşte ritmul de prelucrare al plăcii de reŃea, aşa încât datele trebuie transferate în memoria RAM – cu rol de tampon (buffer) – a plăcii de reŃea, unde sunt stocate temporar pe parcursul procesului de transmisie şi recepŃie.

Transmiterea şi controlul datelor. Înainte ca placa de reŃea emiŃătoare să transmită datele în reŃea, ea poartă un dialog electronic cu placa de reŃea receptoare, pentru a se pune de accord asupra următorilor parametri: ►Dimensiunea maximă a grupurilor de date ce vor fi transmise. ►Volumul de date transmise fără a se aştepta confirmarea. ►Intervalul de timp dintre blocurile de date. ►Capacitatea memoriei tampon pentru a se evita depăşirea acesteia. ►Viteza transmisiei de date.

Dacă o placă de reŃea mai rapidă comunică cu una mai lentă, ele vor conveni asupra vitezei de transmisie pe care să o folosească. Unele plăci de reŃea mai noi, conŃin circuite adaptate la viteza uneia mai lente. Fiecare placă semnalează celeilalte proprii parametri, precum şi acceptarea sau adaptarea la parametrii celeilalte plăci. Atunci când toate detaliile comunicării sunt puse la punct cele două plăci încep să transmită şi să recepŃioneze date.

OpŃiuni şi parametri de configurare. Plăcile de reŃea prezintă uneori opŃiuni configurabile, care trebuie setate pentru ca placa de reŃea să funcŃioneze corespunzător. Acestea sunt: întreruperea (IRQ), adresa portului I⁄O de bază şi transceiverul. ObservaŃie. Configurarea plăcii de reŃea se poate face prin software sau prin intermediul unor jumpere (călăreŃi) sau minicomutatoare DIP (Dual Inline Package) dispuse direct pe placa de reŃea.

Întreruperea. Liniile de cerere a întreruperii (IRQ –Interrupt ReQuest ) sunt circuite hardware prin intermediul cărora diferite dispozitive, cum ar fi porturile de intrare/ieşire, tastatura, unităŃile de disc sau plăcile de reŃea pot solicita întreruperea sau alt serviciu către microprocesorul calculatorului. Aceste dispozitive sunt integrate în arhitectura hardware a calculatorului, având alocate diferite niveluri de prioritate, prin care microprocesorul poate

43

determina importanŃa fiecăreia dintre solicitări. Atunci când placa de reŃea transmite o solicitare către calculator, foloseşte o întrerupere, un semnal electronic transmis către CPU. Fiecare dispozitiv din calculator trebuie să folosească o altă linie de cerere a întreruperii. Linia de întrerupere este specificată în momentul configurării dispozitivului. În documentaŃii se găsesc specificările pentru întreruperile asociate fiecărui dispozitiv.

Portul I⁄ O de bază specifică un canal prin care informaŃia circulă între dispozitivele hardware ale calculatorului (cum ar fi placa de reŃea ) şi unitatea centrală (CPU). Portul este văzut de către CPU ca o adresă. Fiecare dispozitiv hardware dintr-un sistem trebuie să aibă o altă adresă de port de I⁄O. Adresele diferitelor dispozitive se găsesc în documentaŃia calculatorului. Adresa de memorie a portului I/O de bază identifică o locaŃie (adresă) în memoria RAM a calculatorului. Această adresă este folosită de reŃea ca zonă tampon (buffer) pentru a stoca temporar adresele de date transmise sau recepŃionate. De multe ori adresa de memorie de bază pentru placa de reŃea este D8000. Anumite plăci de reŃea nu conŃin acest parametru, referitor la adresa de memorie de bază, deoarece nu folosesc adrese RAM din sistem. Unele păci de reŃea au un parametru care permite specificarea cantităŃii de memorie rezervate pentru stocarea adreselor de date. O cantitate de memorie mai mare alocată plăcii de reŃea ameliorează comunicarea în reŃea.

Selectarea transceiverului. Unele plăci de reŃea prezintă atât un transceiver intern cât şi unul extern. În acest caz trebuie făcută o alegere; această alegere se face de obicei prin jumpere (mici conectori care fac legătura între doi pini, pentru a activa circuitele folosite pe placa de reŃea).

Compatibilitatea plăcilor de reŃea. Pentru a asigura compatibilitatea între calculator şi reŃea, placa de reŃea trebuie să se potrivească cu structura internă a calculatorului (arhitectura magistralei de date) şi să posede tipul de conector corespunzător cablului folosit.

Exemplu. O placă de reŃea care funcŃionează într-un calculator Apple dintr-o reŃea cu topologie magistrală nu va funcŃiona într-un calculator IBM dintr-o reŃea inel, deoarece reŃelele inel necesită plăci cu altă configuraŃie fizică decât cele utilizate în reŃele de tip magistrală, iar calculatoarele Apple folosesc o metodă diferită de comunicaŃie în reŃea.

Arhitectura magistralei de date poate fi de tipul: ISA, EISA, Micro Chanel şi PCI. Fiecare tip are o altă configuraŃie fizică decât celelalte. Este obligatoriu ca placa de reŃea şi magistrala de date să se potrivească. ISA (Industry Standard Arhitecture) este folosită de calculatoarele compatibile IBM PC XT şi AT. Ea permite adăugarea în sistem a diferitelor plăci interschimbabile, prin inserarea acestora în conectori de extensie (sloturi). Poate transporta simultan 8 sau 16 biŃi în funcŃie de tipul de calculator(XT sau AT). EISA (Extended Industry Standard Arhitecture) a fost lanasat în 1988 şi oferă o magistrală de date pe 32 de biŃi compatibilă cu ISA. Micro Chanel Architecture a fost lansat în 1988 de firma IBM, odată cu lansarea modelelor PS⁄2. Este incompatibilă cu magistrala ISA şi poate funcŃiona atât pe 16 cât şi pe 32 de biŃi; poate fi condusă independent de mai multe procesoare magistrală. PCI (Peripheral Component Interconnect) este o magistrală pe 32 de biŃi, folosită de majoritatea calculatoarelor Pentium şi Apple Power Macintesh. Se poate autoconfigura (plug and play ), aceasta asigurând modificarea configuraŃiei calculatorului fără intervenŃia utilizatorului.

Conectori şi cabluri de reŃea. Placa de reŃea îndeplineşte trei funcŃii importante pentru coordonarea activităŃilor între calculator şi cablul de reŃea: ►Realizează conexiunea fizică dintre calculator şi cablu. ►Generează semnalul electric care va parcurge cablul. ►Controlează accesul la cablu pe baza anumitor reguli.

44

Tipul de placă de reŃea folosit depinde de tipurile de cablu şi de conectori utilizaŃi cu care placa trebuie să fie compatibilă. Toate aceste caracteristici se găsesc în documentaŃiile de firmă ale plăcii, cablurilor şi conctorior.

PerformanŃele reŃelei sunt influenŃate de viteza de lucru a plăcii. O placă de reŃea lentă nu va transfera rapid datele în sau din reŃea. Se poate mări viteza de transfer a datelor prin următoarele metode: ►Accesul direct la memorie (DMA –Direct Memory Access). Calculatorul transferă datele direct din memoria tampon (buffer) a plăcii de reŃea în memoria calculatorului, fără a folosii microprocesorul acestuia. ►Partajarea memoriei plăcii de reŃea. Placa de reŃea conŃine memorie RAM pe care o partajează cu calculatorul. ►Partajarea memoriei sistem. Procesorul plăcii de reŃea selecteză o porŃiune din memoria calculatorului, pe care o foloseşte pentru a procesa date. ►Administrarea magistralei. Placa preia temporar controlul asupra magistralei, ocoleşte unitatea centrală şi transferă datele direct în memoria calculatorului. ►Folosirea memoriei RAM ca memorie tampon. În general traficul datelor în reŃea se face la viteze care depăşesc posibilităŃile de prelucrare a plăcilor de reŃea. Cipurile de RAM de pe placa de reŃea formează o memorie tampon (buffer). Atunci când placa de reŃea primeşte mai multe date decât poate procesa pe moment, bufferul RAM stochează o parte dintre acestea, până când placa de reŃea le poate prelucra. Această metodă măreşte performanŃele plăcii şi evită congestionarea traficului în reŃea. ►Microprocesor incorporat. Dacă posedă un microprocesor propriu, placa de reŃea nu mai are nevoie de microprocesorul calculatorului pentru a prelucra datele. Majoritatea plăcilor de reŃea includ procesoare, ceea ce măreşte viteza operaŃiilor efectuate.

Serverele ar trebui echipate cu plăcile de reŃea cele mai performante, deoarece gestionează un volum mare de trafic în reŃea. În cazul calculatoarelor client, dacă activităŃile lor de reŃea se limitează la aplicaŃii care nu generează un volum mare de trafic, staŃiile de lucru pot folosi plăci de reŃea mai ieftine. Alte aplicaŃii, cum ar fi cele pentru baze de date sau aplicaŃii CAD (proiectare asistată) necesită plăci de reŃea performante.

Plăci de reŃea specializate. Plăcile de reŃea pentru reŃele fără fir(figura 2.2.3) suportă aproape toate sistemele de operare în reŃea. Aceste plăci de reŃea sunt însoŃite de obicei de : ►Antenă de interior omnidirecŃională şi cablu de antenă. ►Software de reŃea, care permite plăcii respective să lucreze într-o anumită reŃea. ►Software de diagnoză şi depanare. ►Software de instalare.

Figura 2.2.3. Placă de reŃea fără fir, pentru desktop, respectiv laptop (PCMCIA)

45

Aceste plăci de reŃea pot fi folosite pentru a crea o reŃea LAN fără fir şi a adăuga staŃii fără fir într-o reŃea LAN cablată (cu fir). De obicei aceste plăci sunt folosite împreună cu o componentă numită concentrator fără fir, care se comportă ca un transceiver pentru transmiterea şi recepŃionarea semnalelor. Plăcile de reŃea pentru reŃele cu fibră optică sunt deosebit de performante dar au costuri ridicate.

Să ne reamintim...

Plăcile de reŃea acŃionează ca interfaŃă fizică între gazdă şi reŃea. Ele sunt instalate într-unul dintre sloturile de extensie ale fiecărei gazde din reŃea. După ce placa de reŃea a fost instalată, la portul ei se conectează cablul de reŃea, pentru a putea realiza legătura fizică cu restul reŃelei. Rolul plăcii de reŃea este de a pregăti datele din calculator pentru a fi transmise prin mediul de comunicaŃie din reŃea, de a transmite datele către alt calculator şi de a controla fluxul de date între calculator şi mediul de comunicaŃie. De asemenea, placa de reŃea recepŃionează datele sosite prin cablu şi le transformă în octeŃi pe care unitatea centrală a calculatorului îi poate înŃelege.

ÎnlocuiŃi zona punctată cu termenii corespunzători. 1. Placa de reŃea este formată din două componente principale: .........................

şi .............................. Acestea sunt legate printr-o ....................... 2. Înainte ca datele să fie .......... în reŃea, placa de reŃea trebuie să le ........... din

forma în care ele sunt înŃelese de calculator, într-o formă în care acestea pot circula prin .................

3. Cu DMA .............. citeşte şi scrie din/în ............ gazdei fără o implicare a ...........

4. Dacă o placă de reŃea mai ............. comunică cu una mai ............, ele vor conveni asupra .................................. pe care să o folosească.

5. Portul I⁄ O de bază specifică un ........... prin care informaŃia circulă între ................ ale calculatorului (cum ar fi ............... ) şi .....................

M2.U2.5. Transmiterea fără erori a datelor

Corespunzător fiecărui standard de reŃea LAN, există un tip de cadru de date. Totuşi, există câteva caracteristici comune. Cadrul este alcătuit din câmpuri, care sunt şiruri de biŃi, fiecare având un anumit scop. Toate tipurile de cadre, conŃin următoarele câmpuri: ►câmpul de start; ►câmpul de adresă; ►câmpul de control (lungime sau tip) ►câmpul de date; ►câmpul de verificare; ►câmpul de terminare.

Câmpul de adresă este o secvenŃă de biŃi care, indiferent de tehnologie indică începutul unui cadru de date. Toate cadrele conŃin informaŃii de identificare, cum sunt adresele MAC ale calculatoarelor sursă, respectiv destinaŃie. Multe cadre au anumite câmpuri specifice. Pentru anumite tehnologii, există un câmp lungime, pentru altele un câmp ce specifică protocolul nivelului 3 care a cerut transmiterea de date. Există, de asemenea anumite tehnologii care nu utilizează astfel de câmpuri. De asemenea, este adaugat un câmp (de umplutură) cu scopul ca oricare cadru să aibă o lungime cel putin egala cu una minimă.

Câmpul de de verificare (FCS - Frame Check Sequence ) conŃine un număr ce este calculat de către calculatorul sursă, pe baza informaŃiilor conŃinute în cadru. Când calculatorul destinatie

46

primeşte cadrul, recalculează numărul FCS pe baza datelor primite şi îl compară cu cel inclus în cadru. Dacă cele două numere sunt diferite, se presupune că există o eroare, cadrul este distrus si sursei i se cere să retransmita încă o dată cadrul.

Există trei moduri de a calcula numărul FCS: ►codul CRC (Cyclic Redundancy Check) ; ► biŃii de paritate bidimensionali; ► suma de verificare Internet. Sfârşitul cadrului transmis poate fi determinat din câmpul lungime, caz în care câmpul FCS este ultimul sau prin câmpul de terminare al cadrului. Detectarea erorilor. Datorită unor cauze (de obicei fizice) în unele situaŃii sunt introduse erori în şirurile de biŃi transmişi de la o gazdă la alta. Rezolvarea acestei probleme se face prin două tehnici: detectarea de erori şi corectarea de erori. Ideea de bază a oricărei tehnici de detectare a erorilor constă în adăugarea unei informaŃii redundante la orice cadru de date transmis, care poate fi folosită pentru a determina dacă au fost introduse erori în transmiterea de date. Să presupunem că n este numărul biŃilor transmişi iar k al celor redundanŃi, k<n. Cei k biŃi redundanŃi sunt determinaŃi la gazda sursă pe baza unui algoritm; la gazda destinaŃie, se efectuează acelaşi calcul, utilizând acelaşi algoritm pe baza celor n biŃi ai cadrului. Dacă rezultatul calculului, coincide cu cei k biŃi redundanŃi primiŃi, atunci cadrul de date respectiv a fost transmis corect, altfel, cadrul respectiv este distrus şi se cere retransmiterea lui.

Paritate bidimensională se bazează pe paritatea uni-dimensională, care constă în: pentru fiecare şir de şapte biŃi transmişi se adaugă un al optulea bit, care este 1 dacă numărul biŃilor egali cu 1 din şirul transmis este impar, respectiv 0, în caz contrar. În cazul parităŃii bi-dimensionale, un şir de biŃi este reprezentat ca o matrice binară cu şapte coloane, pentru care se determină şi se compară biŃii de paritate uni-dimensionali, atât pe linii, cât şi pe coloane.

Exemplu. În figura 2.2.4 este prezentat un şir de 42 de biŃi de date transmişi. Se observă că biŃii de paritate transmişi, sunt diferiŃi de cei care rezultă prin aplicarea algoritmului, pe linia 5 şi pe coloana 4.

BiŃi de paritate 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0

1 0 1 1 1 1 0 1 Date 0 0 0 1 1 1 0 1

0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0

BiŃi de paritate 1 1 1 1 0 1 1

Figura 2.2.4. BiŃi de paritate bidimensionali

Algoritmul Internet de determinare a sumei de verificare(Checksum) constă în determinarea sumei câmpurilor din antetul cadrului de date primit la gazda destinaŃie şi compararea ei cu şirul redundant de biŃi primiŃi, reprezentarea datelor fiind făcută în cod complementar faŃă de 2.

47

Codul de redundanŃă ciclică(CRC-Cyclic Redundancy Check). Observăm că orice şir de n+1 biŃi poate fi reprezentat printr-un polinom de grad n. Mesajul este reprezentat considerând drept coeficient al lui xi valoarea binară a bitului i din şirul de cifre binare.

Exemplu. Mesajului 10011010, îi va corespunde polinomul 134701234567 01011001)( xxxxxxxxxxxxxM +++=×+×+×+×+×+×+×+×=

Putem gândi gazda sursă şi cea destinaŃie, ca transmiŃând polinome de la una la alta. În scopul determinării CRC-ului, gazdele sursă şi destinaŃie se vor pune de acord asupra unui polinom C(x) de grad k (k fiind numărul biŃilor redundanŃi), numit polinom generator, cu care se împart atât polinomul transmis, la gazda sursă cât şi cel primit, la gazda destinaŃie. De exemplu, putem presupune că 1)( 23

++= xxxC , în acest caz k=3. Când o gazdă sursă transmite un mesaj M(x), care are o lungime egală cu n+1, el va transmite de fapt un mesaj de lungime n+k+1, k fiind lungimea şirului rendundant, reprezentat printr-un polinom P(x). Polinomul P(x) trebuie astfel construit astfel încât să fie divizibil cu C(x). Dacă P(x) este transmis peste un mediu de comunicaŃie şi nu au fost introduse erori în timpul transmisiei, atunci gazda receptor va efectua calculul şi va găsi restul zero; în caz contrar, datele au fost transmise cu erori.

Efectuarea operaŃiilor cu astfel de polinoame se face Ńinând cont de proprietăŃile ”aritmeticii modulo 2”şi de algoritmul general de împărŃire a două polinoame, adică: ►Orice polinom B(x) poate fi împărŃit la un polinom C(x), dacă B(x) are gradul mai mare sau egal decât C(x); ►Dacă B(x) şi C(x) au acelaşi grad, atunci restul împărŃirii lui B(x) la C(x) este obŃinut scăzând C(x) din B(x); ►A efectua scăderea lui C(x) din B(x) este echivalent cu a efectua operaŃia „sau exclusiv” (XOR) pe fiecare coeficienŃi ai termenilor de acelaşi grad.

Exemplu. Polinomul 13+x poate fi împărŃit la polinomul 123

++ xx , deoarece au

acelaşi grad şi restul va fi 21123 0010 xxxxx =×+×+×+× . În termeni de mesaje,

putem spune că 1001 poate fi împărŃit prin 1101 şi restul obŃinut este 0100.

Dacă mesajul de transmis original este reprezentat prin polinomul M(x), atunci polinomul care va fi efectiv transmis va avea o lungime mai mare cu k decât M(x), şi va trebui să fie divizibil cu C(x). Se poate realiza acest lucru astfel:

1. Se înmulŃeşte M(x) cu xk, adică se adaugă k zerouri la sfârşitul mesajului. Mesajul astfel obŃinut se numeşte mesajul extins, fiind reprezentat prin polinomul T(x).

2. Se împarte T(x) la C(x) şi se obŃine un anumit R(x). 3. Se scade restul R(x) din T(x) şi se obŃine mesajul care va fi transmis.

Exemplu. Să considerăm mesajul 11111001. Considerăm C(x) = 123++ xx , care

corespunde şirului de biŃi 1101. În figura 2.2.5 este prezentat modul de calcul al CRC-ului în acest caz. Putem vedea în figura 2.2.5 că restul obŃinut este R(x)=1, deci 11111001000 minus 1, adică 11111001001, reprezentat sub formă polinomială, este divizibil cu C(x), deci rezultatul acestei scăderi, va fi transmis. Gazda destinaŃie va efectua împărŃirea între polinomul primit şi polinomul generator C(x); dacă restul acestei împărŃiri este 0, atunci trage concluzia că transmiterea cadrului de date s-a făcut fără erori şi va extrage primii n+1 biŃi din şirul de biŃi primit, corespunzător mesajului original; în caz contrar, distruge cadrul de date primit, şi eventual transmite un mesaj prin care cere retransmiterea cadrului de date.

48

Figura 2.2. 5. Calculul CRC-ului

Să ne reamintim...

Câmpul de de verificare (FCS - Frame Check Sequence ) conŃine un număr ce este calculat de către calculatorul sursă, pe baza informaŃiilor conŃinute în cadru. Când calculatorul destinatie primeşte cadrul, recalculează numărul FCS pe baza datelor primite şi îl compară cu cel inclus în cadru. Dacă cele două numere sunt diferite, se presupune că există o eroare, cadrul este distrus si sursei i se cere să retransmita încă o dată cadrul.

Există trei moduri de a calcula numărul FCS: codul CRC (Cyclic Redundancy

Check) ; biŃii de paritate bidimensionali; suma de verificare Internet.

ScrieŃi un şir de 28 de cifre binare. a. ScrieŃi biŃii de paritate bi-dimensionali. b. DeterminaŃi mesajul corespunzător şirului care se transmite pe reŃea, dacă se foloseşte metoda CRC, cu polinomul X3+X2+1.

M2.U2.5. Tehnologii de reŃele locale

Plasarea datelor pe cablu. Setul de reguli care definesc modul în care un calculator plasează şi preia date pe/de pe cablu poartă numele de metodă de acces. Calculatoarele dintr-o reŃea pot să aibă acces la cablu în acelaşi timp. Totuşi, dacă două calculatoare ar plasa simultan date pe cablu, cadrele de date ale unui calculator ar intra în coliziune cu ale celuilalt şi ambele

1 1 1 1 1 0 0 1 Mesaj M(x) C(x) 1 1 0 1 /1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 T(x) 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 R(X) 1

49

seturi de date ar fi distruse. Pentru ca datele să fie transmise prin reŃea de la un utilizator la altul sau să fie accesate de pe un server, trebuie să existe o modalitate prin care să poată fi plasate pe cablu, fără a intra în coliziune cu alte date.

Metodele de acces folosite diferă de la o tehnologie LAN la alta şi vor fi prezentate în contextual respectiv. Ele trebuie să fie aceleaşi pe toate calculatoarele din reŃea, altfel unele metode nu vor funcŃiona deoarece alte metode vor domina cablul. De asemenea, pentru a preveni accesul simultan la cablu, metodele de acces organizează transmiterea şi receptionarea datelor din reŃea ca un proces ordonat.

Arhitectura Ethernet(802.3). Spre sfârşitul anilor ’60, Universitatea din Hawaii a dezvoltat o reŃea WAN numita ALOHA. Universitatea îşi propusese să conecteze calculatoare răspândite în tot campusul său. Ca mediu de comunicaŃie se foloseau undele radio. Principala problemă care s-a pus a fost controlul accesului gazdelor la mediul de comunicaŃie. Deşi mediile de comunicaŃie sunt diferite, pentru ALOHA fiind atmosfera, iar pentru Ethernet, cablul coaxial, metoda de acces aleasă a fost aceeaşi şi anume accesul multiplu cu detectarea purtatoarei si a coliziunii (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Acces / Collision Detection).

În acest caz fiecare calculator din reŃea, statie sau server, verifică existenŃa traficului pe reŃea în felul urmator: un calculator “ascultă” cablul pentru a verifica existenŃa traficului de reŃea. Calculatorul poate transmite date. Dacă există date pe cablu, nici un alt calculator nu poate transmite până când datele nu ajung la destinaŃie, eliberând cablul. CSMA/CD este cunoscuta ca metoda competiŃională, deoarece calculatoarele din reŃea se află în competiŃie, adicî îşi dispută ocazia de a transmite date. Dacă două calculatoare încearcă să transmită date exact în acelaşi timp, cele două calculatoare îşi întrerup transmisia, pe o periadă de timp aleatoare, după care încearcă din nou să transmită.

Numărul de coliziuni şi de încercări de evitare a acestora este direct proporŃional cu numărul de calculatoare din reŃea, deci la o dimensiune mare a reŃelei (ca număr de calculatoare) CSMA/CD poate fi considerată o metoda de acces lentă. Dacă reŃeaua este aglomerată, două calculatoare aflate în încercare de evtarea a coliziunii pot intra, la rândul lor în această stare cu alte calculatoare care încearcă să transmită date ş.a.m.d. În acest caz, va exista un număr de calculatoare ce va încerca să retransmită date, fenomen ce poate duce la blocarea aparentă a reŃelei. Acest fenomen se întâmplă mai ales atunci când se execută aplicaŃii care cer acces la baze de date.

În concluzie, în funcŃie de componentele hardware, de sistemul de cablare şi de software-ul de reŃea, o reŃea CSMA/CD cu mulŃi utilizatori ce rulează aplicaŃii de baze de date, poate fi dificil de utilizat, datorită traficului intens.

Acces multiplu cu detectarea purtătoarei şi evitarea coliziunii (CSMA/CA – Carrier Sense – Multiple Acces with Multiple Avoidance). Înainte de a trece la transmiterea efectivă a datelor, fiecare calculator semnalează această intenŃie; astfel, calculatoarele sunt avertizate despre posibilitatea apariŃiei unei coliziuni şi o pot evita. Această metoda este mai lentă decât CSMA/CD şi deci este mai rar folosită.

Primul produs Ethernet a fost lansat de firma Xerox în anul 1975 şi este un sistem cu viteza de 2.94 Mbps care conecta peste 100 de calculatoare printr-un cablu de 1 Km lungime. Următoarea versiune a fost concepută de firmele Xerox, Intel si DEC, care au realizat un standard cu viteza de 10 Mbps. Astăzi, aceasta reprezintă specificaŃia IEEE 802.3.

Caracteristicile arhitecturii Ethernet sunt: ►Topologia: magistrala liniara sau stea. ►Transmitere în banda de bază.

50

►Viteza de transfer: 10 - 100 Mbps ►Tipuri de cablu: coaxial gros, coaxial subtire, UTP Metoda de acces folosită este CSMA/CD

Tipuri de reŃele Ethernet 10 Base 2 transmite la viteza de 10 Mbps în banda de bază, poate transporta un semnal pe o distanŃă care măsoară aproximativ de două ori 100 metri (mai exact: 185 m), şi foloseşte cablu coaxial subŃire. 10 Base 5(Ethernet standard). SpecificaŃia IEEE pentru această topologie prevede: 10 Mbps, banda de bază, segmente de 500 metri şi cablu coaxial gros. 10 Base FL reprezintă specifcaŃia IEEE pentru arhitectura Ethernet cu cablu de fibră optică. 10 base FL (10 Mbps, banda de bază, fibra optică) este de fapt o reŃea Ethernet care foloseşte fibra optică pentru a conecta calculatoarele şi repetoarele. Topologia 10 base FL este folosită acolo unde cablul trebuie să acopere distanŃe mari între repetoare, de exemplu distanŃa dintre două clădiri. Lungimea maximă pentru un segment 10 base FL este de 2000 metri. 10 Base T reprezintă specificaŃia IEEE pentru reŃeaua care foloseşte cablu torsadat, lungimea acestuia fiind de maxim 100 de metri, celelalte caracteristici rezultă din denumire. 100 BaseX Ethernet (Fast Ethernet) reprezintă o dezvoltare a standardului Ethernet existent. Foloseşte cablu UTP de categoria 5 şi metoda de acces CSMA/CD, într-o topologie de tip magistrală-stea, ca şi 10 BaseT, unde toate cablurile sunt ataşate la un concentrator.

Modelul Token Ring. Versiunea IBM de reŃea Token Ring a fost prezentată în 1984 şi a propus o soluŃie de conectare pentru întreg domeniul de calculatoare şi medii de calcul(calculatoare personale, calculatoare de putere medie (microcalculatoare), calculatoare mainframe si mediul de reŃea SNA(Systems Network Architecture), adică arhitectura de reŃea IBM), existente la vremea respectivă.

Caracteristicile arhitecturii Token Ring. O reŃea Token Ring reprezintă implementara standardului IEEE 802.5. Mai mult decât dispunerea fizică a cablului în teren, ceea ce distinge reŃelele Token Ring de alte tipuri de reŃele este metoda de acces prin transferul jetonului.

În cazul metodei de acces prin transfer de jeton (token passing), există un pachet special, denumit jeton, care circulă de-a lungul inelului de la un calculator la altul. Pentru ca un calculator din inel să transmită date în reŃea, el trebuie să aştepte un jeton liber. La detectarea unui jeton liber, calculatorul poate prelua controlul asupra acestuia şi poate transmite date. Datele sunt transmise în cadre, fiecărui cadru fiindu-i ataşate informaŃii suplimentare (cum ar fi cele de adresare) sub formă de antet sau de postambul.

Calculatorul nu poate transmite date până când nu intră în posesia jetonului; cât timp jetonul este folosit de un calculator, alte calculatoare nu pot transmite date, deci nu va mai exista concurenŃă în obŃinerea dreptului de a transmite date. Jetonul constă dintr-o secvenŃă predefinită de biŃi (un şir de date) care permite unui calculator să transfere date prin cablu.

Cum funcŃioneaza reŃeaua Token Ring ? Atunci când primul calculator din reŃeaua Token Ring este pornit, se generează un jeton. Acesta circulă de-a lungul inelului, parcurgând fiecare calculator, până când unul dintre ele semnalizează intenŃia de a transmite date şi a prelua controlul asupra jetonului.

După ce calculatorul “capturează” jetonul, el transmite în reŃea un cadru de date. Cadrul parcurge inelul până când ajunge la calculatoul destinaŃie, care corespunde cu adresa de destinaŃie a cadrului. Calculatorul destinatar copiază cadrul în memoria sa tampon (buffer), şi-l marchează în câmpul ce conŃine starea cadrului, pentru a indica faptul că informaŃia a fost receptionată. Cadrul îsi continuă apoi drumul pe inel până când ajunge înapoi la calculatorul

51

emiŃator, unde transmisia este validată. Calculatorul sursă elimină(şterge) cadrul din inel si eliberează un nou jeton, pe care îl transmite pe inel. La un moment dat, un singur jeton poate fi activ pe reŃea, iar acesta nu poate parcurge inelul decât într-un singur sens. Metoda de acces prin transferul jetonului este deterministă, ceea ce înseamna că un calculator nu poate forŃa drumul prin reŃea ca într-un mediu CSMA/CD. Dacă jetonul este disponibil, calculatorul îl poate folosi pentru a transmite date. Fiecare calculator se comportă la fel cu un repetor unidirectional, regenerând jetonul si transmiŃându-l mai departe.

Arhitectura unei reŃele Token Ring obişnuite are la bază un inel fizic. Totuşi,calculatoarele din reŃea sunt conectate la un concentrator (hub) central (inel cablat in stea). Inelul logic este reprezentat de calea jetonului printre calculatoare. Inelul fizic este reprezentat în interiorul concentratorului. Utilizatorii fac parte dintr-un inel, însa ei sunt conectaŃi la acesta printr-un concentrator.

O reŃea Token Ring are următoarele caracteristici : ►Topologia inel cablat în stea ►Metoda de acces prin transferul jetonului ►Cablul torsadat (STP sau UTP) ►Viteza de transfer de 4 si 16 Mbps ►Transmisie în bandă de bază ►SpecificaŃiile 802.5

Să ne reamintim...

Setul de reguli care definesc modul în care un calculator plasează şi preia date pe/de pe cablu poartă numele de metodă de acces. Calculatoarele dintr-o reŃea pot să aibă acces la cablu în acelaşi timp. Totuşi, dacă două calculatoare ar plasa simultan date pe cablu, cadrele de date ale unui calculator ar intra în coliziune cu pachetele celuilalt şi ambele seturi de date ar fi distruse.

Pentru tehnologia Ethernet, metoda de acces este accesul multiplu cu detectarea purtatoarei si a coliziunii iar pentru token ring este transfer de jeton.

ÎnlocuiŃi zona punctată cu termenii corespunzători. 1. Dacă două calculatoare ar plasa ............ date pe ............, ............ ale unui

calculator ar intra în ............... cu ale celuilalt şi ambele seturi de date ar fi ................

2. CSMA/CD este cunoscuta ca .................., deoarece calculatoarele din reŃea se află în .................., adică îşi dispută ocazia de a ...................

3. Numărul de ............... şi de încercări de ................ este .................... cu ................. din reŃea, deci la o dimensiune mare a reŃelei CSMA/CD poate fi considerată o metoda de acces ......................

4. 10 Base FL reprezintă specifcaŃia IEEE pentru arhitectura ............cu cablu de .................

5. În cazul metodei de acces prin transfer de jeton (token passing), există un pachet special, denumit ..........., care circulă de-a lungul ............ de la un ............. la altul.

6. La un moment dat, un ........... jeton poate fi ........... pe reŃea, iar acesta nu poate parcurge inelul decât într-un ............ sens. Metoda de acces prin transferul jetonului este ............, ceea ce înseamna că un calculator nu poate forŃa drumul prin reŃea ca într-un mediu ......................

52

M2.U2.6. Componente ale nivelului 2 utilizate în extinderea unei reŃele locale

PunŃile (bridges) ca şi repetoarele pot fi folosite pentru prelungirea unui segment de reŃea, conectarea unor medii fizice diferite( de exemplu cablul coaxial şi cablul torsadat), conectarea unor segmente de reŃea diferite. Spre deosebire de repetoare, punŃile lucreaza la subnivelul MAC al nivelului legatură de date, deci recunosc adresele MAC. Astfel, punŃile execută o serie de acŃiuni, suplimentare, printre care: ►Controlul traficului din reŃea. ►Verifică adresele sursă şi destinaŃie al fiecărui pachet. ►Generează o tabelă de comutare, pe măsură ce informaŃiile devin disponibile. ►Transferă pachetele astfel:

- Dacă destinaŃia nu se găseşte în tabela de comutare, puntea transmite pachetele către toate segmentele.

- Dacă destinaŃia apare în tabela de rutare, puntea transferă pachetele pe segmentul respectiv (cu excepŃia cazului în care destinaŃia se află pe acelaşi segment cu sursa).

O punte transferă cadrul de date în funcŃie de adresa nodului de destinaŃie. Pe măsură ce traficul trece prin punte, informaŃiile despre adresele calculatoarelor sunt stocate în memoria acesteia. Puntea foloseşte aceste informaŃii pentru a construi o tabelă de comutare. Având aceste informaŃii de adresă, puntea “învaŃă” ce calculatoare se află pe fiecare segment al reŃelei. Singurele cadre pentru care nu se face filtrare sunt cele de tip broadcast, adică acelea destinate întregii reŃele. În acest caz, reŃeaua poate fi inundată cu mesaje de acest tip.

Spre deosebire de repertoare, punŃile pot reduce traficul, cauzat de ataşarea unui număr prea mare de calculatoare; o punte poate împărŃi o reŃea supraîncărcată în două segmente de reŃea separate şi cunoscând adresele MAC din fiecare segment, va transmite cadrele de date numai pe segmentul pe care se găseşte gazda respectivă, reducându-se astfel traficul pe fiecare segment şi îmbunătăŃind performanŃele ambelor reŃele.

De asemenea, punŃile pot preveni anumite probleme legate de traficul în reŃea. De exemplu, dacă traficul provenit de la unul sau mai multe calculatoare "inundă" reŃeaua cu date, reducându-se performanŃele întregii reŃele, o punte poate izola calculatoarele respective.

Comutatoarele (switch-urile) sunt ca şi punŃile, unităŃi ale nivelului 2. Aşa cum hub-urile sunt denumite repetoare multi-port, aşa şi switch-urile sunt denumite punŃi multi-port. DiferenŃa între hub-uri şi switch-uri este că switch-urile iau decizii bazate pe adresele MAC, pe care hub-urile nu le cunosc, contribuind astfel la cresterea eficientei lucrului într-o reŃea LAN. Cu ajutorul switch-urilor se pot construi, topologii stea cu un număr nelimitat de gazde, deorece ele pot filtra traficul în reŃea şi chiar dacă au un număr limitat de porturi, la un port se poate conecta alt switch, la care putem lega gazde sau alte switch-uri ş.a.m.d.

Ele primesc date într-un port de intrare şi le transferă într-unul sau mai multe porturi de ieşire, la care segmentul pe care se află gazda destinatar este conectat. Porturile sunt identificate printr-un număr sau prin identificatorul nodului (gazdă sau alt switch) care este conectat la el. În cele ce urmează vom folosi numerotarea porturilor. Transmiterea mai departe a pachetelor se realizează prin mai multe metode:

- transmitere neorientată pe conexiune sau utilizarea datagramelor; - transmitere orientată pe conexiune sau stabilirea unui circuit virtual.

În cazul transmiterii neorientate pe conexiune, se presupune că fiecare cadru de date care trebuie transmis conŃine adresa completă de destinaŃie. Pentru a decide cum să transmită mai departe un cadru de date, switch-ul consultă o tabelă, care conŃine adresele destinaŃiilor posibile şi porturile de ieşire către ele.

53

Exemplu. În figura 2.2.6 este prezentat un exemplu de reŃea, în care gazdele sunt notate cu A, B, C ş.a.m.d., iar în figura 2.2.7 o tabelă pe baza căreia se realizează transmiterea mai departe a cadrelor.

Switch 1 Switch 2 0 2 3

1 1 2 3 0 Switch 3 0

1 3

2

A

C

D F

H

E

B G

Figura 2.2.6. Un exemplu de reŃea

DestinaŃie Port A 3 B 0 C 3 D 3 E 2 F 1 G 0 H 0

Figura 2.2.7. Tabela de transmitere mai departe pentru switch-ul 2

Drumul urmat de un cadru de date este succesiunea de switch-uri prin care trece cadrul, de la gazda sursă la gazda destinaŃie. Aceste tabele sunt întreŃinute dinamic, modificările fiind efectuate în funcŃie de schimbările care au loc în structura sau topologia reŃelei.

Transmiterea neorientată pe conexiune are următoarele caracteristici: • În oricare moment de timp, o gazdă poate transmite un cadru de date către oricare altă gazdă din reŃea, deoarece orice cadru care ajunge la un switch poate fi imediat transmis mai departe, spre deosebire de metoda orientată pe conexiune, la care trebuie stabilită mai întăi o stare de conectare şi apoi se efectuează transmiterea datelor. • Când o gazdă sursă transmite un cadru de date, nu ştie dacă reŃeaua este capabilă să-l furnizeze gazdei destinatar sau dacă aceasta este ocupată. • Fiecare cadru provenit de la o gazdă A, către o gazdă B, este transmis mai departe independent de alte cadre transmise de la gazda A către gazda B; astfel, două pachete succesive, de la A la B pot urma drumuri diferite. • Defectarea unui switch sau a unei legături cu acesta nu poate întrerupe comunicaŃia, dacă este posibilă găsirea unei căi alternative şi prelucrarea corespunzătoare a celorlalte tabele.

54

Circuitul de comutare virtual foloseşte conceptual de circuit virtual(VC-Virtual Circuit). Această abordare, numită şi modelul orientat pe conexiune, necesită ca mai întâi să se stabilească o conexiune virtuală de la gazda sursă către gazda destinaŃie. Deci procesul de transmitere a datelor se împarte în două etape:

- stabilirea conectării, - transferul datelor.

În faza de fixare a conectării, este necesar ca în toate switch-urile dintre gazdele sursă şi destinaŃie să se stabilească o “stare de conectare”. Acest lucru se poate realiza de către administratorul de reŃea, situaŃie în care circuitul virtual devine permanent (PVC-Permanent Virtual Circuit) şi poate fi şters tot de către administratorul de reŃea. Cealaltă metodă constă în transmiterea de către gazda sursă în reŃea de “semnale” asupra faptului că vrea să transmită date, circuitele virtuale rezultate astfel sunt numite commutate (SVC-Switched Virtual Circuit).

Să vedem acum cum un PVC poate fi stabilit. Starea de conectare neccesară într-un switch dintr-un circuit virtual, constă dintr-o intrare într-o tabelă a VC-ului pentru fiecare conectare. O astfel de intrare conŃine:

• o interfaŃă de intrare, prin care sosec pachetele acestui VC; • un identificator al circuitului virtual(VCI-Virtual Circuit Identifier) care va fi conŃinut

în fiecare pachet sosit; • o interfaŃă de ieşire prin care cadrele acestui circuit virtual părăsesc switch-ul; • un VCI ce va fi folosit de către pachetele transmise în afară.

Observăm că combinaŃia dintre interfaŃa şi VCI-ul de intrare identifică în mod unic conexiunea virtuală. Astfel, oricând se crează o nouă conexiune, este necesar să-i fie asignat un VCI, ce nu este utilizat în mod curent pe interfaŃa prin care pachetele vor sosi. De asemenea, valorile de intrare şi de ieşire ale VCI-ului nu sunt în general aceleaşi. Astfel, VCI-ul nu este un identificator global pentru VC; mai degrabă, el are semnificaŃie numai pentru o legătură dată.

Exemplu. În figura 2.2.8 este prezentat un exemplu de reŃea, în care gazda A doreşte să transmită date gazdei B, utilizând un circuit virtual. Presupunem că tabelele VC Pentru a stabili un VC de la gazda A la gazda B, administratorul de reŃea stabileşte valori VC pe fiecare legătură necesară conectării, care nu sunt în mod curent utilizate. În cazul exemplului din figura 2.14, valorile VCI sunt:

- 5 pentru legătura din A la switch-ul 1; - 11 pentru legătura de la switch-ul 1 la switch-ul 2; - 7 pentru legătura de la switch-ul 2 la switch-ul 3; - 4 pentru legătura de la switch-ul 3 la B.

Dacă circuitul virtual se stabileşte fără intervenŃia administratorului, pentru a începe procesul de semnalare, gazda A transmite un mesaj de iniŃializare în reŃea, adică switch-ului 1. Acesta conŃine, printre altele adresa gazdei de destinaŃie, în cazul nostru B. Mesajul de iniŃializare trebuie să trecă prin toate switch-urile care fac parte din drumul de la A la B. Când switch-ul 1 primeşte cererea de conectare, pe lângă transmiterea lui switch-ului 2, el va crea o nouă intrare în tabela lui de circuit virtual, care conŃine valorile specificate în figura 2.2.9; la fel procedează şi switch-ul 2. În final, mesajul de iniŃializare ajunge la gazda B. Dacă presupunem că gazda B acceptă conectarea cerută de A, atunci şi ea va fixa o valoare VCI, care este 4 în acest caz. Această valoare VCI poate fi folosită de către B pentru a identifica toate

55

cadrele care vin de la gazda A. Pentru a completa conectarea, gazda B transmite un mesaj de confirmare, care conŃine valoarea VCI-ului fixat către switch-ul 3, care la rândul lui efectuează acelaşi lucru ş.a.m.d.

În acest moment circuitul virtual a fost stabilit şi transmiterea de date de la A la B poate începe. Indiferent de modalitatea de stabilire a circuitului virtual, transmiterea datelor se face la fel.

Switch 1 Switch 2 0 2 3

1 3 1 5 2 0

11 7 Switch 3

0 1 3

2 4

A

B

Figura 2.2.8. Un exemplu de circuit virtual într-o reŃea

InterfaŃa de intrare VCI-ul de intrare InterfaŃa la ieşire VCI-ul de ieşire

2 5 1 11 . . . .

. . . . a) Tabela VCI a switch-ului 1

InterfaŃa de intrare VCI-ul de intrare InterfaŃa la ieşire VCI-ul de ieşire 3 11 0 7 . . . .

. . . . b) Tabela VCI a switch-ului 2

InterfaŃa de intrare VCI-ul de intrare InterfaŃa la ieşire VCI-ul de ieşire 0 7 3 4 . . . .

. . . . c) Tabela VCI a switch-ului 3

Figura 2.2.9. Intrări în tabele de circuit virtual pentru trei switch-uri

56

Să ne reamintim...

PunŃile (bridges) ca şi repetoarele pot fi folosite pentru prelungirea unui segment de reŃea, conectarea unor medii fizice diferite, conectarea unor segmente de reŃea diferite. Spre deosebire de repetoare, punŃile lucreaza la subnivelul MAC al nivelului legatură de date, deci recunosc adresele MAC. Spre deosebire de repertoare, punŃile pot reduce traficul, cauzat de ataşarea unui număr prea mare de calculatoare; o punte poate împărŃi o reŃea supraîncărcată în două segmente de reŃea separate şi cunoscând adresele MAC din fiecare segment, va transmite cadrele de date numai pe segmentul pe care se găseşte gazda respectivă, reducându-se astfel traficul pe fiecare segment şi îmbunătăŃind performanŃele ambelor reŃele.

Comutatoarele (switch-urile) sunt ca şi punŃile, unităŃi ale nivelului 2. Aşa cum hub-urile sunt denumite repetoare multi-port, aşa şi switch-urile sunt denumite punŃi multi-port. DiferenŃa între hub-uri şi switch-uri este că switch-urile iau decizii bazate pe adresele MAC, pe care hub-urile nu le cunosc, contribuind astfel la cresterea eficientei lucrului într-o reŃea LAN. Cu ajutorul switch-urilor se pot construi, topologii stea cu un număr nelimitat de gazde, deorece ele pot filtra traficul în reŃea şi chiar dacă au un număr limitat de porturi, la un port se poate conecta alt switch, la care putem lega gazde sau alte switch-uri ş.a.m.d.

ÎnlocuiŃi zona punctată cu termenii corespunzători. 1. O punte transferă cadrul de date în funcŃie de adresa ................ Pe măsură ce

traficul trece prin punte, informaŃiile despre ............... sunt stocate în memoria acesteia.

2. Singurele cadre pentru care nu se face filtrare sunt cele de tip ............., adică acelea destinate .......................

3. În cazul transmiterii ......................., se presupune că fiecare ............ care trebuie transmis conŃine adresa .............. de destinaŃie. Pentru a decide cum să transmită mai departe un cadru de date, switch-ul consultă o ............., care conŃine adresele ............... posibile şi ..................................... către ele.

4. Drumul urmat de un cadru de date este succesiunea de ............ prin care trece cadrul, de la ............... la .........................

5. Starea de .............neccesară într-un switch dintr-un ............. virtual, constă dintr-o intrare într-o ..................... pentru fiecare conectare.

M2.U2.8. Test de evaluare a cunoştinŃelor SelectaŃi varianta corectă. 1. Care dintre categoriile IEEE 802 definesc tehnologia token ring: a) 802.4. b) 802.6. c) 802.5. d) 802.7.

2. Care dintre categoriile IEEE 802 definesc reŃele metropolitane: a) 802.4. b) 802.6. c) 802.5. d) 802.7.

3. Care dintre subnivelurile nivelului legătură de date este responsabil de controlul accesului şi delimitarea cadrelor, detectarea erorilor şi recunoaşterea adreselor.

a) HUB. b) MAC.

c) Ethernet. d) LLC.

57

4. Care dispozitiv conectat la placa de reŃea detectează când cablul este liber şi direcŃionează semnalul când gazda îl transmite către mediul de comunicaŃie. a) HUB. c) Switch. b) Transceiver. d) Punte.

5. Care formulare este corectă: a) Adresa MAC are 48 de biŃi şi este dată exclusiv de o autoritate centrală.

c) Adresa MAC face ca placa de reŃea să se afle la nivelul reŃea.

b) Adresa MAC este introdusă în orice pachet care se transmite prin reŃea.

d) Adresa MAC are 8 octeŃi şi nu poate fi schimbată.

6. Legat de switch, care afirmaŃie este corectă: a) Este hub multiport.

c) Foloseste adresele MAC pentru a micsorarea numarului domeniilor de coliziune.

b) Este dispozitiv de nivel 3 d) Recunoaşte adresele IP 7. Fast Ethernet înseamnă viteză de transfer de: a) 1000 Mbps. b) 100 Mbps.

c) 10 Mbps. d) 11/22.

8. Pentru a transfera datele din calculator la placa de reŃea, calculatorul şi placa trebuie comunică prin intermediul: a) registrului de control CSR. c) registrului de control CSB. b) registrului de control SSR. d) registrului de control PCR.

9. Numărul de coliziuni şi de încercări de evitare a acestora este direct proporŃional cu: a) numărul de procese care se execută pe calculatoare din reŃea.

b) numărul de calculatoare din reŃea.

c) numărul de servere din reŃea. d) numărul de switch-uri din reŃea. 10. Care dintre metodele de acces la mediul de comunicaŃie nu este competiŃională: a) CSMA/CD. b) CSMA/AC. c) Transfer de jeton. d) Token Ring.

11. În cazul transmiterii neorientate pe conexiune a cadrelor de date, se presupune că: a) Fiecare cadru de date care trebuie transmis, este trimis gazdei următoare din reŃea.

b) Fiecare cadru de date care trebuie transmis, conŃine adresa completă de destinaŃie.

c) Fiecare cadru de date care trebuie transmis, este trimis următorului switch.

d) Fiecare cadru de date care trebuie transmis, este trimis următorului router.

58

M2.U2.9. Rezumat Pentru a fi legat într-o reŃea locală, orice calculator trebuie să conŃină componenta hardware numită placa de reŃea. Aceasta are un rol esenŃial în transformarea fluxurilor de date paralele, care circulă pe magistrala sistemului de calcul, în fluxuri seriale care circulă pe mediul de comunicaŃie.

Pentru adresarea calculatoarelor într-o reŃea locală, nivelul legătură de date utilizează adresa MAC, a cărei valoare coincide cu adresa plăcii de reŃea a gazdei respective.

Cadrele de date reprezintă structura prin care informaŃiile circulă prin mediile de comunicaŃie. În funcŃie de tehnologia de reŃea adoptată, de protocoalele utilizate, structura cadrului de date poate să difere. Pe lângă adresele MAC ale gazdelor sursă şi destinaŃie, un alt câmp de informaŃie obligatoriu este cel de verificare a corectitudinii transmiterii cadrului respectiv. Deoarece datele circulă printr-un mediu de comunicaŃie sub forma unor semnale, acestea pot fi influenŃate de semnale exterioare, care pot influenŃa datele transmise, deci este necesară verificarea corectitudinii informaŃiei transmise. Pentru aceasta, se utilizează biŃii de paritate sau metoda polinomului CRC.

Nivelul legătură de date oferă punŃile şi swith-urile, pentru conectarea a două segmente de reŃea, care realizează filtrarea cadrelor de date, pe baza faptului că ele recunosc adresele MAC ale gazdelor, deci transmit cadrele respective numai pe segmentele pe care se află gazda destinatar.

Deoarece mediul de comunicaŃie este partajat de către toate gazdele care compun o reŃea locală, accesarea cablului de către gazdele dintr-o reŃea care vor să transmită date, trebuie să se realizeze pe baza unor reguli bine stabilite. Metodele de acces permit gazdelor să transmită informaŃii pe mediul de comunicaŃie fără să se producă fenomenul de coliziune.

De-a lungul timpului, reŃelele de calculatoare au evoluat respectând nişte standarde specificate de diverse organizaŃii internaŃionale. Au fost lansate diferite tehnologii de reŃea (Ethernet, Token Ring etc.) care au Ńinut cont de tehnologiile existente la vremea respectivă în domeniul ştiinŃei calculatoarelor.