Tehnologia_informatiei_si_comunicarii_-_2_-_Structura_sistemelor_de_comunicatii

Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin P rogramul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 Investeşte în oameni!

TEHNOLOGIA INFORMAŢIEI ŞI COMUNICĂRII Structura sistemelor de comunicaţii

Bogdan I. D. CÂRSTOIU

2011

© 2011

Acest manual a fost elaborat în cadrul "Proiectului pentru Învăţământul Rural", proiect co-finanţat de către Banca Mondială, Guvernul României şi comunităţile locale. Nici o parte a acestei lucrări nu poate fi reprodusă fără acordul scris al Ministerului Educaţiei, Cercetării, Tineretului şi Sportului.

ISBN 973-0-04103-2

Cuprins

CUPRINS Introducere

de lucru

V

Unitatea de învăţare nr.1 DEFINIREA NOŢIUNILOR PRIVIND CANALELE DE COMUNICAŢIE PARALELĂ ŞI SERIALĂ OBIECTIVE 1.1 Introducere Test de autoevaluare 1.1 1.2 Comunicaţia paralelă 1.2.1 Portul paralel standard 1.2.2 Portul paralel bidirecţional Test de autoevaluare 1.2 1.3 Comunicaţia serială 1.3.1 Comunicaţie asincronă, comunicaţie sincronă 1.3.2 Caracteristici ale mediului fizic 1.3.3 Aspecte hardware 1.3.4 Întreruperi 1.3.5 Tipuri de echipamente seriale 1.3.6 Comunicaţia DTE - DTE 1.3.7 Standardul P1394 Test de autoevaluare 1.3 Sarcină 20 Lucrare de verificare Răspunsurile corecte1ale testelor de autoevaluare Bibliografie

de lucru

Unitatea de învăţare nr.2 COMUNICAŢIA UTILIZÂND REŢEAUA DE TELEFONIE OBIECTIVE 2.1 Comunicaţia prin modem 2.1.1 Lăţimea a canalului de bandă 2.1.2 Tehnici de modulare 2.1.3 Compresia datelor 2.1.4 Descoperirea şi corectarea erorilor 2.1.5 Standarde CCITT/ITU 2.1.6 ISDN 2.1.7 Controlul modemului Test de autoevaluare 2.1 2.2 Fax 2.2.1 Codificarea Huffman 2.2.2 Stabilirea comunicaţiei 2.2.3 Tratarea erorilor Test de autoevaluare 2.2 Sarcină Lucrarea de verificare 2 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Bibliografie

1 1 1 3 4 5 7 8 9 10 11 12 15 16 17 18 19 21 22 22 23 23 23

26 28 30 30 32 33 34 36 37 38 40 40 41 42 43 44 44 i

Cuprins

Unitatea de învăţare nr.3 PRINCIPIILE COMUNICAŢIEI ÎN REŢELE DE CALCULATOARE OBIECTIVE 3.1 Cazuri de utilizare reţele Test de autoevaluare 3.1 3.2 Considerente hardware, tipuri de reţele 3.2.1 Reţele locale 3.2.2 Reţele metropolitane 3.2.3 Reţele cu răspândire mare geografică 51 3.2.4 Reţele radio Test de autoevaluare 3.2 3.3 Programe de reţea 3.3.1 Interfeţe şi servicii 3.3.2 Servicii orientate pe conexiuni şi servicii conexiuni fără 3.3.3 Relaţia dintre protocoale şi servicii Test de autoevaluare 3.3 de lucruSarcin 3 ă Lucrarea de verificare 3 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Bibliografie Unitatea de învăţare nr.4 MODELE DE REFERINŢĂ OBIECTIVE OSI 4.1. Modelul de referinţă 4.1.1 Nivelul fizic 4.1.2 Nivelul legăturii de date 4.1.3 Nivelul reţea 4.1.4 Nivelul transport 4.1.5 Nivelul sesiune 4.1.6 Nivelul prezentare 4.1.7 Nivelul aplicaţie Test de autoevaluare 4.1 TCP/IP 4.2 Modelul de referinţă Test de autoevaluare 4.2 de lucruSarcin 4 ă Lucrarea de verificare 4 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Bibliografie

45 45 46 48 48 49 50 52 53 54 56 57 59 59 61 62 63 63 64 64

64 65 65 66 66 67 67 67 68 69 72 72 73 73 74

Unitatea de învăţare nr.5 STIVA DE PROTOCOALE TCP/IP OBIECTIVE 5.1 Descriere generala TCP/IP 5.1.1 Nivelul TCP 5.1.2 Nivelul IP Test de autoevaluare 5.1 5.2 Caracteristici ale nivelului fizic la TCP/IP 3.2.1 Tehnologia Ethernet 3.2.2 Conexiunea (FDDI) prin fibră optică 3.2.3. Asynchronous Transfer Mode (ATM) ii

75 75 76 77 79 80 80 80 82 83

Cuprins

Test de autoevaluare 5.2 5.3 Protocol Internet, datagrame Fig. 5.6 Structura serviciilor realizate de TCP/IP 3.3.1 Datagrame Internet 3.3.2 Alte câmpuri în header 3.3.3 Opţiuni datagrame Internet Test de autoevaluare 5.3 5.4 Rutarea Datagramelor IP Test de autoevaluare 5.4 de lucruSarcin 5 ă

84 84 85 86 92 92 95 96 103 104

Lucrare de verificare 5 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Bibliografie Unitatea de învăţare nr.6 INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL (ICMP) OBIECTIVE 6.1 Internet Control Message Protocol (ICMP) 6.1.1 Raportarea erorilor, corecţia erorilor 6.1.2 Distribuţia mesajelor ICMP Test de autoevaluare 6.1 6.2 Tipuri de mesaje ICMP 6.2.1 Testarea atingerii destinaţiei şi stării acesteia (PING) 6.2.2 Raport despre destinaţii neatinse 6.2.3 Congestia şi controlul fluxului pentru datagrame 6.2.4 Opţiunea de schimbare a rutei prin cerere la rutere 6.2.5 Detectarea circularităţii sau altor rute excesiv de lungi 6.2.6 Raportarea altor probleme 6.2.7 Ceasul de sincronizare şi estimarea timpului de transmisie 6.2.8 Cerere de informaţie prin mesaje de ecou Test de autoevaluare 6.2 6.3 Extensia adreselor subnet şi supernet 6.3.1 Implementări ale subreţelelor cu măşti 6.3.2 Rutarea în cazul subreţelelor Test de autoevaluare 6.3 de lucruSarcin 6 ă 129 Lucrare de verificare 6 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Bibliografie

106 107 107 108 108 109 109 110 112 112 112 113 114 115 116 117 118 118 119 121 125 126 128 130 131 131

Unitatea de învăţare nr.7 USER DATAGRAM PROTOCOL, TRANSPORT CONTROL PROTOCOL OBIECTIVE 7.1 Introducere 7.2 User Datagram Protocol (UDP) 7.2.1 Formatul mesajelor UDP 7.2.2 Multiplexare, Demultiplexare, Porturi Test de autoevaluare 7.2 7.3 Controlul siguranţei transportului 7.3.1 Proprietăţile serviciilor de distribuţie sigură 7.3.2 Realizarea siguranţei

132 132 132 133 134 136 137 137 137 139 iii

Cuprins

Test de autoevaluare 7.3 7.4 Transport Control Protocol 7.4.1 Porturi, Conexiuni şi Endpoints 7.4.2 Formatul segment TCP 7.4.3 Calculul sumei de control TCP 7.4.4 Controlul fluxului Test de autoevaluare 7.4 de lucruSarcin 7 ă Lucrare de verificare 7 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare

140 140 141 143 145 146 150 151 152 152

Bibliografie

153

Unitatea de învăţare nr.8 SOLUŢII CISCO IOS SOFTWARE OBIECTIVE 8.1 Componente Cisco 8.2 Cooperarea între reţele, produse 8.2.1 Routere 8.2.2 Servere de acces 8.2.3 Cisco LAN Extender 8.2.4 Adaptoarele PC 8.2.5 Comutatoare ATM 8.2.6 Comutatoare LAN 8.3 Produse de management 8.4 Multimedia 8.5 Soluţii Cisco Bibliografie

154 154 154 157 157 159 159 159 159 159 160 163 164 167

Bibliografie

174

iv

Introducere

INTRODUCERE Asistăm în ultimele decenii la un progres spectaculos al domeniului tehnologiei informaţiei, progres marcat atât prin diminuarea dimensiunilor unui sistem de calcul cât şi prin punerea în comun a resurselor în scopul desfăşurării de activităţi cooperative. Toate acestea necesită un activ schimb de informaţie între entităţile componente. Un sistem de comunicaţie asigură schimbul de informaţii, în formă electronică, între echipamente conectate printră

ă

o infrastructur Modulul “Structura comunica de cătresistemelor cursant dea ţii” urmadecvat ăreşte .dobândirea competenţelor de bază privind comunicaţia între echipamente autonome. În general sistemele mici au un raport preţ/calitate mult mai bun decât cele mari. Este unul dintre motivele pentru care sistemele mici sunt utilizate ca simple terminale ale sistemelor mari, dar trebuie asigurat conectivitate în orice moment. Schimbul de informaţii între entităţi necesită existenţa unei infrastructuri adecvate prin care se asigur ă o mai bună comunicare între angajaţii unei companii, transmiterea de documente la distanţă, accesul la informaţie de la distanţă, divertisment interactiv (video la cerere, jocuri, muzică), comunicaţii interpersonale prin e-mail sau videoconferinţe. Acest modul porneşte de la tratarea mediilor comunicaţiilor prin legături dedicate între două echipamente (mediu de tip fir de cupru sau infraroşu), legătura la distanţă prin intermediul reţelei telefonice şi legături specifice de tip reţea de calculatoare cu diverse răspândiri. Informaţiile ce sunt transmise unei persoane prin intermediul documentelor, în format tipărit sau electronic, pot fi organizate în mai multe forme: • Organizare liniară (de tip eseu) specifică operelor literare, pentru care este necesară parcurgerea secvenţială de la început la sfârşit. • Organizare ierarhică, arborescentă pe mai multe niveluri. Materialul este structurat pe capitole, cu secţiuni introductive şi secţiuni cu informaţii aprofundate. Este evident că cititorul poate să parcurgă textul cu urmărirea secţiunilor de interes. • Organizare asociativă în reţele de informaţii, similar memoriei şi gândirii umane. În acest caz con ţinutul este format din insule de informa ţii între care există legături. Materialul are în acest caz o structură de tip hipertext prin care cititorul poate urmării un anumit fir. Cu toate avantajele acestui mod de prezentare a informa ţiei există riscul pierderii firului informaţional de către cititor. Pentru modulul “Structura sistemelor de comunicaţii” s-a optat pentru organizarea ierarhică, structurată prin împărţirea conţinutului în unităţi de învăţare, fiecare dintre acestea tratând o problematic ă bine precizată. Modulul a fost împărţit în opt unităţi de învăţare dintre care numai 7 sunt obligatorii, ultima unitate fiind destinată v

Introducere

prezentării unei soluţii de comunicaţie adoptată de una dintre cele mai mari firme în domeniu. Fiecare unitate de înv ăţare este împărţită în secţiuni şi subsecţiuni şi tratează gradual tematica propusă. Unităţile de învăţare sunt ordonate ierarhic având un conţinut clar delimitat. Structura modulului Unitatea de învăţare nr. 1 este axata pe problematica comunica ţiei între echipamente pereche prin intermediul porturilor seriale şi paralele. După definirea noţiunilor de bază privind entităţile Data Terminal Equipment şi Data Comunication Equipment este tratată ţia prin portul paralel standard şi portul paralel comunica bidirecţional. Portul serial reprezintă un mediu fizic des utilizat la conectarea a două calculatoare sau la conectarea unui calculator cu un dispozitiv extern. Aspectele legate de comunicaţia serială sunt prezentate în ultima secţiune a unităţii de învăţare. Dupa fiecare secţiune este prezent câte un test de autoevaluare. Testul 1.1 este format din 5 subiecte cu câte 4 variante de r ăspuns din care una singura este corect ă, testele 1.2 şi 1.3 sunt constituite din câte 10 subiecte la care se marcheaz ă dacă afirmaţia este adevărată sau falsă. La sfârşitul unităţii de învăţare este definită o sarcină de lucru ce este punctată prin evaluare continuă.

Unitatea de învăţare nr.2 continuă tratarea comunicaţiei între echipamente pereche utilizând infrastructura specifică reţelei telefonice. Sunt incluse două secţiuni importante ce detaliază comunicaţia prin modem şi transmiterea de documente în format facsimil prin utilizarea tehnologiei de tip fax. Dup ă fiecare secţiune este inclus câte un test de autoevaluare cu 10 itemi. Testul 2.1 necesită completarea la fiecare item a cuvântului sau cuvintelor lipsă (cuvinte ce definesc noţiuni de bază). Testul 2.2 necesită marcarea stării de adevărat sau fals pentru fiecare item. O nouă sarcină de lucru ce contribuie la evaluarea continuă este introdusă la sfârşitul unităţii de învăţare. Unitatea de învăţare nr.3 constituie introducerea în domeniul comunicaţiei prin reţele de calculatoare. Prima sec ţiune a unităţii evidenţiază cazurile de utilizare a re ţelelor de calculatoare din punctul de vedere al utilizatorului. Sunt tratate apoi considerentele hardware privind realizarea reţelelor de calculatoare şi categoriile de reţele împărţite dupa răspândirea lor geografică. După prezentarea considerentelor hardware sunt investigate programele ţiunilor de interfa ţă, serviciu, de reţea în scopul Unitatea con ţine 3 definirii teste deno autoevaluare la finalul fiecărei protocol. secţiuni. Testul 3.1 constă din 4 itemi cu 4 variante de r ăspuns dintre care una singură corectă, testul 3.2 şi 3.3 au respectiv 10 şi 8 itemi la care se cere marcarea stării de adevărat sau fals. Şi aici a fost inclusă o sarcină de lucru pentru evaluarea pe parcurs.

Unitatea de învăţare nr.4 are un caracter fundamental teoretic în domeniul reţelelor de calculatoare tratând principalele modele de referinţă. În domeniul comunicaţiilor modelul de referinţă OSI este vi

Introducere

fundamental pentru stratificarea competenţelor. Modelul TCP/IP este un model operaţional în care nivelurile OSI sunt comasate. Protocoalele de comunicaţie actuale în reţelele de calculatoare implementează modelul TCP/IP a c ărui funcţionalitate este foarte importanta de înţeles. La nivelul celor dou ă secţiuni ce prezintă modelele de referinţă sunt incluse doua teste de autoevaluare având 4, respectiv 5 itemi la care se cere marcarea stării de adevărat sau fals. Pe baza modelului de referinţă TCP/IP unitatea de învăţare nr.5 permite să Dup studieze implementarea deă comunicacursantului ţie în reţele. ă prezentarea generalunui ă a protocol celor dou niveluri generice este tratat nivelul fizic la protocolul TCP/IP. În secţiunea 3 a unităţii se detaliază nivelul IP şi formatul datagramelor Internet având ca obiectiv înţelegerea principiilor de transport. Ultima secţiune introduce cititorul în problematica distribuirii datagramelor în Internet. Unitatea de înv ăţare conţine 4 teste de autoevaluare corespunzătoare celor 4 secţiuni. Primele 2 teste conţin câte 5 itemi cu răspuns adevarat/fals, următoarele 2 câte 10, respectiv 5 subiecte cu alegerea unui r ăspuns corect din 4 posibile. Sarcina de lucru aflată la sfârşitul unităţii cere elaborarea unui eseu de maximum 300 cuvinte. Orice transport de date este afectat de erori. O component ă importantă a nivelului IP este constituită din protocolul pentru controlul mesajelor (ICMP) tratată în unitatea de învăţare nr.6. După justificarea necesităţii protocolului ICMP şi a prezentării modului de distribuţie a mesajelor de eroare sunt enumerate principalele clase de mesaje ICMP. Datorită num ărului din ce în ce mai mare al calculatoarelor conectate la Internet a fost necesară o metodă pentru extinderea capacităţilor de adresare. Ultima secţiune a unităţii descrie o modalitate de extindere a spa ţiului de adresare şi implicaţia acesteia asupra distribuirii datagramelor. Cele trei secţiuni majore ale unităţii au asociate teste de autoevaluare. Testul 6.1 conţine 5 itemi la care se cere completarea unui cuvânt cheie, testul 6.2 con ţine 10 itemi cu răspunsuri multiple dar numai unul adevărat, iar testul 6.3, 5 itemi la care se cere marcarea stării adevărat sau fals. O sarcina de lucru a fost inclusă pentru sedimentarea cunoştinţelor acumulate. Unitatea de învăţare nr.7 tratează nivelul superior IP, nivel constituit şi din două protocoale “surori”:(TCP). User Este Datagram Transport Control Protocol tratat Protocol în prima (UDP) sec ţiune protocolul UDP care nu asigură controlul siguranţei transportului, se definesc apoi modalităţile de distribuţie sigură a mesajelor, după care este prezentată funcţionalitatea protocolului de comunicaţie sigură. La secţiunile 2, 3 şi 4 au fost incluse teste de autoevaluare având 5, 5 şi respectiv 10 itemi necesitând marcarea răspunsului ca fiind adevărat sau fals. O sarcina de lucru de tip eseu va contribuii atât la fixarea cunoştinţelor cât şi la o corectă apreciere a însuşirii cunoştinţelor.

vii

Introducere

Unitatea de învăţare nr.8 nu este obligatorie şi ca urmare nu are asociate teste de autoevaluare, sarcini de lucru şi lucrări de verificare. Am considerat necesară introducerea acestei unităţi pentru a familiariza cursantul cu principalele solu ţii de implementare a comunicaţiilor în viaţa reală. Pe parcursul modulului au fost combinate mai multe tipuri de teste de autoevaluare adaptate specificului sec ţiunii unităţii de învăţare. Au fost incluse teste de autoevaluare la care se cere indicarea stării unui item (adevărat A sau fals F), teste ce asociază cerinţei patru posibile răspunsuri dintre unui carecuvânt unul singur adevăcuvinte rat, teste la care se cere completarea sau a este mai multor întro afirmaţie. Pentru fiecare test de autoevaluare indiferent dac ă este format din 4, 5, 8 sau 10 întrebări au fost acordate 100 puncte, fiecare întrebare având acelaşi număr de puncte. O secţiune poate fi considerată însuşită daca la testele de 4 si 8 întreb ări au fost obţinute cel puţin 75 de puncte iar la testele cu 5 şi 8 întrebări s-au obţinut cel puţin 80 de puncte. Am considerat necesară introducerea sarcinilor de lucru la fiecare unitate de învăţare pentru fixarea cunoştinţelor. În modul au fost incluse 7 sarcini de lucru de tip eseu având întindere limitată la aproximativ 300 cuvinte. Sarcina de lucru se completează în spaţiul liber lăsat pentru aceasta şi se prezintă tutorelui pentru evaluarea pe parcurs. O sarcina de lucru poate aduce cursantului în evaluarea continuă 20 puncte, dintre care 5 puncte vor fi acordate pentru corectitudinea exprim ării, 10 puncte pentru calitatea argumentării şi 5 puncte pentru inventivitate. Un cursant poate avea propriul său ritm în parcurgerea materialului. Parcurgerea cursului se va face în ordinea unit ăţilor de învăţare şi în cadrul unităţilor în ordinea secţiunilor. Se recomandă în situaţia în care rezultatul unui test de autoevaluare nu atinge punctajul minim indicat reluarea parcurgerii secţiunii. Nu se va trece la efectuarea unei sarcini de lucru aferente unei unităţi de învăţare înainte de rezolvarea testelor de autoevaluare şi obţinerea punctajului minim cerut. Lucrări de verificare

Modulul conţine 7 lucrări de verificare localizate la sfârşitul unităţilor de învăţare obligatorii. O lucrare de verificare con ţine între 5 şi 10 întrebări totalizând 45 întrebări pe modul. Lucrările de verificare se redactează pe foi de hârtie separate şi vor fi transmise tutorelui pentru verificare. Pe durata cursului necesarepotcelfi predate puţin 2 întâlniri plus întâlnirea finală. Lucr ările sunt de verificare tutorelui la aceste întâlniri sau pot fi transmise prin alte mijloace de comunicare (fax, Internet, poştă).

Evaluarea lucrărilor de verificare

viii

Întrebările din lucrările de verificare necesită tratări ce se întind în medie pe o jumătate de pagină. Răspunsurile la aceste întrebări trebuiesc să fie clare şi bine argumentate. La evaluarea lucr ărilor se iau în consideraţie pentru fiecare răspuns la întrebare:

Introducere

• Claritatea exprim ării şi organizarea structurală a r ăspunsului

(10 puncte); • Utilizarea corect ă a termenilor de specialitate din domeniul tehnologiei informaţiei şi comunicaţiilor (15 puncte); • Completitudinea r ăspunsului (30 puncte). Un răspuns parţial va fi notat proporţional cu cantitatea de informaţie prezentată; • Calitatea argument ării afirmaţiilor (15 puncte); • Introducerea de elemente srcinale sau înv ăţate din bibliografia recomandată (10 puncte); • O bonificaţie de maxim 5 puncte dac ă lucrările sunt transmise la timp şi punctajul obţinut nu depăşeşte punctajul

maxim. Pentru o întrebare se pot ob ţine maximum 80 puncte. Numărul de puncte obţinut pentru un test este dat de suma punctajelor la toate întrebările testului împărţită la numărul de întrebări. Cumularea punctajului obţinut la lucrarea de verificare cu cel ob ţinut la sarcina de lucru poate aduce la o unitate de învăţare 100 puncte. Nu consider o unitate de învăţare mai importantă decât alta, motiv pentru care punctajele pentru fiecare unitate de învăţare au aceeaşi pondere. Pentru promovarea modulului cursantul trebuie s ă obţină la toate unităţile de învăţare cel puţin 50 puncte. Rezultatul final se obţine ca medie aritmetică simplă.

ix

Definirea noţiunilor privind canalele de comunicaţie paralelă şi serială

Unitatea de învăţare nr. 1 DEFINIREA NOŢIUNILOR PRIVIND CANALELE DE COMUNICAŢIE PARALELĂ ŞI SERIALĂ OBIECTIVE ......................................................................................................................... 1 1.1 Introducere ................................................................................................................... 1 de autoevaluare ............................................................................................... 34 1.2Test Comunica ................................................................................................... ţia paralelă1.1 1.2.1 Portul paralel standard ......................................................................................... 5 1.2.2 Portul paralel bidirecţional ................................................................................... 7 Test de autoevaluare 1.2 ............................................................................................... 8 1.3 Comunicaţia serială ..................................................................................................... 9 1.3.1 Comunicaţie asincronă, comunicaţie sincronă ............ ............. ............. .......... 10 1.3.2 Caracteristici ale mediului fizic............ ............. ............ ............. ............. ........... 11 1.3.3 Aspecte hardware ............................................................................................... 12 1.3.4 Întreruperi ............................................................................................................ 15 1.3.5 Tipuri de echipamente seriale........... ............. ............. ............. ............. ............. 16 1.3.6 Comunicaţia DTE - DTE ...................................................................................... 17 1.3.7 Standardul P1394 ................................................................................................ 18 Test de autoevaluare 1.3 ............................................................................................. 19 Sarcină de lucru ........................................................................................................... 20 Lucrare de verificare 1 .................................................................................................... 21 R ăspunsurile....................................................................................................................... corecte ale testelor de autoevaluare ............ ............. ............. ............ .... 22 22 Bibliografie

OBIECTIVE Această unitate de învăţare asigură cunoştinţe privind: • Principalele entităţi invocate în comunica ţia de date • Comunicaţia între două sisteme prin intermediul portului paralel (unidirec ţional şi bidirecţional) • Comunicaţia serială sincronă şi asincronă • Componentele hardware ale porturilor de comunicaţie

1.1 Introducere Un sistem de calcul p ăstrează date în format electronic. Pentru a ne familiariza cu principiile transmisiei de date este necesar ă precizarea existenţei mai multor entităţi implicate în comunicaţia de date (fig.1.1): DTE DCE

1. Data Terminal Equipment (DTE) ca fiind dispozitivul ce stochează date în format electronic; 2. Data Communication Equipment (DCE) ca fiind echipamentul prin intermediul căruia se realizează conectarea la o infrastructură de comunicaţie. 1


Din punct de vedere principial între dou ă sau mai multe echipamente pentru transmiterea de date este necesar ă existenţa unui canal de comunicaţie, canal ce poate fi atribuit unei anumite legături sau este partajat pentru mai multe leg ături. Se cunosc la acest moment, din punct de vedere al tehnologiei utilizate, următoarele filozofii privind transmiterea de date: Tipuri de conexiuni pentru transmiterea de date





Comunicaţie orientată pe conexiune - atunci când o conexiune alocată este utilizată şi plătită un anumit interval de timp, indiferent de volumul datelor schimbate între şi transmiţător. Acesta este cazul cunoscut în receptor telefonie când în urma apelului se creaz ă o conexiune între apelant şi apelat, conexiune care se închide doar dup ă ce apelantul închide conexiunea prin operaţia de punere a receptorului în furcă (hang-down). Aceeaşi situaţie se întâlneşte şi atunci când două echipamente sunt conectate prin portul serial sau portul paralel fie prin leg ătură de tip cablu, fie prin infrastructura specifică din telefonie; Comunicaţie orientată pe comutarea de pachete - atunci când informaţia transmisă pe infrastructura de comunicaţie este împachetată în pachete sau datagrame ce sunt transmise funcţie de încărcarea reţelei. Este remarcabil faptul că dac ă în primul caz o conexiune alocată ocupă linia şi încercarea de alocare a aceleia şi linii indică ocupat, în acest caz acelaşi canal poate fi partajat de mai mulţi utilizatori, bineînţeles cu limitarea lărgimii de bandă, a volumului de date transmis.

Tot din punct de vedere arhitectural în structura sistemelor de comunicaţii avem comunicaţii între echipamente pereche, numită şi comunicaţie punct la punct cât şi comunicaţie multipunct atunci când un DCE poate comunica prin aceeaşi infrastructură cu mai multe DCE.

Digital Termination Equipment

Digital Termination Equipment

Digital Communication Equipment

Infrastructură de comunicaţie

Fig. 1.1 Conectarea entităţilor

2

Digital Communication Equipment


În mod normal DTE este reprezentat de un sistem de calcul (indiferent de tipul s ău) iar DCE este un port de intrare ie şire standard sau un port de intrare ieşire constituit de un echipament specializat conectat pe magistrala sistemului. Porturile standard de intrare ieşire, din punctul de vedere al comunicaţiei cu exteriorul sunt porturi paralele sau seriale. Adaptoarele specifice prin care se crează canale de comunicaţie sunt cele de tip modem, fax modem sau adaptor de reţea. Test de auto evaluar e 1. 1

Alegeţi varianta corectă pentru următoarele întrebări. Fiecare întrebare valorează 20 de puncte. Punctaj minim: 80 1. Ce reprezintă DTE în comunicaţia de date?: a. Adaptorul de semnal pentru infrastructura de comunicaţie b. Tastatură specializată c. Echipament de calcul d. Magistrală de date

a. b. c. d.

2. Identificaţi rolul DCE în comunicaţia de date: Sistem pentru compresia de date Adaptorul de semnal între DTE şi infrastructura de comunicaţie Conector specializat Cablu coaxial

a. b. c. d.

3. O infrastructură de comunicaţie este realizată numai: Prin radio Prin reţeaua telefonică Prin fire de cupru Orice mediu de transmitere informaţie

4. O comunicaţie orientată pe conexiune: a. Asociază o conexiune la stabilirea comunica ţiei pe care o păstrează pe toată durata transferului de date b. Se ocupă canalul de comunicaţie funcţie de volumul datelor c. Poate fi utilizată de mai multe echipamente terminale d. Permite numai transmiterea de semnale audio 5. Comunicaţia orientată pe comutarea de pachete: a. Alocă un canal de comunicaţie până la transmiterea unui întreg pachet b. Nu permite transmisia de date c. Este specifică liniilor telefonice d. Ocupă canalul numai la trimiterea pachetelor 3


1.2 Comunicaţia paralelă În arhitectura sistemelor de calcul una dintre căile de comunicaţie cu exteriorul este realizată prin portul paralel. Toate porturile paralele trebuie să interacţioneze cu calculatorul personal din punct de vedere hardware cât şi cu propriul sistem de operare. Din punct de vedere hardware acesta este realizat prin circuitele logice specifice, circuite a căror funcţionalitate este gestionată prin acces la componente software. Interfaţa logică utilizată la toate porturile paralele este aceeaşi pentru toată familia de calculatoare personale. Structura standard include porturi de intrare/ieşire utilizate pentru transmiterea şi recepţia datelor de către programe prin porturile paralele. Fiecare port paralel al PC este conectat logic cu restul sistemului prin porturi de intrare/ieşire. Unitatea centrală preia datele ce sunt trimise către portul paralel din memoria intern ă şi le transmite către portul specific de I/O. Alte două porturi auxiliare sunt utilizate pentru gestionarea semnalelor de control. Prin monitorizarea acestor semnale între calculator şi dispozitivul extern se controlează schimbul de date între sistem şi dispozitivul extern. Pe parcursul timpului au fost dezvoltate, cu succes, trei standarde pentru portul paralel. Toate însă utilizează acelaşi tip de conector, constituind o interfaţă standardizată. Portul paralel standard este sinonim cu portul pentru imprimantă (printer port) al cărui nume este descris prin îns ăşi numele acestuia. Portul este numit paralel deoarece utilizează câte un conductor distinct pentru fiecare bit de date, necesitând pentru transferul unui octet opt linii independente grupate în acela şi cablu, numit şi cablu paralel. Teoretic, existând opt fire viteza de transmitere a datelor este de opt ori mai mare fa ţă de transmiterea aceloraşi informaţii printr-un singur fir. Practic însă acest avantaj este chiar mai mare. Dacă facem referire la o vitez ă de comunicaţie serială de 115,200 biţi pe secundă la portul paralel transmisia este de peste 100 de ori mai rapidă. Port paralel unidirecţional

Port paralel bidirecţional

Primul port paralel cunoscut sub numele de Standard Parallel Ports a operat cu o viteză mare la momentul apariţiei, între 50 şi 150 kilobaiţi pe secundă, viteză ce este considerată ca fiind modestă în zilele noastre. Pe de altă parte, portul paralel standard permite doar transmiterea de informaţie dinspre calculator către un periferic. A doua generaţie denumită PS/2 Parallel Port implementează o comunicaţie paralelă în ambele sensuri permiţând conectarea diverselor echipamente ce pot să recepţioneze sau să transmită ăţii portului date. altă Enhanced îmbunătăţParallel ire a func realizatOă prin Portţionalit ce aduce avantajeparalel majore este prin creşterea vitezei de transfer, până la 2000 kilobaiţi pe secundă.

4


1.2.1 Portu l paralel stand

Adrese rezervate pentru portul paralel

ard

Portul paralel reflectă conceptul hardware a modului în care comunicaţia se desfăşoară. Un semnal este emis de un echipament ce este conectat cu o alt ă locaţie aflată la distanţă prin intermediul unui cablu de conexiune, comunicaţia fiind de tip pereche punct la punct. Pentru fiecare semnal ce este schimbat între cele două locaţii este asigurat un fir suplimentar. Opt semnale de date circula pe 8 fire separate pentru transferul simultan a 8 biţi şi o serie de alte semnale sunt schimbate între cele două echipamente pentru controlul fluxului de date. Trei game de adrese de I/O sunt rezervate pentru portul paralel (03BC, 0378, 0278). În orice sistem fiecare dintre aceste adrese pot fi asignate la un singur port paralel, iar dou ă porturi paralele pot utiliza în comun aceea şi adresă de bază. Dacă ne referim la portul paralel, pentru calculatoare din familia PC, utiliz ăm numele de LPT1, LPT2, LPT3 (Line Printer), numele PRN fiind echivalent cu LPT1. Aceste nume logice nu sunt neapărat necesare să se potrivească cu adresele de bază de I/O. La pornirea calculatorului codul BIOS al fiec ărui sistem caută portul paralel la fiecare dintre aceste adrese într-o ordine predefinită. Primul port paralel care este găsit este asignat cu numele logic LPT1, al doilea ca LPT2, respectiv LPT3. Două întreruperi hardware sunt utilizate în conjuncţie cu portul paralel pentru a gestiona comunicaţia. Întreruperea 07 (hexa) este asignată la primul port paralel şi 05(hexa) este asignată la al doilea port paralel. Deoarece portul paralel este inclus în configura ţia standard în foarte puţine cazuri apar alte porturi paralele, dac ă au fost adăugate porturi adiţionale, însă numărul acestora nu poate excede numărul de trei.

Conectorul standard utilizat pentru portul paralel este de tip D şi are Semnificaţia semnalelor portului 25 pini, liniile aferente fiind alocate următoarelor categorii de semnale: paralel 





Linii de date (8 linii) utilizate pentru transferul bi ţilor de date cu reprezentare TTL (1 logic - valoare “high”, 0 logic - valoare “low”). Linia strobe este materializată ca un puls cu valoare 0 logic şi indică faptul că un cuvânt de date este disponibil pentru dispozitivul extern ce utilizează aceste date. Cele două echipamente conectate prin portul paralel operează în mod asincron, în momentul la care datele sunt disponibile semnalul strobe devine 0 logic anunţând prin aceasta receptorul că are date disponibile. Linia busy este transmisa de către dispozitivul extern, de regulă imprimantă, pentru a indica calculatorului faptul c ă nu pot fi transmise date în continuare dispozitivului extern, acolo fiind necesară prelucrarea lor. Semnalul busy r ămâne în starea 1 logic atâta timp cât dispozitivul extern nu este pregătit să primească date. Calculatorul verifică starea liniei busy înainte de a încărca noi date la portul paralel. 5

Definirea noţiunilor privind canalele de comunicaţie paralelă şi serială 

















6

Linia de confirmare (acknowledge) este un semnal transmis de către printer indicând faptul că un cuvânt de date a fost corect recepţionat de către printer. Normal acest semnal este 1 logic şi devine 0 logic ori de câte ori echipamentul receptor a recepţionat corect un cuvânt şi este pregătit să primească un nou cuvânt. Linia de răspuns (feedback) este utilizată pentru a transmite calculatorului diverse informaţii privind funcţionarea dispozitivului extern. Semnificaţia uzuală este de a indica faptul că imprimanta este gata pentru a primi un nou job. ă imprimanta este selectat ă, Linia selectcăindic însemnând esteăîn faptul starea con-line, gata pentru a recep ţiona date. Multe dintre imprimantele mai vechi au pe panoul frontal o tastă prin care se pune în starea on-line, stare pe care o transmite şi calculatorului la care este conectată. Dacă dispozitivul extern nu este o imprimantă, el trebuie să fie capabil să emită un semnal corect pe linia select prin care s ă specifice că este în stare on-line. Linia lipsă hârtie (paper empty) indică faptul că în imprimantă nu există hârtie pentru tipărirea datelor recepţionate. O modalitate de a indica o astfel de situa ţie poate fi realizată prin starea liniei busy, îns ă pentru a furniza o informaţie completă şi a ajuta utilizatorul să întreprindă o măsură adecvată a fost necesară introducerea acestei linii suplimentare. Linia eroare (fault) este utilizată pentru a raporta alte probleme ale dispozitivului extern cum sunt erori de conexiune prin contacte imperfecte, eroare de tractor a hârtiei, nesincronizarea capului de scriere etc. În mod normal linia este în starea 1 logic şi este trecută in starea complementară, 0 logic, ori de câte ori o astfel de problem ă apare. Liniile de control (computer control) reprezintă trei linii suplimentare ce au fost introduse la familia PC pentru a controla diverse funcţionalităţi ale dispozitivului conectat prin intermediul portului paralel. Linia iniţializare permite aducerea imprimantei la o stare iniţială având aceeaşi semnificaţie cu un semnal de reset. În mod normal prin comenzi adecvate imprimanta poate fi programată să schimbe tipul de font, distan ţa faţă de margini etc, revenirea la formatul implicit fiind determinată de starea acestei linii.

Liniainactivarea select intrare input)depoate determina activarea sau recep(select ţiei de date la calculator. Linia salt la linia următoare (auto feed XT) permite, funcţie de tipul imprimantei, interpretarea unui caracter CR (carrige return) ca revenire la început de rând sau ca o combina ţie CR-LF (line feed), adică şi trecere la linia următoare prin avansarea hârtiei.


Porturi de I/O asociate canalului de comunicaţie paralelă

Semnalele portului paralel sunt controlate de un set de trei porturi de I/O ale calculatorului setate în mod particular pentru fiecare model de calculator, chiar dacă în exterior funcţionalitatea este aceeaşi. Portul de I/O asignat la adresa de baz ă serveşte ca port de date. Cei 8 biţi sunt obţinuţi din magistrala de date a sistemului. Valoarea stocat ă este păstrată în acest port până când procesorul înscrie un nou cuvânt de date. Următorul port dispus la offset 1 faţă de adresa de bază este numit şi registrul de stare al imprimantei (printer status register). Biţii aferenţi acestui port primesc mesajele de răspuns de la imprimantă către calculator. Al treilea port de I/O cu offset 2 faţă ă este numit registrul de control al imprimantei de adresa de baz (printer control register). Prin biţii acestui registru se comandă procesorul privind controlul imprimantei. Viteza de operare maxim ă a portului paralel standard este determinată de un număr de factori. Chiar cablul de comunicaţie, prin construcţie şi lungime determină frecvenţa semnalelor ce pot fi transportate între cele două echipamente.

1.2.2 Portu l p arale l b idirec ţional

Transfer DMA

Deoarece portul paralel standard a fost dezvoltat doar pentru transferul de date de la calculator către o imprimantă se spune că asigură transferul într-un singur sens. După prima versiune de PC a fost integrată o nouă variantă care include un port paralel cu operare bidirecţională. Din punct de vedere funcţional acest port este compatibil cu portul paralel standard. Pentru implementarea portului bidirecţional a fost necesară schimbarea registrului de date unidirecţional existent în modelele anterioare. Pe lâng ă implementarea operării bidirecţionale, la PS/2 s-a crescut volumul schimbului de date prin serviciul numit şi bus mastering. În sistemele cu porturi paralele bus mastering, transferul de date c ătre portul paralel poate fi făcută cu utilizarea controllerului DMA (Direct Memory Acces), fără intervenţia microprocesorului. Prin deplasarea responsabilităţii către DMA procesorul este eliberat de o serie de sarcini, fapt ce duce atât la cre şterea vitezei de comunicaţie cât şi a vitezei de calcul. Când portul bidirec ţional a fost adăugat viteza de transfer a fost considerată ca fiind neimportantă. Acest lucru însă a încurajat alţi producători să dezvolte programe care să utilizeze capabilităţile portului paralel pentru migrarea datelor între echipamente. Enhanced Parallel Port (EPP) creşte viteza prin două mecanisme: interfaţă logică bazată pe flux, definirea explicită a parametrilor electrici. a fostpoate creatcomuta ca un superset pentru portul paralel standard. Un EPP registru funcţionalitatea, fiind programat ca port standard paralel, bidirecţional sau enhanced cu funcţionalităţi adecvate pentru cele trei standarde. Cu acest chipset se poate controla, prin software, modul de operare al portului paralel, funcţie de programarea portului fast parallel port control register: bitul 7 modul de operare, bitul 6 operare unidirec ţională sau bidirecţională. Spre deosebire de portul paralel standard, EPP utilizează opt porturi de I/O pentru controlul transferului de date. 7


Primul nou port, cu offset 3 fa ţă de adresele de baz ă este utilizat pentru selecţia operaţiilor la dezvoltările ulterioare ale specificaţiilor pentru EEP. O situaţie este cea prin care se transmite adresa de selecţie a unui echipament ce este conectat pe acela şi cablu paralel. Următoarele patru porturi servesc ca buffer de date pentru EPP, date ce pot fi înscrise printr-o singur ă instrucţiune de transfer a unui cuvânt de 32 biţi. Din punct de vedere conexiune EPP utilizează acelaşi tip de conector, asignarea pinilor fiind identică cu cea a conexiunii standard. Pe lângă asignarea pinilor aferentă portului standard un număr de 5 linii suplimentare sunt adăugate, cu următoarea semnificaţie: Linia write semnal ce este activ în starea 0 logic şi indică faptul ca datele sunt transmise pe liniile de date ale portului. Linia data strobe indică faptul că semnalele pe cele opt linii de date conţine date valide şi pot fi citite. În operare normală, un calculator sau alt echipament care trimite date prin portul EPP activează mai întâi liniile de date şi după ce valorile semnalelor au fost stabilite activează linia data strobe. Linia address strobe realizează o funcţie similară cu semnalul data strobe. Prezenţa semnalului indică faptul că valorile plasate pe liniile de date reprezint ă o adresă ce va fi utilizată pentru selecţia unui registru sau echipament conectat pe magistrală. Linia wait este utilizata pentru a indica faptul c ă transferul de date s-a încheiat cu succes şi că echipamentul selectat este gata pentru un nou transfer. Linia interrupt este utilizat de echipamentul conectat la EPP pentru cererea unei întreruperi de la calculatorul gazdă. 



Semnale suplimentare la portul paralel bidirecţional







Specificaţia EPP permite ca patru alţi pini utilizaţi la portul standard să aibă semnificaţii speciale pentru Paper End, Select, Error, Initialize. Este de remarcat faptul că pentru performanţe ridicate este necesară utilizarea de cablu dublu ecranat care nu trebuie s ă depăşească lungimea de doi metri.

Test de auto evaluar e 1. 2

Alegeţi varianta corectă pentru următoarele întrebări. Fiecare întrebare valorează 10 de puncte. Punctaj minim: 80

Adevărat / Fals A/F 1. Un cablu paralel are pentru transmisia de date 3 fire. A/F 2. LPT1 este numele primului port paralel din configuraţia unui calculator personal. A/F 3. Portul paralel poate transporta date în ambele sensuri. 8


A/F 4. Adresa portului/porturilor paralele la calculatoarele din familia PC este fixă sau se atribuie de către BIOS la pornirea calculatorului. A/F 5. Există proceduri pentru controlul fluxului de date prin portul paralel. A/F 6. EPP poate utiliza DMA pentru transmiterea/recepţia datelor. A/F 7. Conectorul asociat portului paralel este dependent de standardul de comunicaţie. A/F 8. Linia busy este transmisa de c ătre dispozitivul extern pentru a indica faptul că aşteaptă noi date. A/F 9. EPP are în componenţă buffer de date. A/F 10. Semnalele electrice la portul paralel sunt în gama -12 +12 V.

1.3 Comunicaţia serială

Standard comunicaţie serială RS-232

Portul serial este considerat ca o modalitate uzuală pentru transferul de date între calculatoare. Chiar şi cele mai primitive calculatoare beneficiază de o astfel de modalitate de transfer al datelor. La calculatoarele personale s-a utilizat o serie de nume pentru portul serial cum sunt port asincron de comunicaţie de date (asynchronous data communication port), port asincron (asyn port) sau comm port. Marea majoritate a legăturilor seriale acceptate în industrie operează sub standardul RS-232C sau simplu RS-232. Indiferent de numele asociat portului serial acesta asigura aceleaşi, sau cel puţin o serie, de funcţionalităţi comune. În toate cazurile se transfer ă cuvinte de 8, 16 sau 32 biţi pe magistrala de date a sistemului, bi ţi ce sunt transportaţi în exteriorul maşinii ca o serie lungă. Biţii dintr-un cuvânt de date paralel sunt codificaţi prin poziţia lor, linia magistralei de date prin care se transferă conferă acestora o anumită semnificaţie. Cel mai semnificativ bit este transportat pe linia de date cu cea mai semnificativă valoare. La portul serial semnificaţia este determinată de poziţia acestuia în şirul de date transferat, fiecare bit având alocată o cuantă de timp şi ca urmare poziţia unui bit în şirul de pulsuri determină valoarea asociată. Ultimul puls din şir reprezintă cel bit.ă şÎntr-o lume singur circuit cu douămai firesemnificativ (o linie serial i o linie de perfect masă)ă,arunfi suficient ă pentru transferul semnalului serial de la o surs ă la destinaţie. Desigur că, o astfel de situaţie nu este posibilă întrucât liniile de semnal sunt afectate de zgomot. Stabilirea unei comunicaţii sigure necesită adăugarea unor biţi suplimentari pentru a detecta erori sau alte situaţii de funcţionare anormală.

9


1.3.1 Com uni ca ţie a sincro n ă, comunica

ţie sincro n ă

Două metode cheie pentru transmisia serial ă sunt utilizate pentru a preîntâmpina erorile de comunicaţie: comunicaţia sincronă şi comunicaţia asincronă (synchronous and asynchronous communication). La comunicaţia sincronă transmiţătorul şi receptorul sunt sincronizate prin intermediul unui alt tip de semnal auxiliar astfel încât ambele terminale se gasesc la acelaşi moment în acelaşi pas. Un ceas sincronizat între transmiţător şi receptor precizează timpul, foarte precis, prin care separă fiecare bit în şir. Un bit suplimentar ţa sau eronat bit absent uşor detectat prezen absenţasau bitului duce lavao filungime a şiruluideoarece neaşteptat ă. Aceast ă tehnică a fost utilizată pentru prima oară în sistemele mari. Sistemele sincronizate eşuează atunci când sistemele pierd semnalul de sincronizare ceasuri. Şirul de date este interpretat în acest caz ca un zgomot.

Formatul unui frame la comunicaţia serială

O alternativă este cea de a adăuga marcaje în şirul de date pentru a ajuta detectarea biţilor de date. Un marcaj poate indica, de exemplu, poziţia asignată a unui bit. Un bit întâlnit f ără marcaj va fi considerat eronat. Cu toate aceste avantaje o astfel de solu ţie necesită două semnale pentru fiecare bit de date (data efectiv ă si marcajul). Mult mai aplicabilă este o metodă prin care marcajul indică începutul unui şir scurt de biţi, iar poziţia fiecărui bit este determinată de intervalul de timp faţă de un marcaj pe baza unui interval de timp regulat. Această abordare este similară cu cea a metodei sincrone cu deosebirea că sincronizarea se face după marcaje la şir scurt de biţi. Sosirea marcajului anunţă sistemul receptor începutul şirului scurt de biţi şi porneşte un ceas. Transmiterea semnalului de sincronizare este eliminată prin restartarea ceasului dup ă fiecare marcaj. Acest ceas sincronizat pe timp scurt constituie elementul de bază al comunicaţiei asincrone deoarece sistemele nu trebuiesc sincronizate foarte precis. Pentru perioade scurte de timp decalajul ceasurilor nu crează probleme la interpretarea datelor. În cele mai multe sisteme asincrone datele sunt încapsulate în pachete mici de regulă de un octet. Fiecare dintre aceste pachete poartă denumirea de cuvânt şi are lungimea de 7 sau 8 bi ţi. Se utilizează lungimea cuvântului de 8 biţi pentru transmisia de date si respectiv 7 bi ţi pentru comunicaţia de tip text, ce conţine numai caractere ASCII ce sunt reprezentate pe 7 biţi. Biţii cuvântului sunt transmişi câte unul la fiecare interval de timp pe canalul de comunicaţie, cel mai puţin semnificativ bit fiind ă cuvântul primul plus, pe lâng date se transmite un puls detransmis. lungime În dubl ă numit şi bit de start de ce marcheaz ă începutul cuvântului de date; un bit de stop indicând sfârşitul cuvântului. Între ultimul bit al cuvântului de date şi primul bit de stop este inserat adesea un bit de paritate pentru verificarea corectitudinii datelor recepţionate. Împreună cu biţii de date, bitul de start, bitul de paritate si bitul de stop formează ceea ce se numeşte cadru sau pachet (frame).

10


Controlul corectitudinii prin paritate

Sunt necesare câteva precizări referitoare la bitul de paritate. Metoda de detecţie a erorii prin paritate se bazează pe numărarea biţilor în starea şi determinarea numărului acestora dacă este par sau impar. La paritatea impară, bitul de paritate este setat când numărul de biţi în starea 1 logic din cuvânt este impar. Paritatea pară alocă starea 1 logic pentru bitul de paritate când num ărul de biţi în starea 1 logic din cuvântul de date este par. În mark parity bitul de paritate este 1 logic indiferent de numărul de biţi ai cuvântului de date. Space parity lasă totdeauna bitul de paritate în starea 0 logic. Cazul fără paritate arată c ă în frame nu există spaţiu rezervat pentru bitul de paritate. Trebuie remarcat prinnum bitul paritate fi detectate doar erorile simple, adicăfaptul erori claă un ărde impar de bipot ţi (1, 3, 5..). Schimbarea stării unui număr par de biţi ai cuvântului de date nu poate fi detectată prin controlul de paritate.

1.3.2 Caracteristici

ale mediul ui fi zic

Toţi biţii semnalelor seriale ale standardului RS232 sunt trimi şi pe linia de date serială ca pulsuri de potenţial negativ comparativ cu potenţialul pozitiv, normal menţinut pe linia de date. Prezenţa unui bit al cuvântului serial va întrerupe poten ţialul pozitiv cu un scurt puls negativ.

Viteze de comunicaţie serială

O altă caracteristică importantă o oricărei comunicaţii seriale este viteza de transmitere a biţilor pe liniile seriale. Forma standard de definire este foarte simplă, fiind dată de numărul de biţi pe secundă transmişi, unitatea de măsură fiind biţi pe secundă sau bps. Din raţionamente arbitrare numărul de biţi pe secundă este standardizat, viteza minimă uzuală fiind de 300 bps. Vitezele superioare se ob ţin prin multiplicarea cu 2 sau eventual 1,5 a vitezei anterioare. Astfel se obţin viteze de 600, 1200, 2400, 4800, 7200, 9600, 14400, 19200, 33600 etc. Viteza de comunicaţie este dependentă de BIOS prin software-ul aferent, cât şi de limitările impuse de circuitele utilizate în implementarea hardware a portului serial. Pentru a nu ocupa procesorul, din punctul de vedere al timpului de calcul, în sistemele cu magistrală internă Micro Channel, EISA, VL bus si PCI se utilizează tehnologia bus-mastering DMA (direct memory access). Prin acest procedeu viteza creşte până la 38400. Nici chiar această ă pentru viteză nu şeste limitat ia prin alteă terminale i poate ajunge până lacomunica 115200 ţbps. Altemodem strategiisau adaug inteligenţă portului serial prin tehnologia enhanced serial port, permiţând o viteză de comunicaţie mare fără a compromite controlul fluxului de date. În viitor o nou ă conexiune serială, bazată pe standardul P1394, promite creşterea vitezei până la 100 milioane bps.

11


1.3.3 As pecte h ardw are

Elementul principal în implementarea portului serial este un circuit special care transformă semnalele paralele transmise prin magistrala sistemului într-un tren de impulsuri seriale. Iniţial s-a utilizat circuitul I8250 ce asigură o viteză scăzută şi a fost utilizat la PC AT din primele generaţii. Dacă un sistem primeşte date cu o viteză prea mare se produce o eroare de supraînscriere, numit ă şi overrun error. Implementare port Succesorul său 16450 păstrează compatibilitatea din punctul de serial vedere al registrelor interne, cu 8250 ins ă, poate asigura o viteză mare de comunicaţie. O îmbunătăţire majoră este adusă la circuitul 16550 care, spre deosebire de precedentele componente care au un singur buffer de caractere, este dotat cu o stiv ă FIFO (first in first out) de 16 cuvinte. Cu această facilitate suplimentară 16550 poate recepţiona caractere cu 1440 microsecunde înainte ca overrun error să apară. Acest buffer nu intră automat în acţiune, la reset este iniţializat într-o variantă similară cu 8250 având un buffer de un singur caracter. Un nou registru, numit FIFO control register, ce poate fi numai scris, este adăugat pentru a se activa facilitatea de stivă. De asemenea, a fost adăugat un timer intern pentru a genera întreruperi către PC pentru a prelua cuvintele din buffer după o perioadă aproximativ egală cu timpul necesar pentru recepţia a patru caractere. Componentele hardware utilizate la construcţia celor mai multe calculatoare personale includ dou ă porturi de comunicaţie serială. De exemplu 16C552 produs de către Western Digital ă douastfel ă circuite şi un port paralel într-un singur chip, combin 16550 hardware. simplificând proiectarea

Enhanced Serial Port este o tehnologie prin care se asigur ă o creştere adecvată a vitezei, dar şi alte facilităţi. Pentru comunicaţia de mare viteză bufferul de 16 biţi aferent UART 16550A poate fi neadecvat. Pentru a rezolva această problemă Hayes Microcomputer Products (cunoscut în lumea comunica ţiilor prin modem) a creat adaptorul enhanced serial port (ESP) care face ca 16550A să poată manipula un buffer de transmisie şi recepţie prin intermediul unui coprocesor ce asigur ă controlul comunica ţiei. ESP operează cu două moduri distincte: compatibility mode cu funcţionalitate complet similară cu portul standard serial şi enhanced mode ce păstrează avantajele unui buffer de dimensiune mare. Ca opţiune implicită modul compatibil ESP operează ca un buffer de un singur octet. Cu o comandă corespunzătoare ESP va opera în modul ă în enhanced cu un buffer preia de 16controlul biţi. Când ESP opereaz coprocesorul bufferului cu dimensiunea de 1024mode bai ţi. Acest buffer controlează schimbul de informaţie cu portul şi poate prelua controlul transferului DMA cu ma şina gazdă. Poţi controla activitatea portului ESP prin intermediul registrelor utilizând setul de comenzi Hayes numite şi Enhanced Serial Interface specification. Comenzile ajung la portul ESP prin intermediul unui set de 7 porturi de I/O ce controlează 12 registe de 8 bi ţi. Poţi asigna orice adresă de bază pentru porturile de I/O ESP cu singura restricţie de a nu avea un conflict cu alte periferice.

12


Semnificaţia registrelor ESP: Registre Enhanced Serial Port

















Registrul ready este un registru de 8 bi ţi în care fiecare bit corespunde stării unui registru care necesită sau nu să fie citit. Un bit în starea 1 logic indică faptul că registrul asociat conţine date ce nu au fost citite. Bitul este trecut automat în starea 0 în momentul în care registrul asociat bitului este citit. Registrul service ID , indică motivul pentru care ESP a trimis o întrerupere la calculatorul gazdă. Conţinutul registrului indică natura întreruperii şi portul care necesită servire. Amintesc ării unei întreruperi: bufferul de câteva generde recepţiedintre trebuiemotivele citit, bufferul transmisie este gol, transferul DMA a fost încheiat, a ap ărut o eroare de transmisie. Acest registru este primul citit atunci când calculatorul tratează o întrerupere de comunicaţie. Registrul de recep ţie (received data) este cel prin care receptorul preia datele primite prin portul ESP. Fiecare port din cele două porturi ESP are propriul registru de recep ţie de 8 biţi. Registrul de transmisie ( transmit data) este portul prin care transmiţătorul trimite datele la ESP pentru a fi puse pe linia serială. Similar cu registrul de recep ţie la două porturi ESP sunt asociate două registre. Pentru compatibilitatea cu 8250 registrul de transmisie şi cel de recepţie împart aceeaşi adresă de bază, unul poate fi numai înscris iar celălalt numai citit. Registrele de comenzi ( command), în număr de două, pentru ambele porturi ESP cu funcţionalităţi comune. Command 1 pentru transmiterea codului comenzii şi command 2 pentru argumentul comenzii (datele aferente). Registrele de stare ( status), registre pereche, ce împart funcţionalităţile între cele două porturi ESP prin care se ob ţine răspunsul asupra efectuării unei comenzi transmise prin registrele de comenzi. Registrul transmisie DMA ( DMA transmit) precizează canalul pentru controlerul DMA utilizat de către ESP la transmiterea datelor. Registrul recep ţie DMA (DMA receive) constituie calea prin care controlerul DMA utilizat la recepţia datelor de la ESP. Ambele registre împart acelaşi domeniu de adresă.

şte 30 comenzi Hayes SerialComunica Interface ţdefine prin cele 12Enhanced registre ESP. ia cu exteriorul pe undescrise canal serial necesită un circuit de conversie a tensiunii (serial line driver) de la gama 0;5V la o gama de tensiune superioară (-12;12V). Pentru accesul la resursele UART procesorul trebuie să transmită comenzi către acesta prin intermediul porturilor de I/O. La PC pentru fiecare UART sunt asignate câte un bloc de 8 adrese de I/O chiar dac ă numai 7 sunt utilizate. Adresele disponibile pentru porturile seriale sunt, de regulă, ascunse de către sistemul de operare. La pornirea

13


calculatorului, BIOS caută existenţa porturilor de comunicaţie serială, asignează adresa de bază şi numele asociat (ex. COM1,..., COM4 sau SERIAL1,..., SERIAL8) funcţie de sistemul de operare instalat. Registrul aflat le adresa de baz ă pentru fiecare port serial este utilizat pentru comunicaţia de date. Octeţii care reprezintă date sau comenzi sunt transferaţi către şi de la UART prin instruc ţiuni ale procesorului de tip OUT, respectiv IN. Urm ătoarele 6 adrese sunt utilizate de alte registre ale portului serial, în ordinea: Interrupt Enable Register, Interrupt Identification Register, Line Control Register, Line Status Register, Modem Status Register. Registrul ă de bază cu adresa numit Divizorregistrele Latch împarte aceea şisau adres utilizatăşi pentru de transmisie recep ţie şi este accesibil funcţie de setarea biţilor în Line Control Register. Acest registru memorează valoarea divizorului ce determin ă viteza de operare a portului serial. Orice valoare încărcată în latch este multiplicată prin 16. Produsul rezultat este utilizat pentru a diviza semnalul de ceas recepţionat de UART, prin care se stabileşte viteza de comunicaţie. Registrele nu stochează numai valorile utilizate de UART, ci raportează sistemului şi modul în care conversaţia serială progresează. Un exemplu este registrul de stare care arată dacă un caracter încărcat pentru a fi transmis a fost expediat sau un caracter a fost recepţionat. Este o practică curentă modificarea manuală a valorilor stocate în aceste registre sau propria reprogramare. În aceste cazuri nu trebuie uitat faptul că modificările afectează parametrii cum sunt lungimea cuvântului, paritatea, numărul biţilor de stop.

Pe de altă parte UART interacţionează cu alte semnale prin care se controlează operarea pentru conversaţia serială. Controlul conversaţiei este manipulat prin tensiunea ce apare sau este recepţionată la conectorul asociat portului serial. Fiecare interfaţă serială este în conversaţie cu interfaţa serială pereche. Chiar dacă în mod uzual spunem că un echipament este transmiţător şi celălalt receptor rolurile acestora se pot schimba în timp. Pentru ca schimbul de date să se efectueze cu succes este necesar ă o anumită sincronizare între parteneri. Dacă transmisia este foarte rapidă şi receptorul nu are capacitatea de a procesa datele în timp adecvat acestea vor fi pierdute. Este necesar ca sistemul receptor s ă semnalizeze transmiţătorului să aştepte până când receptorul este gata să capteze datele. O serie de tehnici controlează fluxul datelor seriale, tehnici ce sunt numite metode de conversa ţie agreate de ţie simplreceptor ă este cea metodele de special transmitere datelor. solusistemul de a utiliza o linie ă de a semnal peOcare o poate utiliza pentru a indica faptul că este gata de recepţie. Deoarece metoda utilizează linii hardware suplimentare ea este numită şi conversaţie hardware. O serie de canale de comunicaţie nu permit utilizarea unor linii auxiliare. Spre exemplu, o conexiune telefonică ce utilizează un modem are asociate doar dou ă fire de legătură pe care se transportă date. Fără existenţa liniilor hardware suplimentare sunt necesare o serie de metode alternative pentru controlul fluxului. O metodă logică pentru gestionarea comunicaţiei este cea prin care se

14


trimite transmiţătorului caractere speciale prin care se semnalizeaz ă viteză mai mică sau stop. Alte caractere speciale sunt interpretate ca revenire la viteza mare de comunicare. Aceast ă formă de control poartă denumirea de conversaţie software. Metodele de control software sunt mult mai uzuale decât cele Controlul hardware. O serie de caractere speciale sunt utilizate pentru comunicaţiei prin controlul comunicaţiei. Două caractere pereche sunt utilizate în mod cuvinte speciale obişnuit: ETX (End Text) prin care se indic ă o cerere de sfârşit comunicaţie, ACK (ACKnowledge) interpretat ca o confirmare pozitivă. O metodă obişnuită, utilizată de multe dinte calculatoarele din zilele noastre pentru controlul conversa ţiei, sunt bazate pe caracterele XON/XOFF, materializate prin codurile ASCII 13(hexa) sau DC1, respectiv 11(hexa). Prin cele două caractere se indică continuarea transmisiei, respectiv o pauză în fluxul de date. O serie de periferice PC ce utilizează conexiunea serială oferă opţiune de conversaţie fără drivere software speciale, însă nu oferă operare adecvată. Fără un control adecvat al fluxului de date caracterele recepţionate pot fi pierdute prin supraînscriere. Spre exemplu, folosirea unei imprimate seriale f ără un control al fluxului va duce la pierderea parţială a informaţiei tipărite. 1.3.4 În tr er u p er i

Orice UART interacţionează cu unitatea centrală a calculatorului din care face parte. Pentru a atinge o viteză corespunzătoare de comunicaţie un UART este capabil să transfere datele imediat ce au ţionate. Pentru a realiza acest deziderat este nevoie s ă fost anunrecep ţe cât mai repede producerea unui eveniment referitor la controlul fluxului de date. În conformitate cu tratarea evenimentelor în sistemele de calcul sunt posibile două abordări. Interogarea porne şte de la faptul c ă procesorul citeşte la intervale de timp regulate, mai mici decât intervalul dintre evenimente, un cuvânt de stare prin al cărui conţinut se identifică evenimentul produs. Această tehnică poartă denumirea de polling şi are dezavantajul major al ineficien ţei prin consumarea timpului de calcul. A doua tehnic ă, este cea prin care unitatea centrală execută sarcinile de prelucrare curente, utilizând eficient timpul de calcul. Ea este atenţionată ori de câte ori un eveniment s-a produs şi ca urmare necesită tratare. Aceasta tehnică poartă denumirea de întrerupere. Ideal, fiecare port serial ar trebuii să aibă asignat un propriu nivel de întrerupere. Întrucât numărul întreruperilor este limitat la PC, o întrerupere a fost asignată pentru mai multe porturi seriale. Astfel IRQ 3 este atribuit pentru COM 2 şi COM 4, iar IRQ 4 pentru COM 1 şi COM 3. Partajarea aceluiaşi nivel de întreruperi pentru mai multe porturi seriale necesită acţiuni suplimentare în cadrul rutinei de tratare a întreruperii pentru a determina portul serial care a generat-o. Dacă un PC utilizează un mouse serial ataşat la COM 1 nu este recomandabilă instalarea unui modem pe COM 3. 

Tratarea evenimentelor prin polling şi întreruperi



15


Din punctul de vedere al conexiunilor externe PC ofer ă o gamă limitată de conectoare standard ce sunt disponibile funcţie de model. Sunt standardizate conectoarele de tip D cu 25 pini sau 9 pini, cât şi conectoare PS/2. O serie de adaptoare sunt disponibile pentru conversia de la un tip de conector la altul cu respectarea semnificaţiei standard a semnalelor şi asignărilor la pini. 1.3.5 Tipur i de ech ipam ente seriale

Iniţial portul serial RS232 a fost proiectat pentru conectarea la un data terminal (DTE) amodemul. unui dataUncommunication equipment (DCE)ă cum este de exemplu astfel de echipament transform semnalul digital de la terminal într-un semnal analogic ce poate fi transportat pe liniile telefonice. Diferenţa între cele dou ă nu este dată numai prin nume, ci mai ales prin func ţionalitate, necesitând comunicaţie în ambele sensuri. În această situaţie ambele componente trebuie să permită operarea atât pentru transmisie cât şi pentru recepţie, deoarece fiecare conexiune are dou ă elemente, modemul si terminalul. Aceste echipamente trebuie să converseze cu calculatorul, alte terminale vor utiliza alte echipamente. Deoarece albele terminale transmit şi recepţionează date în acelaşi timp o conexiune standard utilizează fire separate pentru transmisie şi respectiv recepţie. Prin convenţie pinul 2 este alocat pentru transmisie şi pinul 3 pentru recepţie. Pe lângă aceste două fire pentru transmisie şi recepţie o serie de alţi pini sunt utilizaţi pentru conversaţie asigurând funcţionalitate normală. Pentru exemplificare voi prezenta asignarea şi semnificaţia semnalelor la conectorul de 9 pini. 

Semnificaţia pinilor portului serial



 

 





16

Carrier detect (CD) sau data carrier detect (DCD) - pin 1 este un semnal cu valoare pozitivă prin care se indică faptul că modemul DCE are semnal carrier de la modemul aflat în cealaltă parte a conexiunii. Dacă acest semnal nu există DTE va refuza să accepte date. Receive data (RxD) -pin 2- reprezintă linia prin care se recepţionează fluxul de date. Transmit data (TxD) - pin 3 - linia prin care se transmit date. Data terminal ready (DTR) - pin 4 - este un semnal de potenţial pozitiv trimis de către DTE pentru a indica faptul că acesta este alimentat şi este gata să înceapă comunicaţia. ă. Ground 5 - linia Data set(GND) ready- pin (DSR) - pinde6 mas - semnal de poten ţial pozitiv furnizat de DCE indicând faptul că este gata să execute activitatea cerută. Este un semnal complementar faţă de DTR. Request to send (RTS) - pin 7 - semnal de potenţial pozitiv furnizat de DTE pentru a indica faptul că DCE că este pregătit pentru recepţia informaţiilor. Acest semnal este o confirmare a faptului că a primit CTS şi este gata de recepţie. Clear to send (CTS) - pin 8 - semnal pozitiv generat de DCE indicând începerea transmiterii datelor la DTE.

Definirea noţiunilor privind canalele de comunicaţie paralelă şi serială 

Definirea noţiunii de protocol

Ring indicator (RI) - pin 9 - este generat de DCE pentru a semnaliza terminalul DTE la care este ataşat că a detectat o tensiune de apel pe linia telefonică. Altfel spus RI alertează DTE asupra faptului că cineva a efectuat un apel pe linia telefonică. În multe comunicaţii seriale acesta poate fi privit ca un semnal opţional.

O comunicaţie serială normală urmăreşte un set de reguli specifice numite şi protocol. Înainte ca orice să se producă echipamentele hardware de la ambele capete ale conexiunii trebuiesc să fie şi gata de funcţionare. Calculatorul (DTE) va genera alimentate semnalul DTR iar modemul (DCE) va genera semnalul DSR. Atunci când pe linia telefonică se recepţionează un apel, DCE va trimite către calculator semnalul RI ce poate genera un mesaj la consolă. După ce modemul negociază conexiunea cu un alt modem, ce a iniţiat conexiunea, aflat la distanţă modemul local va trimite semnalul CD către calculator. Calculatorul va transmite RTS şi modemul va genera semnalul CTS. O serie de comenzi pot fi transmise directe de la tastatura sistemului către modem.

1.3.6 Com uni ca ţia DTE - DTE

Interonectarea DTE-DTE

Pe lângă transmiterea datelor la distanţă prin utilizarea liniei telefonice în foarte multe situaţii este necesară conectarea a două DTE pentru transmiterea de date prin conexiuni dedicate. Este cazul conectării la un calculator a unei imprimante seriale sau chiar conectarea a două calculatoare. În acest caz mediul fizic de conexiune este realizat prin intermediul unui cablu dedicat cu numărul de fire necesar. Este remarcabil faptul că din punct de vedere logic utilizarea unui modem intern este identic ă cu utilizarea modemului extern. Din punctul de vedere al DTE, componenta DCE este văzută ca o conexiune serială fără nici un fel de altă distincţie. Un cablu de conexiune între două DTE trebuie să asigure inversarea pinilor 2 şi 3 de la cele două capete. Un cablu special numit şi crossover face exact acest lucru. Multe dintre aceste cabluri permit şi o diminuare a numărului de fire prin conexiuni locale. Astfel DTR este conectat cu DSR de la echipamentul pereche şi similar CTS cu RTS. Pentru a se asigura polaritatea corespunzătoare pentru CD acesta va fi conectat cu DSR. Un exemplu este dat în figura 1.2. Cu un cablu de acest tip între dou ă DTE se realizează o conexiune ă cu ţă este similar un DTE un DCE.ţia Prima de faptul căcea liniadintre CD utilizat ă laşi conversa întrediferen două DCE nudat areă corespondenţă deoarece DTE nu trimite spre exterior nimic similar cu semnalul CD. Fără existenţă semnalului CD, DTE poate fi inhibat de la orice transmisie de date către exterior. Ambele semnale CD şi CTS sunt prezente când DTE transmite date.

Sunt posibile conexiuni simple prin numai trei fire. Dac ă un DTE ce se intenţionează conectat la un calculator, cum ar fi un ploter sau o imprimantă, nu este necesară utilizarea tuturor semnalelor aferente 17


portului serial. Pentru conversaţie este suficient să anunţăm calculatorul corespondent doar de starea liniilor stop sau start. Acest lucru poate fi realizat prin polarizarea corespunzătoare a unui singure linii. În acest caz sunt suficiente linia de date (TxD), linia de conversaţie, linia de masă.

1

1

3 4

3 4

8

8

Fig.1.2 Exemplu de interconectare între două DTE

1.3 .7 Standard ul P1394

Performanţe standard P1394

18

Comparativ cu performanţele la care ne aşteptăm de la un PC portul serial este lent. Aceasta nu este generată numai de componenţa hardware (circuitul UART şi frecvenţă de ceas), ci şi de mediul utilizat pentru transmisia semnalelor între cele două entităţi care participă la comunicaţie. Spre exemplu, simpla limitare a lungimii cablului de conexiune determină creşterea spectaculoasă a vitezei. Cea mai bună metodă pentru accelerarea vitezei de comunicaţie este însă bazată pe redefinirea mediului şi a metodei de comunicaţie. IEEE a demarat cercet ări pentru a atinge astfel de performanţe prin propunerea pentru porturile seriale din viitor a standardului P1394. Ţinta acestei abordări constă în furnizarea unor periferice de cost scăzut cu viteză mare de comunicare. Mai mult decât înlocuirea portului RS232, P1394 este v ăzut ca o modalitate de a substituii o mare varietate de porturi din arhitectura PC (inclusiv portul paralel, portul SCSI şi chiar conectorul video). Principalul atu pentru P1394 este viteza, care încă de la început, s-a dorit să atingă 100 megabiţi pe secundă cu două propuneri de viteză pentru viitor, 200 şi 400 megabiţi pe secundă. Din punctul de vedere al fabricanţilor mărimea şi costul sunt la fel de importante, nu numai viteza. P1394 poate reduce costul conexiunilor externe şi al elementelor de conectare introducând un singur conector cu 6 fire. Acest conector costă câţiva cenţi spre deosebire de un conector serial care costă câţiva dolari.


Constructiv P1394 este un sistem de comunicaţie complexă cu propriul protocol de transfer. P1394 similar cu sistemele SCSI agrează să conecteze multiple echipamente utilizând un sistem de adresare prin care semnalele transmise prin canalul de comunica ţie sunt recunoscute numai de către un singur echipament ţintă. Pentru a conecta periferice multiple conexiunea este împ ărţită pe ramuri creându-se o mică reţea. Arhitectura propusă este construită din câteva straturi, fiecare dintre ele definesc câte un aspect al comunicaţiei seriale. Aceste straturi includ: base-management, tranzacţie, link, fizic.

Arhitectura bazată pe niveluri la standardul P1394

Nivelul Bus Management defineşte funcţiile de control de bază la nivelul registrelor de stare si control cerute de echipamentele conectate pentru a opera cu propriile porturi. Nivelul asigur ă asignarea canalelor, arbitrarea, controlul şi tratarea erorilor. Nivelul transaction. Protocolul care guvernează tranzacţiile peste conexiunile P1394 este numit transaction layer. Nivelul mediază operaţiile de citire şi scriere. La mai multe calculatoare moderne nivelul este optimizat pentru a lucra cu cuvinte de lungime dubl ă (32 biţi) şi de asemenea operarea cu blocuri de lungime variabilă. Link Layer asigură controlul logic al datelor peste P1394. Comunicaţiile sunt de transfer half-duplex însă nivelul de link realizează confirmarea recepţiei datelor. Transferul pe cuvinte duble este favorizat şi de asemenea, permite schimbarea de blocuri cu lungime variabilă. Physical layer guvernează conexiunea fizică. Această parte a standardului include ambele aspecte protocol şi mediu fizic. Protocolul fizic controlează accesul la conexiune, mediul fizic cuprinde cabluri şi conexiuni. În prima fază cablul standard conţine 6 fire din cupru. Datele circulă prin două fire torsadate ecranate cu valoarea potenţialului între 8 şi 40 volţi. Standardul P1394 permite conectarea a până la 32 echipamente prin cabluri de maxim 4,5 metrii fiecare.



Adevărat / Fals A/F 1. Nivelul semnalelor la pinii conectorului serial este cuprins între -12 şi +12 V. A/F 2. La comunicaţia serială asincronă sincronizarea între receptor şi transmiţător este realizată la fiecare cuvânt de date. A/F 3. Comunicaţia serială full duplex permite transmisia în ambele sensuri dar la momente de timp diferite. 19


A/F 4. Bitul de paritate permite detectarea erorilor simple. A/F 5. Pe lângă un cuvânt de date de 7 sau 8 biţi se mai transmite bitul de START, PARITATE, STOP. A/F 6. Porturile seriale COM1 şi COM3 din structura PC au asociat un singur nivel de întrerupere. A/F 7. Baud reprezintă numarul de biţi de date transmişi pe secundă. A/F 8. Cu standardul P1394 se pot depăşi viteze de 100 Mb pe secundă. A/F 9. Un cablu de legătură serială între două calculatoare conectează pinul TxD cu pinul RxD de la cele dou ă porturi. A/F 10. Sunt necesare componente software pentru implementarea comunicaţiei seriale.

Sarcin ă de l ucru Prezintă în maxim 300 de cuvinte un eseu despre modul în care presupuneţi c ă se va modifica schimbul de informa ţii între persoane ţie maxim prin tehnicile de comunica prezentate. Acest eseu va fi notat cu 20 de puncte. 5 puncte vor fi acordate pentru corectitudinea exprimării, 10 puncte pentru argumentare şi 5 puncte pentru inventivitate.

20


Lucrare de verificare 1 Răspunsul la o întrebare nu trebuie să depăşească o jumătate de pagină. Fiecare răspuns trebuie argumentat. Pentru o întrebare se pot obţine maximum 80 puncte. Numărul de puncte obţinut pentru un test este dat de suma punctajelor la toate întreb ările testului împărţită la numărul de întrebări. La evaluarea lucrării se iau în consideraţie pentru fiecare răspuns la întrebare: Claritatea exprimării şi organizarea structurală a răspunsului (10 puncte); Utilizarea corect ă a termenilor de ţi unităţ ăţare (15ării aferen ii de învargument puncte); Completitudinea rspecialitate ăspunsului (30 puncte); Calitatea afirmaţiilor (15 puncte); Introducerea de elemente srcinale sau înv ăţate din bibliografia recomandată (10 puncte); Poate fi oferită o bonificaţie de maxim 5 puncte dacă lucrările sunt transmise la timp şi punctajul obţinut nu depăşeşte punctajul maxim.

1. Comparaţi modalităţi de transmitere de date între două calculatoare prin utilizarea cablurilor de conexiune.

2. Ce sunt principalele modalit ăţi de comunicaţia datelor? Proprietăţi

3. Enunţaţi comparativ avantaje şi dezavantaje ale standardelor studiate pentru porturi paralele.

21


4. Care este relaţia dintre elementele hardware şi software la comunicaţia serială?

5. Care sunt caracteristicile standardului de comunicaţie P1394

Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Test de autoevaluare 1.1: 1 c 2 b 3 d 4 a 5 d (vezi secţiunea 1.1) Test de autoevaluare 1.2: 1 F 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 F 8 F 9 A 10 F (vezi secţiunea 1.2) Test de autoevaluare 1.3: 1 A 2 A 3 F 4 A 5 A 6 A 7 F 8 A 9 A 10 A (vezi secţiunea 1.3)

Bibliografie [1] Peter Norton, John Goodman, Totul despre calculatoarele personale, Ed. Teora 2000 (cap. 11,12). [2] Titu Bajenescu, Sisteme personale de comunicaţii, Ed. Teora 2002 (cap. 1) [3] Titu I. Bajenescu, Comunicaţia prin satelit, Ed. Teora 2002 (cap. 2) [4] Andrew Tanenbaum, Reţele de calculatoare, Agora Press 1998 (secţiunea. 3.3)

22

Comunicaţia utilizând reţeaua de telefoane

Unitatea de învăţare nr. 2 COMUNICAŢIA UTILIZÂND REŢEAUA DE TELEFONIE COMUNICAŢIA UTILIZÂND REŢEAUA DE TELEFONIE ............. .............. ............. ........ 23 OBIECTIVE ....................................................................................................................... 23 2.1 Comunicaţia prin modem .......................................................................................... 23 2.1.1 Lăţimea de bandă a canalului ............................................................................ 26 2.1.2 Tehnici de modulare ........................................................................................... 28 2.1.3 Compresia datelor .............................................................................................. 30 2.1.4 Descoperirea şi corectarea erorilor ............ ............. ............. ............. ............. ... 30 2.1.5 Standarde CCITT/ITU .......................................................................................... 32 2.1.6 ISDN ..................................................................................................................... 33 2.1.7 Controlul modemului .......................................................................................... 34 Test de autoevaluare 2.1 ............................................................................................. 36 2.2 Fax .............................................................................................................................. 37 2.2.1 Codificarea Huffman ........................................................................................... 38 2.2.2 Stabilirea comunicaţiei ....................................................................................... 40 2.2.3 Tratarea erorilor .................................................................................................. 40 Test de autoevaluare 2.2 ............................................................................................. 41 Sarcină de lucru ............................................................................................................... 42 Lucrarea de verificare 2 .................................................................................................. 43 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare ............ ............. ............. ............ .... 44 Bibliografie ....................................................................................................................... 44

OBIECTIVE Unitatea de învăţare asigură acumularea de cunoştinţe pentru: • Utilizarea infrastructurii oferit ă de reţeaua telefonică publică la comunicaţia de date • Componentele hardwareşi software utilizate în comunica ţia de date prin reţeaua telefonică • Modalităţi de conversie a informaţiei reprezentată digital în informaţie analogică şi invers prin modulare şi demodulare • Explicarea transmiterii de documente prin fax modem

2.1 Comunicaţia prin modem Un element important în utilizarea calculatoarelor pe lâng ă operarea ca o maşină de sine stătătoare este capabilitatea acestora de a schimbaţii date formă de programe, sau sunt alte informa prin sub intermediul linieifişiere, telefonice. Liniileimagini telefonice analogice, iar calculatoarele manipulează informaţie sub formă digitală, motiv pentru care este necesară adăugarea unui dispozitiv special pentru realizarea conversiei. Acest dispozitiv este cunoscut sub numele de modem sau fax-modem dac ă are asociate şi facilităţi suplimentare pentru fax. Chiar dacă calculatoarele şi telefonia au în comun manipularea de semnale electrice, incompatibilit ăţile aferente modului de tratare a acestora trebuiesc rezolvate prin elemente 23


adiţionale. Modemul realizează o punte între semnalele analogice şi cele digitale. Un modem realizează funcţii adesea miraculoase reuşind o comunicaţia aparent inexplicabilă faţă de lărgimea de bandă a mediului prin care se face comunica ţia. Un modem modern este mai mult decât un element de comunicaţie, deoarece poate duce la creşterea performanţelor prin inteligenţa incorporată prin care se asigură tratarea unor erori inevitabile. Din punct de vedere istoric, comunicaţia telefonică este foarte veche, fiind dezvoltată înainte de apariţia tehnologiei digitale. Sistemul telefonic s-a perfecţionat foarte mult asigurând astăzi o multitudine de conexiuni multiplexate în toate ţurile lumii. S-a dezvoltat ceea ce se nume şte Public Service col Telephone Network (PSTN).

Modem intern, modem extern

Un modem este un convertor de semnal prin care se mediaz ă comunicaţia între calculator şi reţeaua telefonică. Pentru ca modemul să poată comunica trebuie conectat atât la PC cât şi la reţeaua telefonică. Din punct de vedere constructiv un modem poate fi intern sau extern. Ambele variante sunt identice din punct de vedere funcţional. Un modem intern se instalează ca un nou port serial si slotul pe care este conectat devine o interfaţa serială standard care converteşte cuvintele încărcate paralel din magistrala de date în format serial pentru a fi transmise pe linia telefonică. Modemul intern poate fi asignat pe oricare dintre porturile seriale (COM1, COM2, COM3 sau COM4) fără a se suprapune peste un port existent, caz în care apar conflicte. Atunci când se utilizeaz ă un modem extern, acesta se conectează prin intermediul unui cablu la unul dintre porturile seriale instalate. Portul serial construit într-un modem intern este identic cu oricare dintre celelalte porturi seriale având o adres ă de I/O şi o întrerupere. Aceste elemente pot fi realizate prin set ări hardware (jumpers sau switches) sau prin proceduri software de setup. Un modem modern garantează că datele pe care le comunici sunt corecte numai dacă s-a făcut pregătirea corespunzătoare pentru transmisie. Pregătirea datelor şi parametrilor de transmisie ajută modemul să realizeze un transfer de date cu viteza adecvat ă şi să preîntâmpine eventualele erori. La multe dintre echipamentele moderne se schimbă şirul de date transmis de PC prin codificare, comprimare, detecţie şi corecţie de erori. Pentru aceste funcţiuni un microcontroler este înglobat în hardware-ul modemului. Principala componentă a unui modem este modulatorul, circuit care converteşte pulsurile de tensiune ale semnalului digital în semnale analogice conţinând aceleaşi informaţii, însă compatibile cu reţeaua ă. Chiar telefonic numele deşi modem este generat combina ţia dintre numele modulatorului al elementului perechede (demodulator) MOdulator/DEModulator. Semnalele analogice ce codifică informaţiile digitale pot fi transmise direct peste un canal destinat comunicaţiei de voce, specifică sistemului telefonic. Procesul de modulare începe cu un semnal constant numit carrier. Semnalul carrier este un semnal de amplitudine constant ă, frecvenţă şi fază coerentă. Semnalul mixat electric cu carrier modifică o serie de caracteristici ale acestuia, proces numit modula ţie. La modulaţia în frecvenţă schimbarea este reflectată de modificarea frecvenţei

24


semnalului carrier. Modulaţia asigură câteva beneficii foarte mari fa ţă de complicaţiile combinării semnalelor. Deoarece circuitele electronice pot fi determinate s ă accepte sau să rejecteze anumite forme de undă semnalele modulate pot fi transmise prin acela şi mediu de comunicaţie. Un astfel de principiu este des utilizat în comunicaţia prin radio, alocând frecvenţe specifice canalelor. La demodulare este extrasă informaţia din semnalul analogic şi redată în forma srcinal ă. Multe dintre modemuri oferă modalităţi de informare asupra funcţionalităţii sau de monitorizare a activit ăţii cum sunt difuzoare, şare. Indicaţiile pe dispozitivele de afi şare ajută dispozitive operatorii înde fazaafide depanare a problemelor de comunicaţie.

Conectarea modemului la linia telefonică

Circuitul pentru conectarea la linia telefonic ă, adaptează nivelul logic al semnalelor la nivelul normal al semnalelor pe linia telefonic ă (data acces arrangement). În acelaşi timp circuitul de interfa ţă cu linia, protejează modemul şi calculatorul de semnalele periculoase ce pot apărea pe reţeaua telefonică sau de perturbaţii ale reţelei telefonice de semnale provenite de la calculator. Leg ătura cu reţeaua telefonică este realizată printr-o mufă RJ45 în care se introduce cablul specific liniei telefonice. Un modem poate avea dou ă astfel de mufe, una pentru linia telefonică (numită LINE), cealaltă pentru telefon adiţional (PHONE). Un modem este restricţionat să lucreze în limitele mediului de comunicaţie pe care comunică, canalul telefonic. Limitele sunt impuse de caracteristicile comunicaţiilor analogice şi ale mediului de comunicaţie. Prima limită a oricărui canal de comunicaţie este dată de l ărgimea de bandă, lăţimea de bandă este cheia restricţiei pentru viteza modemului. Lăţimea de bandă specifică domeniul dintre frecvenţa minimă şi frecvenţa maximă pe care canalul o poate suporta. Ea este o modalitate de descriere a cantit ăţii de informaţie pe care un canal o poate transporta. O formă de undă are asigurată o frecvenţă nominală de operare. Fără modulare, o formă de undă pentru carrier utilizează o singură frecvenţă şi are deci lărgime de bandă zero. Acest caz este echivalent cu transmiterea unui singur bit digital. Modularea adăugată semnalului de transport include o mulţime de informaţie. Semnalele analogice, ca de exemplu muzica sau semnale de voce, conţin forme de undă cu frecvenţe între 20 Hz şi 20 kHz. Combinarea prin modulare creşte lărgimea de bandă şi multe informaţii pot fi adăugate. În sistemele simple de modulaţie, semnalul de transport cere două lărgimi de bandă ale semnalului modulat. Semnalul de transport şi modulat, este compus şi rezultă un ţei de modulare. semnal corespunz tor frecven Ca urmare semnalul este limitat între ăupper sideband şi lower sideband . Deoarece rezultatele modulării sunt în esenţă redondante ele conţin aceeaşi informaţie, eliminarea componentei lower sau upper nu duce la pierderea informaţiei utile. În mod uzual, se utilizeaz ă termenul de modulaţie single sideband. Chiar în acest caz semnalul modulat este limitat la o gam ă finită de frecvenţă pentru păstrarea informaţiei. Limitele acestei frecvenţe definesc lăţimea de bandă cerută pentru semnalul modulat.

25


2.1.1 L ăţimea de band

ă a canalului

Lăţimea de bandă a canalului de comunicaţie defineşte frecvenţa limită a semnalelor ce pot fi transportate. Lăţimea de bandă a canalului poate fi limitată fizic de mediul de comunica ţie sau în mod artificial de standardele de comunicaţii. Lăţimea de bandă la transmisia radio este limitată artificial prin lege pentru a permite ca mai multe canale modulate de transport s ă comunice fără interferenţe. Spre deosebire de canalele radio comunicaţiile prin mediu fizic de tip fir sunt limitate chiar de calitatea îns ăşi a cablurilor. ţă duce la creşterea nivelului perturbaţiilor. O creştere de frecven Capacitatea dintre conductoare la cablurile pereche face ca la frecvenţă mare integritatea semnalelor să fie garantată numai pentru lungimi mici de cabluri. Amplificatoarele şi repetoarele asigură traversarea semnalelor la distanţe mai mari fără nu garanteze corectitudinea pentru frecvenţe mici sau frecvenţe mari.

Frecvenţa semnalelor în reţeaua telefonică

Negocierea între modemuri

Multe dintre canalele telefonice au o limitare artificială impusă de compania de telefoane. Pentru a asigura o mărime adecvată a potenţialului pornind de la capacitatea propriilor cabluri de transmisie sistemele radio, sateliţii şi operatori telefonici limiteaz ă lăţimea de bandă a semnalelor pe linie. O ra ţiune a limitării lărgimii de bandă provine de la tehnicile de multiplexare a conexiunilor care permit ca o simplă pereche de fire să suporte sute de convorbiri simultane. Una din consecinţele manipulării semnalelor de către companiile de telefonie este o severă limitare a lărgimii de bandă a canalelor telefonice obişnuite. Un canal telefonic permite numai frecvenţe între 300 şi 3000 Hz. Limitarea este rezonabilă întrucât frecvenţele joase sub 300 Hz sunt puţin inteligibile iar cele de peste 3000 Hz nu produc o creştere substanţială a inteligibilităţi la comunicaţiile de voce pentru care reţeaua a fost construită. Un canal telefonic tipic are o l ărgime de bandă de 2700 Hz. Frecvenţa semnalului carrier este de 1650 Hz fixată la mijlocul spectrului de frecvenţă. Viteza maximă teoretică admisă pentru comunicaţia de date pe un canal este numit ă şi Shannon’s limit. Cu o conexiune dial-up, în ambele sensuri, în condiţii ideale, limita pentru tehnologia tradiţională atinge 56000 biţi pe secundă. Multe dintre echipamentele ce asigură viteză mare au în compunere procesoare specializate pentru prelucrarea de semnale prin care se implementează o serie de tehnologii noi cum sunt: adaptarea la caracteristicile liniei, selec ţia valorilor de modulaţie, creşterea puterii semnalului util, înlocuirea datelor redondante. Testarea liniei, numită şi line probing este o metodă prin care o pereche de modemuri determină prin negociere metoda optimă de transfer pentru o conexiune telefonică dată. Cele doua modemuri schimbă o secvenţă de mesaje standard pentru a determina limitele conexiunii şi asignarea celei mai bune rate de modulare, frecven ţă de transport şi tehnică de codificare. Multidimensional trellis coding este un mod prin care semnalele transmise de către modem devin mai puţin vulnerabile la erorile

26


cauzate de zgomotele prezente pe liniile telefonice. O metod ă de reducere a influenţei zgomotelor este dată de selectarea valorilor modulaţiei pentru transmiterea datelor. Signal shaping creşte performanţele raportului semnal zgomot prin modificarea puterii de semnalului func ţie de circumstanţe. Protocol spoofing elimină părţile redondante din mesaj prin protocolul de transmisie de date astfel încât volumul datelor transferate s ă fie cât mai mic. Ca efect, prin acest protocol cre şte viteza de transmisie Operare sincronă, operare asincronă

prin compresia datelor, date ce sunt refăcute la recepţie. Sunt cunoscute două metode de operare pentru comunicaţie, numite: operare asincronă şi operare sincronă. La viteză mică cele mai multe modemuri sunt construite pentru a opera asincron: secven ţierea semnalelor nu este foarte restrictiv ă şi are limite largi. Mai important este şablonul biţilor ce sunt transmişi. Şablonul este definit prin el însuşi, în sensul că fiecare caracter în frame păstrează suficiente date, nu numai pentru identificarea informaţiei pe care o conţine, cât şi pentru definirea propriului început şi sfârşit. Sensul fiecărui bit al cuvântului digital este definit de poziţia sa faţă de o referinţă marcată ca bit de start. Într-un şir de date asincrone un bit de start este urmat de şapte sau opt biţi de date, un bit opţional de paritate, pentru detecţia erorilor simple, şi unul sau doi biţi de stop, biţi ce definesc sfârşitul pachetului. Deoarece secvenţa de biţi este independentă pentru fiecare cuvânt, face ca interpretarea cuvântului s ă fie destul de independentă în timp. Standardele de mare viteză şi protocoalele aferente elimină o mare parte dintre biţi suplimentari introduşi la operarea asincronă, operare ce este numită sincronă. La metoda transmisiei sincrone cele dou ă terminale ale canalului împart o bază de timp comună ce trebuie menţinută continuu în fază corectă. La transmisia sincronă timpul alocat pentru fiecare bit independent este vital şi biţi de control pentru frame (start şi stop) sunt nenecesari ceea ce duce la o creştere de viteză cu 2 sau 3 biţi pe cuvânt. În general comunicaţia se presupune că are loc în ambele sensuri, numită şi duplex. În această situaţie cele două direcţii de comunicaţie partajează în comun întreaga l ărgime de bandă. Un modem duplex, numit uneori şi full duplex este capabil s ă manipuleze simultan două semnale ce merg în ambele direcţii, pentru transmisie şi recepţie în acelaşi timp. Se utilizează două semnale de transport pentru recepţie ş Oi transmisie alternativăsimultan pentruă. comunicaţia duplex este comunicaţia half duplex. În acest caz numai un semnal este utilizat. Pentru o conversaţie în ambele sensuri modemul trimite şi recepţionează date la momente diferite de timp. Chiar dacă lăţimea de bandă disponibilă pentru o comunicaţie este mare se pierde destul de mult timp pentru comutarea din modul transmisie în modul recepţie. Cele mai multe produse software ce implementează protocoalele de comunicaţie necesită confirmarea pentru fiecare bloc transmis. În consecinţă un modem trebuie să realizeze comutarea de câte dou ă

27


ori la fiecare bloc transmis. Pentru protocoale ce manipulează blocuri de dimensiune mică numărul de comutări cresc. Este cunoscut faptul că mărimea uzuală a blocurilor pentru protocoalele de comunicaţie prin modem se situează între 128 octeţi şi 1024 octeţi. Creşterea dimensiunii pachetului duce la cre şterea probabilităţii de producere a erorilor. Datorită problemelor suplimentare impuse de comutare modemul asincron elimină aşteptarea la comutarea pentru comunicaţia în ambele sensuri, asigurând optimizarea vitezei numai pentru un sens de comunicare. Aceste modemuri asigur ă un canal de viteză mic ă, de regulă 300 bps şi un canal de vitez ă mare, utilizat de regul pentru acomunica de date. Modemul optim deăutilizare canalelorţia pentru ca fluxul de datevadealege volummodul mare să utilizeze un canal de viteză mare. 2.1.2 Tehnici d e mo dulare

Similar comunicaţiei radio modemurile pot selecta diverse tehnici de modulare pentru codificarea informaţiei digitale. Aceste forme de modulare se diferenţiază prin caracteristicile semnalului de transport, semnal ce se schimbă ca răspuns la schimbarea modului de codificare a informaţiei. Forma de undă pentru semnalul carrier este caracterizată de amplitudine, frecvenţă şi fază. Modulare în amplitudine

Modulare în fază

Modularea în amplitudine porneşte de la modificarea puterii semnalului transmis pe linia telefonică. Un mod simplu de codificare a unui semnal digital prin modularea în amplitudine este cel prin care se alocă două game de tensiune pentru reprezentarea celor două stări ale biţilor. Acest tip este numit carrier wave (CW). Modulaţia pură prin amplitudine nu este utilizată, deoarece poate genera ambiguităţi în interpretarea informaţiei deoarece pe liniile telefonice semnalul este atenuat datorită impedanţei liniilor cât şi prezenţa zgomotelor. O altă cale este cea prin care se modifică faza semnalului carrier numită şi modulare în fază. Un semnal carrier nemodulat este o formă de undă cu pulsuri continue constante. Prin întârzierea unui puls faţă de precedentul, fără modificarea frecvenţei şi a amplitudinii se poate codifica informaţia (poartă numele de phase shift). Codificarea se produce prin alocarea unei valori a întârzierii pentru starea logică 1 şi a altei valori pentru starea logică 0. O modulare particulară în fază este numită modulare în cuadratură (quadrature modulation). Semnalul modulat faţă 270. de semnalul nemodulat prin incremente de 90 grade, adicdifer ă 90,ă 180,

Modulare FSK

28

O altă alternativă este cea de modificare a frecven ţei semnalului. În cele mai simple tehnici de modulare în frecven ţă un bit 1 va determina o formă de undă care schimbă frecvenţa de la un bit la altul. O frecvenţă este alocată pentru valoarea 1 logic şi alta pentru valoarea 0 logic. Aceasta formă de modulare este numită frequency shift keying sau FSK deoarece informa ţia este codificată prin schimbarea de frecvenţă.


La modulaţia în frecvenţă fiecare bit de date determină o schimbare corespunzătoare a frecvenţei formei de undă carrier. Fiecare schimbare de frecvenţă sau stare indică un bit informaţional. Unitatea de măsură utilizată pentru a descrie numărul de schimbări ale stării prin forma de und ă carrier într-o secundă este numită baud. În cazul particular al modulării FSK o schimbare de stare pe secundă codifică exact un bit şi 1 baud este egal cu transportul unui singur bit informaţional pe secundă. Funcţie de numărul de stări utilizate în sistemul de comunicaţie o singură tranziţie poate acoperi mai puţin sau mai mult de un bit. Diferitele frecvenţe ale tonului, adică ale ării frecvenţei carrier, pot fi utilizate pentru codificarea schimb diverselor informaţii. Ca urmare un baud nu este echivalent cu un bit pe secunda. Astfel 300 biţi pe secundă utilizând tehnica FSK cere o bandă de 600 Hz.

Combinarea tehnicilor de modulare

Considerând ideea modulaţiei FSK, pentru un mediu de comunicaţie ce suportă o bandă de frecvenţă de 2700 Hz, comunicaţia de date este limitată la 300 sau 600 biţi pe secundă. Prin combinarea diverselor tehnici de modulaţie un modem modern poate asigura viteze mari, chiar cu mulţimea de restricţii impuse de mediul de comunicaţie. În acest mod fiecare baud asigură transmiterea mai multor biţi. Aceste forme complexe de modulare nu adaug ă lăţime de bandă adiţională la canalul de comunicaţie. Spre exemplu, forma de undă carrier poate fi modulat ă în cuadratură astfel încât alocă patru stări pentru fiecare baud. Pentru conversia st ărilor în informaţii digitale modemurile utilizează tehnica numită group coding prin care fiecare stare codifică o secvenţă (patern) de biţi. Astfel o singură stare identifică un patern cu un num ăr dat de biţi. Doi biţi digitali pot presupune una din şabloanele: 00, 01, 10, 11. În acest mod cei doi biţi necesită patru stări diferite pentru o identificare unică a fiecărui şablon. Viteza unui modem într-o conexiune ideal ă este determinată de numărul de stări ce sunt disponibile pentru codificare. Codificarea grupurilor este punctul cheie în tehnicile de modulaţie avansate, prin care fiecare grup de biţi are alocată o stare particulară pentru carrier. Se vede în acest model faptul că relaţia dintre stări şi biţi nu este liniară. Astfel, 8 biţi necesită 256 stări. Pentru a creşte numărul de biţi codificaţi într-un baud sistemele moderne combin ă două sau mai multe tehnici de modulare (frecvenţă, amplitudine, fază). Pentru grupuri se poate asocia fiec ărei stări un sistem bidirecţional cu o metodă de modulaţie pe o axă şi altă metodă pe cealaltă axă. Poţi asigna o valoare a grupului codificat pentru fiecare coordonat ă discretăţ.iaRezultatul este o matrice care este v ăzută grafic ca intersec între liniile de coordonate. O facilitate adiţională adăugată la multe modemuri este cea de compensie pentru a se adapta corespunzător la caracteristicile liniilor de comunicaţii. Pe de altă parte, nu totdeauna se poate utiliza întreaga lărgime de bandă. Un modem încearcă să comunice cu partenerul la viteza maximă pe care o poate asigura fiecare. Atunci când acest lucru nu este posibil modemul va diminua viteza de comunicaţie la următoarea treaptă inferioară şi dacă nici la această viteză nu este posibil se decrementează viteza în continuare. 29


Multe dintre modemurile reale utilizeaz ă una sau chiar două semnale carrier pentru a atinge o viteză corespunzătoare de comunicaţie. Această tehnică este numită multiple carrier modems. În situaţia în care este necesară decrementarea vitezei de comunicaţie, un modem cu mai multe semnale carrier poate alege încetarea utilizării unuia dintre semnale, mărginindu-se la banda de trecere disponibilă. 2.1.3 Com presia datelor

Compresia nu este o metodă pentru creşterea capacităţii canalului ţie la transmiterea de date. Capabilităţile modemului pot de creşcomunica te dacă informa ţia înglobată în fiecare bit creşte. Mulţi dintre biţii ce sunt transmişi sunt redondanţi, nu conţin informaţie suplimentară. Prin eliminarea acestor biţi conţinutul şirului de date este mult mai intens şi fiecare bit este important. Procesul este numit compresie de date. Eficienţa compresiei depinde de tipul datelor care sunt transmise. Una dintre schemele de compresie uzuale codific ă datele repetitive. Reperarea unui şir cu aceeaşi valoare a biţilor poate fi codificată prin două informaţii în care se specifică şirul şi numărul de apariţii. Această tehnică este foarte eficientă pentru fişiere grafice care au adesea multe blocuri în care datele se repetă. Dacă un modem utilizează o tehnică de compresie aceasta trebuie s ă fie standardizată internaţional astfel încât el poate să comunice cu altele. O astfel de compresie este realizată „din zbor” pe m ăsură ce modemul primeşte date. Desigur că, se poate opta pe o schem ă de compresie prin care datele sunt procesate off line înainte de a fi transmise către modem, iar la recepţie se va utiliza acela şi produs software pentru decompresie. Este cunoscut faptul că un fişier comprimat nu mai poate fi comprimat ulterior.

2.1 .4 Desc op erirea şi corectarea

erorilo r

Un modem operează într-un mediu limitat de liniile telefonice unde pot apărea o serie de erori. O metodă puternică pe care majoritatea modemurilor o utilizează este cea de înglobare a metodelor de detecţia erorilor (numai erori de transmisie) şi corecţia erorilor înainte ca datele să fie trimise la calculator. Detec ţia şi corecţia erorilor lucrează similar cu protocoalele de comunicaţii şi se bazează pe Detecţia şi corecţia constituirea unor blocuri de date la care se calculeaz ă o sumă ciclică de control ce este transmisă la rândul său. Operaţia este realizată erorilor ărcarea nejustificată hardware la nivelul modemului f ără a Cele duce mai la înc a calculatorului la care este conectat. populare standarde la momentul actual sunt MNP4 şi V.42. În unele cazuri se reg ăsesc abreviaţii cum sunt LAPB şi LAPM. LAPB (link access procedure, balanced) stabileşte pentru procedură un protocol proiectat pentru X.25 similar cu Telebit şi Tymnet. O serie de producători au adaptat acest standard înainte ca standardul V.42 să fie agreat. LAPM este o prescurtare pentru link access procedure for modems şi protocolul de corecţie a erorilor utilizat este CCITT V.42.

30


Ideea de bază pentru comunicaţia prin modem este similară cu cea a comunicaţiei între oameni, situaţie în care oamenii vorbesc aceea şi limbă, modemul utilizează aceleaşi standarde. Ca rezultat al dezvoltărilor o serie de propuneri au devenit standarde, altele constituie reguli „de facto” ce sunt agreate de c ătre toţi producători. Microcom dezvoltă o serie de standarde ce sunt prefixate de literele MNP (Microcom Networking Protocol), cum sunt MNP4 şi MNP5. Respectarea standardelor de către un modem este importantă întrucât aceasta garantează faptul că poate comunica cu succes. Este importantă decizia de comunicare numai între dou ă locaţii pereche de ă date lumea largă. achizi Dacăţiona se comunică sau date comunicarea numai între dou locaţiicufixate se poate două echipamente pereche identice fără a pune un accent deosebit pe compatibilitatea lor cu alte echipamente din aceeaşi clasă. Standarde de comunicaţie prin modem

Bell 103 este primul standard adoptat şi permite transmisie de date la viteză mică cu o simplă modulaţie FSK. Bell 212A este următorul standard ce asigură o rată de transfer de până la 1200 biţi prin adăugarea tehnicii de modulaţie cu decalare de fază. El a fost la un moment dat cel mai utilizat standard in SUA, standard prin care se permite la o vitez ă de 600 baud un transfer de 1200 biţi. MNP este reprezentat de o întreagă ierarhie de standarde începând cu MNP de clasă 1 până la MNP de clas ă 10. MNP de clas ă 1 utilizează o metodă asincronă half duplex prin care necesită minime intervenţii din partea calculatorului. El a fost dezvoltat ini ţial pentru comunicaţii fără gestionarea erorilor şi poate asigura viteze de comunicaţie de până la 2400 biţi pe secundă. La clasa 2 se adaug ă avantajul de comunicaţie full duplex. Clasa 3 asigur ă trecerea la comunicaţia sincronă. În consecinţă, eliminarea biţilor de start şi stop la fiecare bait duce la creşterea volumului datelor cu 25 procente. Chiar dacă modemul comunică sincron, el se conecteaz ă la calculator ca un port standard RS 232. Clasa 4 este un protocol prin care se asigură corecţia erorilor, cât şi o modalitate de compresie a datelor. Prin el se implementează două inovaţii, adaptive packet assembly ce permite modemului să grupeze datele în pachete şi detecţia erorilor. Protocolul este adaptiv deoarece modifică dimensiunea fiecărui pachet funcţie de calitatea conexiunii. Data phase optimisation elimină biţii de control repetitivi din datele ce ţie. Cumulat, traversează pân liniaă de comunica cresc randamentul la 120%, un modem la 1200aceste bps cu tehnici MNP4 atinge 1450 bps. MNP de clas ă 5 este un protocol nativ de compresia datelor prin care se asigură un timp mai mic pentru comunica ţie. El poate comprima, anumite date, chiar de două ori dublând cantitatea de informaţie în acelaşi timp fizic. La anumite date, ce au fost deja comprimate, MNP5 poate să ducă la creşterea timpului de transmisie. Clasa 6 este construită pentru a exploata mai bine linia de comunicaţie independent de compresia datelor. Prin utilizarea tehnicii universal link negotiation, modemul poate începe comunicaţia

31


la viteză mică şi după evaluarea capabilităţii liniei telefonice şi a partenerului, să comute la o viteză mare. Protocolul include şi statistical duplexing prin care un modem half duplex poate simula operare full duplex. La clasa 7 s-a introdus algoritmul de compresie Huffman prin care rata de compresie poate cre şte cu până la de trei ori. Clasa 9 a protocolului reduce informaţiile suplimentare cerute de diverse operaţii uzuale. Confirmarea fiecărui pachet este liniarizată prin combinarea confirmării cu următorul pachet fără s ă fie necesare ări separate. În plus, se minimizeaz ă volumul informaţiilor confirm retransmise prin indicarea locului în care o eroare a fost detectat ă. Nu se retransmite întreg pachetul ci numai data eronat ă. La clasa 10 o nouă procedură permite operarea corectă a modemului atunci când conexiunea telefonică este sub standard. Pe lângă ajustarea dimensiunii pachetului se ajustează si viteza de comunicaţie la cea mai mare valoare pentru care comunicaţia este posibilă.

2.1. 5 Stand ard e CCITT/ ITU

Switched Data Service 56

V.22 este echivalent CCITT cu Bell 212A. El trimite mesaje cu 1200 biţi pe secundă la 600 baud. Chiar dac ă utilizează aceeaşi tehnică de modulare ca şi Bell 212A nu este compatibil întrucât foloseşte un alt protocol pentru stabilirea conexiunii. Multe modemuri suportă ambele standarde şi permite comutarea între ele. V.22bis a fost primul standard acceptat în toată lumea, atât în SUA cât şi în Europa. El permite rate de transfer de 2400 bps la 600 baud prin combinarea mai multor tehnici de modulaţie. Fiecare baud are 16 st ări suficient pentru a codifica şabloane de câte 4 biţi. V.32 este un standard internaţional ce permite 4800 sau 9600 bi ţi pe secundă. La 9600 bps face o modulare similară cu V.22bis. V.32bis extinde V.32 la 14400 bps. La 14400 bps sunt posibile 128 stări pentru fiecare baud. V.34 este standardul ce asigură viteză mare de transfer, standard care este denumit şi V.fast. Cu V.34 modemul poate opera la vitez ă de 28800 bps, fără compresie, pe o linie telefonică obişnuită. Standardul permite şi o viteză scăzută de 2400 sau 19200, compatibil cu V.32 şi V.32bis. Pe când V.32 operează cu o bandă fixă de 2400 Hz la o conexiune perfectă, V.fast este apt să crească banda la 3429 Hz. Un modem ce suportă V.fast utilizează tehnici de testare a liniei de comunica ie prin determinăsimilar la fiecare conexiune parametrii de egalizare ţlinie. Cucare o compresie ă MNP5 sau V.42, V.32 terbo poate opera la viteză efectivă ridicată cum este 115200 bps. Ast ăzi sunt disponibile pentru multe companii de telefonie o serie de îmbunătăţiri cum este Switched Data Service 56 care oferă unui singur canal o viteză de 56 kilobiţi pe secundă. Semnalele manipulate sunt transportate pe perechi de fire torsadate. Pentru a conecta două calculatoare este necesar un echipament terminal, similar cu un modem, ataşat la propriul calculator. Desigur că, dacă semnalul de transport este digital, nu este nevoie de modulare şi

32


demodulare. În multe locaţii SDS 56 este mult mai scump decât o linie telefonică uzuală. Costurile de instalare sunt suficient de ridicate dar şi administrarea conexiunilor necesită costuri adiţionale. SDS 56 nu este un standard internaţional, motiv pentru care este mai pu ţin universal faţă de legatura clasică prin modem. Avantajul important este dat de viteza ridicată, acurateţe înaltă şi integritate a datelor. 2.1.6 I SDN

Canale digitale la ISDN

ţialele ISDN vin de la Integrated Services Digital Network. ISDN Ini este un standard internaţional ce crează premisele înlocuirii conexiunii analogice prin linia telefonică. Prima schimbare reală pentru apropierea de ISDN apare în noiembrie 1992 când AT&T, MCI şi Sprint îmbrăţişează standardul numit ISDN-1. Noul standard stabileşte o interfaţă consistentă pentru conectarea echipamentelor terminale şi a companiilor locale de telefonie. Istoric, dou ă versiuni ISDN sunt disponibile. Cea mai simplă este Basic Rate Interface (BRI) care păstrează avantajul firelor de cupru torsadate pentru legarea locuinţelor şi birourilor la telefonie. Spre deosebire de un singur semnal analogic, o linie ISDN asigur ă trei canale digitale: două canale B (Bearer) ce pot transporta orice tip de date (voce codificată digital, fax, text sau numerice) la 64000 bps şi un canal D (Delta) operând la 16000 bps pentru transportul semnalelor de control ca un al treilea canal de date. Cele trei canale pot fi independent distribuite la diverse destinaţii prin sistemul ISDN. Un singur fir BRI permite transferul bidirecţional al datelor necomprimate la viteză de 64000 bps, similar cu modemurile full duplex, dar cu viteză mare şi fără erori datorită naturii sale digitale. Canalul D este disponibil pentru alte funcţii. O formă mult mai elaborată de serviciu ISDN este numită Primary Rate Interface. Acesta transmite pe 23 canale B, fiecare operând la 64000 bps şi un canal D de 16000 bps. Similar cu serviciul telefonic, ISDN este facturat la timp de conexiune nu la volumul datelor schimbate între parteneri. Punctul forte al serviciului BRI constă în faptul că operează pe liniile telefonice actuale. Pentru introducerea serviciului digital companiile telefonice ar trebuii să investească sume foarte mari. Barierele nu sunt tehnologice ci mai degrabă economice. Chiar dacă aveţi acces la servicii ISDN, nu se poate conecta calculatorul direct la linia telefonică, fiind necesar un adaptor ISDN. Unele adaptoare pot avea porturi analogice pentru conectare liniei telefonice existente la ISDN.

Dacă doreşti o transmisie rapidă de date o alternativă este Switched Multimegabit Data Service (SMDS). Implementarea permite ca dialup să suporte până la 1,45 megabiţi pe secundă. Au fost propuse sisteme prin care se asigură 1,2 până la 30 megabiţi pe secundă.

33


2.1.7 Controlu l m odemulu i

Un modem asigură o serie de facilităţi ce sunt controlate de calculatorul la care acesta este conectat. Din acest punct de vedere, spunem că un modem poate opera în două moduri alternative: mod comandă şi mod comunicaţie. În modul comandă modemul primeşte şi execută instrucţiunile primite de la calculator. În modul comunicaţie el operează transparent şi converteşte datele primite în alte formate Compatibilitatea Hayes

Structura comenzilor Hayes

ă de reprezentare. Schimbarea modului se realizeaz trimiterea caractere de control către modem. Caracterele pot prin fi recep ţionatede şi procesate numai în modul comandă. În modul comunicaţie caracterele sunt transmise pe linia telefonic ă. Comutarea între modul comandă şi modul comunicaţie este foarte simplă, modemul este totdeauna gata să execute comenzi. Comutarea inversă din modul comunicaţie în modul comandă este mult mai dificilă deoarece modemul primeşte sau trimite date pe linia telefonic ă şi este necesar un interval de timp în care nu sunt vehiculate date. Metoda de comutare a modului a fost patentată de Hayes Microcomputer Product şi trebuie licenţiată pentru toate modemurile ce o utilizează, metodă ce este uzual denumită setul de comenzi Hayes.

Toate comenzile Hayes încep cu o secvenţă de două caractere numită şi attention characters (AT). După caracterele AT urmează alte caractere prin care se specifică comanda. Deoarece AT este parte a oricărei comenzi Hayes, comenzile mai poartă şi denumirea de setul comenzilor AT. Un modem ce recunoa şte comenzile AT se spune că este compatibil Hayes. Setul intrinsec al comenzilor AT nu este patentat, însă procedura de comutare a modurilor de operare este patentată, fără de care nu pot fi utilizate. Multe comenzi ce urmează după AT conţin o literă prin care se specifică clasa din care face parte comanda şi alte caractere prin care se indic ă natura comenzii. Spre exemplu H este comanda pentru Hook, H0 înseamnă „hang up”, adică ridicarea receptorului sau deschiderea liniei. Mai multe comenzi pot fi combinate pe o singură linie după o comandă ce începe cu atention. Ca exemplu ATDT3104218 specifică D pentru dial, T pentru tone (dial tone) şi numarul la care face apelul 3104218. Toate comenzile Hayes se termin ă cu carriage return (tasta enter) pentru a fi transmise de calculator c ătre modem şi pentru procesare. Cu trecerea timpului comenzile Hayes au fost extinse pentru a exploata toate extins facilităţalilecomenzilor adăugate unui modem, ce se numeşte setul Hayes. Hayesformând adaugă ceea noi facilit ăţi prin registrele speciale sau zone de memorie numite şi registre S (Sregister) prin care se setează parametrii de operare. Prin înc ărcarea valorilor în registrele S o mulţime de funcţii ale modemului pot fi controlate. Registrele S sunt văzute ca octet sau ca bit. O parte dintre registrele S conţin informaţie numerică, altele caractere ASCII, altele au semnificaţie la nivel de bit, prin care se activeaz ă sau nu o stare.

34


Comenzile se trimit la modem într-un singur sens, fiind necesare confirmări ale recepţiei comenzilor şi ale modului în care au fost executate. Pe de altă parte un modem trebuie să semnalizeze ori de câte ori a găsit un modem la celălalt capăt al liniei. Parte a comenzilor Hayes sunt si o serie de coduri de răspuns prin care se raportează funcţionalităţi. Atunci când un modem doreşte să semnalizeze ceva el trimite un cod numeric sau un cuvânt pentru a descrie situaţia prin aceeaşi conexiune prin care se schimbă date între calculator şi modem. Răspunsul tipic include OK prin care se precizează faptul că comanda a fost recepţionată şi executată.

Semnificaţia codurilor de răspuns

Codul numeric 0 1 2 3 4

Semnificaţie OK CONNECT RING NO CARRIER ERROR

5

CONNECT 1200 NO DIALTONE Dialtone nu a fost detectat în timpul de aşteptare BUSY Modemul a detectat un semnal ocupat NO ANSWER Nu a detectat answer CONNECT Conexiune stabilită la 2400 bps 2400

6 7 8 10

Descriere Comandă executată fără erori Conexiune stabilită (la 300 bps) Apel în progres Nu s-a detectat semnal de transport Eroare în linia de comandă sau linie de comandă prea lungă Conexiune stabilită la 1200 bps

Deoarece codul de răspuns este transmis de la modem la calculator ca parte a unui şir de date obişnuit, este posibil a fi accidental interpretat ca un text recepţionat. Un modem oferă mai multe opţiuni de configurare dependente de serviciul pentru comunicare utilizat. Unele dintre ele p ăstrează configuraţia de bază într-o memorie EEPROM pe când altele necesită reprogramarea acestuia la fiecare utilizare. În consecin ţă poţi schimba configurarea modemului la fiecare conexiune dac ă este necesar. Pentru setarea sau schimbarea configur ării programul de comunicaţie trimite un şir de comenzi pe portul serial, şir ce este numit setup string. Un şir de comenzi pentru setare modem este vital la asigurarea unei comunicaţii cu succes. Şirul de comenzi este constituit ca o secvenţă de comenzi compatibile Hayes. Software-ul ţie trimite şi de comunica modem pentru apelapel telefonic modemul apelat ştie ce comenzi trebuie sălafac ă atunci când un soseşte. Toate modemurile au inclus automatis speed sensing prin care ajustează automat viteza de comunicaţie. În general, se încearc ă de fiecare dată stabilirea vitezei maxime de comunicaţie suportată de ambele echipamente implicate. Un modem cu opţiune de compresie date poate atinge 57000 bps cu V.32bis sau 115200 bps cu V.34. Viteza va fi aleasă în timpul procesului de negociere a standardului pe care el şi modemul pereche îl utilizeaz ă.

35


Când se utilizează standardul V.22bis, spre exemplu, modemul apelat detectează apelul, deschide linia şi aşteaptă cel puţin două secunde. Această perioadă de tăcere este numită billing delay şi este utilizată de compania de telefoane pentru a da posibilitatea determinării faptului că este o comunicaţie de date, nu de voce. Dup ă acest interval modemul apelat transmite tonul de r ăspuns la 2400 Hz o perioadă de 2,6 până la 4 secunde. Pentru perioade determinate de timp cele două modemuri transmit şabloane specifice la diverse viteze, proces numit negociere. ţie prin modem a fost creat în 1978 şi Primul protocol de comunica este numit Xmodem sau modem7. Tehnica propusă de protocol porneşte de la segmentarea datelor în blocuri de 128 bai ţi, transmite blocul la un moment de timp şi aşteaptă confirmarea. Dacă un bloc nu este confirmat se retransmite de mai multe ori pân ă când fie este recepţionat corect, fie se închide comunicaţia. Pentru detectarea Protocoale de comunicaţie pentru erorilor Xmodem utilizează suma de control adăugată la fiecare bloc, sumă ce este calculată la recepţie şi comparată cu cea transmisă. O modemuri confirmare a unui bloc este f ăcută prin transmiterea unui bait, cod ASCII ACK, respectiv infirmarea prin NACK. O serie de alte protocoale au fost dezvoltate cum sunt Xmodem-1K, Wxmodem, Ymodem, Ymodem-g, Zmodem, Kermit.


Completaţi spaţiile libere din următoarele întrebări. Fiecare întrebare valorează 10 de puncte. Punctaj minim: 80 1. Infrastructura utilizată pentru comunicaţia prin modem este _________________ 2. Tehnica prin care se asigură creşterea lărgimii de bandă la comunicaţia prin modem este numită __________. 3. Caracterele ___ prefixează orice comandă Hayes. 4. Dacă modemul nu a detectat DIAL TONE acesta va răspunde cu _________ . 5. O linie ISDN asigură trei canale __________. 6. MNP5 este utilizat pentru ____________ erorilor. 7. Prin codul ASCII ______ se confirmă recepţia unui bloc de date. 8. Comanda Hayes ATDT semnifică __________________. 9. Dacă la un calculator cu porturile seriale COM1 şi COM2 se ataşează un modem intern, el poate fi instalat pe _____ sau _____ . 10. ______ este numărul de octeţi de date într-un bloc la protocolul Xmodem.

36


2.2 Fax

Elemente componente fax

Scaner

Majoritatea modemurilor de mare viteză au în plus capabilităţi pentru fax. Adăugarea acestor facilităţi nu duc la creştere semnificativă a costului cu toate că asigură avantaje deosebite din punctul de vedere al funcţionalităţii. Tehnologia este cunoscută sub numele de transmitere facsimil. Din punct de vedere implementare sunt cunoscute echipamente de sine independente, denumite şi fax, cât şi tehnologii prin care un calculator are ata şat un DCE cu capabilităţi de fax. Se porneşte de la ideea c ă un document transmis prin fax este tipărit pe o foaie de hârtie. În consecin ţă un fax trebuie s ă includă mai multe componente cum sunt: scaner, compresor/ decompresor Huffman, modem, printer, set telefonic (fig. 2.1). Putem considera c ă o transmisie de tip facsimil este similar ă cu un copiator cu singura diferenţă dată de faptul că srcinalul şi copia se găsesc la distanţă. O pagină se aşează în scanerul faxului transmiţător şi după stabilirea conexiunii cu faxul receptor este convertită în pixeli albi şi negrii, codificată apoi corespunzător, transmisă prin conexiunea telefonică. La recepţie, după decodificare, imaginea în pixeli a documentului srcinal este tip ărită. Informaţia scanată după codificare este preluată de modem. Este simplu de imaginat faptul că în orice echipament de tip fax legătura cu linia telefonică este realizată similar cu cea de la transmiterea de date prin intermediul modemului. Memorie pentru două linii scanate

Compresor Huffman, MR, MMR

PSTN

RJ45-line Modem RJ45-phone Printer

Memorie pentru două linii

Decompresor Huffman, MR, MMR

Fig.2.1 Structură fax

Caracteristici

În mod uzual la scaner se digitizează pagini de format A4 sau letter.

pentru scaner fax

ţăă srcinalul ăse Fiind considerat un lacopiator distan se gîmp la transmi receptor.la O pagin scanată este ită în ţător şi copia ărşţte linii şi coloane, intersecţia dintre o linie şi o coloană formează un pixel, a cărui stare indică pixel alb sau pixel negru. Pentru faxul cu nuanţe de gri sau color reprezentarea unui pixel este mult mai complicată fiind necesari mai mulţi biţi. Noi vom trata doar comunicaţia prin fax alb negru. Formatul standard pentru o pagin ă, fără a discuta de rezoluţia fină, constă din 1728 coloane şi 2200 linii. Este foarte importantă dimensiunea unei linii cu 1728 pixeli şi mai puţin importantă înălţimea paginii, singura restricţie fiind că o pagina

37


nu poate avea o înălţime mai mare de 300 mm. Dac ă documentul srcinal are o în ălţime mai mică aceasta este sesizată de către scaner, la destinaţie fiind generat un document de aceea şi înălţime cu cea a srcinalului. Din considerentele prezentate mai sus rezolu ţia fax este diferită pe orizontală faţă de verticală. Prin scanare se obţine imaginea digitală a unei linii ca un şir de 1728 biţi ce au o stare pentru pixel negru şi starea complementară pentru un pixel alb. O linie scanată conţine totdeauna un şir de 1728 biţi şi este stocată temporar în memoria pentru două linii scanate. Această memorie are o organizare specifică de 2 cuvinte a 1728 bi ţi. Raţiunea pentru care ă se streazăcompresorului totdeauna ultimele două liniietajul scanate funcpţăionarea ce constituie urmeste ător. explicat prin

2.2.1 Cod ificarea Huffm

an

Întrucât imaginea digitală a unei linii conţine un număr mare de biţi, pentru a diminua timpul de comunica ţie în structura fax este necesară compresia. Un alt motiv pentru care s-a apelat la o compresie de date este legat de modul de detectare a erorilor de comunicaţie. A fost aleasă codificarea Huffman datorită proprietăţii codului Huffman privind detectarea începutului. Notând un pixel alb cu A şi un pixel negru cu B, imaginea unei linii scanate va avea forma: <27A 3B 71A 5B.......>

Imaginea unei linii scanate pentru transmisie facsimil

care este interpretată ca o succesiune de 27 pixeli albi, urmat ă de 3 pixeli negri, 71 pixeli albi, 5 pixeli negri şi aşa mai departe, însumând pentru o linie 1728 pixeli. Este normal ă, la rezoluţia de scanare, succesiunea de pixeli de acelaşi tip. Tehnologia utilizată la fax face ca modemul să nu primească o succesiune de pixeli, ci o succesiune de coduri, câte un cod sau cel mult dou ă coduri pentru fiecare şir de pixeli de acelaşi tip. Codificarea Huffman asigură coduri pentru şir de pixeli identici multiplu de 64 şi coduri pentru restul împărţiri la 64. În tabelele 2.1 se dau detalii despre interpretarea codurilor Huffman. Tabelul 2.1 Nr pixeli 64 128 196 256 ... 1728

38

Cod Huffman Cod Huffman pixeli albi pixeli negri


Nr pixeli

Cod Huffman Cod Huffman pixeli albi pixeli negri

1 3 3 4 .... 63 Un cod Huffman în domeniul descris este format din 2 pân ă la 14 biţi. Linia din exemplul anterior va fi codificată astfel: Compresia Huffman

<(H 27A)(H 3N)(H 64A)(H 7A)(H 5N).......(H EOL)> în care, H 27A reprezintă codul Huffman pentru 27 pixeli albi, H EOL codul Huffman pentru End Of Line. Se observă faptul că pentru cei 71 pixeli albi codificarea Huffman este format ă din două coduri (cod pentru 64 pixeli albi şi cod pentru restul împărţirii la 64, adică 7 pixeli albi. La transmiterea prin fax a documentelor tip ărite foarte multe linii sunt albe caz în care prin codificare o linie conţine două coduri, codul pentru 1728 pixeli albi şi codul pentru EOL. Se spune despre această codificare că este sincronizată la fiecare linie, întrucât fiecare linie este terminată prin codul EOL. Altă metodă de codificare este codificarea pe verticală, denumită Modified Read (MR), codificare în care dup ă o linie codificată Huffman, următoarea linie este codificată funcţie de precedenta. Este raţional să considerăm ca două linii succesive nu sunt mult deosebite. Pentru fiecare şir de pixeli de acela şi tip se activează codificarea pe verticală doar dacă diferenţa dintre pixeli aferenţi este de maxim +2 sau -2. Dacă diferenţa este mai mare se codifică Huffman. Aceasta este şi raţiunea pentru care în structura fax a fost introdusă memoria pentru două linii scanate. În această situaţie sincronizarea se face la dou ă linii scanate prin apari ţia codului EOL, motiv pentru care factorul de întreţesere este 2. O codificare mult mai eficientă este codificarea Modified Modified Read (MMR), prin care factorul de între ţesere creşte la 4 sau chiar mai mult dacă multe linii succesive sunt asem ănătoare. La toate ă sincroniz ării ă un metodele codificare pe vertical datorit număr maide mare de linii, o linieă, de referin duce la ţă eronat ă dup imposibilitatea generării celorlalte linii codificate func ţie de linia de referinţă. Eficienţa codificării creşte prin metodele de codificare verticală în detrimentul corectitudinii interpretării liniilor recepţionate. Toate aparatele de tip fax cunosc codificarea Huffman, numai unele cunosc codificările pe verticală. Protocoalele de comunicaţie între faxuri includ metode de selecţie a modului de codificare funcţie de facilităţile echipamentelor implicate în comunicaţie.

39


Formatul obţinut după codificare este transmis modemului care va converti informaţia digitală în format analogic specific reţelei telefonice. Modemul inclus în structura fax nu are caracteristici speciale, el primeşte şirul de biţi similar cu transmisia de date între două modemuri. La recepţie, modemul corespondent transformă semnalele analogice recepţionate în şiruri de biţi reprezentând linii codificate. Aceşti biţi sunt preluaţi de decompresorul faxului receptor care efectuează procesul invers prin care obţine imaginea liniilor, similar cu rezultatul scanării. Liniile rezultate sunt transmise c ătre imprimantă pentru tipărire. Este remarcabil faptul că procesele de şi tipărire se execută în timp real, adică pe măsură ce liniile scanare sunt scanate şi transmise la destinaţie aceste linii se tipăresc. Nu este exclusă situaţia în care anumite linii sunt eronate, motiv pentru care protocolul trebuie să includă o modalitate de tratare a erorilor.

2.2.2 Stabilirea com

uni ca ţiei

Procedura prin care două faxuri comunică este stabilită printr-un protocol de comunicaţie. Un astfel de protocol este implementat în firmware-ul echipamentelor de tip fax, pentru faxurile de sine stătătoare cât şi printr-o combinaţie firmware şi software pentru cazul în care la DTE se ataşează un DCE corespunzător. Stabilirea conexiunii şi transmisia efectivă este organizată în cinci faze denumite faza A, până la faza E. În oricare dintre variante, procedura începe cu faza A, formarea numărului de telefon al destinatarului. La destinaţie echipamentul recepţionează apelul, apel ce este identificat ţie de frecvenţa de transport a apelului, ca apel denumit fax ăfunc identificare în general CNG. Prin CNG un apel poate fi direcţionat de către dispozitivele ce recunosc această identificare către telefon, fax, modem sau maşină automată de răspuns.

După recepţia apelului, în cazul în care la postul destinaţie este un aparat de tip fax acesta simulează hung-up (adică ridicarea receptorului din furcă) prin care linia între cele dou ă echipamente este deschisă. 2.2 .3 Tratarea eror ilo r

Detecţia erorilor la decompresie Huffman

40

Dacă o linie codificată Huffman este corectă în urma decodificării se obţin 1728 pixeli. Dacă în urma decodificării numărul de pixeli diferă de 1728, linia este eronată. Un astfel de control al corectitudinii nu include date adiţionale materializate prin sumă de control sau alte modalităţi, prin care raportul informaţie utilă, informaţie transmisă se înrăutăţeşte. În mod uzual, similar copiatoarelor, copia unui document este inteligibilă chiar dacă nu sunt absolut identice. Este raţional să considerăm că o codificare Huffman faţă de metodele de codificare pe verticală este mult mai imună la erori, prin sincronizare la fiecare linie. Dacă rezultatul decodificării conţine mai mult sau mai puţin de 1728 pixeli linia este eronată. O astfel de linie este tip ărită ca o linie albă. Nu deranjează foarte mult faptul că în interiorul unui rând tipărit aveţi o linie de pixeli albi. O altă metodă este cea prin


Confirmarea corectitudinii la nivel de pagină

care o linie eronată este asimilată cu linia anterioară. Dacă mai multe linii succesive sunt eronate prima linie se asimilează cu linia anterioară, următoarele se tipăresc ca linii albe. Procesul de transmisie fiind un proces în timp real, nu există nici o posibilitate ca o linie eronată s ă fie retransmisă. Cu toate acestea orice protocol de fax trebuie să aibă incluse proceduri prin care se confirmă sau infirmă recepţia. Procedura aleasă la fax include confirmare la nivel de pagină transmisă. O pagină poate primi confirmare pozitivă în situaţia în care volumul liniilor eronate pe pagin ă este acceptabil, respectiv confirmare negativă dacă numărul liniilor eronate ăşeşte nivelul maxim permis. Nivelul erorilor este dependent de dep parametrii comunicaţiei cât şi de calitatea liniei utilizate. La anumite faxuri după transmiterea unei pagini, în situa ţia în care nivelul erorilor este acceptabil, dar destul de mare, pot fi renegocia ţi parametrii de comunicaţie. Procedura nu este disponibilă pentru toate faxurile. Prin această procedură se diminuează parametrii comunicaţiei, setaţi iniţial la capabilităţile maximale disponibile, astfel încât să se diminueze nivelul erorilor.



Adevărat / Fals A/F 1. Numărul de pixeli pentru o linie fax este de 1437. A/F 2. Codificarea Huffman a fost aleasă întrucât numărul de biţi pentru fiecare cod este acelaşi. A/F 3. Codificarea Huffman asigură sincronizare la fiecare linie transmisă prin EOL. A/F 4. Codificarea Modified Read se realizează funcţie de linia precedentă indiferent de secvenţa pixeli albi pixeli negrii. A/F 5. Un şir de 135 pixeli negrii se codifica Huffman prin 3 coduri cu început detectabil. A/F 6. O linie recepţionată este considerată ca fiind corectă dacă numărul de pixeli după decompresie este 1728. A/F

7. O linie eronată este considerată la tipărire ca linie albă.

A/F

8. În structura fax este inclus obligatoriu un modem.

A/F 9. Codificarea MMR asigură o tratare superioara a erorilor fa ţă de codificarea Huffman. A/F 10. Confirmarea recepţiei către faxul receptor se face la fiecare linie. 41


Sarcină de lucru Prezintă în maxim 300 de cuvinte un eseu despre modul în care presupune ţi că se va modifica schimbul de informaţii între persoane prin utilizarea comunicaţiei prin modem şi fax. Acest eseu va fi notat cu maxim 20 de puncte. 5 puncte vor fi acordate pentru corectitudinea exprimării, 10 puncte pentru argumentare şi 5 puncte pentru inventivitate.

42


Lucrarea de verificare 2 Lucrarea de verificare constă în formularea răspunsului adecvat la 8 întrebări ăspunsul la o întrebare nu trebuie să dep ăşească o corespunzând unităăţ. iiFiecare de învăţrăare 2. Rtrebuie jumătate de pagin spuns argumentat. Pentru o întrebare se pot ob ţine maximum 80 puncte. Numărul de puncte obţinut pentru un test este dat de suma punctajelor la toate întrebările testului împărţită la numărul de întrebări. La evaluarea lucrării se iau în consideraţie pentru fiecare răspuns la întrebare: Claritatea exprimării şi organizarea structurală a răspunsului (10 puncte); Utilizarea corect ă a termenilor de specialitate aferenţi unităţii de învăţare (15 puncte); Completitudinea răspunsului (30 puncte); Calitatea argumentării afirmaţiilor (15 puncte); Introducerea de elemente srcinale sau învăţate din bibliografia recomandată (10 puncte); Poate fi oferit ă o bonificaţie de maxim 5 puncte dacă lucrările sunt transmise la timp şi punctajul obţinut nu depăşeşte punctajul maxim.

1. Care sunt principalele metode de modulaţie la modem?

2. Care este avantajul controlului modem prin comenzile compatibile Hayes?

3. Comparaţi principalele metode de codificare a documentelor transmise prin fax.

4. Care sunt principalele avantaje ale comunicaţiei prin reţeaua telefonică faţă de cea prin cablu dedicat?

5. Descrieţi structură generală a unui fax. Precizaţi rolul fiecărei componente.

6. Care este modul de tratare a erorilor la transmiterea de documente prin fax?

43


7. Care sunt avantajele codificării Hufmann a documentelor transmise prin fax?

8. În ce situaţii se aplică codificarea modified read?

Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Testul de autoevaluare 2.1 (vezi secţiunea 2.1) 1 reţeaua telefonică 2 modulaţie 3 AT (atention) 4 NO DIALTONE 5 digitale 6. corecţia 7. ACK 8. tone 9. dial COM3 .. COM4 10. 128 Testul de autoevaluare 2.2: 1 F 2 F 3 A 4 F 5 F 6 A 7 A 8 A 9 F 10 F (vezi secţiunea 2.2)

Bibliografie [1] Peter Norton, John Goodman, Totul despre calculatoarele personale, Ed. Teora 2000 (cap.13). [2] Tina Rothbone, Modemuri pentru toţi, Ed. Teora 2003 (integral). [3] Titu Bajenescu, Sisteme personale de comunicaţii, Ed. Teora 2002 (cap.3). [2] Dorin Cârstoiu, Gestiunea documentelor, Ed. Printech 2000 (cap.4, cap.5). [5] Andrew Tanenbaum, Reţele de calculatoare, Agora Press 1996 (secţiunea 3.3).

44

Principiile comunicaţiei în reţelele de calculatoare

Unitatea de învăţare nr. 3 PRINCIPIILE COMUNICAŢIEI ÎN REŢELE DE CALCULATOARE OBIECTIVE ....................................................................................................................... 45 3.1 Cazuri de utilizare reţele ........................................................................................... 46 Test de autoevaluare 3.1 ............................................................................................. 48 3.2 Considerente hardware, tipuri de reţele .................................................................. 48 3.2.1 Reţele locale ........................................................................................................ 49 3.2.2 Reţele metropolitane........................................................................................... 50 3.2.3 Reţele cu răspândire geografică mare .............................................................. 51 3.2.4 Reţele radio ......................................................................................................... 52 Test de autoevaluare 3.2 ............................................................................................. 53 3.3 Programe de reţea ..................................................................................................... 54 3.3.1 Interfeţe şi servicii .............................................................................................. 56 3.3.2 Servicii orientate pe conexiuni şi servicii fără conexiuni ............. .............. ..... 57 3.3.3 Relaţia dintre protocoale şi servicii ............. ............. ............. ............. .............. . 59 Test de autoevaluare 3.3 ............................................................................................. 59 Sarcină de lucru 3 ............................................................................................................ 61 Lucrarea de verificare 3 .................................................................................................. 62 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare ............ ............. ............. ............ .... 63 Bibliografie ....................................................................................................................... 63

OBIECTIVE Această unitate de învăţare introduce cursantul în problematica reţelelor de calculatoare. Vor putea fi asimilate cunoştinţe despre: • Avantajele utilizării reţelelor de calculatoare • Categorii de reţele de calculatoare • Componentele hardwareşi software utilizate în re ţele de calculatoare • Analiza modelelor de referinţă în structura reţelelor de calculatoare • Definirea noţiunilor fundamentale: serviciu, protocol, interfe ţe Întrepătrunderea dintre domeniul calculatoarelor şi cel al comunicaţiilor are o influenţă deosebită asupra modului în care sunt organizate sistemele de calcul. Conceptul cunoscut până nu demult numit centru de calcul este total depăşit la acest moment fiind ţea de calculatoare ă dintr-un înlocuit cu termenul de reinterconectate. număr mare de calculatoare Esteformat necesar ă definirea termenului de reţea de calculatoare ca fiind o colecţie de calculatoare autonome interconectate. Prin termenul de autonom s-a dorit excluderea din definiţie a unei relaţii de tip master/slave. Un sistem care are o unitate de control şi mai multe unităţi aservite nu este o reţea cum nu este o reţea nici un calculator ce are în compunere un număr mare de imprimante sau terminale conectate la distan ţă. De multe ori se face confuzie între o re ţea de calculatoare şi un sistem distribuit. Într-un sistem distribuit existenţa mai multor calculatoare

45


autonome este transparentă, sistemul de operare este cel care distribuie sarcinile de prelucrare c ătre unul sau mai multe procesoare, transferă datele de intrare procesoarelor şi depune rezultatele prelucrării la locul corespunzător. În sistemele distribuite utilizatorii nu trebuie să conştientizeze faptul că există mai multe facilităţi de prelucrare, sistemul fiind echivalent cu un sistem ce conţine un singur procesor virtual. Într-o reţea de calculatoare utilizatorii trebuie să se conecteze explicit la o anumită maşină, să comande execuţia proceselor la distanţă şi să personalizeze toată activitatea reţelei.

3.1 Cazuri de utilizare reţele

Modelul client server

Ne propunem ca în acest paragraf să identificăm principalele utilizări ale reţelelor de calculatoare. La nivelul organiza ţiilor ce dispun de un număr mare de calculatoare situate la distanţă unul de altul, acestea nu trebuie să lucreze independent ci este nevoie de comunicare pentru ca la cerere să se poată corela informaţia stocată pe fiecare dintre ele. Un alt obiectiv este asigurarea unei mari flexibilităţi prin accesul la mai multe spa ţii de stocare. Este curentă practica de a stoca aceleaşi informaţii pe mai multe ma şini, astfel că la defecţiuni pot fi accesate datele alternative păstrate în copie pe altă maşină. La nivelul instituţiei se poate gândi o soluţie prin care se asigură un singur calculator de mare vitez ă, având preţ ridicat şi mai multe calculatoare personale, cu posibilităţi modeste de prelucrare, pentru fiecare utilizator. O astfel de structură în care există mai multe servere de fişiere şi utilizatori denumiţi generic clienţi formează modelul cunoscut sub denumirea de model client – server. O structură a acestui model este dat ă în fig. 3.1.

Maşina client Proces client

Cerere

Răs uns

Maşina server Proces server

Fig.3.1 Modelul client server

În modelul client server procesul client trimite o cerere c ătre procesul server, cerere ce implică realizarea unei anumite acţiuni. Serverul execută cererea formulată de către client şi transmite rezultatul execuţiei acesteia clientului. Un server deserveşte, de regulă, un număr mare de clienţi. Trebuie totuşi remarcat faptul că o arhitectură client server nu necesită în mod obligatoriu o arhitectură de reţea, conceptul fiind perfect valabil şi la implementările intrasistem, implementări ce nu duc la creşterea capacităţii de prelucrare. Pe de altă parte, o reţea de calculatoare este în egală măsură un mediu de 46


Aplicaţii de videoconferinţă

comunicare puternic pentru angajaţii companiei, facilitând cooperarea între grupuri de lucru. Existenţa calculatoarelor personale, disponibile la preţuri accesibile şi cu un raport preţ performanţă foarte atractiv a făcut ca reţelele de calculatoare să devină foarte populare. Ca urmare au apărut reţelele publice ce facilitează o serie de servicii cum sunt accesul la informaţie la distanţă, schimbul de informaţie între persoane, divertisment interactiv etc. Accesul la informa ţie la distanţă poate lua forme multiple, de la simplul acces la instituţiile financiare pentru plăţi electronice la cumpărăturile on-line. Informaţia este prezentată în ţie de tip text la elemente multimedia: diverse la Un informa imagine,forme, sunet,de film. canal uzual de comunica ţie în secolul XXI este poşta electronică sau e-mail, dar şi o tendinţă de schimbare a tehnologiei pentru comunicaţia telefonică bazată pe voice over IP. În domeniul comunicării între oameni sunt puse la punct tehnologii de comunicare audio şi video pentru întâlniri virtuale numite şi videoconferinţe.

Impactul social al extinderii tehnologiilor de comunicaţii

Este cadrul adecvat pentru a ridica şi câteva probleme legate de impactul social al extinderii tehnologiilor de comunicare prin reţele de calculatoare. O serie de probleme se ivesc în cadrul grupurilor de interese ce iau în discuţie subiecte extrem de delicate, la care se produc mesaje ce sunt considerate ofensatoare şi chiar imorale de o mare categorie de persoane. Multe forumuri de discuţii sub umbrela anonimatului promovează subiecte de moralitate îndoielnică, exprimări vulgare. Fotografii cu rezoluţie bună, filme şi videoclipuri pot avea un conţinut ce depăşeşte limitele normale, fapt ce duce la dezbateri foarte aprinse. Nu rare sunt situa ţiile în care au fost daţi în judecată operatorii de reţea pretinzându-se că sunt responsabili pentru informaţia ce este vehiculată, ca în cazul ziarelor şi revistelor. În aceste cazuri există un singur răspuns inevitabil şi anume ca reţeaua se comportă ca o companie de telefonie sau un oficiu po ştal ce nu poate controla ce discută utilizatorii serviciului. Dacă ar fi luată în consideraţie posibilitatea de a cenzura mesajele s-ar înc ălca drepturile la liberă exprimare ale utilizatorilor. O dispută interesantă este axată pe contradicţia între drepturile angajaţilor şi drepturile patronilor. Patronii susţin că au dreptul să citească şi să cenzureze mesajele scrise de angajaţi în timpul serviciului şi chiar mesajele scrise de acasă. Problema ar putea fi extinsă la relaţia profesor student, profesor elev. O problemă importantă este cea a mesajelor anonime ce pot fi privite ca semnale de alarm ă asupra unor probleme fărădreptul teamăunei de represalii. legea asigur ă în serioase mod explicit persoane Pentru acuzatejudecat de a- şăi ,chema acuzatorul in faţa curţii, o acuzaţie anonimă nu poate servi drept probă în instanţă.

47



Din cele 4 variante indicate la fiecare întrebare doar una este corectă. Alegeţi varianta corectă de răspuns. Fiecare întrebare are asociate 25 de puncte. Punctaj minim: 75 1. O reţea de calculatoare este: e. Formată din două calculatoare conectate prin cablu serial f. Un calculator cu mai multe terminale g. O colecţie de calculatoare autonome interconectate h. Mai multe procesoare conectate pe o magistrală 2. Un proces server într-o aplicaţie client server are rolul: e. Supraveghează funcţionarea echipamentelor f. Execută cererile furnizate de către procesele client g. Furnizează cereri către clienţi h. Lansează în execuţie alte procese 3. Un proces client într-o aplicaţie client server are rolul: e. Să primească cereri de procesare de la server f. Să gestioneze coada de mesaje primite de la alţi clienţi g. Să gestioneze funcţionalitatea mediului de comunicaţie h. Să formuleze cereri de procesare către server 4. Care dintre afirmaţii este falsă: e. videoconferin O reţea de calculatoare poate fi utilizat ă pentru aplicaţii de ţă f. O reţea de calculatoare conţine mai multe calculatoare autonome interconectate g. Toate calculatoarele dintr-o reţea au instalat acelaşi sistem de operare h. Prin intermediul reţelei un utilizator are acces la informaţie stocată la distanţă

3.2 Considerente hardware, tipuri de reţele

Reţele de difuzare

48

Din punct de vedere tehnic nu putem spune că există criterii obiective prin care reţelele de calculatoare să fie încadrate. După opinia mea, opinie împărtăşită şi de o serie de autori, sunt importante două criterii: tehnologia de transmitere a informa ţiei şi scara la care operează re ţeaua. Din punctul de vedre al tehnologiilor de transmisie o primă categorie încadrează reţelele cu difuzare, în care un singur canal de comunicaţie este partajat de către toate maşinile din reţea. O ma şină transmite pachete scurte ce sunt primite de toate celelalte maşini, fiecare dintre maşini pot identifica un pachet adresat prin câmpul special ce conţine adresa. Numai pachetele destinate unei anumite maşini sunt tratate de către aceasta, celelalte fiind ignorate. Sursele de difuzare permit şi adresarea unui pachet către toate destinaţiile dacă alocă un cod special în câmpul de adres ă. Sunt sisteme de difuzare ce permit transmiterea către un subset de maşini, operaţie cunoscută sub denumirea de transmitere multiplă.


O schemă utilizată pentru transmiterea multiplă porneşte de la alocarea unui bit pentru a se indica transmitere multipl ă şi cei n-1 biţi rămaşi vor indica adresa grupului.

Reţele punct la punct

Spre deosebire de reţelele de difuzare reţelele punct la punct formează numeroase conexiuni între perechi de maşini individuale. Pentru ca un mesaj să ajungă de la sursă la destinaţie, de multe ori acesta trebuie să traverseze o mulţime de maşini intermediare. Existenţa traseelor multiple, cu lungimi diferite fac ca algoritmii de dirijare (rutare) să joace un rol important. F ără a fi un standard ă re elelece mici, localizate geografic utilizeaz mod curent difuzarea, în ţtimp reţelele mari sunt de regul ă punct în la punct.

Un alt criteriu de clasificare a re ţelelor este mărimea. După mărime reţelele se împart în reţele locale (LAN), reţele metropolitane (MAN) şi re ţele larg răspândite geografic (WAN). Prin interconectare a dou ă sau mai multe reţele se obţine o inter-reţea al cărei exponent tipic este Internet. 3.2.1 Re ţele loc ale

Criterii de clasificare reţea

Reţelele locale (Local Area Network) denumite şi LAN sunt considerate reţele private localizate într-o clădire sau un campus. De cele mai multe ori nu au nici m ăcar întinderea unei companii sau instituţii şi sunt utilizate pentru a partaja diverse resurse între mai mulţi utilizatori. Principalele criterii prin care distingem un LAN de alte reţele sunt: mărimea, tehnologia de transmisie şi topologia. A şa cum s-a precizat orice LAN are dimensiune limitat ă fapt ce produce o limitare a timpului de transmisie ce este cunoscut aprioric. Tehnologia de transmisie poate consta dintr-un singur cablu asigurând viteze uzuale între 10 şi 100 MBps, dar şi mult mai mari, timpul de transmisie este foarte scurt şi produc foarte puţine erori. Din punct de vedere topologic în LAN-uri de difuzare sunt disponibile o mulţime de structuri. O reţea cu magistrală (cablu coaxial liniar) are la un moment de timp, un singur master care are dreptul s ă transmită. Desigur că, dacă două sau mai multe maşini doresc să transmită la acelaşi moment este necesar un mecanism de arbitrare, mecanism ce poate fi centralizat sau distribuit. O reţea populară este IEEE 802.3 numită şi Ethernet, reţea cu difuzare bazată pe o ă de control magistral descentralizat 3.2).şÎntr-o reţea calculatoarele pot transmite la orice (fig. moment i dacăastfel două de pachete duc la coliziuni în sensul ca două maşini transmit cvasi-simultan se generează o aşteptare aleatoare de către fiecare dintre maşini după care se reia procedura. O altă topologie uzuală este cea de inel prin care fiecare bit se propagă independent de ceilalţi pe circumferinţa inelului (fig.3.3). Şi în acest caz este necesar ă o metodă de arbitrare a accesului simultan la canalul de comunicaţie.

49


Calculatoare

Cablu conexiune

Fig.3.2 Reţea de difuzare magistrală

Fig.3.3 Re

ţea de difuzare în inel

Pe de altă parte reţelele de calculatoare pot fi împărţite în reţele statice şi reţele dinamice funcţie de modul de alocare a canalului. O metodă simplă de alocare statică este dată de împărţirea timpului în intervale discrete şi rularea unui algoritm round-robin, fiecare ma şină va emite doar atunci când îi vine rândul. Cu toate c ă este o metodă simplă alocarea statică utilizează neeconomic capacitatea canalului dacă o maşină nu are nimic de transmis. Alocarea dinamic ă pentru un canal comun se face fie centralizat fie descentralizat. La metoda centralizată există o singură entitate centrală care decide cui atribuie magistrala după recepţionarea cererilor şi rularea unui algoritm intern. La metoda descentralizată fiecare maşină trebuie să hotărască singură dacă transmite sau nu. Nu este un generator de haos deoarece au fost elaboraţi o mulţime de algoritmi capabili să refacă ordinea în caz de haos.

3.2.2 Re ţele metro poli tane

Reţele MAN

O reţea de întindere mare pentru o zonă de birouri învecinate sau chiar pe suprafaţa unui întreg oraş poartă numele de reţea metropolitană (Metropolitan Area Network - MAN). De regul ă un MAN nu conţine elemente de comutare a pachetelor pentru cele câteva ieşiri posibile. Aceste reţele pot transporta şi voce sau imagine şi pot chiar avea legături cu reţeaua locală de televiziune. Aceste reţele constituie o categorie specială de reţele deoarece au adoptat un standard specific. Acest standard este cunoscut sub numele DQDB (Distributed Queue Daul Bus), magistrală duală cu coadă distribuită, definită prin standardul IEEE 802.6. Ea este ă fizic prin două magistrale (fire) unidirecţionale la care se realizat conecteaz ă toate calculatoarele (fig.3.4).

50


Ma istrala A

Sensul fluxului pe magistrala A

Calculator

Magistrala B Sensul fluxului pe magistrala B

Fi .3.4 Arhitectură re eaD

DB

Sensul pe cele două magistrale este contrar, motiv pentru care pentru maşinile situate la dreapta se utilizeaz ă o magistrală şi pentru maşina din stânga celălalt segment de magistrală. Existenţa a două cabluri în structura reţelei metropolitane simplifică foarte mult proiectarea comparativ cu alte tipuri de reţele. 3.2.3 Re ţele cu r ăspâ nd ire geogr afic ă mare

Reţelele ce acoperă o arie geografică întinsă poartă denumirea de WAN (Wide Area Network). O astfel de re ţea are în componenţă o colecţie de calculatoare ce sunt utilizate pentru a executa programele utilizatorilor (fig. 3.5). Voi utiliza în continuare pentru aceste ma şini termenul de gazdă (host în engleză).

Subreţea

Gazdă

Ruter

LAN

Fig.3.5 Structură de WAN

Distribuţia pachetelor

Gazdele sunt interconectate între ele prin intermediul unei reţele locale numită în acest context subreţea. O subreţea va transporta mesajele de la o gazdă la alta. O subreţea utilizează două tipuri de componente: linii de transmisie (numite şi circuite, canale sau trunchiuri) şi elemente de comutare. Elementele de comutare sunt calculatoare specializate pentru a conecta dou ă sau mai multe linii de transmisie. Atunci când un pachet sose şte la un element de 51


comutare el trebuie să aleagă o nouă linie pentru a retransmite datele. Din punct de vedere terminologic, putem numii aceste elemente prin: noduri de comutare a pachetelor, sisteme intermediare, comutatoare de date. Voi folosi pentru aceste elemente un termen adoptat din limba engleză şi anume ruter. Sunt situaţii în care o gazdă este conectată la o reţea locală sau la un ruter. O colecţie de linii de comunicaţie împreună cu ruterele asociate formează o subreţea. Este momentul de precizat faptul c ă termenul de subreţea este ă în prima fază acest termen s-a referit la o colec ţie de ambiguu. Dacde rutere şi linii comunicaţie, termenul a căpătat şi un alt înţeles în conjuncţie cu adresarea reţelelor. Atunci când voi utiliza acest termen va fi atribuită semantica după contextul curent.

În reţelele WAN avem o mulţime de cabluri sau alte linii ce leagă ruterele între ele. Ori de câte ori două rutere nu sunt conectate pe acelaşi cablu pentru a comunica trebuie s ă apeleze la alte rutere intermediare ce au conexiune directă. Comunicaţia prin rutere intermediare la care un pachet este primit în întregime de c ătre un alt ruter, păstrat şi retransmis, defineşte noţiunea de subreţea cu comutare de pachete. La proiectarea unei astfel de reţele este importantă alegerea topologiei de interconectare a ruterelor, fiind posibile topologii de tip stea, inel, arbore, complet ă, inele intersectate, neregulată. Dintre acestea cea mai r ăspândită topologie este cea de reţea neregulată. Reţelele de mare întindere utilizeaz ă şi comunicaţie prin satelit, fiecare sau numai anumite rutere având asociată o antenă prin intermediul căreia poate să recepţioneze şi să emită. 3.2.4 Re ţele ra dio

O dezvoltare impresionantă au cunoscut calculatoarele mobile (notebook, PDA), care se conectează la LAN sau WAN atunci când utilizatorul se găseşte în birou cât şi atunci când se găseşte în locaţii îndepărtate. Conectarea prin fire este imposibil ă atunci când calculatorul este în mişcare, motiv pentru care singura alternativă rămâne conexiunea radio. În timpul călătoriilor oamenii doresc să folosească echipamentele pentru transmiterea recep ţia faxurilor, a mesajelor prin email, să poată accesa date stocate în fişiere stocate la birou. Nu trebuie făcută confuzia intre tipul echipamentului de şi tipul ţelei sau calcul în sensul că un echipament portabil poate utiliza să fie conectat prin reradio fir, respectiv un calculator fix poate pentru conexiune fir sau radio. La comunica ţia radio viteza garantată este mai mică, dar şi şansa producerii erorilor este mai mare datorit ă interferenţei. Chiar în unele universităţi au fost instalate reţele radio ce permit studenţilor conectarea la reţeaua universităţii fără a utiliza conexiuni fizice prin fire. Re ţelele sunt eterogene atât din punct de vedere al echipamentelor hardware cât şi din punctul de vedere al programelor software. Este necesară conectarea unor reţele diferite, de multe ori incompatibile, echipamentele prin care se materializează

52


poartă denumirea de porţi sau gateways. Ele realizează conectarea şi efectuează toate translatările necesare pentru compatibilizare. O colecţie de reţele interconectate este numită inter-reţea sau Internet. Se spune pe bună dreptate că asimilăm Internet ca o reţea de reţele interconectate.


Fiecare întrebare este fie adevărată fie falsă. Alegeţi varianta corectă marcând corespunzător A sau F. Fiecare întrebare valorează 10 de puncte. Punctaj minim: 80

Adevărat / Fals A/F 1. În reţelele de difuzare mai multe calculatoare partajează acelaşi canal de comunicaţie. A/F 2. Reţelele punct la punct realizează conexiuni între echipamente pereche. A/F 3. Într-o reţea cu magistrală mai multe calculatoare pot transmite date la acelaşi moment de timp. A/F 4. O reţea LAN este extinsă în mai multe oraşe. A/F 5. Reţelele MAN au două magistrale de comunicaţie cu flux în sensuri contrare. A/F 6. În reţelele WAN nodurile de conectare au sarcina de a distribuii pachetele către destinaţie. A/F 7. Reţelele cu întindere geografică mare nu pot con ţine subreţele. A/F 8. Comutarea de pachete este specifică reţelelor cu rutere intermediare. A/F 9. Reţelele radio au fost introduse pentru a asigura mobilitatea calculatoarelor. A/F 10. La comunicaţia radio viteza garantată este mai mare decât la reţelele prin fir.

53


3.3 Programe de reţea Dacă în primele implementări de reţele s-a acordat atenţie în principal pentru hardware urmând ca produsele software să se realizeze ulterior, la momentul actual se pune mare accent pe structurarea corespunzătoare a programelor de reţea. Structurarea pe niveluri

Pentru a reduce complexitatea proiectării programelor majoritatea reţelelor sunt structurate pe straturi sau niveluri, denumite generic cu termenul de limbă engleză layer. Un nivel superior este construit peste cel inferior. Numărul de staturi, funcţiile şi conţinutul acestora variază de la o reţea la alta. Principiul general utilizat este de a oferi servicii nivelului superior, fără a intra în amănunte legate de implementarea serviciului. În cadrul unei implementări un nivel găzduit pe o anumită maşină conversează cu acelaşi nivel implementat pe altă maşină. Regulile şi convenţiile utilizate poartă numele de protocol al nivelului. Respectarea regulilor stabilite prin protocol este esenţială pentru a face comunicarea posibilă. Entităţile situate pe acelaşi nivel la maşini diferite se numesc egale şi numai entităţi egale comunică utilizând protocolul. Nici un fel de date nu sunt transferate direct între niveluri egale, ci prin intermediul unor niveluri intermediare. Un nivel transferă datele şi informaţiile de control nivelului vecin inferior până se ajunge la nivelul cel mai scăzut prin care se produce comunicarea propriu zisă. Protocoale

Nivel 5 4

3

2

H4 M

H3 H4 M1

H2 H3 H4 M1 T2

H4 M

H3 M2

H2 H3 M2 T2

H3 H4 M1

H3 M2

H2 H3 H4 M1 T2H2 H3 M2

T2

1 Ma ină sursă

Maşină destinaţie

Fig.3.6 Comunicare virtuală la nivel 5

54


Între dou ă niveluri adiacente există o interfaţă ce defineşte operaţiile şi serviciile oferite de nivelul de jos c ătre nivelul de sus. Numărul de niveluri incluse într-o reţea este determinat de definirea clară a Arhitectura reţelei, interfeţelor între niveluri. Interfeţele clare între niveluri şi delimitarea stiva de protocoale funcţiilor permite înlocuirea implementării unui nivel cu o alta complet diferită, cu respectarea funcţionalităţii. O mulţime de niveluri şi protocoale este numit arhitectură de reţea. Specificaţia unei arhitecturi de reţea trebuie să conţină detalii suficiente pentru a permite proiectanţilor să scrie programele şi să construiască echipamentele adecvate fiecărui nivel. O listă de protocoale utilizate de un anumit sistem, un protocol fiecare nivel, poart denumirea de stiv ă de câte protocoale. Pentrupentru a înţelege mecanismul deă comunicare cu stiva de protocoale considerăm o arhitectură cu 5 niveluri (fig. 3.6). O aplicaţie care se execută la nivelul 5 produce un mesaj, notat M şi îl furnizează nivelului 4 pentru a fi transmis. Nivelul 4 inserează un antet pentru identificare în fa ţa mesajului şi pasează mesajul nivelului 3. În antet sunt incluse informaţii de control cum ar fi num ărul de ordine pentru a permite nivelului 4 de la maşina destinaţie să livreze mesajele în ordinea corectă. Pe unele niveluri sunt adăugate câmpuri de control al corectitudinii, informa ţii despre momentul procesării şi altele. În majoritatea reţelelor nu există limitare de mărime a pachetelor la nivelul 4, dar pot exista limitări de mărime la nivelul 3. Datorită acestei limitări nivelul 3 va trebuii s ă spargă mesajele primite în unităţi mai mici, numite şi pachete, ataşând fiecărui pachet un antet specific nivelului. În exemplul dat am considerat că este necesară spargerea mesajului notat iniţial M în pachetele M1 şi M2. Dacă maşina care transmite mesajul posedă mai multe canale de comunicaţie nivelul 3 decide linia de comunica ţie ce va fi utilizată şi transmite pachetele nivelului 2. Nivelul 2 adaugă la fiecare pachet un antet şi o terminaţie şi furnizează structura rezultată nivelului 1 pentru a fi transmis fizic. La ma şina receptoare mesajul va circula în ordine inversă de la un nivel inferior către un nivel superior. Fiecare dintre niveluri analizează informaţia primită din punctul de vedre al competenţelor sale. Acest lucru face ca numai informaţia suplimentară, (în cele mai multe situaţii antete) adăugată de un nivel egal în ierarhie să fie procesată. Dacă informaţia suplimentară este corectă se va transmite către nivelul superior întregul conţinut în afară de antetul propriu. Trebuie remarcat faptul c ă, nici un antet al unui nivel inferior nu este transmis nivelului superior vecin. Acest flux ajută la înţelegerea diferenţei dintre comunicaţia virtuală şi cea efectivă, respectiv dintre protocol şi interfaţă. Procesele egale de la acelaşi nivel consideră o comunicaţie pe orizontală între cele două straturi, fără să ia în consideraţie că efectiv comunicarea se face prin intermediul nivelului inferior. Prin astfel de abstractiz ări o sarcină de proiectare aproape imposibilă, prin complexitatea sa, a fost descompusă în probleme de proiectare mult mai mici. Este importantă înţelegerea combinaţiei dintre software şi hardware la implementarea nivelurilor în reţele. De regulă, nivelurile inferioare sunt implementate în hardware sau firmware. 55


La proiectarea nivelurilor apar o serie de probleme. Astfel la fiecare nivel este nevoie de un mecanism pentru a identifica emi ţătorii şi receptorii. În reţea sunt mai multe calculatoare, pe un calculator rulează mai multe procese ceea ce face necesar ă o modalitate ca un proces de pe o anumită maşină să specifice cu cine dore şte să comunice. O modalitate uzuală este cea de adresare. Alt set de decizii specifică reguli pentru transferul de date: comunicaţie într-un singur sens (simplex), în ambele sensuri dar nu simultan (semiduplex), în ambele sensuri (duplex integral). Multe re ţele conţin cel puţin două canale logice virtuale pe conexiune, unul pentru date curente i unul pentru date un urgente. comunicaşţie nu sunt perfecte, controlCircuitele al erorilorfizice este pentru foarte important. Există o multitudine de metode pentru detec ţia şi corecţia erorilor, ambele capete ale conexiunii trebuie să se înţeleagă asupra codurilor utilizate. Protocoalele din reţele se bazează pe distribuţie şi fac ca ordinea de recepţie să nu fie identică cu cea de transmisie. Pentru aceasta este necesar un mecanism prin care receptorul să poată reconstituii ordinea corectă a pachetelor cât şi o modalitate de informare a transmiţătorului de starea mesajelor recepţionate. La anumite niveluri pot apărea probleme legate de imposibilitatea manipulării pachetelor de diverse dimensiuni. Ca urmare este necesară fragmentarea mesajului şi reasamblarea acestuia. Atunci când există mai multe căi între sursă şi destinaţie alegerea unui anumit drum poate fi un proces de decizie la care participă mai multe niveluri (mă refer la securitate cât şi la traficul curent).

3.3. 1 Interf e ţe şi servicii

După cum s-a discutat în paragrafele anterioare un nivel furnizeaz ă servicii nivelului superior. Elementele active ale fiec ărui nivel poartă denumirea de entităţi. O entitate poate fi o entitate software (un proces în execuţie) sau o entitate hardware (circuit de I/O). Entităţile se numesc egale dacă fac parte din acela şi nivel şi se găsesc pe maşini diferite. Dacă entităţile de la un nivel dat implementeaz ă un serviciu pentru nivelul superior, nivelul inferior este numit furnizor de Relaţii între niveluri servicii, iar nivelul superior utilizator de servicii. Atunci când un nivel n furnizează servicii nivelului n+1, poate utiliza serviciile oferite de nivelul n-1 pentru a furniza propriile servicii. Definim no ţiunea de Service Acces Point (SAP) ca fiind locurile unui nivel unde nivelul superior poate acces la ăserviciile oferite. schimb Pentruăidentificare fiecare SAP areavea o adres ă unic . Două niveluri informaţie dacă s-au convenit un set de reguli referitoare la interfa ţă (fig. 3.7). O entitate de la nivelul n+1 paseaz ă nivelului n, prin intermediul SAP o unitate de date de interfaţă (IDU – Interface Data Unit). Un IDU conţine o unitate de date şi servicii (SDU – Service Data Unit) şi o serie de informaţii de control. SDU reprezintă informaţia transmisă prin reţea c ătre unitatea pereche. Informaţiile de control ajută nivelul inferior în realizarea sarcinilor şi nu fac parte din datele propriu zise. 56


Nivel N+1

ICI

SAP

Interfa ă Nivel N

SDU

ICI

SDU

Legenda: SAP – Service Acces Point IDU – Interface Data Unit SDU – Service Data Unit PDU – Protocol Data Unit ICI – Interface Control Information Antet SDU

N-PDU

Fig.3.7 Niveluri succesive şi o interfaţă

La nivelul N poate fi nevoie de fragmentarea SDU pentru a fi transmis. În acest caz fiecare dintre fragmente primeşte un antet şi este transmis ca o unitate de date a protocolului (PDU – Protocol Data Unit). Antetul PDU este folosit la fiecare entitate pereche pentru a realiza protocolul. Acesta identific ă dacă un PDU conţine date sau informaţii de control. 3.3.2 Servicii or ientate pe conexiu

ni şi servicii f

ăr ă conexiuni

Un nivel din arhitectură poate oferi nivelurilor superioare dou ă tipuri de servicii: orientate pe conexiuni şi fără conexiuni. Serviciul ă modelul din sistemul model ădepebazfaptul orientat conexiuni telefonic. pe Acest serviciuaresecabazeaz că mai întâi se stabileşte o conexiune ce va fi utilizată pe un interval de timp. La final se închide conexiunea deschisă pentru un interval de timp limitat. De la un capăt se transmit biţi ce sunt extraşi la celălalt capăt în aceeaşi ordine.

Servicii de comunicaţie

Prin opoziţie serviciul fără conexiune este modelul de bază al sistemului poştal. Orice scrisoare sau colet con ţine adresa completă a destinaţiei şi fiecare mesaj circulă independent de celelalte. Cu toate că este normal ca primul mesaj expediat s ă ajungă primul la destinaţie sunt posibile şi situaţii în care ordinea nu este respectată. Un serviciu de comunicaţie, şi nu numai, poate fi caracterizat prin calitatea serviciului. Un serviciu sigur, ce nu pierde niciodată date, necesită ca receptorul să transmită confirmare pentru primirea fiecărui mesaj. O astfel de solu ţie introduce o întârziere suplimentară ce poate fi acceptabilă în unele situaţii şi de evitat în altele. Spre exemplu, la transferul de fişiere este neapărat necesar un serviciu orientat conexiune sigur. În acest caz to ţi biţii trebuiesc să ajungă la destinaţie în aceeaşi ordine chiar dacă este consumator de timp. Serviciul sigur orientat pe conexiuni admite dou ă variante: secvenţe de mesaje şi fluxuri de octeţi. Secvenţa de mesaje menţine delimitarea între ele, adică două mesaje de câte 1 ko sunt recepţionate ca două mesaje nu ca un singur mesaj de 2 ko. A doua variantă vede conexiunea ca un şir de biţi fără a exista delimitări. 57


Serviciul datagramă

Orice metodă de confirmare ar fi utilizată produce întârziere care în anumite situaţii este inacceptabilă. La transmiterea de voce (nu este cazul videoconferinţei) este preferabil să se audă cu zgomot, sau anumite cuvinte neclar decât s ă se aştepte confirmarea. La sistemele de videoconferinţă situaţia este mai delicată deoarece un număr de pixeli eronaţi într-o imagine nu deranjează atât de mult pe când distorsiunile semnalului audio sunt deranjante. Serviciul nesigur, adică neconfirmat este deseori numit serviciu datagramă, prin analogie cu serviciul de telegrame. De multe ori nu se stabile şte o conexiune pentru a transmite un mesaj scurt la care siguran ţa este ţială. În astfel de cazuri se va utiliza serviciul datagramă esen confirmat , similar cu transmiterea scrisorilor cerând confirmare de primire.

Un serviciu interesant este serviciul cerere-răspuns prin care emiţătorul trimite o singură datagramă care conţine o cerere, iar replica primită de la receptor conţine răspunsul. Acest serviciu constituie baza implementărilor client-server, implementări prin care un client formulează o cerere şi serverul va răspunde la cererea primită (vezi paragraful 2.1). În acest caz procesul server este un proces reactiv întrucât răspunde numai în urma unei cereri. Pentru ca un serviciu să poată fi utilizat de o entitate este necesar s ă punem la dispoziţia utilizatorului un set de primitive sau operaţii. Prin primitive putem comanda serviciului să execute anumite acţiuni sau să raporteze despre acţiunile executate de o entitate pereche. O entitate ce iniţiază o conexiune lansează primitiva connect.request ce are ca rezultat transmiterea unui pachet. Receptorul va primi un connect.indication pentru a fi anunţat că o entitate vrea s ă ia legatura cu el. După primirea connect.indication entitatea lansează primitiva connect.response prin care precizează dacă acceptă sau nu conexiunea. O primitivă connect.confirm va anunţa iniţiatorul de starea conexiunii. Cea mai mare parte a primitivelor au parametrii asociaţi. Spre exemplu, parametrii pentru connect.request pot indica maşina la care se doreşte conectarea, tipul de serviciu şi dimensiunea maximă a pachetelor ce se transmit. Similar parametrii unei primitive connect.indication pot conţine identificarea apelantului, tipul de serviciu şi dimensiunea maximă a mesajelor. Echipamentele vor face negocieri privind parametrii de comunicaţiei pe baza protocolului. Primitivele pot fi fie confirmate fie neconfirmate. Într-un serviciu confirmat există primitivele: request, indication, response şi confirm. Într-un serviciu neconfirmat există numai primitivele request ş i indication. totdeauna un serviciu confirmat întrucât perechea de Connect la distaneste ţă trebuie să accepte stabilirea conexiunii. Acţiunile întreprinse determină servicii primitive între niveluri adiacente.

58


3.3. 3 Rel a ţia dintre protoc

oale şi servicii

De foarte multe ori se confund ă serviciile şi protocoalele, ele fiind concepte distincte. Un serviciu este constituit dintr-un set de primitive (operaţii) pe care un nivel le furnizează nivelului superior, fără a da nici un detaliu asupra modului în care sunt implementate aceste operaţii. Un protocol reprezintă un set de reguli care guvernează formatul şi semnificaţia cadrelor, pachetelor sau mesajelor schimbate între entităţile pereche. Entităţile folosesc protocoalele pentru a implementa definiţiile serviciului lor. Făcând un paralelism cu limbajele programare serviciul de date obiect şi de define şte opera ţiile ce este pot un fi tip aplicate peabstract obiect sau fărăuna specifica modul in care se face. Un protocol se refer ă la implementarea unui serviciu şi nu este vizibil pentru utilizatori. Test de auto evaluar e 3. 3

Testul de autoevaluare conţine 8 întrebări cu câte 4 variante de răspuns. O singură variantă este corectă. Alegeţi varianta corectă. Fiecare întrebare valorează 12.5 de puncte. Punctaj minim: 75 1. Un protocol de reţea reprezintă: a. O serie de reguli şi convenţii utilizate în reţele b. Un serviciu asigurat de un nivel al reţelei c. O structură de date d. Un program scris în limbaj de asamblare 2. Datele transferate între două entităţi egale dintr-o stivă: a. Se transmit direct între cele două entităţi b. Sunt salvate pe un dispozitiv de stocare şi transportate manual c. Sunt codificate prin coduri Huffman d. Circulă prin intermediul nivelurilor intermediare pân ă la nivelul cel mai de jos 3. O arhitectură de reţea constă din: a. Interfeţe hardware la nivel fizic b. O mulţime de niveluri şi protocoale asociate c. Un sistem de operare multitasking d. O structură de date în form ă tabelară 4. Fiecare nivel din stiva de protocoale ataşează un antet în care: a. Se includ informaţii despre utilizatorul care a generat mesajul b. Se specifică versiunea sistemului de operare c. Se specifică procesorul maşinii ce a generat mesajul d. Sunt incluse câmpuri de control al corectitudinii, informaţii despre momentul procesării şi alte informaţii specifice 59


5. Nivelurile inferioare în stiva de protocoale sunt implementate: a. Numai prin logică cablată b. Numai prin software inclus în sistemul de operare c. Numai prin software instalat de utilizator d. De regulă prin hardware sau firmware 6. Prin Service Acces Point (SAP) înţelegi: a. Locul sau locurile unui nivel pe unde nivelul superior poate avea acces la serviciile oferite b. c. d.

O O entitate entitate software hardware Un serviciu oferit de un nivel

7. Un serviciu de comunicaţie sigură: a. Nu confirmă recepţia pachetelor la destinaţie b. Alocă de fiecare dată o conexiune pentru fiecare comunicaţie c. Asigură recepţia corectă a pachetelor prin confirmarea corectitudinii, pachetele eronate se retransmit d. Necesită recepţia pachetelor în aceeaşi ordine cu transmisia lor 8. O entitate foloseşte protocoalele pentru: a. A implementa definiţiile serviciului asociat b. Protocolul este vizibil pentru utilizatori c. Transferul datelor între două entităţi egale d. Generarea de interfeţe între niveluri

60


Sarcină de lucru 3 Prezintă în maxim 350 de cuvinte un eseu privind tipurile de re ţele de calculatoare. Acest eseu va fi notat cu maxim 20 de puncte. 5 puncte vor fi acordate pentru corectitudinea exprimării, 10 puncte pentru argumentare şi 5 puncte pentru inventivitate.

61


Lucrarea de verificare 3 Lucrarea de verificare constă în formularea răspunsului adecvat la 6 întrebări corespunzând unităţii de învăţare 3. Răspunsul la o întrebare nu trebuie să depăşească o jumătate de pagină. Fiecare răspuns trebuie argumentat. Pentru o întrebare se pot ob ţine maximum 80 puncte. Numărul de puncte obţinut pentru un test este dat de suma punctajelor la toate întrebările testului împărţită la numărul de întrebări. La evaluarea lucrării se iau în consideraţie pentru fiecare răspuns la întrebare: Claritatea exprimării şi organizarea structurală a răspunsului (10 puncte); Utilizarea corectă a termenilor de specialitate aferen ţi unităţii de învăţare (15 puncte); Completitudinea răspunsului (30 puncte); Calitatea argumentării afirmaţiilor (15 puncte); Introducerea de elemente srcinale sau înv ăţate din bibliografia recomandată (10 puncte); Poate fi oferită o bonificaţie de maxim 5 puncte dac ă lucrările sunt transmise la timp şi punctajul obţinut nu depăşeşte punctajul maxim. 1. Enumeraţi câteva tipuri de re ţele funcţie de tehnologia utilizată.

2. Specificaţi principalele caracteristici ale reţelelor locale prin comparaţie cu reţelele metropolitane.

3. Rolul subreţelelor în arhitectura reţelelor cu răspândire geografică mare.

4. Enumeraţi principalele funcţii ale programelor de reţea.

5. Specificaţi modul de formare a pachetelor ce conţin date într-o comunicare virtuală pe mai multe niveluri.

6. Rolul interfeţelor şi serviciilor în stivele de comunicaţie.

62


Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Testul de autoevaluare 3.1: 1C2B3D4C (vezi secţiunea 3.1) Testul de autoevaluare 3.2: 1 A 2 A 3 F 4 F 5 A 6 A 7 F 8 A 9 A 10 F (vezi secţiunea 3.2) Testul de autoevaluare 3.3: 1A2D3B4D5D6A7C8A (vezi secţiunea 3.3)

Bibliografie [1] Andrew Tanenbaum, Reţele de calculatoare, Agora Press 1996 (cap.1, cap.2, cap.3) [2] Titu I. Bajenescu, Comunicaţia prin satelit, Ed. Teora 2002 (cap.4) [3] Peter Norton, John Goodman, Totul despre calculatoarele personale, Ed. Teora 2000 (cap.5) [4] L. Dobrica, T. Ionescu, “Ingineria sistemelor de programe pentru gestiunea reţelelor de telecomunicaţii”, Editura Printech, Bucureşti, 2000 (cap. 2 parţial)

63

Modele de referinţă

Unitatea de învăţare nr. 4 MODELE DE REFERINŢĂ MODELE DE REFERINŢĂ ................................................................................................ 64 OBIECTIVE ........................................................................................................................ 64 4.1. Modelul de referinţă OSI ........................................................................................... 64 4.1.1 Nivelul fizic ........................................................................................................... 65 4.1.2 ăturii de date ...................................................................................... 65 4.1.3 Nivelul Nivelul leg reţea ......................................................................................................... 66 4.1.4 Nivelul transport .................................................................................................. 66 4.1.5 Nivelul sesiune .................................................................................................... 67 4.1.6 Nivelul prezentare................................................................................................ 67 4.1.7 Nivelul aplicaţie ................................................................................................... 67 Test de autoevaluare 4.1........... ............. ............. ............. ............. ............. ............ ...... 68 4.2 Modelul de referinţă TCP/IP ...................................................................................... 69 Test de autoevaluare 4.2........... ............. ............. ............. ............. ............. ............ ...... 72 Sarcină de lucru 4 ............................................................................................................ 72 Lucrarea de verificare 4............ ............. ............. ............ ............. ............. ............. .......... 73 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare ........... ............. ............. ............. .... 73 Bibliografie ....................................................................................................................... 74

OBIECTIVE

Modelele de referinţă sunt esenţiale pentru înţelegerea funcţionării reţelelor de calculatoare. Această unitate de învăţare furnizează cunoştinţe despre: • Principalele modele de referinţă în arhitecturile de reţea • Modelul de referin ţă ISO OSI • Modelul de referinţă TCP/IP Se consideră, pe bună dreptate, existenţa a două arhitecturi importante de reţea bazate pe modelul de referin ţă OSI şi modelul de referinţă TCP/IP.

4.1. Modelul de referinţă OSI Modelul OSI se bazează pe propunerea dezvoltată de Organizaţia Internaţională de Standardizare (International Standards Organisation – OSI). Modelul poart ă denumirea de ISO OSI (Open System Interconnection) pentru că se ocupă de interconectarea sistemelor deschise pentru comunicaţie cu alte sisteme. Modelul este construit pe şapte niveluri (layer) respectând principiile: • Un nivel este creat atunci când este nevoie de un nivel diferit de abstractizare. 64


• Fiecare nivel are un rol bine stabilit. • Funcţia aleasă pe fiecare nivel se bazează pe protocoale standardizate pe plan internaţional. • Nivelurile sunt independente, fluxul de date prin interfe ţele de comunicaţie între niveluri este minimizat. • Numărul de niveluri este ales astfel încât s ă nu se introducă pe acelaşi nivel funcţii diferite, dar să confere în acelaşi timp o arhitectură funcţională.

4.1 .1 Niv elul fizic

Nivelul fizic este nivelul cel mai de jos al stivei, nivelul se ocup ă de transmiterea biţilor printr-un canal de comunicaţie. Se porneşte de la faptul că pe un canal de comunica ţie se transmit biţi în starea 1 logic şi biţi în starea 0 logic. Problemele tipice ale nivelului sunt aferente valorii tensiunii pentru 1 logic, respectiv 0 logic, cazul transmisiei simultane, cum se tratează conexiunea în ambele sensuri, cum se stabileşte şi cum se întrerupe o conexiune, care sunt caracteristicile mecanice ale conectoarelor utilizate (număr pini, formă etc.). 4.1 .2 Nivelul leg ăturii d e date

Nivelul legţieăturii date aresăsarcina de a ătransforma de comunica într-odelinie care fie disponibil nivelului reun ţea mijloc fără erori de transmisie nedetectate. Această sarcină este realizată obligând emiţătorul să descompună datele de intrare în cadre conţinând date ce vor fi transmise secvenţial şi să prelucreze cadrele de confirmare primite de la receptor. Întrucât nivelul fizic nu face decât să accepte şi să transmită un flux de biţi, fără să intereseze semnificaţia sau structura, recunoaşterea marcajelor dintre cadre rămâne în sarcina legăturii de date. Marcarea începutului şi sfârşitului este realizată cu şabloane de biţi. Dacă în structura datelor este inclus un astfel de şablon trebuiesc luate m ăsuri speciale pentru a fi corect interpretată delimitarea cadrelor. Zgomotele canalului de comunicaţie duce la pierderea unui întreg cadru. Un astfel de cadru va fi retransmis, existând pericolul ca un cadru sa fie duplicat prin retransmisie dac ă s-a pierdut cadrul de confirmare. Rezolvarea problemelor datorate deteriorări cadrelor este în sarcina nivelului leg ătură de date şi poate ţea o serie de servicii. Nivelul trebuie să oferi nivelului şi re implementeze mecanisme specifice pentru controlul traficului, mai ales în cazul comunicării cu un receptor de viteză mică. La comunicaţia în ambele sensuri este necesară rezolvarea concurenţei între utilizarea liniei pentru transmiterea de date de la A la B sau a confirmării în sens contrar de la B la A. Solu ţia folosită în acest caz este cea de ataşare sau piggybacking. Subnivelul acces la mediu rezolvă accesul la un canal partajat.

65


4.1 .3 Nivelul r e ţea

Nivelul reţea are atribuţii în domeniul controlului funcţionării subreţelei. Trebuie stabilit modul în care pachetele sunt dirijate de la sursă la destinaţie, prin tabele statice sau dirijare dinamică pentru fiecare pachet în concordanţă cu traficul curent. Pot apărea probleme speciale atunci când pachetele traversează frontiera dintre două reţele sau subreţele, caz în care modul de adresare poate fi diferit, dimensiunea maximală a pachetelor şi protocoalele utilizate pot fi diferite. Rezolvarea tuturor problemelor pentru conectarea reţelelor eterogene este în sarcina nivelului reţea.

4.1.4 Nivelul transp ort

Nivelul transport are ca principal rol acceptarea de date de la nivelul sesiune, date pe care le descompune în unit ăţi mai mici, dacă este cazul, le transmite nivelului reţea, iar la recepţie nivelul transport trebuie să reasambleze datele din fragmentele sosite la destina ţie. În mod normal, nivelul transport creaz ă pentru fiecare conexiune de transport o conexiune de reţea distinctă. Sunt posibile situaţii în care se crează conexiuni reţea multiple sau multiplexarea câtorva conexiuni de transport pe aceeaşi conexiune de reţea. Acest nivel determină tipul de serviciu furnizat nivelului sesiune. Tipul de conexiune transport uzuală, este conexiunea pe canal punct la punct, fără erori, ce furnizează mesajele în ordinea în care au fost transmise. Alte servicii de transport sunt cele pentru transportul mesajelor individuale, fără nici o garanţie în privinţa ordinii de livrare sau difuzarea de mesaje cu destinaţii multiple. La stabilirea oricărei conexiuni este normal să se stabilească tipul de serviciu. Acest nivel este un nivel tipic de comunica ţie sursă-destinaţie. Toate celelalte niveluri comunică numai cu nivelurile vecine, pe când nivelul transport implementat software la maşina sursă comunică cu nivelul corespunzător al maşinii destinaţie, chiar dacă sunt separate de numeroase rutere. În arhitectura ISO OSI primele trei niveluri sunt înlănţuite, pe când nivelurile 4 – 7 sunt de tip cap ăt la capăt. Deoarece numeroase sisteme de operare sunt multitasking pot exista mai multe conexiuni ce intră sau ies din aceeaşi sursă. Ca o consecinţă, este nevoie să existe o modalitate de a specifica apartenenţa unui mesaj la o anumită conexiune. La nivelul transport este necesar mecanism de nume, astfelvrea ca un proces de pe un o anumit ă mapentru şină săatribuirea poată descrie cu cine să converseze. De asemenea, controlul fluxului joacă un rol deosebit în nivelul transport pentru a nu supraaglomera o ma şina receptoare lentă. Acest control al fluxului între gazde este diferit de controlul fluxului între rutere cu aplicarea aceloraşi principii.

66


4.1.5 Nivelul sesiun e

Nivelul sesiune permite ca utilizatori de pe ma şini diferite să stabilească sesiuni între ei. O sesiune permite transportul obişnuit de date cât şi servicii îmbunătăţite utile într-o gamă largă de aplicaţii. Cel mai simplu spunem că o sesiune permite unui utilizator s ă se conecteze la distanţă pe un sistem cu divizarea timpului sau s ă transfere un fişier între două maşini. Un serviciu al nivelului sesiune este dat de controlul dialogului ce poate avea loc într-un singur sens sau în ambele sensuri. Nivelul sesiune va trebuii s ă ţină evidenţa ă transmită. Un serviciu înrudit emi torilor care le vine rândul, sprin esteţăcel de lagestionarea jetonului care nivelul sesiune circulă jetoane între maşini şi numai maşina care deţine jetonul are voie să realizeze operaţia critică. Un alt serviciu este sincronizarea prin care se introduce în fluxul de date puncte de control, astfel că după un eşec trebuie reluat transferul numai de la ultimul punct de control. Procedura este extrem de utilă la mesajele de dimensiune mare.

4.1 .6 Niv elul p rezentare

Nivelul prezentare spre deosebire de nivelurile inferioare lui se ocupă de sintaxa şi semantica informaţiilor transmise. Exemplu tipic, codificarea datelor într-un mod standard prestabilit. Informaţiile care se transmit între două maşini sunt reprezentate ca şiruri de caractere, numere întregi sau reale, structuri de date compuse din date elementare. Pentru reprezentarea şirului de caractere se folosesc coduri ASCII sau Unicode, pentru întregi complementul fa ţă de 1 sau 2, etc. Pentru a face posibil ă comunicarea între maşini cu reprezentări diferite structurile de date vor trebuii definite într-un mod abstract în conjuncţie cu o codificare standard utilizat ă. 4.1 .7 Nivelu l aplic a ţie

Nivelul aplicaţie conţine o varietate de protocoale utilizate frecvent. Terminalele ce se utilizează într-o reţea pot fi incompatibile, deoarece fiecare posedă propriile caractere de control. Un mod de a rezolva problema este cel prin care se defineşte un terminal virtual de reţea abstract. O altă sarcină a nivelului aplicaţie este transferul fişierelor care în diversele sisteme au conven ţii de nume diferite şi moduri deă reprezentare diferite. este făcut de nivelul aplica ţie. Rezolvarea acestor incompatibilităţi Să vedem care sunt pa şii necesari pentru transmiterea datelor folosind modelul OSI. La emiţător datele sunt furnizate nivelului aplicaţie, nivel ce ataşează în faţa datelor antetul AH, care poate fi chiar vid, şi transmite rezultatul nivelului prezentare (fig. 4.1). Nivelul prezentare poate modifica obiectul primit în diferite moduri înainte de a furniza rezultatul nivelului sesiune. O modificare posibil ă este adăugarea unui nou antet specific nivelului, fără ca nivelul prezentare 67


să aib ă vreo modalitate de a separa datele efective de antetul ata şat de nivelul aplicaţie. De fapt, acest principiu se respect ă la toate nivelurile, fiecare nivel consideră c ă a primit de la nivelul superior un pachet al cărui conţinut este inaccesibil. Procesul se repet ă până când datele ajung la nivelul fizic de unde sunt transmise efectiv c ătre maşina receptoare. Date Nivel aplicaţie

AH

Nivel Prezentare

PH

Nivel Sesiune

SH

Nivel Transport

Date

NH

Nivel legătură de date

Date

TH

Nivel Reţea DH

Date

Date Date Bi i

Fig.4.1 Funcţionalitatea modelului OSI

Pasarea datelor între niveluri

La maşina receptoare mesajul se propagă în sens invers şi la fiecare nivel un antet este eliminat până se ajunge la procesul destinaţie. Cu toate că transmiterea datelor este f ăcută pe verticală, fiecare nivel este programat ca şi cum transmiterea ar fi pe orizontal ă. Ca exemplu, atunci când nivelul transport emiţător primeşte un mesaj de la nivelul sesiune, îi ataşează un antet de transport şi îl expediază nivelului transport destinaţie.


Testul conţine 4 întrebări ce pot fi adev ărate sau false. Alegeţi varianta corectă. Fiecare întrebare valorează 25 de puncte. Punctaj minim: 75

Adevărat / Fals A/F 1. Modelul de referinţă OSI este organizat pe patru niveluri. A/F 2. Nivelul fizic se ocupă de transmiterea biţilor printr-un canal de comunicaţie. A/F 3. Nivelul reţea nu se ocupă de controlului funcţionării subreţelei. A/F 4. Sintaxa şi semantica informaţiilor transmise este gestionată de nivelul prezentare. 68


4.2 Modelul de referinţă TCP/IP Se cunoaşte faptul că strămoşul reţelelor de calculatoare este ARPANET, iar succesorul său este reţeaua numită şi Internet. Reţeaua a fost iniţial destinată Departamentului de apărare al SUA, dar ulterior la această reţea au fost conectate sute de universităţi sau instituţii guvernamentale din SUA. În momentul adăugării reţelelor prin satelit şi radio, interconectarea prin protocoalele existente a creat o serie de probleme. A fost nevoie de o nou ă arhitectură de referinţă care să permită interconectarea fără restricţii a mai multor tipuri de reţele. Această arhitectură devine cunoscută mai târziu prin numele modelul de referinţă TCP/IP (fig. 4.2). Aplicaţie

Aplicaţie Inexistente la acest model

Prezentare Sesiune Transport

Transport

Reţea

Internet

Legătură de date

Gazdă în reţea

Fizic

Fig.4.2 Comparaţie OSI, model referinţă TCP/IP

Numele este rezultatul combinaţiei între denumirea celor două protocoale de bază: Transport Control Protocol (TCP) şi Internet Protocol (IP). Arhitectura propusă este o arhitectură flexibilă, care poate asigura condiţii de funcţionare în situaţia în care un element activ de reţea sau o linie sunt defecte. Arhitectura trebuia s ă aibă o mare flexibilitate pentru a asigura funcţionalitate atât la transmiterea de fişiere cât şi la aplicaţii de transmitere voce sau imagini în timp real. Cerinţele impuse conduc la alegerea unei reţele cu comutare de pachete bazată pe un nivel interreţea fără conexiuni. Nivelul ce asigură aceste funcţionalităţi este numit nivel Internet şi este componenta principală pe care se sprijină întreaga arhitectură. Rolul nivelului este de a permite oricărei gazde să emită pachete în reţea care să circule independent până la destinaţie indiferent de calea pe care o urmează. Ca o consecinţă, pachetele pot sosi la destinaţie în ordine inversă faţă de transmitere, sarcina ordonării fiind alocată nivelurilor de mai sus. Funcţionarea nivelului este asemănătoare cu sistemul de poştă clasic. O persoană pune în cutia poştală mai multe scrisori care vor ajunge la destinaţie în marea majoritate a cazurilor. Scrisorile vor trece pe drum prin mai multe centre de cartare, chiar dac ă este transparent faţă de utilizatori. Mai mult, fiecare ţară traversată de scrisorile puse în cutia poştală are propriile ştampile de cartare, 69


Comparaţie OSI TCP/IP

limitări diferite ale greutăţii maxime pentru o scrisoare. Acest nivel defineşte un format de pachet şi un protocol (pachetele se mai numesc şi pachete IP). Nivelul IP trebuie s ă furnizeze pachetele IP la destinaţie şi în situaţii de congestie sau probleme delicate de distribuire. Pentru o înţelegere mai bună vom arăta comparativ stiva ISO OSI şi modelul de referinţă TCP/IP. Nivelul situat deasupra nivelului Internet în arhitectura TCP/IP este numit şi nivel transport. Nivelul a fost proiectat pentru a permite conversaţia între entităţi pereche aferente gazdelor sursă şi gazdelor

Definirea nivelurilor

ţie. Similar cu modelul OSI, la acest nivel au fost definite dou ă destina protocoale capăt la capăt. Tra nspo rt Control P rotoco l , denumit şi TC P , protocol de control al transmisiei, este un protocol prin care se asigură controlul conexiunii. Un flux de octeţi transmis de la o maşină la alta este verificat din punct de vedere corectitudine, confirmat sau neconfirmat (caz în care se retransmite). Fluxul de octe ţi este împărţit în mesaje discrete de către nivelul TCP al transmiţătorului şi reasamblat din fragmente de c ătre acelaşi nivel, dar al receptorului. TCP trebuie să facă şi un control al fluxului pentru ca un emi ţător rapid să nu inunde un receptor mai lent.

Un al doilea protocol pe acela şi nivel ce asigură transportul este User Datagram Protocol (UDP) , protocol datagrame utilizator, protocol nesigur, fără conexiuni. Este destinat aplicaţiilor ce doresc să utilizeze propria secvenţiere şi control al fluxului, nu pe cele asignate de TCP. Protocolul este utilizat pentru interog ări întrebare răspuns cum este cazul aplicaţiilor client/server sau aplicaţii la care se urmăreşte transmiterea unui volum mare de date în intervale de timp foarte scurte (aplicaţii de tip videoconferinţă), fără a fi foarte importantă acurateţea datelor. În figura 2.10 se prezintă relaţia dintre protocoale şi aplicaţii. Modelul TCP/IP nu conţine nivelul sesiune şi prezentare întrucât nu s-a simţit nevoia acestor niveluri. În modelul TCP/IP deasupra nivelului transport se găseşte nivelul aplicaţie, care conţine toate protocoalele de nivel înalt. Aşa cum este ilustrat în figura 4.3 printre protocoalele incluse la nivel aplicaţie sunt incluse terminalul virtual (TELNET), transferul de fişiere (FTP), poşta electronică (SMTP) şi nu numai. Toate aceste protocoale au utilităţi bine definite: prin TELNET se permite unui utilizator distant s ă lucreze pe o altă maşină, FTP asigură o modalitate eficientă pentru transferul de date de la o ă la alta, ă permite ţia de mesaje şi maşinîntre poşta electronic comunica date persoane. Dintre cele mai uzuale protocoale ad ăugate nivelului în decursul timpului eviden ţiez: Serviciul Numelor de Domenii (DNS), protocolul pentru difuzarea articolelor de ştiri (NNTP), protocolul pentru încărcarea paginilor web HTTP şi altele.

70

Modele de referinţă TELNET

FTP

TCP

Protocoale

ARPANET

SMTP

DNS

UDP

Nivel Transport

Nivel Reţea

IP

SATNET

Nivel Aplicaţie

Radio şi pachete

LAN

Nivel Fizic şi legătură de date

Fig.4.3 Protocoale şi reţele în modelul TCP/IP

Cu toate asemănările dintre modelul OSI şi TCP/IP între cele două modele sunt o serie de deosebiri majore. În modelul OSI trei concepte sunt esenţiale: servicii, interfeţe, protocoale. În acest model fiecare nivel realizează o serie de servicii pentru nivelul aflat deasupra sa, prin care se precizează ce face nivelul şi nu cum este utilizat de alte entităţi sau implementat în nivel. Prin interfaţă un nivel informează procesele de deasupra cum să facă accesul, ce reprezintă parametrii şi ce rezultat se obţine, fără a face referiri la ă a nivelului. funcţcondi ionarea Un nivel poate utiliza implementarea orice protocol, cu ţia intern ca acesta să func ţioneze pentru serviciului dorit. Schimbarea protocoalelor aferente unui nivel nu afectează programele de la nivelurile superioare. Se poate face o asemănare între ideile prezentate mai sus şi programarea orientată obiect în care un obiect oferă o serie de metode ce pot fi invocate de procese exterioare obiectului. Nivelul TCP/IP nu a făcut nici o distincţie clară între serviciu, interfaţa şi protocol. Protocoalele în modelul OSI sunt mai bine ascunse decât cele din modelul TCP/IP. Spre deosebire de OSI la care mai întâi s-a conceput modelul apoi sa pus problema implementării la modelul TCP/IP au apărut mai întâi protocoalele şi modelul a făcut doar o descriere a protocoalelor existente. Modelul TCP/IP suportă numai modul fără conexiuni la nivelul reţea şi ambele moduri la nivelul transport, l ăsând utilizatorului libertatea de alegere. Decizia de a plasa anumite funcţii în anumite niveluri particulare nu este totdeauna evidentă. De

exemplu, securitatea datelor şi criptarea a creat controverse al c ăror rezultat nu a permis atribuirea lor unui anumit nivel, administrarea reţelei a fost omisă din model. Pe de altă parte, modelul TCP/IP nu face diferenţa între conceptele de serviciu, interfaţă şi protocol. TCP/IP nu este suficient de general în sensul c ă nu poate descrie şi alte stive de protocoale decât cele proprietar. Cu toate că anumite protocoale au fost proiectate pentru un anumit moment şi sunt construite pentru hardware specific (TELNET – proiectat pentru un terminal de tip teleimprimator cu 10 caractere pe secund ă) se utilizează frecvent şi astăzi. 71



La cele 5 întrebări alegeţi varianta corectă Adevărat sau Fals. Fiecare întrebare valorează 20 de puncte. Punctaj minim: 80

Adevărat / Fals A/F

1. Modelul de referinţă TCP/IP este organizat pe 2 niveluri.

A/F

2. TCP reprezintă protocolul de control al transmisiei.

A/F

3. TELNET, FTP, SMTP sunt protocoale la nivel transport.

A/F 4. Schimbarea protocoalelor aferente unui nivel afectează programele de la nivelurile superioare. A/F 5. Modelul TCP/IP nu face diferenţa între conceptele de serviciu, interfaţă şi protocol.

Sarcină de lucru 4 Prezintă în maxim 250 de cuvinte un eseu în care să prezentaţi principalele elemente caracteristice ale celor dou ă modele de referinţă prezentate Acest va fi notat cu maxim puncte.pentru 5 puncte vor fi acordate pentrueseu corectitudinea exprim ării,20 10depuncte argumentare şi 5 puncte pentru inventivitate.

72


Lucrarea de verificare 4 Lucrarea de verificare constă în formularea răspunsului adecvat la 5 întrebări corespunzând unităţii de învăţare 4. Răspunsul la o întrebare nu trebuie să depăşească o jumătate de pagină. Fiecare răspuns trebuie argumentat. Pentru o întrebare se pot ob ţine maximum 80 puncte. Numărul de puncte obţinut pentru un test este dat de suma punctajelor la toate întrebările testului împărţită la numărul de întrebări. La evaluarea lucrării se iau în consideraţie pentru fiecare răspuns la întrebare: Claritatea exprim ării şi organizarea structurală a răspunsului (10 puncte); Utilizarea corectă a termenilor de specialitate aferenţi unităţii de învăţare (15 puncte); Completitudinea răspunsului (30 puncte); Calitatea argumentării afirmaţiilor (15 puncte); Introducerea de elemente srcinale sau înv ăţate din bibliografia recomandată (10 puncte); Poate fi oferită o bonificaţie de maxim 5 puncte dac ă lucrările sunt transmise la timp şi punctajul obţinut nu depăşeşte punctajul maxim. 1. Specificaţi modul de formare a pachetelor ce conţin date într-o comunicare virtual ă pe mai multe niveluri.

2. Rolul interfeţelor şi serviciilor în stivele de comunicaţie.

3. Principalele diferenţe dintre modelele de referinţă OSI şi TCP/IP.

4. Enumeraţi principalele atribuţii ale nivelurilor într-o arhitectură orientată pe straturi.

5. Principalele diferenţe funcţionale între TCP şi UDP.

Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Testul de autoevaluare 4.1: Testul de autoevaluare 4.2:

1F2A3A4A 1F2A3A4F5F

(vezi secţiunea 4.1) (vezi secţiunea 4.2)

73


Bibliografie [1] Andrew Tanenbaum, Reţele de calculatoare, Agora Press 1998 (cap. 3). [2] Dorin Cârstoiu, Reţele globale: www.rg.aii.pub.ro (cap. 2). [3] L. Dobrica, T. Ionescu, “Ingineria sistemelor de programe pentru gestiunea reţelelor de telecomunicaţii”, Editura Printech, Bucureşti, 2000 (cap. 4).

74

Stiva de protocoale TCP / IP

Unitatea de învăţare nr. 5 STIVA DE PROTOCOALE TCP/IP OBIECTIVE ....................................................................................................................... 75 5.1 Descriere generala TCP/IP ........................................................................................ 76 5.1.1 Nivelul TCP .......................................................................................................... 77 5.1.2 Nivelul IP .............................................................................................................. 79 Test de autoevaluare 5.1 ............................................................................................. 80 5.23.2.1 Caracteristici aleEthernet nivelului........................................................................................... fizic la TCP/IP ................................................................ 80 Tehnologia 80 3.2.2 Conexiunea prin fibră optică (FDDI) .................................................................. 82 3.2.3. Asynchronous Transfer Mode (ATM) ............. ............. ............. .............. .......... 83 Test de autoevaluare 5.2 ............................................................................................. 84 5.3 Protocol Internet, datagrame .................................................................................... 84 Fig. 5.6 Structura serviciilor realizate de TCP/IP ............ ............. ............. ............. .... 85 3.3.1 Datagrame Internet ............................................................................................. 86 3.3.2 Alte câmpuri în header ....................................................................................... 92 3.3.3 Opţiuni datagrame Internet ................................................................................ 92 Test de autoevaluare 5.3 ............................................................................................. 95 5.4 Rutarea Datagramelor IP ........................................................................................... 96 Test de autoevaluare 5.4 ........................................................................................... 103 Sarcină de lucru 5 .......................................................................................................... 104 Lucrare de verificare 5 .................................................................................................. 106 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare ............ ............. ............. ............. . 107 Bibliografie ..................................................................................................................... 107

OBIECTIVE Dupa însuşirea modelului de referinţă TCP/IP vom dobândi cuno ştinţe specifice stivei de protocoale implementate în softwareul de comunicaţie al reţelelor de calculatoare. Principalele elemente studiate sunt: • Caracteristici fundamentale ale stivei de protocoa le TCP/IP • Necesitatea includerii de informaţii în headere • Structura Informaţilor din headere TCP, IP şi frame • Caracteristici ale nivelului fizic pentru implementarea comunicaţiei • Modul de distribuire a datagramelor în reţele TCP/IP O serie de modele împreună cu protocoale pentru comunicaţie şi putem afirma că implementate impuspopular în timp.model Fără adegrereferin TCP/IP este s-au cel mai ţă utilizat în comunicaţia de date pentru re ţele de calculatoare. Aşa cum s-a afirmat în unitatea de învăţare nr. 2, TCP/IP reprezintă un set de protocoale ce permit operarea între calculatoare pentru împ ărţirea resurselor dintr-o reţea. Acest set de protocoale a fost dezvoltat prin colaborarea cercetătorilor în jurul a ceea ce s-a numit ARPAnet. Este remarcabil faptul că încă din 1987 aproape 130 de producători ofereau produse ce suportă TCP/IP care a fost utilizat în mii de reţele. Astăzi toţi producătorii oferă produse care suportă TCP/IP.

75


5.1 Descriere generala TCP/IP TCP/IP este un set de protocoale organizate în straturi pentru a c ărui înţelegere este necesar să parcurgem un prim exemplu. Sa luăm ca studiu de caz situaţia de transmitere mail, operaţie uzuală în tehnologiile de comunicaţie. Pentru serviciul de mail se defineşte un set de comenzi prin care o ma şină trimite la altă maşină, comenzi ce includ: transmiţătorul mesajului, receptorul, textul mesajului, fişiere ataşate. Acest protocol presupune un mod natural de comunicaţie între două maşini. TCP este responsabil de ajungerea comenzii la

Niveluri în TCP/IP

destinaţie. El păstrează calea pe care trebuie transmis mesajul şi-l transmite repetat atâta timp cât mesajul nu a ajuns la destinaţie. Dacă mesajul este prea mare pentru a fi încapsulat într-o datagramă, TCP va sparge mesajul în mai multe datagrame şi se îngrijeşte ca ele să ajungă corect. Deoarece aceste funcţii sunt necesare pentru mai multe aplicaţii ele sunt puse într-un protocol separat ce face parte din specificaţia de transmitere mail. Se poate considera că TCP este format dintr-o colecţie de rutine pe care aplicaţia le poate utiliza când este necesară comunicaţia cu alte calculatoare. Similar TCP apelează la serviciile altui strat, stratul IP, protocol ce este utilizat de mai multe aplica ţii. Ca urmare putem vedea IP tot ca o colecţie de biblioteci pe care TCP le apelează şi nu sunt membre ale TCP. Această strategie de construcţie a diverselor niveluri ale protocolului este numită “stratificare” sau organizare in straturi. Putem acum considera că programele de aplicaţie (de exemplu mail), TCP şi IP sunt straturi diferite ce apelează servicii ale altor straturi. Aşa cum s-a prezentat în capitolul anterior denumirea generica TCP/IP înglobează 4 straturi: un protocol de aplica ţie (ex. mail); un protocol TCP ce furnizeaz ă servicii necesare mai multor aplicaţii asigurând controlul corectitudinii recepţiei mesajelor; un protocol IP ce furnizeaz ă servicii de bază pentru a transporta datagramele la destinaţie; protocolul necesar manipul ării nivelului fizic pentru transport, ca de exemplu Ethernet sau linie punct la punct.  





TCP/IP este bazat pe “catenet model” ce presupune că este compus dintr-un mare număr de reţele independente conectate împreună prin gateways. Datagramele vor fi adesea transferate prin diferite reţele înainte de a ajunge la destinaţie. Calea urmată este complet invizibilă de către utilizator. Pentru conectarea la distanţa la un alt Adresa IP

76

ă pentru sistem este necesar Internet” a acestuia. O astfel de adres ă în nota ţia cuacces punct“adresa are forma 128.6.4.194 şi este reprezentată pe 32 biţi, împărţiţi în 4 câmpuri de câte 8 bi ţi fiecare, delimitate prin puncte. Structura adresei d ă informaţii asupra reţelei. De ex 147.87 este adresa Universităţii Politehnica, 147.87.85 este adresa domeniului aferent Catedrei Automatic ă şi Informatică Industrială iar ultimul grup de 8 bi ţi dă adresa staţiilor de lucru în cadrul domeniului (adresele valide sunt între 1 şi 254, valorile 0 şi 255 fiind rezervate).


Este normal ca referirea la un sistem să se facă de cele mai multe ori prin nume şi nu prin adresa de re ţea. Când se cunoaşte numele, softwareul de reţea se uită în baza de date pentru nume si pune în corespondenţă numele cu adresa Internet. O serie de sisteme software operează direct cu adresa Internet. TCP/IP este construit pe tehnica de conectivitate în care informaţiile sunt transmise ca o secvenţă de datagrame. O datagramă este o colecţie de date ce este trimisă ca un singur mesaj. Fiecare datagram ă este transmisă individual prin reţea. La acest nivel informaţiile provenind de la datagrame fragmentate sunt tratate de reţea complet separat. De Formarea datagramelor

exemplu pentru a transfera un fi şăier de 15000 octeţeste i, volum de dateă ce un poate fi inclus într-o singur datagram ă, care transportat de mai multe reţelele, acesta se sparge în 30 datagrame de câte 500 octeţi fiecare. În urma asamblării acestor datagrame se obţine fişierul iniţial. Funcţie de calea urmată la transport datagramele pot s ă ajungă, la destinaţie, în altă ordine decât cea în care au fost trimise, sau să existe datagrame care nu ajung la destinaţie. În cazul în care datagrama un ajunge la destinaţie, funcţie de protocolul de control utilizat este posibilă retransmisia datagramei. Tehnic, cuvântul datagramă este considerat ca fiind cel mai potrivit pentru TCP/IP. O datagramă este o unitate de date (Phisical Data Unit – PDU). Un pachet este un obiect fizic ap ărut pe conexiunea Ethernet sau alt mediu fizic. Nu în toate cazurile un pachet este o datagramă, aşa că este o mică diferenţă între cele două noţiuni. Când TCP/IP este utilizat ca X.25, interfa ţa X.25 împarte datagrama în pachete de 128 baiţi. Aceasta este invizibilă pentru IP, deoarece pachetele sunt puse înapoi împreună într-o singură datagramă înainte de a fi procesate de către TCP/IP. Trebuie însă remarcat faptul că sunt avantaje semnificative pentru manipularea unei datagrame similar cu a unui pachet.

5.1 .1 Nivelul TCP

(Transmision Control Protocol - TCP) este responsabil de spargerea mesajului în datagrame, reasamblarea acestora la un alt terminal, returnarea informaţiilor despre datagramele pierdute. Internet Protocol (IP) este responsabil de dirijarea datagramelor individuale. În Internet trimiterea datagramelor la destinaţie poate fi o activitate complexă. O conexiune poate cere transmiterea la diferite reţele pe medii diferite: card re ţea, linie serială, linie telefonică. Nivelul TCP

Header TCP

ăstrarea ţiile şeste P drumului la toate destina i manipularea incompatibilit ăţilor cu diferite medii de transport o activitate complexă. Se remarcă interfaţa între TCP şi IP ca fiind foarte simplă. TCP transmite un pachet către nivelul IP, nivel ce formează din pachet o datagramă. IP nu cunoaşte relaţia sa cu o altă datagramă dinaintea sa sau de după ea, însă TCP cunoaşte la ce conexiune este parte o datagram ă. Activitatea specifică întreprinsă aici este cea de demultiplexare pentru care este necesară informaţie suplimentară, informaţie conţinută în headere. Un header este format din câţiva extraocteţi plasaţi la începutul unei datagrame pentru a

77


identifica traiectoria. Se poate face o bun ă analogie cu o scrisoare aşezată într-un plic ce conţine pe anvelopă informaţia necesară distribuţiei, numită generic adresă. TCP pune un header la începutul fiecărei datagrame. Acest header, conţine la implementarea curentă, (versiunea 4) 20 octeţi grupaţi în 5 cuvinte de câte 32 biţi, dintre care cei mai importanţi sunt sursa şi destinaţia, numărul de port şi numărul de secvenţă. Numărul de port este utilizat pentru a p ăstra calea de legătură între TCP şi aplicaţia căreia îi este adresată. Să presupunem că trei persoane diferite transmit iere, TCP va 1000, aloca1001, numere transferuri,fişca de exemplu: 1002.de port pentru aceste Port Sursă Data Offset

Rezervat

Port Destina Număr Secvenţă Număr de confirmare

ţie

Window

Control Sumă

Pointer urgent Zona de date Fig. 5.1 Structură mesaj TCP

Când se trimite o datagram ă, aceasta va prelua numărul de port sursă, iar la destinaţie TCP are asignat un număr de port propriu pentru conversaţie. TCP are cunoştinţă de numărul de port utilizat de ă cu startarea ărulţie. alţii, odat conexiuni. de Dac portălapartenerul startarea unei conexiuni este pusunei în câmpul de Num destina trimite datagrame, numerele de porturi vor fi inversate ca sursă şi destinaţie. Fiecare datagramă are un număr de secvenţă pentru a fi sigur că ordinea este cea corectă şi că nu s-a pierdut nici o datagramă. TCP nu numără datagramele ci numarul de octeţi în datagrame pentru a avea un control mai strict al corectitudinii recepţiei. Dacă fiecare datagramă are 500 octeţi prima conţine numărul de secvenţă 0, a doua 500, urm ătoarea 1000 şi aşa mai departe. În final se adaugă suma de control calculată printr-o procedură specifică. Rezultatul este pus în headerul TCP la sursă, iar la destinaţie se va calcula din nou suma de control şi va fi comparată cu cea transmisă de sursă. În fig. 5.1 se prezint ă configuraţia unui mesaj împachetat de TCP, în care s-a specificat semnificaţia câmpurilor din header. Dacă vom nota cu TH headerul TCP, formatul mesajului va fi TH TH ….TH .

Fereastra de confirmare

78

ă ajunsă la destinaţie se emite o În general pentru datagram confirmare în carefiecare se indic ă şi numărul de secvenţă până la care mesajul s-a recepţionat corect. De exemplu la o confirmare cu valoarea 1500 se indică faptul ca au fost recepţionaţi corect 1500 octeţi. Dacă nu a sosit o confirmare într-un interval de timp rezonabil, stabilit prin protocol ca expirare timeout, transmiţătorul va trimite din nou datagrama. Câmpul Window este utilizat pentru controlul volumului de date transmis în timp, întrucât nu este practic a se aştepta confirmarea la fiecare datagramă, procedura implementată este numită şi confirmare cu fereastră glisantă. La trimitere numărul


de octeţi este pus în Window, iar la maşina receptoare pe măsură ce se recepţionează date numărul de octeţi din câmpul Window scade. 5.1 .2 Nivelu l IP IP. TCP trimite fiecare pachet al mesajului la nivelul IP, indicând acestuia adresa Internet (IP) a destinatarului. Pentru a face trimiterea, IP nu are nevoie de alte informaţii decât adresa destinaţiei, fără să fie interesat de conţinutul datagramei sau al headerului TCP. Sarcina IP este de a găsi o cale prin care Nivelul

Format datagramă

Versiune Identificator Time to leave

datagrama senivelul distribuie către destinaţie. Pentru a controla distribuţia datagramelor IP ata şează acesteia propriul header. În header se găsesc o serie de informa ţii dintre care extrem de importante sunt adresa sursă, adresa destinaţie, protocolul şi suma de control. Adresa sursă reprezintă adresa IP a maşinii proprii, iar adresa destinaţie este reprezentată de adresa altei maşini ce joacă rol de destinatar. Prin protocol se indică nivelului IP de la destina ţie să trimită datagrama protocolului TCP întrucât mai multe protocoale de la destinaţie pot utiliza servicii ale nivelului IP. Suma de control din headerul IP permite acestuia să detecteze dacă headerul a fost corect. Soluţia ce a fost adoptat ă separă cele două straturi în stiva de protocoale făcându-le independente. Pentru a realiza sarcina de transport IP utilizează un format datagramă ce este prezentat în fig. 5.2.

IHL

Tip Serviciu Lungime totală Flags Offset fragment Protocol Sumă control header Adresa sursă Adresa destinaţie Header TCP + date Fig. 5.2 Structură datagramă

Nu vom detalia la acest moment semnificaţia câmpurilor din header întrucât aceasta va fi realizată în detaliu în secţiunile următoare. Această structurare are doar ca scop o prim ă familiarizare cu structura protocolului TCP/IP. Atenţionez că abordarea din lucrare este specifică pentru varianta IP versiune 4, versiune curent utilizată ce se va înlocui probabil cu versiunea 6 într-un orizont de timp nu prea îndepărtat.

79



Alegeţi varianta corectă pentru următoarele 5 întrebări. Fiecare întrebare valorează 20 de puncte. Punctaj minim pentru acceptare: 80

Adevărat / Fals A/F 1. TCP/IP este implementat pe 6 straturi. A/F TCP este format din 20 octeţi, adică cinci cuvinte de câte2.32Unbiheader ţi fiecare. A/F 3. Numărul de port este utilizat pentru a identifica aplicaţiile aflate pe aceeaşi maşină ce stabilesc o conexiune. A/F 4. Un header IP versiune 4 are 16 octeţi. A/F 5. Adresa IP destinaţie este opţională în headerul datagramei.

5.2 Caracteristici ale nivelului fizic la TCP/IP Fiecare tehnologie hardware defineşte un mecanism de adresare pe ă şpentru ţiei careăruicalculatoarele îl ma utilizeaz destina fiec pachet. Fiecare şină ata ată la respecificarea ţea are o unic ă adres ă văzută uzual ca un întreg. Un pachet trimis în re ţea include un câmp adresă destinaţie ce conţine adresa destinatarului dorit. Adresa destinaţie apare în acelaşi loc în fiecare pachet f ăcând posibilă examinarea uşoară a acesteia la destinaţie. Un transmiţător trebuie să cunoască adresa destinatarului şi să o încapsuleze în câmpul cu acelaşi nume înainte ca pachetul să fie transmis. Fiecare tehnologie hardware specifică numărul de biţi asociaţi adresei, locaţia în care aceştia se găsesc fără ca să existe o compatibilitate între diversele tehnologii utilizate.

3.2.1 Tehno logi a Ethern et

Ethernet este numele dat celei mai populare tehnologii de networking dezvoltată de Xerox PARC în jurul anilor 1970, tehnologie ce a fost standardizată de Intel Xerox şi Digital în 1978 pentru care IEEE utilizează versiunea de standard 802.3. În structura srcinal ă Ethernet utilizează cablul coaxial, cablu este complet pasiv, singurele elemente active fiind calculatoarele ata şate la reţea. Conexiunea între calculator şi re ţea cere un element special numit şi transceiver care ar trebui să fie existent la fiecare card de reţea. Tranceiverul poate sesiza când re ţeaua este în utilizare sau când transformă semnale analogice în semnale digitale, el fiind conectat 80


Transceiver Ethernet

cu o placă adaptor prin intermediul unui cablu numit şi Atachement Unit Interface (AUI). Deoarece numărul de fire utilizate în conexiunea AUI este mare şi ca urmare costul cablului ridicat s-a compactat adaptorul cu transceiverul obţinând ceea ce se numeşte conexiune thin-wire sau thinnet prin care fiecare staţie se conectează cu celelalte prin intermediul unui cablu coaxial într-o structură de tip bus. Aceste conexiuni au dezavantajul costului ridicat datorat ecranării. Tehnologia avansată prevede o metodă de conexiune fără a utiliza

Hub

ă nouă tehnologie permite cabluri coaxiale. Aceastde accesul ecranate la ethernetsau utilizând o pereche fire torsadate similare cu cele utilizate în telefonie. Principalul avantaj constă în reducerea costului şi protecţia altor elemente ale reţelei de anomaliile introduse de deconectarea unei singure staţii. În multe cazuri o tehnologie de acest tip permite unei companii s ă utilizeze conexiune de date peste reţeaua telefonică existentă fără a fi necesare conexiuni noi. Tehnologia este cunoscută sub denumirea 10Base-T şi se realizează prin conexiunea dintre calculator şi un hub Ethernet. Prin hub se înţelege un dispozitiv electronic care simulează semnalele unui cablu Ethernet. O conexiune între o sta ţie şi un hub este limitată la maxim 100 m lungime şi poate cere personal specializat pentru monitorizarea şi controlul operaţiilor în reţea (fig. 5.3). De cele mai multe ori adaptoarele suportă toate cele trei tipuri de conexiune externă: AUI conector pentru ticknet, BNC conector pentru thinnet şi RJ45 pentru 10Base-T. Ethernet, indiferent de modul fizic de realizare, este o conexiune bus deoarece toate transceiverele recepţionează toate mesajele reţelei fizice, pachetele recepţionate fiind filtrate de către fiecare adaptor şi nu are nevoie de o autoritate centrală pentru garantarea accesului.

Transceiver

Host interface

Fig. 5.3 Conexiunea Host - reţea prin transceiver

Adresa MAC

Schema de acest tip este numită şi Carrier Sense Multiple Acces with Collision Detect (CSMA/CD) întrucât multiple maşini pot accesa ethernet simultan şi fiecare detectează când legătura este liberă prin sesizarea undei carrier. Adresa Ethernet este definit ă pe baza unei scheme cu 48 biţi, cunoscută şi sub denumirea de adresă Ethernet sau adresă MAC. Pentru asignarea adresei fabricantul primeşte după solicitare, un spaţiu de adrese şi alocă pentru produsele sale adrese în secvenţă. Adresa Ethernet este fixată la fiecare maşina prin hardware-ul utilizat şi poate fi citită prin intermediul interfeţei 81


hardware. Cardul Ethernet are posibilitatea de a extrage adresa fizică inclusă în pachet prin filtrare şi ignoră pachetele ce nu sunt adresate maşinii în care este dispusă, f ără a genera întreruperi c ătre unitatea centrală prin care să anunţe recepţia unei datagrame. O adresă Ethernet poate avea valori prin care se specifică: • adresa fizic ă a unei interfe ţe de reţea (adresa unicast) • adresă broadcast reţea; • adresă multicast. Prin convenţie adresa de broadcast are to ţi biţii 1 şi a fost rezervată pentru trimiterea de mesaje la toate staţiile din reţea, simultan. Adresa multicast este o forma limitată de broadcast prin care un subset de calculatoare din reţea agreează să asculte o adresă de grup, numit şi multicast address group. Pachetele Ethernet poartă numele de frame şi au formatul prezentat în fig. 5.4. Preambul 8 octeţi

Adresa Adresa sursa destinaţie 6 octeţi 6 octeţi

Tip frame

Date

CRC

2 octeţi

64-1500 octeţi

4 octeţi

Fig. 5.4 Format frame ethernet

Format frame

Preambulul este format din 64 biţi ce conţin biţi în starea 0 sau starea 1 pentru a asigura sincronizarea. Adresa surs ă şi adresa destinaţie sunt reprezentate pe câte 48 biţi fiecare (6 octeţi). Un alt câmp ă

Ethernet

ă

importantpachetul este tip şframe care seîn identific protocol c ruiaÎn îiacest este destinat i va fiprin procesat conjuncţie cu acesta. mod o maşină poate utiliza mai multe protocoale în acela şi timp funcţie de conexiunea realizată (sursa pachetului).

3.2.2 Conexiu nea prin fibr ă optic ă (FDDI)

Token ring

Fiber Distributed Data Interconnect (FDDI) este o tehnologie populară ce asigură bandă mult mai largă decât Ethernet. Această tehnologie este de tip inel pentru c ă reţeaua formează un inel care porneşte de la o maşină şi trece pe la altele întorcându-se înapoi la sursă. Tehnologia este numită şi token ring deoarece utilizează un baton pasat între gazde pentru a controla transmisia. Când reţeaua este liberă, un cadru special numit şi token trece de la o sta ţie la alta. Când o staţie are ceva de trimis aşteaptă ca batonul să sosească, trimite pachetul şi batonul la următoarea maşină. Circularitatea asigură şanse egale la trimiterea pachetelor de c ătre toate staţiile. Poate una dintre cele mai interesante propriet ăţi ale legăturii este dată de posibilitatea de a detecta uşor disfuncţionalităţile din reţeaua locală. Pentru a se asigura refacerea automată la defecţiuni hardware FDDI utilizează, de regulă, două inele independente ce conectează fiecare calculator şi ca urmare este numit ă şi counter rotating deoarece traficul se deplasează în direcţii diferite în fiecare inel putând astfel să întoarcă un pachet atunci când o ma şină este defectă. Un frame FDDI are un format caracteristic ce este ilustrat în fig. 5.5.

82


Câmp PA SD FC DA SA RI DATA FCS ED FS

Lungimea în unităţi de 4 Conţinut biţi 4 sau mai mulţi Preambul 2 Delimitator de Start 2 Control frame 4 sau 12 Adresa destinaţie 4 sau 12 Adresa sursă 0 la 60 Informaţii de distribuţie 0 sau mai mulţi Date 8 Frame Check Sequence 1 Delimitator de sfârşit 3 sau mai mulţi Stare frame Fig. 5.5 Format frame FDDI La FDDI formatul pentru header este flexibil în sensul că sunt posibile mai multe formate, disponibile funcţie de cantitatea de date transferată, formate ce oferă posibilitatea de specificare a metodei de distribuţie utilizată.

3.2.3. As ync hro no us Trans fer Mode ( ATM)

ATM este o tehnologie de mare viteză ce se utilizează atât în reţele

Celula ATM

şi de ţele globale. ă de locale câtţie în re marepoate vitezăasigura se înţelege comunica peste 100 MbsPrin iar ATM vitezevitez de pân ă la ordinul Gbs fapt ce determin ă şi costuri mult mai mari pentru realizarea acestor reţele. Tehnologia ATM constă din unul sau mai multe comutatoare de înaltă viteză fiecare conectate la un calculator şi la un alt switch ATM. Cel de al doilea utilizeaz ă fibra optică pentru conexiune inclusiv pentru conexiunea de la host la switch. La cel mai scăzut nivel al unei reţele ATM se utilizează cadre numite şi cells de dimensiune fixă ce pot fi procesate cu viteza mare. Fiecare celulă ATM are numai 53 octeţi lungime dintre care 5 octeţi formează headerul şi 48 constituie câmpul de date. La ini ţierea unei conexiuni toate echipamentele ce participă la transmiterea celulei agreaz ă un identificator de conexiune virtuala. În headerul unei celule câmpul identificator conexiune specifică o conexiune virtuală agreată şi indică fiecărui distribuitor modul în care conecteaz ă porturile interne pentru transmiterea celulei. Se realizează în acest mod o combinaţie între comunicaţia orientată pe comutarea pachete şi comunicaţia orientată pe conexiune.

83



Alegeţi varianta corectă pentru următoarele 5 întrebări. Fiecare întrebare valorează 20 de puncte. Punctaj minim: 80

Adevărat / Fals A/F 1. Un hub este un dispozitiv electronic care simulează semnalele unui cablu Ethernet. ă de broadcast permite recepţia mesajului de către A/F 2. O adres un grup limitat de gazde.

A/F 3. Adresa MAC este reprezentată pe 32 biţi. A/F 4. Un header FDDI este identic cu headerul Ethernet. A/F 5. O celula ATM are lungime standard de 48 octeţi.

5.3 Protocol Internet, datagrame La nivelul reţea, Internetul poate fi v ăzut ca o multitudine de subreţele sau sisteme autonome (AS) conectate împreună. Nu există o structură reală, dar există câteva elemente ce constituie coloana vertebrală majoră. Acestea sunt constituite din linii de înalt ă capacitate şi rutere rapide. Ataşate la coloana vertebrala sunt re ţele regionale (de nivel mediu), iar la aceste re ţele regionale sunt ataşate LAN-urile din multe universităţi, companii şi furnizori de servicii Internet. Nivelul reţea în TCP/IP

Liantul care ţine Internetul este protocolul de nivel reţea, numit IP. Spre deosebire de protocoalele mai vechi de nivel reţea, acesta a fost proiectat de la început având în vedere interconectarea re ţelelor şi constituie o metodă bun ă de a gândi nivelul re ţea. Sarcina lui este de a oferi cu eforturi minime o cale pentru a transporta datagrame de la sursă la destinaţie, fără a ţine seama dacă ma şinile sunt sau nu în aceeaşi reţea, sau dacă sunt sau nu alte re ţele interpuse între ele. În acest paragraful voi descrie principiile fundamentale ale comunicaţiei prin Internet Protocol (IP). Se studiază formatul şi se arată de ce sunt considerate elementele de bază datagramelor pentru toate comunica ţiile Internet. Un utilizator crede că în Internet există o singură reţea virtuală ce interconectează toate staţiile fără a vedea comunicaţia care este ascunsă şi irelevantă. În acest sens Internet este o abstracţie a reţelelor fizice deoarece la nivel sc ăzut el realizează aceleaşi funcţionalităţi acceptând pachete şi transmiţându-le către destinaţii. În acest sens TCP/IP furnizează trei seturi de servicii ilustrate în figura 5.6.

84


Application Services Reliable Transport Service Servicii de conectivitate a pachetelor

Fig. 5.6 Structura serviciilor realizate de TCP/IP Softwareul Internet protocolului este construit în jurul din a trei servicii ierarhic. Succesul a rezultat faptul că dispuse această structură este robustă şi adaptabilă. Ca urmare este oricând posibil să se înlocuiască un serviciu fără ca celelalte să fie afectate, caracteristică ce a putut fi implementată bazându-se pe stiva de protocoale. O stivă de protocoale oferă o serie de servicii de conectivitate pentru tratarea în mod adecvat a comunicaţiei. Conexiuni Pierdute. Cele mai obişnuite 23 servicii sunt cele de transmitere pachete. Tehnic, serviciul este definit ca fiind nesigur, pierderea pachetelor analog cu serviciile furnizate de hardware cere efort deosebit. Serviciul este nesigur deoarece transportul nu este garantat. Pachetele pot fi pierdute sau duplicate f ără ca serviciul să detecteze aceste situaţii. Serviciul este denumit “cu pierdere de legătură“ deoarece fiecare pachet este tratat independent unul de altul. O secvenţă de pachete trimisă de la un calculator la altul poate parcurge multediferit căi,ă.unele potserviciul fi pierdute, altelecă ajung destinaţie mai în ordine În final, se spune necesitlaă “efort mare de ajungere” deoarece software-ul Internet face multe eforturi în a trimite pachetele la destina ţie. Scopul Unui Protocol Internet. Protocolul care defineşte nesiguranţa şi mecanismele de pierdere a conexiunii este numit Internet Protocol şi este uzual referit prin ini ţialele IP. El poate fi specificat prin 3 definiţii complementare: 





prima - defineşte unitatea de bază pentru transfer utilizată la Internet TCP/IP. Aceasta specifică formatul exact al datelor transmise prin TCP/IP; a doua - software-ul IP furnizează funcţiile de rutare alegând calea pe care datele sunt trimise; a treia - precizează în plus specificaţiile formale ale formatelor de date şi rutare. IP include un set de reguli pentru asigurarea siguran ţei, reguli ce caracterizează modul în care hostul şi ruterele procesează pachetele, cum şi când erorile sunt generate, modul în care pachetele sunt eliminate. Nivelul IP în TCP/IP este numit adesea şi IP based technology.

85


3.3 .1 Datagram e Intern et

Format datagramă

Analogia între reţeaua fizică şi TCP/IP este foarte importantă. Într-o reţea fizică unitatea de transfer este un frame ce con ţine hearder şi date. În hearder sunt incluse informaţii asupra sursei fizice şi a destinaţiei. Internet denumeşte unitatea de bază pentru transfer ca datagramă Internet. Similar cu un frame din re ţelele fizice o datagramă este împărţită în hearder şi zona de date, la fel cu formatul frame, headerul pentru datagramă conţine adresa sursă şi adresa destinaţie şi o serie de alte câmpuri ce identific ă conţinutul (5.7).

header datagramă 0

4

8

zona date datagram 16

19

24

ă

31

Versiune

Lungime Tip serviciu Lungime total ă Header Identificator Indicatori Offset fragment Timp de viat Protocol ă Sum ă control header Adresa IP sursă Adresa IP destinaţie Opţiune IP(dac este ănecesar) PADDING

Date Fig. 5.7 Format datagramă

Câmpuri în header IP

Deoarece procesarea datagramei este făcută software, conţinutul şi formatul nu este restricţionat de hardware. De exemplu câmpul de 4 biţi versiune (VER) conţine versiunea protocolului IP ce a fost utilizată pentru crearea datagramei. El este utilizat pentru ca transmiţătorul, receptorul şi ruterele implicate să verifice modul în care agreează formatul datagramei. Toate programele IP cercetează câmpul de versiune înainte de a procesa o datagramă pentru a fi sigure că formatul software este corect. Dacă versiunea nu este cea corectă maşinile vor rejecta datagramele cu versiune de protocol diferită de cea cunoscută, prevenind interceptarea eronată a conţinutului care s-ar procesa în conjuncţie cu formatul specific utilizat. IP curent utilizat este de versiune 4, dar în prezent a apărutProtocolul şi este disponibilă versiunea 6 a protocolului IP. Lungime header (HLEN) specifică lungimea hearder măsurată în cuvinte de 32 de biţi. Aşa cum se vede toate câmpurile din header au lungime fixă exceptând opţiunile IP şi câmpul corespunzător PADDING. Un header uzual, ce nu conţine opţiuni şi padding, numit şi header minimal, măsoară 20 de octeţi şi are lungimea de 5 cuvinte a 32 biţi fiecare.

86


Lungimea totală a datagramei (LENGTH) specifică lungimea datagramei IP, măsurată în octeţi, incluzând atât octeţi din header cât şi datele încapsulate. Lungimea porţiunii de date poate fi calculată prin scăderea lungimii headerului (HLEN) din lungimea totală (LENGTH). Deoarece câmpul TOTAL LENGTH este limitat la 16 biţi, lungimea maximă posibilă a unei datagrame IP este 2 16, adică 65536 octeţi. În multe aplicaţii lungimea totală nu constituie o limitare severă. Ea poate fi mult mai importantă la rutere dacă reţelele de mare viteză vor transporta pachete de date cu lungime mai mare de 65535. şi precedenţă datagramă, numită pe scurt Datagram Typespecific of Service şi Tip Serviciu, ă modul în care o datagramă este manipulată. Câmpul este împărţit în 5 subcâmpuri (fig. 5.8):

0

1

2

precedenţă D







3 T

4

5

6

7

R

Neutiliza

ţi

8

5.8 Format câmp tip serviciu Biţii 0-2 indică precedenţa cu valori în gama 0 (precedenţa normală) la 8 (control reţea) permiţând transmiţătorilor să indice importanţa fiecărei datagrame. Cu toate că multe hosturi şi rutere ignoră tipul de serviciu, el reprezintă un concept important, deoarece furnizează un mecanism prin care sunt permise informaţii de control pentru a specifica preceden ţa la date. De şi ruterele exemplu, dac hosturilecontrolul onoreazlaă transmiterea precedenţa, este posibil a ăfi toate implementat congestiei datagramelor. Biţii D, T, R specific ă tipul de transport dorit. Dacă bitul D este setat se cere întârziere mică, bitul T setat specifică transmiterea directă pe când R cere siguranţă maximă. Ultimii trei bi ţi au fost rezervaţi pentru implementări ulterioare.

Nu este totuşi posibil ca Internet să garanteze tipul de transport cerut. O cerere de transport necesită algoritmi de rutare, ea nefiind tratată ca o simplă cerere. Dacă un ruter cunoaşte mai mult de o cale posibilă până la o destinaţie dată, el poate utiliza informaţia inclusă în câmpul tip de transport pentru a se asigura caracteristicile dorite pentru datagramă. De exemplu, presupunând că ruterul poate alege între capacitate mică şi bandă largă (conexiune satelit), pot fi realizate combinaţii de biţi între D, T şi R funcţie de dorinţă. Este de asemenea important de înţeles faptul că algoritmul de rutare trebuie să aleagă dintre căile posibile pe acelea care au caracteristici de întârziere, viteză şi siguranţă cerute. Adesea o tehnologie implementează doar una dintre caracteristici. Concluzie: Tipul de serviciu este văzut ca o sugestie pentru algoritmul de rutare prin care se alege dintre căile posibile, acele căi destinaţie bazate pe ă faptul ca în cunoaşterea tehnologiilor hardware disponibile. Se remarc Internet nu se garantează tipul de transport cerut.

87


Înainte de a în ţelege sensul următorului câmp dintr-o datagramă este important să pornim de la modul în care transportul datagramei se bazează pe cadrele (frame) de reţea. Începem cu întrebarea; Cât de mare poate fi o datagram ă? Spre deosebire de reţelele fizice unde hardware-ul trebuie recunoscut, datagramele sunt manipulate software. Ele pot fi de orice lungime aleas ă de proiectantul protocolului. S-a văzut deja că în formatul curent al datagramei sunt permişi 16 biţi pentru câmpul de lungime total ă. Limitările pot fi schimbate în versiunile ulterioare ale protocolului. Ştim că datagramele transportă date de la o maşină la alta numai dacă se ă. Pentru a face transportul eficient permite transport prin reăţm eaua este bine să consider că fizic fiecare datagramă este transportată independent. Ideea pe care se bazează transportul datagramei în reţea este numită încapsulare. Pe baza considerentelor despre reţea, o datagramă este similară cu orice alt mesaj trimis de la o maşină la alta. Hardware-ul nu recunoaşte formatul datagramei şi nici nu înţelege adresa destinaţiei. Figura 5.9 arată c ă atunci când o ma şină trimite o datagramă la altă maşină la alta aceasta se încapsulează în porţiunea de date în frame-ul reţea.

Header datagramă Header frame

Zona de datagramă

date

Zona de date frame

Fig. 5.9 Încapsularea datagramelor

Lungime maximă datagramă

Marime datagramă, MTU şi fragmentare. În cazul ideal, întreaga datagramă ocupă un frame fizic făcând transmiterea prin reţeaua fizică mai eficientă. Pentru a asigura eficienţa proiectantul IP forţează selecţia dimensiunii datagramei la o dimensiune corespunzătoare care încape într-un frame. Apare o a doua întrebare: Ce dimensiune de frame se poate alege? O datagram ă în Internet trebuie să călătorească prin mai multe reţele fizice interconectate. Fiecare pachet este limitat la o dimensiune maxim ă a datelor într-o reţea fizică. De ex: un cadru Ethernet oferă 1500 octeţi de date, un cadru FDDI aproximativ 4470. Unitatea prin care ne referim la dimensiunea maximă a unui frame poartă denumirea de maximum transfer unit (notat şi MTU). În consecinţă, când o datagramă este mai mare decât MTU al reţelei pe care o traverseaz ă, ea se transformă în mai ă ă a datagramelor multe frame-uri. TCP/IPmodul alege m şi aranjeaz ă astfel de rimea împăconvenabil rţire al acesteia în mici compartimente cu dimensiunea dată de MTU. Micile piese în care datagrama este împărţită se numesc fragmente iar procesul poart ă denumirea de proces de fragmentare (fig. 5.10).

88


HOST A NET1 M TU =1500

HOST B

R1

NET 2 MTU=620

NET 3 R2 M TU =1500

Fig 5.10 Maximum transfer unit în diverse reţele

ă 1500 Chiar dacă are ambele sisteme,rehost A şcare i B, suport MTU, transportul loc printr-o MTU este de octe 620ţi octe ţea în ţi. Dacă hostul A trimite o datagramă mai mare de 620, ruterul R1 o trebui să o fragmenteze. Similar, R2 va fragmenta datagramele sosite de la hostul B. M ărimea fragmentului este aleasă astfel încât fragmentul să poată fi transportat prin reţea ca un singur frame. Desigur că, nu se pune problema împ ărţirii datagramei în părţi egale. Ultima parte este de regulă mai mică decât celelalte. Fragmentele trebuiesc reasamblate pentru a obţine o copie completă a datagramei srcinale înainte de a fi procesat ă la destinaţie. Protocolul nu limitează datagramele de dimensiune mai mic ă, dar nu Fragmentarea unei garantează faptul că datagramele de dimensiuni mari vor fi transmise fără fragmentare. Sursa poate alege orice dimensiune dac ă o datagrame consideră corespunzătoare, fragmentarea şi reasamblarea apărând ca un proces automat fără ca sursa să întreprindă acţiuni speciale. Specificaţia IP postulează că nu toate implementările trebuie să ă la maximul MTU al re ţelelor pe care le accepte atacă. În datagrame plus un ruterpân trebuie întotdeauna să realizeze datagrame de cel puţin 576 octeţi. Fragmentarea unei datagrame înseamn ă împărţirea ei în diferite piese. Nu trebuie s ă surprindă faptul că fiecare piesă are acelaşi format cu cel al datagramei srcinale. Un exemplu de fragmentare este ilustrat in fig. 5.11

Header datagramă

data 1 600 octeţi

Header fragment 1 Header

data 1

Fragment 1 (offset 0)

data 2


data 3


fragment 2 Header fragment 3

data 2 600 octeţi

data 3 600 octeţi

Fig. 5.11 Fragmentarea datagramelor

89


Reasamblarea datagramelor

Fiecare fragment conţine un header al datagramei exceptând cazul în care un bit al câmpului FLAG arat ă că acesta este un fragment şi nu sunt copiate în header toate opţiunile aferente datagramei iniţiale. Reasamblarea unei datagrame. Trebuiesc reasamblate pachetele după trecerea prin reţea, atunci când MTU o permite, sau sunt transmise ca fragmente la calculatorul final unde vor fi reasamblate? În TCP/IP odată ce datagrama a fost fragmentat ă pachetele călătoresc în datagrame separate şi sunt asamblate la ultima destinaţie. Trimiterea fragmentelor la destinaţie are două mari dezavantaje: 





întrucât datagramele nu sunt reasamblate imediat dup ă transferul prin reţea ca mici fragmente MTU, ele trebuiesc transferate de la punctul de fragmentare la punctul de destinaţie. Datagramele fiind asamblate la punctul de destinaţie poate duce la ineficienţă dacă reţelele fizice întâlnite după punctul de fragmentare au capabilităţi MTU mari şi datele se transferă prin fragmente mici. dacă un fragment este pierdut datagrama nu poate fi reasamblată. Maşina receptoare porneşte un ceas pentru reasamblare atunci când primeşte primul fragment. Dacă timerul expiră înainte ca toate fragmentele să sosească, maşina receptoare elimină piesele recepţionate fără să mai proceseze fragmentele. În acest mod o întreagă datagramă este pierdută ca urmare a pierderii unui fragment. Nu este îns ă posibilă o altă abordare întrucât nu se poate aştepta la infinit ca toate fragmentele unei datagrame să fie recepţionate. ăţi ca Cu toate aceste acest modfragment de prelucrare este considerat bun. El dificult permite fiecare s ă fie rutat independent şi nu necesită rutere intermediare pentru stocare şi reasamblare a fragmentelor. Nu poate fi considerat ă o soluţie fezabilă asamblarea datagramelor de c ătre ruterele ce le transportă întrucât nu toate fragmentele urmează aceeaşi cale către destinaţie.

Controlul fragmentării. Trei câmpuri ale headerului din datagramă: IDENTIFICATOR, FLAGS, şi FRAGMENT OFFSET controlează fragmentarea şi reasamblarea. Câmpul identificator conţine un unic întreg prin care se identifică univoc o datagramă. Reamintim că la fragmentare o mare parte din header este copiat la fiecare fragment. Câmpul identificator permite destinaţiei să stabilească care dintre fragmentele recepţionate aparţin unei datagrame. La recepţia unui fragment, destinaţia utilizează identificatorul şi adresa sursă pentru Câmpuri pentru controlul fragmentării

90

asocierea fragmentului la o anumit ă datagramă. Calculatorul transmiţător generează o valoare unică pentru câmpul de identificare al fiecărei datagrame. Foarte multe sisteme genereaz ă identificatorul prin incrementare ca o secven ţă de întregi. Datorită timpului de viaţă nu pot exista datagrame cu acelaşi identificator produse de aceeaşi maşină. Fragment Offset specifică un offset faţă de datagrama srcinal ă a datelor ce sunt deplasate în fragmentul urm ător, măsurat în octeţi începând cu fragmentul care are offset zero.


La reasamblare fragmentele pot sosi în alt ă ordine decât ordinea fizică la operaţia de fragmentare. Biţii FLAGS sunt utilizaţi pentru controlul fragmentării şi reasamblării. Uzual software-ul de aplicaţie utilizând TCP/IP nu se îngrijeşte de fragmentare deoarece ambele proceduri fragmentare şi defragmentare sunt automat executate de c ătre componente incluse în sistemul de operare şi sunt invizibile utilizatorului. Pentru a testa software-ul integrat sau a depana problemele opera ţionale este important de văzut care este mărimea datagramelor pentru care fragmentarea se produce. Semnificaţia biţilor flags: Primul bit not fragment, este testat atunci când este necesară fragmentarea. Dacă el este 1 fragmentarea nu este permisă. De ex. la secvenţa de boot este necesară întreaga imagine. Când un ruter necesită fragmentarea unei datagrame care are bitul “not fragment” setat, acesta fie încearcă să transporte datagrama pe o cale ce nu necesită fragmentare, fie pierde datagrama şi trimite un mesaj de eroare înapoi la sursă. Ultimul bit specific ă dacă fragmentul conţine date din interiorul datagramei srcinale sau este fragmentul de sfâr şit. Acest bit este numit şi “more fragmentation”. Aceasta este necesară întrucât în header câmpul Total Length se referă la fragment nu la datagramă şi nu se poate identifica ultimul fragment dintr-o succesiune de fragmente. Acest bit împreună cu fragment offset şi total length permite reasamblarea datagramei. 



Timp de viaţă datagramă

Time to live (TTL) specifică un număr interpretat ca intervalul de timp pentru care datagrama rămâne în Internet. Maşina sursă specifică timpul de viaţă al datagramei, iar ruterele şi hosturile ce o procesează va decrementa acest câmp. Atunci când timpul a expirat, adică a devenit zero, datagrama este pierdut ă. Estimarea exactă a timpului este dificilă, deoarece ruterele nu au un ceas sincronizat cu reţelele fizice. Mai exact, interpretăm timpul de viaţă ca numărul maxim de distribuiri ale acesteia. Câteva reguli simplifică procesarea, o fac mai rapidă şi simplă chiar fără ceas de sincronizare. atunci când valoarea câmpului este numeric ă, fiecare ruter din calea de distribuţie decrementează câmpul time to live cu 1 atunci când procesează headerul; la rutere înc ărcate ce introduc întârzieri mari, fiecare ruter înregistrează timpul local când datagrama a sosit şi 





ă câmpul cu numărul de secunde pentru care decrementeaz datagrama rămâne la el aşteptând servirea. Este cazul în care timpul de viaţă are semnificaţie de timp; când time to live este 0, un ruter elimină datagrama şi transmite mesaj de eroare.

Ideea generală, de utilizare a acestui câmp, a pornit de la faptul că se poate garanta eliminarea circularităţilor prin care datagramele ar putea să circule prin Internet la infinit, datorită alterării tabelelor de rutare sau a distribuţiilor incorecte generate de alte probleme. 91


3.3. 2 A lte c âm pu ri în h eader

Câmpul PROTOCOL este similar ca semnificaţie cu câmpul type din headerul asociat pentru un frame reţea. Valoarea câmpului specifică ce protocol de nivel scăzut este utilizat pentru a genera mesajul ce transportă datele. Acesta specifică în general formatul zonei de date, câmpul este de tip numeric şi este gestionat de autoritatea Internet pentru a garanta compatibilitatea cu întregul Internet. HEADER CHECKSUM este o modalitate de a asigura verificarea integrităţii datelor din header. El se obţine tratând headerul ca o secvenţă de întregi pe 16 biţi reprezentaţi în complement faţă de 1. Suma de control se aplic ă doar la headerul IP nu şi la date. Cum headerul ocupă în general mai puţini octeţi fa ţă de restul mesajului şi suma de control se calculeaz ă de către fiecare ruter, este mult mai uşor ca acest calcul să fie făcut pentru un volum mic de date. Motivul pentru care suma de control este calculat ă la fiecare ruter, prin aceasta verificarea integrităţii headerului, constă în faptul că informaţia aferentă din header se modifică la rutere şi în plus se previne o distribuţie greşită ca urmare a alter ării adresei destinaţie. Procedura este similară cu transmiterea scrisorilor prin poştă, caz în care pentru o distribuire corectă este necesar ca informaţia înscrisă pe plic să fie corectă, fără a se verifica în vreun fel con ţinutul. Source IP address şi Destination IP address conţine adresele IP ale transmiţătorului şi receptorului. Aceste câmpuri nu suferă modificări la rutere întrucât se păstrează sursa şi destinaţia specificată iniţial pentru fiecare pachet. Câmpul DATA este de dimensiune nedefinită, dependentă de mărimea volumului de date pe pachet şi de tipul de protocol hardware utilizat. 3.3.3 Op ţiuni d atagrame I nternet

Structura header definită până în prezent se referă la headerul minimal, obligatoriu pentru fiecare datagramă. Câmpul IP Option urmează adresa destinaţie şi nu este obligatoriu pentru fiecare datagramă. Aceste opţiuni sunt în general incluse pentru testarea şi depanarea reţelei, cât şi pentru controlul traficului. Procesarea opţiunilor este integrată în protocolul IP. Lungimea câmpului este variabilă funcţie de opţiunile ce sunt selectate. Unele opţiuni au lungimea de unîntr-o cuvânt, iar altele au lungime variabilă. Când opţiunile sunt prezente datagram ă, ele apar continuu, fără separatori între ele. Fiecare opţiune constă dintr-un singur octet, care poate fi urmat de un octet ce specifică lungimea şi un set de octeţi de date asociaţi opţiunii. Un octet opţiune se împarte în trei p ărţi astfel: COPY (1)

92

OPTION CLASS (2 biţi)

OPTION NUMBER (5 biţi)


Bitul copy controlează modul în care ruterele tratează opţiunile în timpul fragmentării. Astfel pentru: copy = 1 opţiunile se copiază în toate fragmentele; copy = 0 opţiunile se copiază doar în primul fragment al datagramei fragmentate. OPTION CLASS specifică o clasă generală urmând ca apoi s ă se specifice opţiunea în cadrul fiecărei clase. Tabelul următor specifică modul de interpretare al opţiunilor.  

Clas ă o p ţiune

0 1 2 3

Semnifica

ie

Datagramăţ sau control reţea Rezervat Depanare şi măsurare Rezervat pentru următoare utilizări

OPTION NUMBER este codificat pe 5 biţi şi este interpretat în conjuncţie cu conţinutul câmpului option class. Pentru înţelegerea semnificaţiei opţiunilor se dau mai jos o serie dintre opţiunile specifice utilizate în Internet. Lista nu este exhaustivă, ea conţine câteva dintre opţiunile ce sunt mai des utilizate. Record Rute Option - este utilizată pentru a înregistra drumul parcurs de un pachet. Rutarea şi timestamp sunt foarte interesante deoarece dă un mod de monitorizare sau control a datagramelor la rutare. ţiunea ăpermite ă de ţia Op sursei să ce creeze o lista adrese IP ce va completat de fiecare ruter particip ă la vid distribu datagramei prinfi adăugarea propriei adrese IP la listă. Câmpul cod conţine clasa şi numărul de opţiune în structura specifică prezentată anterior. Câmpul lungime specifică lungimea totală a datelor incluzând primii 3 octeţi. Înregistrările încep cu prima adresa IP, urmată de a doua şi aşa mai departe. Câmpul pointer specifică offsetul opţiunii pentru următorul slot. Când ruterul adaug ă un IP verifică dacă pointerul este mai mic decât lungimea. Dac ă da, înregistrează adresa IP, altfel lasă zona de adrese nemodificat ă deoarece spaţiul alocat pentru memorarea adreselor IP este complet ocupat. Structura de date pentru înregistrarea rutei este ilustrată în figura 5.12

0

8 COD

16

24

31

LUNGIME POINTER Prima adresă IP A doua adresă IP …………………… …………………… Fig 5.12 Opţiunea record rute

93


Source Rute Option Este o opţiune ce permite sursei s ă seteze preferinţele referitoare la traseul pe care datagrama îl va urma pân ă la destinaţie. Prin această opţiune se elimină alegerea drumului de către ruter, el fiind specificat implicit în con ţinutul headerului datagramei. Opţiunea este foarte utilă în faza de testare a re ţelei. Formatul său este identic cu cel de la Record Rute Option. 0 COD

8

16

LUNGIME

24

POINTER OVERFLOW Prima adresă IP Primul timestamp …………………… ……………………

28

31 FLAGS

Fig. 5.13 Opţiunea timestamp Time Stamp Option Lucrează similar cu Record Rute Option şi iniţial conţine o listă vidă, iar fiecare ruter completează înregistrări în ea. Fiecare înregistrare din listă conţine două cuvinte de 32 biţi: adresa IP a ruterului şi un întreg de 32 biţi reprezentând timestamp. Formatul de înregistrare a momentului de timp este ilustrat în fig. 5.13. Câmpurile lungime şi pointer sunt utilizate pentru a specifica lungimea spaţiului rezervat pentru opţiune şi locaţia următorului slot neutilizat ca şi la opţiunea de înregistrare traseu. Cei 4 bi ţi OVERFLOW conţin un număr întreg indicând numărul de rutere care nu furnizeaz ă timestamp, situaţie care apare când spaţiul rezervat este prea mic. Câmpul FLAGS controleaz ă formatul exact al opţiunii şi spune cum ruterele interpretează înregistrarea pentru opţiunile timestamp (fig. 5.14). 





Flag 0 1 2

Semnificaţie Înregistrează numai timestamp; omite adresa IP Precede timestamp de adresa IP Adresa IP specificată de transmiţător; ruterul înregistreaz doar ă timestamp dac ă următoarea adresă IP în listă se potriveşte cu adresa ruterului Fig. 5.14 Semnificaţie flag

Timestamp dă timpul şi data la care ruterul manipuleaz ă datagrama în milisecunde de la începutul nopţii. Timpii sunt nerelevanţi în multe cazuri deoarece fiecare maşină are propriul ceas local, şi în plus sunt diferenţe legate de fusul orar.

94


Test de autoev aluare 5. 3

Alegeţi varianta corectă pentru următoarele 10 întrebări. Fiecare întrebare valorează 10 de puncte. Punctaj minim: 80 1. Unitatea de bază pentru încapsularea datelor de comunicaţie în Internet este: e. Fişierul f. Structuri de date de tip tablou g. similare h. Tabele Datagrama IP cu cele din baze de date 2. Mărimea headerului unei datagrame se m ăsoară în: e. Octeţi f. Cuvinte de câte 32 biţi g. Număr de biţi h. Cuvinte de câte 16 biţi 3. Maximum Transfer Unit (MTU) are semnificaţia: e. Numărul de biţi din headerul datagramei f. Lungimea maximă a datagramei exprimată în biţi g. Dimensiunea maximă a unei datagrame ce poate fi transportată prin reţea h. Numărul octeţilor de date aferent unei datagrame 4. O datagramă fragmentată de un ruter este reasamblată: e. La destinaţia finală f. La următorul ruter care distribuie datagrama g. La primul ruter ce are acces la o reţea cu MTU mai mare h. La primul card de reţea care recepţionează datagrama 5. O datagramă nu poate fi fragmentată dacă: e. În header sunt incluse opţiuni f. Este la rândul său un fragment g. Bitul not fragment este setat h. Conţine mai mult de 2800 octeţi 6. Bitul copy din headerul datagramei are interpretarea: e. Transmite mai multe copii ale aceleiaşi datagrame f. Copierea opţiunilor datagramei la toate fragmentele g. Nu permite fragmentarea unei datagrame h. Permite unui ruter reasamblarea fragmentelor datagramă

dintr-o

95


7. Prin câmpul clasă opţiune se specifică: e. Detaliază opţiunea în interiorul unei clase f. Tipul de protocol de nivel scăzut g. Categoria din care face parte o opţiune ca structură arborescentă h. Un cod reprezentat pe 16 biţi 8. Numărul adreselor IP ce pot fi înregistrate în câmpurile aferente opţiuni record rute este dat de: e. f. g. h.

ţ Valoare pointerpentru din primul cuvânt Num ărulcâmpului de biţi rezervat o adres ă IP al op iunii Numărul de biţi pe care se reprezintă o adresă IP Valoarea câmpului lungime din primul cuvânt al opţiunii

9. Opţiunea timestamp înregistrează: a. Adresa IP şi momentul de timp la care a fost procesat ă datagrama b. Numele serverului reţelei traversate c. Adresa IP a sursei d. Adresa IP a destinaţiei 10. Câmpul FLAGS la opţiunea timestamp specifică: a. Formatul datelor în opţiune b. Modul de tratare a fragmentării c. Modul în care se reasamblează datagramele d. Este un câmp opţional

5.4 Rutarea Datagramelor IP

Distribuţia datagramelor în Internet

96

Rutarea în Internet. Prin sistemul de comutare a pachetelor se înţelege alegerea drumului pe care se trimit pachetele, iar prin activitatea de distribuire (rutare) se înţelege procesul prin care un calculator face această alegere. Rutarea apare la diferite niveluri. De exemplu, pentru o reţea extinsă care are multiple conexiuni fizice între care se comută pachete, reţeaua însăşi este responsabilă de distribuirea pachetelor de la momentul în care apar pân ă la momentul când acestea o p ărăsesc. Distribuţia internă este complet conţinută în reţea. Maşinile din exterior nu pot participa la decizii de distribuţie, ele văzând reţeaua ca o entitate ce manipulează pachete. Reamintim că scopul IP este de a forma o re ţea virtuală ce încorporează multiple calculatoare şi oferă conectivitate. Rutarea IP alege prin diverşi algoritmi cum să trimită datagramele pe reţele fizice distincte. Distribuirea în Internet poate fi dificil ă în special la calculatoarele care au conexiuni la reţele fizice multiple. Ideal, rutarea examinează tipul reţelei, lungimea datagramei, tipul de serviciu specificat în header-ul datagramei atunci când se selecteaz ă un drum. Programele de rutare pot fi foarte complicate şi selectează căile pe baza drumului minim, a lăţimii de banda şi a congestiei.


Pentru a înţelege complexitatea rutării este necesar să ne întoarcem la TCP/IP. Mai întâi se reaminteşte că Internet este compus din multiple reţele fizice interconectate prin calculatoare denumite rutere. Fiecare ruter are conexiune directă cu cel puţin două reţele, deşi uzual un ruter conectează mai multe reţele. Prin contrast un host se conectează direct la o reţea. Se cunoaşte că aceasta este posibilă totuşi dacă avem un calculator conectat direct la reţele multiple. Ambele, host şi ruter participă la distribuirea datagramelor Internet la destinaţia specificată. Când un program de aplicaţie de la host doreşte să comunice, TCP/IP generează una sau mai multe datagrame host face decizievade rutare când alegedatagrama, unde trimite datagrama).(un În figura 5.15ohostul alege unde trimite la ruterul R1 sau R2, ambele variante fiind posibile.

Cai pentru destinaţii R

1

R2

HOST

Fig. 5.15 Alegerea destinaţiei Orice calculator având conexiuni multiple poate ac ţiona ca un ruter. Aceste calculatoare rulează TCP/IP şi au tot software-ul necesar pentru rutare. Totuşi TCP/IP, ca model, face distinc ţie între funcţiile de host şi cele de ruter. Calculatoarele ce mixează funcţiile de host şi ruter funcţionează ca o singură maşină. La acest moment vom face o distincţie între host şi ruter prin aceea că voi presupune că hostul nu furnizează funcţii de distribuţie ce permite transferul pachetelor de la o reţea la alta. Funcţie de modul în care o datagramă traversează reţeaua distribuţia poate fi împărţită în: distribuţie directă distribuţie şi indirectă. Distribuţia directă se referă la trimiterea unei datagrame de la o maşină la alta în aceeaşi re ţea fizică. Distribuţia indirectă apare când ţia nu este la destina direct ataşată la reţea făcând ca transmiţătorul să trimit un ruter. ă datagrama Distribuţia datagramelor într-o singură reţea. O maşină într-o reţea fizică poate trimite datagrame direct la alte ma şini ale aceleiaşi reţele. Pentru a transfera o datagramă IP, transmiţătorul încapsulează datagrama într-un frame fizic, mapează adresa destinaţie IP la o adresă fizică şi utilizează hardware-ul de reţea pentru a o trimite. Modul în care transmiţătorul va cunoaşte adresa se bazează pe faptul ca aceasta conţine un prefix specific reţelei şi

97


un sufix specific pentru host. Pentru a vedea dacă o destinaţie este

Distribuţie directă distribuţie indirectă

în reţeaua fizică transmiţătorul extrage porţiunea din destinaţie a adresei IP şi o compară cu porţiunea de reţea a propriei adrese IP. La potrivire se ştie că datagrama poate fi transmis ă direct. Din perspectiva Internet este simplu să gândim despre distribuţia directă ca pasul final al oricărei transmisii de datagramă, chiar dacă datagramele traversează mai multe reţele şi servere intermediare. Distribuţia indirectă este mult mai dificilă decât distribuţia directă deoarece transmiţătorul trebuie să identifice ruterul la care datagrama va fi trimisă. Pentru a înţelege mecanismul să considerăm o reţea Internet mare cu reţele interconectate prin rutere, însă care are numai două host-uri la început şi la sfârşit. Când un host doreşte să transmită o datagramă la un alt host el încapsuleaz ă datagrama şi trimite aceasta la ruterul apropiat. El g ăseşte acest ruter deoarece cunoaşte adresa fizică bazându-se pe faptul că ambele aparţin aceleaşi reţele fizice. Când ajunge la ruter acesta extrage datagrama încapsulată şi software-ul IP selectează următorul ruter din calea spre destinaţie. Datagrama este încapsulată într-un frame şi este trimisă către următorul ruter, şi aşa mai departe până la destinaţie. La fiecare ruter datagrama este plasat ă într-un frame şi este trimisă mai departe până se atinge reţeaua destinaţie unde se foloseşte adresa fizică. Cum sunt cunoscute adresele se va vedea când vom discuta de tabela de rutare. Algoritmul uzual de rutare utilizează Internet ruting table (adesea numită şi IP ruting table) aflată pe fiecare maşină în care se înmagazinează informaţii despre destinaţii posibile şi cum acestea se ating. Deoarece ambele hosturi şi rutere distribuie datagrame, ambele au tabele de rutare IP. Oricând software-ul de rutare ce rulează la host sau ruter necesită o transmitere de datagram ă el consultă tabela de rutare pentru a decide unde trimite datagrama. Ce informaţii se păstrează în tabela de rutare? Dacă fiecare tabelă de rutare ar conţine informaţie despre fiecare adresă de destinaţie posibilă, va fi imposibil de p ăstrat aceste adrese şi de utilizat în mod curent. În plus, deoarece numărul destinaţiilor posibile este mare, maşinile vor avea spaţiu insuficient pentru a păstra aceste informaţii, motiv pentru care trebuie găsit un mecanism prin care se diminuează dimensiunea tabelelor de rutare. Conceptual ar fi plăcut de utilizat informaţii ascunse care să permită maşinilor să ia decizia de rutare având la dispoziţie informaţie minimă. De exemplu, ar fi posibil şi util să se izoleze informaţiile ă, şi despre specifice la şnivelul unde elesăexist aranjareahosturile informaţiei pentru ma ini carelocal, sunt destinate distribuie pachete la acestea fără cunoaşterea altor detalii. Obligatoriu schema de adresă IP ajută la atingerea acestui deziderat. Amintim că adresele IP sunt asignate pentru a face ca toate ma şinile conectate la o reţea dată să aibă acelaşi prefix. Ca urmare este suficient ca o tabelă de rutare să cunoască doar prefixele de reţea şi nu toată adresa IP.

98


Next-hop

Next-Hop Ruting. Utilizarea porţiunii de adresă reţea din adresa completă face rutarea eficientă şi necesită păstrarea unor tabelele de dimensiuni mai mici. Şi mai important, prin această metodă se asigură ascunderea informaţiilor, păstrarea detaliilor aferente hosturilor specificate este făcută la nivelul mediului local la care acesta operează. În mod obişnuit o tabelă de rutare constă din perechile (N,R) unde N este o adresă IP a unei reţele destinaţie şi R este adresa IP a urm ătorului ruter pe calea dată spre reţeaua N. Ruterul R este numit next-hop şi ideea unei astfel de modalit ăţi pentru păstrarea adresei este numită şi next-hop ruting. În tabelă se ă numai un pas pe calea dată de R la destina ţie - ruterul nu specific cunoaşte calea completă de la sursă la destinaţie. Este important de înţeles că fiecare intrare în tabela de rutare la un ruter poate fi atinsă prin intermediul unei singure reţele. Aceasta înseamnă că toate ruterele cunoscute de maşina M vor lega reţelele cu care M este conectată. Când o datagramă este gata de a depăşi M software-ul IP localizează adresa destinaţie şi extrage porţiunea de reţea. M utilizează porţiunea de reţea pentru a lua decizia de rutare, selectând ruterul care poate fi atins direct. În practic ă se aplică principiul ascunderii informaţiei la host.

10.0.0.5 R 10.0.0.0

ETEA

20.0.0.9 Q

RETEA

20.0.0.0 20.0.0.6

R

ETEA 40.0.0.0 40.0.0.7

S 30.0.0.7

Pentru a atinge hostul în reţea 20.0.0.0 30.0.0.0 10.0.0.0 40.0.0.0

R RETEA 30.0.0.0 30.0.0.6

Rutarea la adresa Direct Direct 20.0.0.9 30.0.0.7

Fig. 5.16 Tipuri de distribuţie Ideea este de a forţa hostul să replice pentru mai multe rutere. Figura 5.16 arată un exemplu concret care ajută la explicarea tabelelor de rutare. Exemplul constă din patru reţele conectate prin trei rutere. În figura 3.15 tabela de rutare specifică ruterele pe care ruterul R le utilizează. Deoarece R se conectează direct cu reţelele 20.0.0.0 şi 30.0.0.0 el poate utiliza distribu ţia directă pentru a trimite la un host aferent uneia din cele dou ă reţele. Dată fiind o datagramă destinată unui host în reţeaua 40.0.0.0 R rutează la adresa 30.0.0.7, adresa ruterului S. S va distribui datagrama direct. R poate atinge adresa 99


30.0.0.7 deoarece ambele R şi S sunt ataşate direct la 30.0.0.0. Figura arată că mărimea tabelei de rutare depinde de numărul reţelelor Internet şi creşte numai când o nouă reţea apare. Mărimea tabelelor şi conţinutul lor sunt independente de num ărul calculatoarelor individuale conectate la re ţea. Alegerea ruterelor pe baza destinaţiei de reţea are câteva consecinţe: cele mai multe implement ări, pornesc de la faptul că tot traficul pentru o anumită re ţea urmăreşte aceeaşi cale. Ca rezultat, chiar atunci când există căi multiple, acestea nu sunt utilizate concurent. Aşa că, toate tipurile de trafic urmeaz ă acelaşi drum, 





fără să priveasc la întârzierea prin reţelele fizice. deoarece numaiă ruterul final comunic ă cu destinaţia, el este singurul ce poate determina dacă gazda există şi este operaţională. Aceasta va determina ca ruterul final s ă trimită un raport la sursa srcinal ă prin care să precizeze starea destinaţiei. deoarece fiecare ruter distribuie independent, datagramele trecând de la gazda A la gazda B pot urma diverse trasee. Este necesar a ne asigura că ruterele cooperează pentru a garanta că cele două moduri de comunicare sunt totdeauna posibile.

Rutere implicite. O altă cale de a ascunde distribuţia şi dimensiunea tabelei este aceea de a asigura intrări multiple în cazuri predefinite. Ideea este de a avea un software care cercetează mai întâi tabela de rutare. Dacă traseul nu apare în tabelă, rutinele de rutare trimit pachetul la un ruter implicit numit şi default gateway. Acest ruter este în special utilizat când o ma şină are un unic număr de adrese locale şi numai o conexiune pentru restul Internet. Merge foarte bine la maşinile ce sunt ataşate la o singură reţea fizică şi ating numai un ruter. Decizia de rutare const ă din două teste: unul pentru reţeaua locală şi unul implicit care indică numai un ruter posibil. Chiar dacă maşina conţine legături cu câteva reţele locale, rutarea este simplă deoarece ea constă din câteva teste pentru reţeaua locală plus un “default” pentru alte destinaţii.

Rutere specifice host. Cu toate că rutarea este bazată pe reţea şi nu pe gazde individuale, multe pachete software de rutare permit specificarea ruterelor pe o gazdă ca un caz special. Ruterele pe host dau administratorului de reţea locală mai mult control în utilizarea reţelei, permit testarea şi pot fi utilizate pentru controlul accesului şi întreţinerea securităţii. Când se depanează conexiunile de reţea sau tabelele de rutare, abilitatea de a specifica o cale particular ă la o maşină individuală poate fi în special util ă. Algoritmul de rutare IP.

RuteDatgram ( Datagram, Ruting Table ) Extrage adresa IP destinaţie, D, din datagramă şi calculează prefixul reţea, N. If N se potriveşte cu oricare din adresele reţelei conectate, distribuie datagrama la destinaţia D pe baza reţelei. Aceasta necesită maparea lui D la adresa fizică, încapsularea datagramei şi trimiterea frame-ului. Else If tabela conţine o rută specifică de la host la D, trimite datagrama la nodul “next-hop” specificat în tabelă.

100


Else If tabela conţine o rută pentru reţeaua N trimite datagrama la nodul “next-hop” specificat în tabelă. Else If tabela conţine o rută implicită, trimite datagarma la ruterul implicit specificat în tabelă. Else declară o eroare de rutare.

Rutare cu adresa IP. Este important de înţeles că în afară de scăderea timpului de viată, şi recalcularea sumei de control, rutarea IP nu alterează datagrama srcinal ă. În particular, datagrama sursă şi adresa destinaţie rămân nealterate; permiţând astfel specificarea adresei IP a sursei srcinale şi adresa IP a ultimei destina ţii. Când IP execută un algoritm de rutare, el selectează o nouă adresă IP, adresa IP a maşinii la care datagrama va fi transmisă în următorul pas. Totuşi, dacă datagrama poate fi distribuită direct, noua adresă va fi aceeaşi cu adresa ultimei destinaţii. Adresa IP selectată de algoritmul de rutare este cunoscut ă ca “next-hop”, deoarece ea spune unde trebuie trimisă datagrama. Unde va păstra IP următoarea adresă? Nu în datagramă, pentru că nici un loc nu este rezervat pentru aceasta. În fapt IP nu poate stoca toate adresele. După execuţia algoritmului de rutare, IP pasează datagrama şi următoarea adresă la softwareul de interfaţă responsabil pentru adresa fizică reţea, plasează datagrama în porţiunea de date a frame-ului şi trimite rezultatul. După utilizarea noii adrese pentru a găsi adresa fizică, software-ul de interfaţă reţea eliberează noua adresă. Aşa cum am văzut, tabela de rutare păstrează adresa IP a “next-hop” pentru fiecare re ţea destinaţie unde este translatată în adresă fizica, înainte ca datagrama să fie transmisă. Dacă ne imaginăm o gazdă trimiţând o secvenţă de datagrame la aceeaşi adresă destinaţie, utilizarea adresei IP va apare incredibil de ineficientă. IP extrage adresa destina ţie din fiecare datagramă şi utilizează tabela de rutare pentru a o duce la adresa următoare. El trimite datagrama la urm ătoarea adresă prin interfaţa de reţea care mapează adresa IP la adresa fizică. Dacă tabela de rutare utilizează adresa fizică, legarea cu următoarea adresă IP a adresei fizice poate fi dat ă în mod unic, reducând un timp de calcul şi aşa nenecesar. Ce face software-ul IP pentru a evita adresa fizic ă atunci când memorează şi calculează traseul? Tabela de rutare realizează o interfaţa curată între software-ul IP care rutează datagrame şi software-ul de nivel înalt care manipulează ruterele. Pentru a depana ţea sunt obligaţi adesea să problemele de rutare, managerii de renumai examineze tabela de rutare. Utilizarea a adresei IP în tabela de rutare face examinarea simplă pentru manageri, aceştia putând înţelege şi vedea ori de câte ori software-ul a modificat rutarea. Protocolul Internet este o abstracţie a detaliilor de distribuţie în reţele. Figura 5.17 ilustrează divizarea între software-ul de nivel înalt ce operează cu adresa IP şi cel de nivel scăzut ce operează cu adresa fizică.

101


Atingerea destinaţiei finale a unei datagrame

102

Fig. 5.17 Rutarea unei datagrame Manipularea datagramelor. Când datagramele IP sosesc la un host, interfaţa de reţea software le distribuie la software-ul IP pentru procesare. Dacă adresa destinaţie se potriveşte cu cea a hostului, software-ul IP acceptă datagrama şi o pasează la software-ul de nivel înalt corespunzător pentru următoarele prelucrări. Dacă nu se potriveşte adresa, hostul o ignoră, adică uită că a primit-o. Când datagrama soseşte la un ruter ea este distribuită la software-ul IP. Sunt posibile două cazuri: 

a atins destina ia finală reţeaua datagrama mai trebuie s ă ţtraverseze Ca şi la host, dacă adresa de destinaţie a datagramei se potriveşte cu adresa proprie a ruterului, software-ul pasează datagrama la software-ul protocol de nivel înalt pentru a fi procesat ă. Dacă datagrama nu a atins destina ţia finală, ruterele distribuie datagrama utilizând un algoritm standard şi informaţiile din tabela de rutare locală. Determinarea faptului că o datagramă a atins destinaţia finală nu este atât de trivială. Pentru aceasta ne amintim c ă fiecare host are multiple conexiuni, fiecare cu propria adres ă IP. Când o datagramă IP soseşte, maşina trebuie să compare adresa destinaţiei Internet pentru fiecare din adresele proprii ale reţelelor la care este interconectată. Dacă acest lucru se întâmplă, reţine datagrama şi o procesează. O maşină trebuie de asemenea să accepte datagramele de broadcast la reţeaua fizică, dacă adresa IP destinaţie este limitată la adresa de broadcast sau la adresa directă de broadcast pentru acea reţea. Subreţelele şi adresele de broadcast fac recunoaşterea adresei mult mai complexă. În orice caz, dacă adresa nu se potriveşte, IP decrementează câmpul “time to live” din headerul datagramei, pierde datagrama dacă numărătorul a devenit 0, sau calculează o nouă sumă de control şi rutează datagrama dacă numărul este pozitiv. Când un host este utilizat ca un ruter, ceea ce nu este o idee prea bun ă, hostul trebuie configurat să distribuie datagrame aşa cum un alt ruter o face. Dar ce fac alte gazde care nu 


sunt rutere? Ele neavând funcţie de rutare a datagramelor pe care le primesc, vor trebui să le piardă. Sunt 4 motive pentru care un host care nu este destinat să servească drept ruter va realiza funcţii de rutare: când un host prime şte o datagrama destinată unei alte maşini, deci nu se potriveşte cu adresa sa. rutarea va determina trafic de re ţea nenecesar. erorile simple pot provoca haos. Presupunând c ă fiecare host are trafic de rutare şi presupunând ca o maşină face broadcast accidental cu o datagramă care este destinată aceluiaşi host traficul va creşte şi mai mult. Deoarece a fost broadcast, fiecare host primeşte o copie a datagramei. Fiecare va trimite copia pe care a primit-o şi va fi bombardat cu mai multe copii. ruterele fac mai mult decât distribu ţia traficului. Aşa cum se va vedea în următorul capitol, ruterele utilizează un protocol special pentru raportarea erorilor, pe când hosturile nu. Ruterele propag ă informaţia de rutare pentru a fi sigure c ă tabelele de rutare sunt consistente. Dacă hostul rutează datagramele fără participarea completă la toate funcţiile de rutare, o serie de anomalii neaşteptate pot apare. 

 



Stabilirea adreselor de rutare. S-a discutat deja cum rutarea datagramelor se bazează pe conţinutul tabelei de rutare fără a spune cum sistemul iniţializează tabelele sau le actualizează la schimbările reţelei. Capitolele următoare vor atinge această chestiune şi vor discuta protocoalele ce permit ruterelor s ăsepăschimb strezeă drumurile consistente. La schimbarea tabelelor de rutare şi drumul urmat de datagrame.

Test de autoev aluare 5. 4

Alegeţi varianta corectă pentru următoarele întrebări. Fiecare întrebare valorează 20 de puncte. Punctaj minim: 80 1. Programele de rutare fac distribuţia luând în consideraţie: a. Sistemul de operare instalat b. Drumul minim, lăţimea de bandă şi congestia c. Mărimea datagramelor d. Spaţiul de stocare disponibil pe hard disc 2. Distribuţia directă a datagramelor se produce dac ă: a. Datagrama are dimensiune mai mică de 576 octeţi b. Nu se cunoaşte calea către ruterul următor c. Se transmite la un ruter aflat în aceeaşi reţea fizică d. Se utilizează comunicaţie radio

103


3. Informaţia păstrată în structura tabelei de rutare constă din: a. Adresa IP a staţiilor dispuse în aceeaşi reţea fizică cu ruterul împreună cu numărul portului pentru protocolul FTP b. Perechi (N,R) unde N este o adresă IP a unei reţele destinaţie şi R este adresa IP a urm ătorului ruter ce primeşte datagrama c. Adresa IP şi adresa Ethernet a cardurilor de reţea dispuse în reţeaua locală d. Adresa IP şi numele asociat fiecărei staţii

ţelegem: 4. next -hop a. Prin Adresa finalăînla care se transmite o datagram ă b. Un ruter ce nu se găseşte în aceeaşi reţea fizică c. Un dispozitiv hardware ce realizează conexiuni virtuale d. Următoarea adresă la care este transmisă o datagramă

5. O maşină gazdă nu poate servi ca ruter deoarece: a. Nu poate stoca o tabela de rutare b. Trebuiesc încărcate programe speciale pentru rutare şi puterea de calcul nu este suficientă la trafic de mare vitez ă c. Necesită un protocol special pentru tratarea erorilor în caz de trafic ineficient d. Nu este conectat la cel puţin două reţele fizice

Sarcină de lucru 5 Prezintă în maxim 300 de cuvinte un eseu despre modul în care presupuneţi că se va modifica schimbul de informaţii între persoane prin utilizarea reţelelor de calculatoare. Acest eseu va fi notat cu maxim 20 de puncte. 5 puncte vor fi acordate pentru corectitudinea exprimării, 10 puncte pentru argumentare şi 5 puncte pentru inventivitate.

104


105


Lucrare de verificare 5 Lucrarea de verificare constă în formularea răspunsului adecvat la 10 întrebări corespunzând unităţii de învăţare 5. Răspunsul la o întrebare nu trebuie să depăşească o jumătate de pagină. Fiecare răspuns trebuie argumentat. Pentru o întrebare se pot ob ţine maximum 80 puncte. Numărul de puncte obţinut pentru un test este dat de suma punctajelor la toate întrebările testului împărţită la numărul de întrebări. La evaluarea lucrării se iau în consideraţie pentru fiecare răspuns la întrebare: Claritatea exprimării şi organizarea structurală a răspunsului (10 puncte); Utilizarea corectă a termenilor de specialitate aferen ţi unităţii de învăţare (15 puncte); Completitudinea răspunsului (30 puncte); Calitatea argumentării afirmaţiilor (15 puncte); Introducerea de elemente srcinale sau înv ăţate din bibliografia recomandată (10 puncte); Poate fi oferită o bonificaţie de maxim 5 puncte dac ă lucrările sunt transmise la timp şi punctajul obţinut nu depăşeşte punctajul maxim. 1. Prezintă principalele caracteristici ale protocolului TCP.

2. Rolul protocolului IP la comunicaţia între reţele de calculatoare.

3. Comparaţi conexiunea ethernet cu cea prin fibră optică şi tehnologia ATM.

4. Care sunt elementele pe baza c ărora se reasamblează datagramele în urma fragmentării?

5. Explicaţi necesitatea şi avantajul câmpului sumă de control header în formatul unei datagrame.

6. Comparaţi distribuţia directă şi distribuţia indirectă a datagramelor în reţele de calculatoare.

7. Care este structura tabelei de rutare utilizată la distribuţia datagramelor de către rutere?

106


8. Enumeraţi câteva dintre principiile ce stau la baza distribuţiei datagramelor în Internet.

9. Un algoritm de rutare determină întreaga cale urmată de o datagramă între nodul curent şi destinaţie?

10. În ce situaţii sunt utilizate rutele implicite la distribu ţia datagramelor.

Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Testul de autoevaluare 5.1: 1F2A3A4F5F Testul de autoevaluare 5.2: 1A2F3F4F5F Testul de autoevaluare 5.3: 1 D 2 B 3 C 4 A 5 C 6 B 7 C 8 D 9 A 10 A Testul de autoevaluare 5.4: 1B2C3B4D5D

(vezi secţiunea 5.1) (vezi secţiunea 5.2) (vezi secţiunea 5.3) (vezi secţiunea 5.4)

Bibliografie [1] Andrew Tanenbaum, Reţele de calculatoare, Agora Press 1998 (cap.4). [2] Dorin Cârstoiu, Reţele globale: www.rg.aii.pub.ro (cap. 3)

107

Internet control message protocol (ICMP)

Unitatea de învăţare nr. 6 INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL (ICMP) INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL (ICMP) ............. ............. ............. ......... 108 OBIECTIVE ...................................................................................................................... 108 6.1 Internet Control Message Protocol (ICMP) ................ ............. ............. ............. ..... 109 6.1.1 Raportarea erorilor, corecţia erorilor .............. ............. ............. .............. ......... 109 6.1.2 Distribuţia mesajelor ICMP ............................................................................... 110 de de autoevaluare 6.1............. ........... ............. 112 6.2Test Tipuri mesaje ICMP .......................... .......................... ............ ............. ............. ............. ............. ............ ................. ... 112 6.2.1 Testarea atingerii destinaţiei şi stării acesteia (PING) ..... ............. ............. .... 112 6.2.2 Raport despre destinaţii neatinse ............. ............. ............. ............. ............. ... 113 6.2.3 Congestia şi controlul fluxului pentru datagrame .............. ............. .............. .114 6.2.4 Opţiunea de schimbare a rutei prin cerere la rutere ............ ............. ............. . 115 6.2.5 Detectarea circularităţii sau altor rute excesiv de lungi............ ............. ........ 116 6.2.6 Raportarea altor probleme............. ............. ............. ............. ............. ............. .. 117 6.2.7 Ceasul de sincronizare şi estimarea timpului de transmisie .............. ........... 118 6.2.8 Cerere de informaţie prin mesaje de ecou .................. ............. .............. ......... 118 Test de autoevaluare 6.2........... ............. ............. ............. ............. ............. ............ .... 119 6.3 Extensia adreselor subnet şi supernet .................................................................. 121 6.3.1 Implementări ale subreţelelor cu măşti ........................ ............. ............. ......... 125 6.3.2 Rutarea în cazul subreţelelor ........................................................................... 126 Test de autoevaluare 6.3........... ............. ............. ............. ............. ............. ............ .... 128 Sarcină de lucru 6 .......................................................................................................... 129 Lucrare de verificare 6............ ............. ............. ............. ............. ............. ............ .......... 130 Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare ........... ............. ............. ............. .. 131 Bibliografie ..................................................................................................................... 131

OBIECTIVE O comunicaţie trebuie să asigure şi un mecanism de raportarea erorilor. În această unitate de învăţare vom învăţa despre: • Tipurile de mesaje pentru testarea func ţionării unei reţele • Mesajele emise ca urmarea a erorilor întâmpinate la distribuţia datagramelor • Modificări ale algoritmilor de distribuţie ca urmare a adresării subreţelelor În sistemele de comunicaţie fiecare ruter operează autonom, distribuind datagramele ce sosesc f ără coordonarea cu transmiţătorul iniţial. Sistemul va funcţiona bine dacă toate maşinile operează corect şi agreează căile pentru atingerea destinaţiei. Din nefericire, nu toate sistemele lucrează corect la toate momentele de timp. IP nu reuşeşte să trimită datagramele atunci când maşina destinaţie este temporar sau permanent deconectată de la reţea, când timpul de viată expiră sau când ruterele devin congestionate ca urmare a volumului mare de datagrame sosite. Diferenţa mare faţă de implementarea pe o singură reţea cu hardware dedicat şi o implementare Internet prin software este dat ă de faptul că, cel puţin formal, proiectantul poate adăuga hardware special pentru a informa hosturile când apar probleme. În Internet, unde nu există mecanisme 108


hardware, un transmiţător nu poate detecta dacă o eroare de distribuire a rezultat dintr-o func ţionarea incorectă locală sau datorită implicaţiilor sistemelor de la distanţă. Depanarea devine extrem de dificilă, în condiţiile în care protocolul IP însuşi nu conţine nimic care să asigure transmiţătorul de tratarea conectivităţii sau să înveţe despre aceste erori. Pentru a permite ruterelor în Internet s ă raporteze erorile sau să furnizeze informaţii despre circumstanţele apărute, proiectanţii au adăugat un mecanism special la protocolul TCP/IP. Mecanismul este cunoscut ca Internet Control Message Protocol (ICMP) şi este considerat ca parte a IP fiind inclus în orice implementare a acestuia.

6.1 Internet Control Message Protocol (ICMP) Similar cu alte mecanisme de Control Traffic, mesajele ICMP traversează re ţeaua similar cu o datagram ă ce include o porţiune de date. Ultima destinaţie a ICMP nu este o aplicaţie program sau maşină destinaţie, ci software-ul de protocol Internet al acelei ma şini. Când un mesaj de eroare ICMP sose şte, software-ul ICMP îl utilizează. Desigur că, dacă ICMP determină că un protocol de nivel înalt sau un program de aplicaţie a cauzat problema, el va anunţa modulul corespunzător. Concluzie: ICMP permite ruterelor să trimită erorile sau mesajele de control la alte rutere sau gazde. ICMP realizeaz ă o comunicaţie între nivelurile IP al maşinilor participante.

ICMP permite ruterelor raportarea erorilor

Iniţial ICMP a fost dezvoltat pentru a permite ruterelor s ă raporteze cauza erorilor de distribuţie la gazde şi nu era restricţionat numai la nivelul de ruter. Prin acest mecanism o maşină arbitrară poate trimite un mesaj ICMP la altă ma şină. Prin el un host poate comunica cu un ruter sau altă staţie pentru anumite tipuri de mesaje. Principalul avantaj oferit de utilizarea ICMP de c ătre staţii şi rutere este că el realizează un mecanism simplu, utilizat pentru tot controlul mesajelor informaţionale.

6.1.1 Rapor tarea erorilor

, cor ec ţia erorilor

Tehnic, ICMP este un mecanism de raportare a erorilor. El poate fi privit ca un ordin către ruterele ce întâlnesc o eroare s ă o raporteze la sursa srcinal ă. El nu specifică în nici un fel ac ţiunea ce va fi luata la apariţia unei erori ci doar certific ă producerea unei erori. Concluzie: Când în conjuncţie cu o datagramă se produce o eroare, ICMP poate doar să raporteze eroarea, mesaj care este transmis la sursa datagramei. Sursa raportează eroarea unei aplicaţii individuală sau ia decizii particulare pentru corectarea problemei. O parte dintre erori provin de la sursă, altele nu. Deoarece ICMP raportează problemele la sursa srcinal ă el nu poate fi utilizat pentru informarea ruterelor intermediare despre problemele ce au ap ărut. Dacă o datagramă urmează drumul prin secvenţa de rutere R1, R2,..., 109


Rn şi dacă Rk are o informaţie de rutare incorectă şi ca urmare rutează datagrama la ruterul RE, RE nu poate utiliza ICMP pentru a raporta eroarea înapoi la ruterul Rk. ICMP poate doar transmite un raport înapoi la sursa srcinal ă. Obligatoriu sursa iniţială nu are responsabilitatea pentru probleme de rutare sau controlul erorilor de rutare. De fapt, sursa nu poate detecta din mesaj ruterul care a cauzat problema. Ce restricţii impune ICMP pentru comunicarea cu sursa srcinal ă? Răspunsul este clar din formatul datagramelor şi informaţiilor de rutare. Datagrama conţine doar adresa iniţială şi finală şi nu drumul pe ea acare fostdatagrama transportatăa. ajuns Este deci imposibil setulunui de maşcare ini prin la destina ţie. a Ladetecta pierderea mesaj, ruterele utilizează ICMP pentru a informa sursa srcinal ă c ă a apărut o problemă de distribuţie.

6.1 .2 Dis trib u ţia m esajelor ICMP

Mesajele ICMP cer două niveluri de încapsulare. Fiecare mesaj ICMP traversează prin Internet încapsulat în porţiunea de date a datagramei IP, care la rândul său trece prin fiecare reţea fizică în porţiunea de date a frame-ului. Datagramele transportând mesaje ICMP sunt rutate exact ca datagramele transportând informaţii pentru utilizatori. Ele nu au asociate priorit ăţi sau măsuri de siguranţă Datagramele ICMP suplimentare. Ca urmare, şi aceste mesaje pot fi pierdute. În plus, la şi regim au acelade reţele congestionate, mesajele ICMP fiind manipulate ca orice alte cu cele date mesaje pot contribui la creşterea congestiei. O excepţie apare la procedurile de manipulare a erorilor, dacă o datagramă IP transportă un mesaj ICMP şi a apărut o eroare. Excepţia stabileşte noi probleme la mesaje de eroare, despre mesaje de eroare, şi specifică faptul că mesajele ICMP nu sunt generate pentru erorile ce pornesc de la datagramele transportând mesaje de eroare ICMP. Trebuie reţinut că deşi mesajele ICMP sunt încapsulate şi trimise la IP, ICMP nu este considerat un protocol de înalt nivel - el este o parte integrantă a IP (fig. 6.1).

HeaderICMP Header Datagrame Header Frame

DateICMP Datagrama

Zona de date frame Fig. 6.1 Structura mesajului ICMP

110


Formatul m esaj ului ICMP . ICMP are propriul său format, toate mesajele încep cu o structură standard, header ICMP, compus ă din aceleaşi 3 câmpuri: câmpul “ tip mesaj” format din 8 biţi ce identifică tipul sau clasa asociată mesajului. câmpul “ cod” de 8 biţi ce indică următoarea informaţie despre 





tipul mesajului, o detaliere. câmpul “ suma de control” pe 16 biţi (suma de control utilizează acelaşi algoritm ca şi IP, însă ea acoperă numai mesajul ICMP). În plus mesajele ICMP ce raportează erori includ totdeauna un header i primii 64problema. de biţi de date ai datagramei ce pot fi utiliza ţi pentru aşidentifica Raţiunea pentru care în mesajul ICMP se returnează şi o porţiune a datagramei ce a provocat eroarea este aceea de a permite receptorului să determine mai precis protocolul şi programele de aplicaţii ce sunt responsabile pentru producerea erorilor aferente datagramei. Aşa cum se va vedea în continuare, protocoalele de nivel înalt în TCP/IP sunt proiectate astfel încât informaţiile importante sunt codificate în primii 64 bi ţi ai datagramei. Câmpul de tip mesaj în structura ICMP defineşte clasa din care face parte mesajul şi are semnificaţie din tabelul:

Clase de mesaje

3 4

Ecou Destinaţie neatinsă Sursă aglomerată

5 8 11 12 13 14 15 16 17 18

Redirectare (schimbarea drumului) Cerere ecou Time to leave depăşit de datagramă Problemă cu parametrii datagramei Cerere de timestamp Replică la timestamp Cerere de informaţie Replică de informaţie Cerere mască adresă Întoarcere adresă mască

Se observă faptul că asignarea codurilor pentru clasele de mesaje ICMP nu este făcută continuu şi pot fi integrate în aceeaşi structură codificări viitoare în măsura în care se consideră utile.

111


Test de autoev aluare 6.1

Completaţi spaţiile libere din următoarele 5 întrebări. Fiecare întrebare valorează 20 de puncte. Punctaj minim: 80 1. Mesajele ICMP permit ruterelor să ______________ erorile 2. ICMP este un protocol inclus în nivelul ___________. 3. Mesajele ICMP sunt generate de ________ sau de ţ ăţi. s-au determinat disfunc 4. ______________ Mesajele ICMP la aucare ____________ regim cu ionalit datagramele obişnuite. 5. Datagramele ICMP conţin un ____________ specific prin care se determină sensul mesajului.

6.2 Tipuri de mesaje ICMP 6.2 .1 Testarea ating erii des tin a ţiei şi s t ării ac esteia (PING)

TCP/IP asigură facilităţi ce ajută administratorul de reţea sau utilizatorii să identifice problemele de re ţea. Una dintre cele mai frecvente metode de depanare invocă cererile ecou “echo request” şi “echo replay”. Un host sau ruter trimite un ecou ICMP la o destina ţie

Mesajul ping

112

ă. Orice maşină care recepţionează “echo request” specificat formează “echo replay” şi returnează mesajul la transmiţătorul iniţial. Cererea conţine un câmp opţional de date, iar replica con ţine o copie a datelor transmise la cerere. Această tehnică este utilizată pentru a testa orice comunicaţie şi a detecta dacă o ţintă poate fi atinsă. Deoarece atât cererea cât şi răspunsul trec în datagrame IP, recepţia cu succes a replicii verific ă faptul ca majoritatea pieselor de transport lucrează corect. Mai întâi softwareul IP de la ma şina sursă trebuie să ruteze datagrama. În al doilea rând, ruterele intermediare între surs ă şi destinaţie trebuie să fie în funcţiune şi ambele componente ICMP şi IP trebuie să lucreze. În final, toate ruterele pe calea de r ăspuns trebuie să răspundă corect. În multe sisteme comenzile utilizator ce invocă trimiterea de cereri ecou ICMP sunt numite “ping”. Versiunile sofisticate de programe trimit o serie de cereri ecou ICMP, capteaz ă răspunsul şi furnizează statistici despre datagramele pierdute. Ele permit utilizatorului să specifice lungimea datelor trimise şi intervalul dintre cereri. Cele mai sofisticate versiuni trimit o cerere ICMP şi aşteaptă un replay. Mesajele de tip ping sau echo request au structura indicată in figura 6.2. Câmpul listat ca dat ă opţional este un câmp de lungime variabil ă şi conţine datele ce pot fi trimise la transmiţător dacă acest lucru se doreşte.


8

16

Tip (8 sau 0)

31

Cod (0)

Sumă control

Identificator

Număr Secvenţă Date opţionale ………………………….

Fig. 6.2 Structură mesaj echo request Un răspuns în ecou conţine totdeauna exact aceleaşi date cu cele primite de la staţia care a fost apelată. Câmpurile “Identificator” şi “Număr secvenţă” sunt utilizate de transmiţător pentru a asocia răspunsul cu cererea. Valoarea câmpului “Tip” indic ă dacă mesajul este o cerere (8) sau un răspuns (0). 6.2.2 Raport d espre dest ina ţii neatinse

Când un ruter nu poate distribui o datagramă IP, el trimite la sursa un mesaj “unreachable” cu formatul de mai jos: 8 16 Tip (3)

Cod (0 - 12)

Sumă control

Neutilizat (de regula este 0) Header Internet + primii 64 biţi ai datagramei …………………………. Câmpul “Cod” este un întreg ce descrie motivul pentru care ţinta nu a fost atinsă: 0 1 2 3 4 5 6

Reţea neatinsă Gazdă neatinsă Protocol neatins Port neatins Fragmentare necesară şi bitul DF setat Ruter sursă eronat Reţea destinaţie necunoscută

7 8 9

Host destinaţie necunoscut Host sursă izolat Comunicaţia cu reţeaua destinaţie interzisă administrativ Comunicaţia cu host destinaţie interzisă administrativ Reţea neatinsă pentru tipul de serviciu Host neatins pentru tipul de serviciu

10 11 12

Fig. 6.3 Structura mesajului destina ţie neatinsă 113


Când o eroare apare, ruterul trimite un mesaj ICMP de tip destinaţie necunoscută la sursă şi pierde datagrama. Deoarece ICMP con ţine în mesaj un scurt prefix al datagramei ce a creat problema, sursa va cunoaşte exact care adrese sunt neatinse. Destinaţia poate fi neatinsă deoarece hardware-ul este temporar oprit sau transmiţătorul a utilizat o destinaţie inexistentă. De exemplu, dacă destinaţia specifică maşini legate pe o reţea Ethernet şi hardware-ul de reţea nu transmite confirmarea va determina ca ruterul s ă continue trimiterea pachetelor la destinaţie fără să primească o indicaţie din partea destinaţiei prin care să indice faptul că pachetele au sosit. Înţelesul de “Protocol neatins” şi “Port neatins” va deveni clar la studiul protocoalelor de nivel înalt ce utilizeaz ă puncte abstracte destinaţie numite şi porturi. Dacă un ruter necesită fragmentarea datagramei, însa bitul “fără fragmentare” este setat, ruterul trimite un mesaj “fragmentation needed” înapoi la surs ă.

6.2 .3 Con ges tia şi controlu l fluxului pentru d

ata grame

Deoarece IP este orientat conexiune, un ruter, nu poate rezerva memorie sau resurse de comunicaţie înainte de recepţia datagramei. Ca rezultat, ruterele pot fi supraîncărcate de trafic, situaţie numită şi congestie. Ea poate apare din două motive: un calculator de vitez ă mare poate fi capabil s ă genereze trafic 



Raportare congestie

mai mare decât reţeaua poate transfera. De exemplu, s ă imaginăm un computer ce generează trafic pe Internet. Datagramele trebuie să se deplaseze cu viteză mare. Congestia va apare la ruterul care ataşează LAN la WAN (Wide Area Network), deoarece ele sunt procesate şi transmise mai lent decât apar. dacă mai multe calculatoare solicită să trimită datagrame direct la un singur ruter, la care apare congestia, congestia nu mai este generată de o singură sursă.

Când o datagramă soseşte prea repede pentru un host sau ruter ce trebuie să o proceseze, ea va fi p ăstrată temporar în memorie. Dacă datagramele sunt componente de dimensiune mică, stocarea lor întrun buffer poate rezolva problema. Dacă traficul continuă în acelaşi ritm, un host sau un ruter va trebui s ă piardă datagramele ce sosesc. ă ICMP “Source Quench” pentru a raporta O maşinăcăutilizeaz congestia tre sursa srcinal ă. Ea este interpretată ca o cerere de reducere a ratei de transfer a datagramelor. Uzual, ruterele congestionate trimit câte un mesaj pentru fiecare datagram ă pe care o pierd. Formatul pentru mesajul “Source Quench” este ilustrat în figura 6.4.

114


8

16

Tip (4)

Cod (0)

Sumă control

Neutilizat (de regulă este 0) Header Internet+primii 64 biţi ai datagramei …………………………. Fig. 6.4 Controlul fluxului pentru datagrame 6.2.4 Op ţiunea de schim

Detectarea căilor optimale

bare a rutei prin c erere la rutere

Tabela de rutare Internet rămâne statică pentru o lungă perioadă de timp. Gazdele iniţializează aceasta pornind de la configuraţia întâlnită într-un fişier la start-up, iar administratorul de sistem poate adesea face schimbări ale rutării în operarea normală. Dacă topologia reţelei se schimbă, tabelele de rutare la host sau ruter trebuiesc schimbate. Este interesant faptul că majoritatea ruterelor utilizează tehnica hash pentru manipularea tabelelor de rutare. Regulă: ruterele se presupun a cunoaşte drumul corect, iar hosturile încep cu informaţii minimale de rutare şi învaţă rute de la rutere. Petru a nu ţine informaţii redundante în fişierul de configuraţii al fiecărui host, configuraţia iniţială specifică informaţii minimale de rutare necesare pentru comunicare, pe care le actualizează. În cazul special când un ruter detectează un host utilizând o rut ă neoptimală, el trimite un mesaj ICMP, numit “redirect”, cerând ca hostul s ă schimbe ruta. Prin ICMP schema de redirectare este simpl ă. Ea permite ca hostul la boot s ă cunoască numai adresa ruterului re ţelei locale. Ruterul iniţial returnează mesajul de redirectare ICMP oricând un host trimite o datagramă care nu parcurge cea mai bună cale. Redirectarea mesajelor nu rezolvă problema propagării rutelor în caz general, întrucât aceasta nu este limitată la interacţia dintre un ruter şi un host într-o reţea interconectată direct. În figura 6.5 se presupune că S trimite o datagramă la destinaţia D. Presupunând că ruterul R1 rutează incorect datagrama prin R2 în loc de R4 (drum mai scurt), când ruterul R5 recepţionează o datagramă el nu poate trimite un mesaj ICMP de redirectare la R1 deoarece nu cunoaşte adresa lui R1.

R1

R2

R3

S

R5

D

R4

Fig. 6.5 Structură de reţea ce utilizează schimbarea de rută 115


Mesajul conţine în structură un câmp de 32 de biţi ‘ruter Internet address’ şi headerul plus primii 64 biţi ai datagramei ce a fost distribuită neoptimal, ca în figura 6.6: 8 Tip (5)

16 Cod (0 la 5)

Sumă control

Adresa ruter Internet Header Internet+primii 64 biţi ai datagramei …………………………. Fig. 6.6 Structura mesajului de redirectare Adresa ruter Internet indică adresa ruterului pe care gazda îl utilizează pentru a trimite o datagramă la destinaţia menţionată în header. Câmpul “Header Internet” conţine headerul IP al datagramei ce a cauzat mesajul, plus următorii 64 de biţi ai datagramei. Un host recepţionând ICMP examinează prefixul datagramei pentru a determina adresa destinaţiei. Câmpul “Cod” al mesajului ICMP dă informaţii asupra modului de redirectare a mesajelor viitoare. Sensul interpretării câmpului adresă Internet funcţie de valorile câmpului cod este specificat în fig. 6.7 0 1 2 3

Redirectare datagrame pentru reţea Redirectare datagrame pentru host Redirectare datagrame pentru tipul de serviciu şi reţea Redirectarea datagramei pentru tipul de serviciu şi host Fig. 6.7 Interpretarea câmpului cod

Ca regulă generală, ruterele trimit numai datagrame ICMP ce redirectează cererile la host şi nu la alte rutere. Se va vedea în viitor că ruterele utilizează alte protocoale pentru schimbarea informaţiilor de rutare. 6.2 .5 Detectarea circ

ulari t ăţii sau altor rute exce

siv d e lungi

Deoarece ruterele Internet calculează “next-hop” utilizând doar tabela locală, erorile în tabela de rutare pot produce rute circulare pentru unele destinaţii, notate generic cu D. Un ciclu de rutare poate consta din două rutere în care fiecare transportă o destinaţie D de la unul la altul, sau poate consta dintr-un ciclu mai lung în care se atinge un ruter ce a mai distribuit datagrama. Când o serie de rutere formează un inel, fiecare datagram ă IP conţine în header un contor “time-to-live” adesea numit şi “hop-count” întrucât este decrementat la fiecare distribuţie în momentul în care se determină următoarea 116


distribuţie. Fiecare ruter decrementează contorul, numai dacă acesta este diferit de 0 şi pierde datagrama dacă valoarea contorului a devenit 0. Pierderea datagramei, contor cu valoarea 0 genereaz ă un mesaj ICMP “time-exceeded” la sursa datagramei cu formatul din figura 6.8. 8 16 Tip (1)

Cod (0 sau 1)

Sumă control

Neutilizat (de regulă 0) Header Internet+primii 64 biţi ai datagramei …………………………. Fig. 6.8 Structură mesaj time-exceeded Câmpul cod specifică motivul depăşirii timpului: 0 1

“time-to-live” a expirat Reasamblarea fragmentelor a dus la expirarea timpului

Reasamblarea fragmentelor se referă la task-ul de colectare a tuturor fragmentelor datagramei şi este executat de către maşina destinaţie. Când primul fragment al unei datagrame a sosit, se porne şte un timer ce stabileşte timpul de aşteptare până când toate fragmentele datagramei au fost reasamblate. Dacă timerul expiră înainte ca toate fragmentele unei datagrame să fi fost reasamblate se transmite mesaj. 6.2.6 Raportarea altor

pro bleme

Când un ruter sau host g ăseşte probleme într-o datagramă ce nu sunt acoperite prin mesajele de eroare ICPM (de ex. header incorect) el trimite un mesaj indicând probleme de parametrii ( parameter problem) la sursă. O cauză posibilă a acestei probleme este cea de argumente incorecte în opţiune. Formatul mesajului este cel din figura 6.9. Tip(12) Pointer

Cod (0 sau 1) Sumă control Neutilizat (va fi zero) Header Internet + primi 64 biţi ai datagramei

Fig. 6.9 Raportarea problemelor din datagramă Pentru a face interpretarea mesajului neambigu ă transmiţătorul utilizează un câmp ‘pointer’ din headerul mesajului pentru a identifica octetul în headerul datagramei ce a cauzat problema. Pointerul are semnificaţie doar dacă valoarea câmpului cod este 0. Valoarea câmpului cod 1 indică faptul că este utilizat pentru a raporta că o opţiune cerută în headerul datagramei este lipsă. 117


6.2.7 Ceasul d e sin cro nizare şi estimarea t impu lui de transm

isie

Maşinile Internet, ce pot comunica, operează uzual independent şi fiecare maşină are propria noţiune a tipului curent. TCP/IP include o serie de protocoale ce pot fi utilizate pentru sincronizarea ceasurilor. O tehnică simplă utilizează un mesaj ICMP pentru a obţine timpul de la altă maşină. O maşină poate trimite un mesaj ICMP timestamp request la altă maşină, cerând ca a doua maşină să returneze valoarea curentă pentru timp. Maşina apelată returnează timestamp reply. Câmpul tip identifică mesajul ca o cerere (13) sau un răspuns (14). Identificatorul şi numărul de secvenţă sunt utilizate de sursă pentru a asocia răspunsul cu cererea (fig. 6.10). Tip(13 sau 14) Identificator

Cod (0 )

Sumă control Număr secvenţă Timestamp srcinal Timestamp recepţionat Timestamp transmisie

Fig. 6.10 Sincronizare şi timestamp Pentru o interpretare uniformă câmpurile ce semnalizează timpul sunt date în milisecunde începând de la miezul nop ţii (timer universal). Câmpurile ce indică timp au următoarea semnificaţie: Câmpul Original timestamp este completat de transmiţătorul srcinal înainte ca pachetul s ă fie trimis. Câmpul Receive timestamp este completat imediat după recepţia cererii. Câmpul Transmite timestamp este completat imediat înainte de transmiterea replicii. Gazda utilizează cele trei câmpuri pentru calculul estim ărilor timpului de prelucrare, transmitere şi pentru sincronizarea ceasurilor. De asemenea se poate calcula timpul pentru necesar pentru transmiterea unei cereri, prelucrarea şi returnarea sa. Din aceste date se poate estima valoarea timpului de tranzit. În practică, precizia estimării intervalului este dificilă şi restricţii substanţiale se pun la utilitatea mesajului ICMP timestamp. Am v ăzut deja că timpul de comunicaţie între două maşini conectate în reţea poate varia dramatic la scurte perioade de timp. Pentru o precis ă estimare sunt necesare calcule substanţiale bazate pe analiză statistică. 





6.2 .8 Cerere de info rm a ţie prin m esa je de ecou

“Information request” şi “înformation reply” (tip 15 şi 16) pot fi considerate învechite şi nu se mai utilizeaz ă. Au fost iniţial interesante pentru a permite gazdelor să descopere adresa Internet la start-up. Protocolul curent de determinare a adresei este RARP şi BOOTP, protocoale ce vor fi descrise. 118


Este însă utilă obţinerea măştii unei subreţele. Atunci când o gazdă utilizează o adresă de subreţea o parte din biţii pentru host-id corespunzători adresei IP identifică o adresă fizică. Pentru participarea la adresare subreţea, hostul trebuie să cunoască care din biţii adresei Internet de 32 biţi corespund la reţeaua fizică şi care corespund la identificatorul de host. Informa ţia necesară pentru interpretarea adresei este reprezentată pe 32 biţi fiind numită subnet mask. Pentru a învăţa despre masca subreţea utilizată la reţeaua locală, o maşină poate trimite o cerere de masc ă adresă la un ruter şi ă ă masca adresei. Cererea de furnizare mască recep replictrimiterea este ţfioneaz ăcută fieîn prin unui mesaj direct, dac ă iniţiatorul cunoaşte adresa ruterului sau broadcast dacă nu o cunoaşte. Structura mesajului este prezentată în figura 6.11.

Tip(17 sau 18) Identificator

Cod (0)

Sumă control Număr secvenţă Mască adresă Fig. 6.11 Structura mesajului cerere, replay mască reţea Câmpul tip specifică dacă mesajul este o cerere (17) sau un r ăspuns (18). Un răspuns conţine masca adresă subreţea în câmpul address mask. Câmpurile identificator şi număr de secvenţă permite maşinii să asocieze replicile la cereri.


Alegeţi varianta corectă din 4 posibile pentru următoarele 10 întrebări. Fiecare întrebare valorează 10 de puncte. Punctaj minim: 80 1. Mesajele ICMP: a. Sunt generate numai ca efect al comenzilor utilizator b. Nu pot fi vizualizate niciodată de administratorii de reţea c. Reprezintă un mod de comunicare între nivelurile IP ale protocolului TCP/IP d. Se transmit cu prioritate faţă de datagramele mesajelor de date 2. Dacă o datagramă generează mesaj ICMP, mesajul conţine: a. Numai codul mesajului de eroare b. Un header indicând codul mesajului şi o parte de date în care se copiază headerul datagramei ce a cauzat mesajul şi primii 64 biţi ai datagramei c. Header indicând codul erorii şi întreaga datagramă ce a generat mesajul d. Datagrama care a produs disfuncţionalitatea 119


3. Un mesaj ICMP conţine un header cu structura: a. Două cuvinte a câte 32 biţi ce conţin câmpurile tip mesaj, cod, sumă control b. Header identic cu headerul datagramelor obişnuite c. Cinci cuvinte de 32 biţi indicând informaţii despre fragmentare d. Două adrese IP (sursă şi destinaţie) 4. Câmpurile “Identificator” şi “Număr secvenţă” la “ping” sunt utilizate de transmiţător pentru: a. A asocia răspunsul cu cererea b. A gestiona mesajele ICMP fata de datagramele uzuale c. A împacheta mai multe mesaje ce provin de la aceeaşi sursă d. A identifica faptul că datagrama conţine informaţie asociată ICMP 5. Datagramele pentru cerere timestamp: a. Pot fi lăsate numai de către rutere b. Sunt lansate de orice staţie din reţea c. Sunt adresate numai ruterelor d. Au lungime mare şi necesită fragmentare 6. Când un ruter nu poate distribui o datagramă IP, el trimite la sursa un mesaj prin specific : al datagramei a expirat a. Faptul căcare timpul de viaăţă b. Necesitatea transmiterii de informaţie privind distribuţia datagramei c. Invaliditatea adresei IP destinaţie d. Motivul pentru care nu poate distribuii datagrama 7. Mesajul ICMP cunoscut sub denumirea “redirect” este utilizat pentru: a. Reasamblarea datagramelor din fragmente b. A informa o maşina de faptul că o datagramă a fost distribuită pe o cale neoptimală c. Marcarea momentului de timp la care o datagramă a fost distribuită neoptimal d. Inhibarea decrementării timpului de viaţă la distribuţia unei datagrame 8. Expirarea timpului de viaţă pentru o datagramă are ca efect: a. Generarea unui mesaj ICMP prin care se indică acest lucru b. Trimiterea datagramei către maşina sursă c. Generarea unui mesaj cerere ping d. Reîncărcarea tabelei de rutare 120


9. Mesajul indicând expirarea timpului de via ţă la reasamblarea datagramelor din fragmente este generat: a. De către orice ruter ce distribuie datagrama b. Numai de maşina destinaţie întrucât reasamblarea datagramelor este făcută numai aici c. Atunci când în header datagramă bitul “not fragmentation” este setat d. Atunci când MTU al reţelei permite datagrame cu dimensiune mai mare 10. Un mesaj indicând probleme în headerul unei datagrame este generat dacă: a. Un ruter nu poate cunoaşte „next hop” b. Un ruter nu are capacitate suficientă pentru procesarea datagramelor recepţionate c. Nu este posibilă distribuţia directă d. Suma de control header este eronată

6.3 Extensia adreselor subnet şi supernet S-a văzut deja că adresa IP a tuturor sta ţiilor asignate la o reţea fizică partajează un prefix comun. În schema srcinal ă de adresă IP s-a spus că prefixul comun defineşte porţiunea de reţea a unei adrese Internet iar ceea ce rămâne constituie porţiunea de adresă pentru host. Concluzie : Fiecare reţea fizică are asignată o unică adresă reţea, iar fiecare staţie dintr-o reţea are o adresă reţea ca prefix la o adresă individuală. Principalul avantaj al împărţirii adresei IP în două segmente simplifică tabela de rutare cerută pentru distribuţie la rutere. În loc se păstreze câte o intrare în tabela de rutare pentru fiecare sta ţie, la distribuţie se examinează doar porţiunea din adresa destinaţie a reţelei. Este de asemenea important de men ţionat faptul că maşinile independente au libertatea de modificare a adresei IP în cadrul reţelei fără să influenţeze mecanismele de distribuţie asociate ruterelor. 

ţea. Cre şterea numărului de staţii Minimizarea număărului cunoa şte o dinamic foarteremare, apreciind că la fiecare 9 luni numărul de staţii conectate la reţeaua Internet se dublează. Un mare număr de reţele cu număr mic de hosturi pune probleme la proiectarea Internet deoarece duce la creşterea sarcinilor de administrare, tabelele de rutare devin imense, spa ţiul de adresă ar trebui să crească. Se pune problema minimizării numărului de reţele asignate, în special în clasa B, fără distrugerea schemei de adresare srcinal ă. Pentru a minimiza adresele de re ţea acelaşi prefix IP trebuie împărţit de mai multe reţele fizice. Ideea de împărţire a unei

121


Minimizarea tabelelor de distribuţie

adrese de către mai multe reţele fizice nu este nouă şi a luat pe parcursul timpului diverse forme. Voi examina trei dintre metode: 1. Rutere transparente; 2. Proxy ARP; 3. Standard IP subnet Rutere transparente. Schema de rutere transparente este bazată pe observaţia că o reţea asignată la clasa de adrese A, poate să-şi extindă adresa IP printr-un artificiu simplu. În figura 6.12 ruterul transparent T extinde reţeaua prin multiplicarea gazdelor văzute ca o

Ruter transparent

ă apare în reţeaua globală cu o singură singur Fiecaresegazd adresaă sta IP. ţie. Artificiul bazeaz ă pe multiplexarea unor conexiuni gazdă la un singur port gazdă. Ruterul notat cu T este numit ruter transparent întrucât alte gazde şi rutere în WAN nu cunoaşte că acesta există. Reţeaua locală (LAN) nu are propriul prefix, gazdele ataşate la el au adrese asignate ca şi cum ar fi conectate la reţeaua globală (WAN). Ruterul transparent demultiplexează datagramele care sosesc din WAN şi le trimite la gazda corespunz ătoare. Acesta acceptă datagramele de la gazdele din reţeaua locală şi le plasează pe WAN după adresa destinaţie.

Pentru a face demultiplexarea eficientă ruterele transparente împart adresa IP în mai multe p ărţi şi codifică informaţia utilizând părţile nealocate în filozofia de adresare. De exemplu ARPANET a asignat adresa de clasă A 10.0.0.0. Fiecare nod de comutare pachete în ARPANET are o unică adresă întreagă. Intern ARPANET tratează orice şir de 4 octeţi ai adresei IP în forma 10.p.u.i cu semnifica ţia 10 specifică reţeaua, p(PSN) portul specific de destina ţie şi o destinaţie specifică PSN prin i. Octetul u rămâne neutilizat încât adresa 10.2.5.37 şi 10.2.9.37 se referă la gazda 2 a PSN 37. Un ruter transparent conectat la PSN 37 pe portul 2 poate utiliza octetul u pentru a decide gazda locală ce primeşte datagrama. Fig. 6.12 Ruter transparent Reteaglobala

H1

T H2

H3

Ruterele transparente au o serie de avantaje şi dezavantaje când se compară cu cele convenţionale. Principalul dezavantaj este că ele cer câteva adrese de reţea deoarece reţeaua locală nu necesită un prefix special IP. Pe de altă parte ele pot suporta încărcare balansată. Dacă două rutere transparente conectează aceeaşi reţea locală, traficul de la o gazdă în reţea poate fi împărţit între ele, în comparaţie cu ruterele convenţionale care asigură o singură rută la o reţea dată. 122


Un dezavantaj al ruterelor transparente constă în faptul că ele lucrează numai cu reţele ce au un spaţiu mare de adresare de la care se alege adresa gazdei. Ca urmare ele pot opera numai în reţele de clasă A, şi nu pot opera în re ţele de clasă C. Un alt dezavantaj constă din faptul că întrucât nu sunt rutere convenţionale ele nu pot realiza acelea şi funcţii cu ruterele standard. În particular ruterele transparente nu implementează complet protocolul de mesaje ICMP şi protocolul de management SNMP. Ele nu pot returna ecou la cereri ICMP (adică răspuns la ping). Proxy ARP. Termenul Proxy ARP se refer ă la o altă tehnică utilizată pentru a mapa un singur prefix reţea IP la două adrese fizice. Tehnica se aplică numai la reţele care utilizează ARP pentru legarea adresei Internet cu adresele fizice şi este ilustrată în figura 6.13. Să Proxy ARP rulează ne imaginăm că o reţea numită şi reţea primară a fost reţeaua numai pe reţele ce srcinar ă iar cea de a doua numit ă şi reţea ascunsă a fost adăugată implementează mai târziu. Ruterul R conectând cele două reţele, cunoaşte care ARP gazde se leagă la reţeaua fizică şi utilizează ARP pentru menţinerea iluziei că numai o reţea există. Ruterul R păstrează locaţia gazdelor complet ascunsă permiţând în acelaşi timp comunicaţia între toate maşinile din reţea ca şi când ar fi direct conectate. În exemplu, când H1 necesită comunicaţie cu H4 primul invoc ă ARP pentru a mapa adresa IP a lui H4 la adresa fizică, iar după ce adresa fizică este cunoscută H1 poate comunica direct numai pe baza adresei fizice. Deoarece R rulează un software proxy ARP el captează cererea de tip broadcast ARP de la H1, decide dacă maşina invocată este legată la altă re ţea fizică şi r ăspunde la cererea ARP prin trimiterea propriei adrese fizice. H1 recepţionează răspunsul ARP mapează adresa gazdei H4 la adresa fizică a lui R şi trimite datagrama la R. Când R recepţionează o datagramă el caută în tabela de rutare special ă pentru a determina cum rutează datagrama. R va trimite datagrama destinată lui H4 în reţeaua ascunsă. Pentru a permite gazdelor din reţeaua ascunsă să atingă gazdele reţelei principale, se spune că R realizează un serviciu proxy ARP în acea reţea.

Retea principala

H1

H2

H3

RouterproxyARP R H4

H5

Retea ascunsa

Fig. 6.13 Proxy ARP

123


Ruterele folosind tehnica proxy ARP au avantajul utilizării facilităţilor importante ale protocolului ARP. ARP este bazat pe ideea c ă toate maşinile cooperează şi că răspunsul este corect. Tabela ARP poate mapa diverse adrese IP la aceea şi adresă fizică fără a viola specificaţia de protocol. Principalul avantaj const ă în faptul că poate adăuga o maşină fără a distruge tabela de rutare a altor gazde sau rutere. În acest mod sunt ascunse detaliile legate de conexiunile fizice. Principalul dezavantaj este legat de faptul că nu poate lucra în reţele în care ARP nu este utilizat. ţelelor. A treia tehnică utilizată, ce permite o singură Adresarea subre adresă reţea să împart ă re ţele fizice distincte este numită şi adresare subreţea, rutare subreţea sau subneting. Ea este mai mult utilizată deoarece este mai generală şi a fost standardizată. De fapt, subneting este o parte cerută de adresa IP. Pentru a o înţelege să ne Clase de adrese IP imaginăm că o parte are o singură adresă IP de clasă B, asignată însă la două sau mai multe reţele fizice. Numai reţelele locale cunosc faptul că sunt constituite din mai multe reţele fizice şi modul în care rutează traficul la acestea. În exemplul de mai jos se utilizeaz ă o reţea de clasă B cu adresa 128.10.0.0 pentru două reţele. Exceptând R, toate ruterele în Internet lucreaz ă ca şi când ar fi o singur ă reţea fizică. Când un pachet atinge ruterul R, acesta trimite pachetul la adresa de reţea fizică corectă a destinaţiei. Pentru a face accesul la reţeaua fizică eficient se foloseşte al treilea octet din adresa IP pentru a distinge între cele dou ă reţele fizice. Managerul asignează maşinile unei reţele fizice de forma 128.10.1.X şi a celeilalte la 128.10.2.X, unde X este octetul utilizat pentru identificarea unei gazde specifice. Pentru a alege o re ţea fizică, R examinează al treilea octet al adresei destina ţie şi rutează datagramele cu adresa 1 la adresa IP 128.10.1.0 şi cele cu adresa 2 la reţeaua cu adresa IP 128.10.2.0. Retea 128.10.1.0 128.10.1.1 Retea

H1

128.10.1.2

H2

R 128.10.0.0 Retea 128.10.2.0 H3

128.10.2.1 H4

128.10.2.2

Fig. 6.14 Adresarea subreţelelor Conceptual, adăugarea subreţelelor schimbă numai modul de implementare a adreselor IP. Împărţirea adresei IP în două; prefix reţea şi un sufix gazdă sparge adresa în por ţiunea reţea şi porţiunea locală. Interpretarea porţiunii reţea rămâne aceeaşi ca pentru reţelele ce nu utilizează subreţele. Interpretarea porţiunii locale a adresei este lăsată pe seama ruterului R. În general structura de adresare cu această precizare este ilustrată în figura 6.15. 124


general Parte Internet subreţea Parte Internet

Parte locală Reţea fizică

Gazdă

Fig. 6.15 Adresare subreţele Rezultatul este o formă de adresare ierarhizată ce corespunde unei arhitecturi de rutere ierarhizate. Tehnica folosită este similară cu cea din telefonie ( digiţi cod zonă, digiţi subzonă, digiţi conexiunea locală). Un dezavantaj este dat de faptul c ă alegerea unei structuri ierarhizate este dificilă şi adesea devine dificil de schimbat o ierarhie odată ce a fost stabilit ă. Flexibilitatea obţinută prin asignarea adreselor subreţea. Standardul TCP/IP pentru adresarea reţelelor statuează faptul că nu fiecare parte va cunoaşte aceleaşi elemente pentru ierarhizarea adreselor. El permite flexibilitate în alegerea modului în care acestea se asignează. Pentru înţelegere vom considera o structură de reţele interconectate. Presupunem că o parte are o singur ă adresă de clasă B care se doreşte a fi utilizată de către toate reţelele fizice. În exemplul dat se va alege o por ţiune din partea locală a adresei IP funcţie de mărimea sa. În figura anterioară s-a arătat împărţirea parţii locale de 16 biţi în identificator reţea de 8 biţi şi identificator gazdă de 8 biţi. Utilizând ultimii 3 biţi pentru a identifica reţeaua şi 13 biţi pentru identificatorul de gazdă se permite asignarea a până la 8 subreţele, fiecare având maxim câte 8192 gazde. Deoarece unele dintre reţele au mai multe subreţele cu un număr mai mic de gazde, iar altele sunt constituite dintr-un număr mai mare de gazde, modul de împărţire al părţii locale se doreşte a fi cât mai flexibil. Pentru a se realiza autonomie maximă, TCP/IP permite ca părţile subreţea să fie selectate la o pereche aferentă unei reţele de bază. Odată ce s-a selectat o porţiune pentru o reţea de bază toate gazdele şi subreţelele sale o utilizează. 6.3 .1 Imp lem ent ări ale sub re ţele lor cu m ăşti

Standardul specifică faptul că o parte utilizând adrese subreţea trebuie să aleagă o mască de 32 biţi pentru fiecare reţea fizică din cadrul unei reţele. Biţii asociaţi sunt 1, dacă se tratează porţiunea de ţea corespunzând adresei IP şi 0 pentru identificatorul asociat re gazdei. De ex. 1111.1111 1111.1111 1111.1111 0000.0000 arat ă ca primii 3 octeţi identifică reţeaua şi al patrulea octet identifică o gazda.

Convenţie reprezentare mască

Reprezentarea măştii. Ca o convenţie măştile se specifică binar cu toate că o serie de pachete software permit reprezent ări alternative. De multe ori reprezentările urmăresc convenţii ale sistemelor de operare locale utilizând pentru reprezentare forme binare codificate hexazecimal. Separarea prin punct este tot o convenţie devenită 125


populară pentru reprezentarea binară în format hexazecimal. La subreţele punctele zecimale lucrează foarte bine atunci când părţile aleg pentru aliniere margini ale octeţilor. Spre exemplu la reţelele de clasă B se utilizează adesea al treilea octet pentru a identifica reţeaua şi al patrulea octet pentru identificarea gazdei. În acest caz pentru masca subreţea în notaţie zecimală se va scrie 255.255.255.0

R1 Retea 1

R2

R3

Retea 2

Retea 3

R4 Retea4

R5 Retea5

Fig. 6.16 Structură de subreţele Un mod de reprezentare foarte utilizat în literatur ă este cel în care adresa subreţea şi adresa mască se reprezintă între paranteze ca în exemplul: (, , ) aşa că se poate scrie (255.255.255.0) sau (-1,-1,0) în convenţia că -1 înseamnă toţi biţii 1. Principalul dezavantaj al tripletului este că nu se poate vedea câţi biţi sunt utilizaţi pentru fiecare parte a adresei, îns ă are avantajul abstractizării. De ex. Masca (128.10.-1.0) arat ă reţeaua cu adresa 128.10 toţi biţii câmpului subreţea 1 şi biţii câmpului gazdă 0. Are însă avantajul că reprezentarea este independentă de clasa adresei IP sau de numărul subreţelei.

6.3. 2 Ru tarea în c azul s ub re ţelelor

Algoritmul de rutare standard va trebui modificat pentru a lucra cu adrese subreţea. Toate gazdele şi ruterele care vor lucra cu adrese subreţea trebuie să utilizeze algoritmul modificat, numit şi “subnet ruting”. O exemplificare este prezentată în structura din figura 6.17.

126


Reţea 1 (nu o adresa subreţea)

R1 (Subreţea cu adresa N) 2

H

R2 (Subre

ţea cu adresa N) 3

Fig. 6.17 Reţea cu două subreţele În reţelele fizice 2 şi 3 se utilizează aceeaşi adresă subreţea asignată la o singură adresă IP, adresa N. Cu toate ca gazda H nu este conectată direct la o reţea care are adresă de subreţea trebuie să utilizeze algoritmul de rutare subreţea pentru a decide când datagramele destinate subreţelelor le trimite la ruterul R1 sau la ruterul R2. Este imposibilă propagarea rutării subreţea peste limitele unei organizaţii întrucât protocoalele obişnuite de rutare nu o poate realiza. Se recomandă la utilizarea adreselor subreţea păstrarea facilităţilor de subreţea ca simple posibilităţi. Se dau mai jos câteva reguli: adresa IP a tuturor subre ţelelor se alege contiguu; măştile subreţea vor fi uniforme pentru toate re ţelele;   

toate ma şinile vor participa la rutare în subreţea. Aceste reguli crează probleme majore în cazul companiilor mari formate din subreţele multiple conectate la o re ţea globală, dar care nu sunt conectate direct între ele. Aceste corpora ţii nu pot utiliza subreţele cu o singură adresă deoarece reţelele fizice nu sunt contigue.

Algoritm rutare în subreţele

Rutare în subreţele. Deoarece lungimea porţiunilor de adresă diferă de la clasă la clasă pentru rutare informaţia deja descrisă în tabelele de rutare nu mai este suficient ă. Introducerea măştii uşurează determinarea adresei, aşa că înregistrarea din tabele are următoarea formă: (masca subreţea, adresa reţea, adresa următoare) Alg oritm Rute_I P_Da tagram (datagram, ruting _table) Extrage adresa IP destinaţie (I0) din datagrama şi calculează adresa IP a reţelei destinaţie (In)

Dacă In este o reţea direct conectată trimite datagrama la destinaţie pe acea reţea Altfel

Pentru fiecare intrare din tabela de rutare execută mascare I0 cu masca subreţea. Dacă In se suprapune peste câmpul adresă reţea rutează datagrama la următoarea adresă. Altfel declară eroare de rutare. 127


Broadcast în subreţele. Această operaţie este dificilă fiind posibilă numai dacă ruterele care interconectează subreţelele agreează propagarea datagramelor la toate reţelele fizice. De regulă un ruter nu poate propaga un pachet broadcast ce soseşte pe o interfaţă la toate interfeţele ce împart un prefix subreţea. Adresa de broadcast devine (reţea, subreţea, -1)



Adevărat / Fals A/F 1. Fiecare reţea fizică are asignată o unică adresă reţea, iar fiecare staţie dintr-o reţea are o adresă reţea ca prefix la o adres ă individuală A/F 2. Extinderea prin proxy ARP se poate aplica şi la reţele ce nu cunosc protocolul ARP. A/F 3. Adresarea subreţelelor se bazează pe împărţirea adresei IP în trei câmpuri: adresă Internet, adresă reţea şi adresă gazdă. A/F 4. O mască re ţea în care se indică pentru un octet valoarea -1 are interpretarea c ă toţi biţii asociaţi sunt 1. A/F

128

5 Adresarea subreţelelor nu modifică algoritmii de distribuţie ai datagramelor.


Sarcină de lucru 6 Prezintă în maxim 300 de cuvinte un eseu despre modul în care mesajele ICMP influenţează distribuţia datagramelor într-o reţea Acest eseu va fi notat cu maxim 20 de puncte. 5 puncte vor fi acordate pentru corectitudinea exprimării, 10 puncte pentru argumentare şi 5 puncte pentru inventivitate.

129


Lucrare de verificare 6 Lucrarea de verificare constă în formularea răspunsului adecvat la 6 întrebări corespunzând unităţii de învăţare 6. Răspunsul la o întrebare nu trebuie să depăşească o jumătate de pagină. Fiecare răspuns trebuie argumentat. Pentru o întrebare se pot ob ţine maximum 80 puncte. Numărul de puncte obţinut pentru un test este dat de suma punctajelor la toate întrebările testului împărţită la numărul de întrebări. La evaluarea lucrării se iau în consideraţie pentru fiecare răspuns la întrebare: Claritatea exprimării şi organizarea structurală a răspunsului (10 puncte); Utilizarea corectă a termenilor de specialitate aferen ţi unităţii de învăţare (15 puncte); Completitudinea răspunsului (30 puncte); Calitatea argumentării afirmaţiilor (15 puncte); Introducerea de elemente srcinale sau învăţate din bibliografia recomandată (10 puncte); Poate fi oferit ă o bonificaţie de maxim 5 puncte dacă lucrările sunt transmise la timp şi punctajul obţinut nu depăşeşte punctajul maxim. 1. Prezentaţi structura generală a datagramelor ce conţin mesaje ICMP.

2. Lansaţi comenzi de tip “ping adresă IP” de la o staţie conectată în reţea şi explicaţi răspunsul în două situaţii: adresă IP corectă, respectiv adresă incorectă sau calculator deconectat de la reţea.

3. Lansaţi un mesaj cerere timestamp şi interpretaţi răspunsul primit.

4. Cum interpretaţi un mesaj ICMP privind expirarea timpului de viaţă la reasamblarea datagramelor din fragmente?

5. Care sunt avantajele privind utilizarea măştii subreţea în distribuţia datagramelor?

6. În ce situaţii se poate utiliza proxy ARP pentru extensia adreselor în Internet?

130


Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Testul de autoevaluare 6.1: 1 raporteze 2 IP 3 rutere ..... datagrame 4 acelaşi 5 header (vezi secţiunea 6.1) Testul de autoevaluare 6.2: 1 C 2 B 3 A 4 A 5 B 6 D 7 B 8 A 9 B 10 D Testul de autoevaluare 6.3: 1A2F3A4A5F

(vezi secţiunea 6.2) (vezi secţiunea 6.3)

Bibliografie [1] Andrew Tanenbaum, Reţele de calculatoare, Agora Press 1998 (cap.6) [2] Dorin Cârstoiu, Reţele globale: www.rg.aii.pub.ro (cap.4) [3] Peter Norton, John Goodman, Totul despre calculatoarele personale, Ed. Teora 2000. (cap.11)

131

User datagram protocol (UDP). Transport control protocol (TCP)

Unitatea de învăţare nr. 7 USER DATAGRAM PROTOCOL (UDP) TRANSPORT CONTROL PROTOCOL (TCP)

OBIECTIVE ...................................................................................................................... 132 7.1 Introducere ............................................................................................................... 132 7.2 User Datagram Protocol (UDP) ............. ............. ............. ............. ............. ............. .133 7.2.1 Formatul mesajelor UDP ............. .............. ............. ............. ............. ............. .... 134 7.2.2 Multiplexare, Demultiplexare, Porturi ............. ............. ............. ............. .......... 136 Test de autoevaluare 7.2........... ............. ............. ............. ............. ............. ............ .... 137 7.3 Controlul siguranţei transportului ........... ............. ............. ............. ............. ........... 137 7.3.1 Proprietăţile serviciilor de distribuţie sigură .................................................. 137 7.3.2 Realizarea siguranţei......................................................................................... 139 Test de autoevaluare 7.3........... ............. ............. ............. ............. ............. ............ .... 140 7.4 Transport Control Protocol ............ ............ ............. ............. ............. ............. ......... 140 7.4.1 Porturi, Conexiuni şi Endpoints ............ ............. .............. ............. ............. ...... 141 7.4.2 Formatul segment TCP ..................................................................................... 143 7.4.3 Calculul sumei de control TCP ............ ............. ............. ............. ............. ......... 145 7.4.4 Controlul fluxului ............................................................................................... 146 Test de autoevaluare 7.4........... ............. ............. ............. ............. ............. ............ .... 150 Sarcină de lucru 7 .......................................................................................................... 151 Lucrare de verificare ............ ............. ............. ............. ............. ............. ............ ............ 152 Răspunsurile corecte7ale testelor de autoevaluare ........... ............. ............. ............. 152 Bibliografie ..................................................................................................................... 153

OBIECTIVE Conform stivei de protocoale, există un nivel ce interacţionează cu aplicaţiile ce rulează pe un calculator. O comunicaţie deserveşte mai multe aplicaţii. Vom studia acum: • Principalele protocoale ce interac ţionează cu aplicaţiile ce rulează pe calculatoare • Protocolul fără confirmare a recepţiei UDP • Protocolul de transport sigur TCP

7.1 Introducere La nivelul gazd IP (Internet destina ţţie ie referitoare identificã un calculator ă; nici o Protocol) destinaţie onuadresã are semnifica la utilizatorul sau aplicaţia care recepţionează datagrama. În această unitate de învăţare se extinde TCP/IP prin adăugarea unui mecanism care să distingă dintre multiplele destinaţii ale unei gazde date, o destinaţie fixată. În acest mod se permite ca programele de aplicaţii ce sunt executate pe un calculator dat să primească sau sã recepţioneze datagrame.

132


Detectarea aplicaţiei căreia îi sunt destinate datele

Sistemele de operare ale celor mai multe calculatoare suportă multiprogramarea ceea ce înseamnă că ele permit ca multiple aplicaţii să se execute simultan. După sistemele de operare ne referim la fiecare program în execuţie cu termenul de proces, task, program de aplicaţie sau proces la nivel utilizator. Un proces este ultima destinaţie a unui mesaj. Totuşi specificarea faptului că un proces particular sau o maşină particulară este ultima destinaţie pentru o datagramă este câteodată greşit. Mai întâi, pentru că procesele sunt create şi distruse dinamic, transmiţătorii cunosc adesea puţin pentru a identifica un proces pe altă maşină. În al doilea rândfăar s ă specifice procesele datagrame, ră sfiă util informeze transmiţă torul. În alcare treilearecep rândţioneaz suntemă obligaţi să identificăm destinaţia de la funcţiile care o implementează fără a cunoaşte procesul ce implementează această funcţie (de exemplu a permite serverului să contacteze file serverul fără a cunoaşte care procese în maşina destinaţie implementează funcţii de tip file server). Mai important, în sistemele ce permit ca un singur proces să manipuleze două sau mai multe funcţii este esenţială aranjarea unei căi pentru ca un proces să decidă exact care funcţie este dată de transmiţător. Gândind un proces ca o ultimă destinaţie ne putem imagina că o maşină con ţine un set de destinaţii abstracte numite porturi protocol. Fiecare port protocol este identificat printr-un întreg. Sistemul de operare local formează un mecanism de interfa ţă cu care procesele utilizează un port specific sau îl acceseaz ă. Multe sisteme de operare realizează sincronizarea accesului la porturi. Din punctul de vedere al unui proces particular, sincronizarea accesului este similară cu oprirea calculatorului în timpul unei operaţii de acces la port. De exemplu, dacă un proces încearcă s ă extragă date de la un port înainte ca acestea să fi sosit sistemul de operare opreşte temporar procesul până datele sosesc. Odată datele sosite, sistemul de operare pasează datele către proces şi îl restartează. În general, porturile sunt bufferate, aşa că datele ce sosesc înainte ca procesul să fie gata să le accepte se pierd. Sistemul de operare plasează datele pentru un protocol particular într-o coad ă până când procesul le extrage. Pentru a comunica cu un port străin, un transmiţător trebuie să cunoască adresa IP a maşinii destinaţie şi numărul de port al protocolului de la destinaţie. Fiecare mesaj trebuie transportat printr-un număr de porturi destinaţie de la sursă până la ultima destinaţie. Este posibil pentru orice proces care recep ţionează un mesaj să replice aceasta unui transmiţător.

7.2 User Datagram Protocol (UDP)

În stiva TCP/IP, UDP formează un mecanism primar pe care programele de aplicaţie îl utilizează să transmită datagrame la alte aplicaţii. Aşa c ă în plus faţă de trimiterea datelor, fiecare mesaj UDP conţine ambele numere de port (destinaţie, sursă) făcând posibil ca softwareul UDP de la destinaţie s ă trimită mesajul la portul invocat şi să răspundă în replică. UDP lucrează similar cu IP însă nu necesită 133


confirmare pentru a fi sigur că mesajul a sosit la destinaţie, nu ordonează mesajele sosite şi nu închide bucla pentru controlul vitezei la care se produce schimbul de mesaje. Ca urmare, mesajele UDP pot fi pierdute, duplicate sau să sosească în altă ordine. Concluzie: UDP are aceleaşi caracteristici cu IP pe care îl utilizează pentru transport mesaje, însă adaugă facilitatea de a distinge dintre multiplele destinaţii ale maşinii gazdă destinaţia specificată.

Responsabilitatea

Un program de aplicaţie care utilizează UDP agregă întreaga

referitoare la siguranţă este a programelor de aplicaţie

responsabilitate pentru manipularea problemelor de schimbarea siguranţă, incluzând pierderea mesajelor, duplicarea, întârzierea, ordinii şi pierderea conectivităţii. Programele de aplicaţie ignoră aceste probleme atunci când softwareul a fost proiectat. Ca urmare UDP funcţionează bine în reţele locale şi e şuează de cele mai multe ori în reţele extinse. Sunt totuşi aplicaţii la care este suficient ca numai o parte dintre pachetele transmise s ă fie recepţionate corect. Un exemplu tipic este videoconferinţa pentru care transmiterea de imagine se realizează utilizând UDP, fiind considerată de calitate rezonabilă dacă un număr de 10 cadre pe secundă corecte ajung la destinaţie.

7.2.1 Form atul m esajelor UDP

Fiecare mesaj UDP este numit şi USER DATAGRAM. Conceptual o datagramă constă din două părţi: UDP header şi UDP data. Headerul conţine 2 cuvinte de 32 biţi cu semnificaţia ilustrată în fig. 7.1.

Header UDP

0

16

31

Port UDP sursă Lungime mesaj UDP

Port destina ţie UDP Sumă control UDP Date ……. Fig. 7.1 Structură mesaj UDP

Câmpurile port sursă şi port destinaţie conţin câte un întreg stocat pe 16 biţi, întreg ce indică numărul portului UDP utilizat pentru demultiplexarea datagramelor între procesele ce aşteaptă să primească date. Câmpul port sursă este opţional. Când port sursă

Semnificaţie informaţie header UDP

134

este utilizat, acesta specifică portul la care replica va fi trimisă. Dacă nu se utilizează valoarea sa este zero. Câmpul lungime conţine numărul octeţilor din datagramă. Valoarea minimă este 8 adică lungimea headerului. Suma de control este op ţională şi nu va fi utilizată totdeauna. Valoarea zero arată că nu a fost calculată. Pentru a distinge între o sumă de control calculată a cărei valoare este 0 şi o sumă de control neutilizată se tine cont de faptul c ă valoarea 0 în complement faţă de 1 are două reprezentări, adică toţi biţii 0 şi respectiv toţi biţii 1. Dacă suma de control calculată este 0 se va alege reprezentarea cu toţi biţii 1.


Suma de control UDP acoper ă mai multe informaţii decât sunt prezente în datagrame UDP. Calculul sumei de control porne şte de la datagramă la care se adaugă un pseudoheader zero şi calculează suma de control pentru întreaga informaţie. Scopul utilizării pseudoheaderului este cel de verificare a faptului că UDP a atins destinaţia corectă. Headerul UDP specifică numai num ărul de port protocol, aşa că verificarea destinaţiei UDP presupune calculul sumei de control şi peste partea ce conţine adresa destinaţie. Pseudoheaderul utilizat pentru calculul sumei de control conţine 12 octeţi. Pentru a verifica datagrama la recep ie din punctul al corectitudinii prin suma de control se ţextrage câmpul de din vedere headerul protocol IP se asamblează într-o nouă datagramă cu pseudoheader şi se face verificarea. UDP este primul exemplu de protocol de transport. Ca urmare existenţa UDP deasupra IP arată că pentru a completa un mesaj UDP, headerul şi datele se încapsulează în datagrama IP ce traversează reţeaua ca în fig.7.2. Aplicaţie UDP IP Interfaţa reţea HeaderUDP Header IP Header frame

DataUDP Data IP Data frame

Fig. 7.2 Încapsulare user datagram

Calculul sumei de control UDP

Sunt importante câteva observaţii asupra modului în care calculeaz ă suma de control. Suma de control conţine şi informaţia din pseudoheader. Aceasta conţine şi câmpul adresă IP destinaţie care ar trebui cunoscută pentru a fi utilizată la calculul sumei. Ca urmare UDP nu poate calcula suma de control fără să interacţioneze cu nivelul IP. Presupunem că UDP cere nivelului IP s ă determine sursa şi destinaţia posibilă pe care o utilizează pentru a construi pseudoheaderul iar după calculul sumei de control renunţă la pseudoheader şi transmite datagrama nivelului IP. O alternativ ă mai bună ce ar produce o eficien ţă mai mare este cea de a avea un nivel UDP care să încapsuleze datagrama UDP într-o datagram ă IP, obţinerea adresei sursă şi destinaţie de la IP, stocarea adreselor în câmpurile corespunzătoare ale headerului, calculul sumei de control UDP şi pasarea datagramei IP la nivelul IP care va completa doar câmpurile din headerul IP. De şi varianta are avantaje mari ea este totuşi un compromis la separarea pură între niveluri, compromis f ăcut mai ales din raţiuni practice. 135


7.2.2 Multip lexare, De mu ltiplexare, Portu

Porturi UDP

ri

Dacă se acceptă că datagramele UDP vin de la mai multe aplica ţii care apoi sunt pasate la nivelul IP pentru distribu ţie, tot aşa o serie de mesaje vin de la IP şi trebuiesc pasate programelor de aplica ţie. Conceptual, softwareul de multiplexare şi demultiplexare cât şi programele de aplicaţie comunică prin mecanisme de port. În practică, fiecare program de aplicaţie trebuie să negocieze cu sistemul de operare pentru a obţine portul protocol şi portul asociat înainte de a trimite o datagramă UDP. Odată portul asignat, orice program de aplica ie va avea acelUDP port în UDP port. Cel mai simplu mod de a ţgândi un port este celSource al mecanismului de coadă. În multe implementări când programul de aplicaţie negociază cu sistemul de operare, creaz ă o coadă internă în care ţine mesajele sosite. Adesea aplicaţia poate specifica sau modifica dimensiunea cozii. Când UDP recepţionează o datagramă, se verifică dacă portul destinaţie coincide cu portul curent utilizat. Dacă nu coincide va trimite mesaj ICMP necunoscut şi pierde datagrama. Dacă portul destinaţie coincide cu portul curent utilizat, UDP pune în coadă noua datagramă la portul la care programul de aplica ţie poate face acces. O eroare apare dacă portul are bufferul plin şi ca efect datagrama se pierde. Porturi rezervate şi porturi disponibile. Asignarea numărului de port este foarte importantă întrucât cele două calculatoare care comunică trebuie să agreeze numărul de port înainte de comunicare. De exemplu când o maşină A doreşte să comunice cu o ma şină B pentru a obţine un fişier, trebuie să cunoască ce port utilizează B pentru ftp. Sunt în această situaţie posibile două abordări: • Utilizarea unei autorit ăţi centrale care s ă asigneze lista porturilor asociate şi toate aplicaţiile să fie proiectate în conjuncţie cu această specificaţie. Această variantă formează ceea ce se numeşte asignare generală şi porturile sunt cunoscute. • Alocarea dinamic ă în care porturile nu sunt global cunoscute şi atunci când o aplicaţie necesită un port software de reţea îl asignează. Pentru a învăţa despre asignarea curentă a porturilor un alt calculator trebuie să trimită o cerere asupra asignării porturilor pentru un anumit serviciu şi maşina ţintă va răspunde cu informaţia necesară.

136


Test de autoevaluare 7.2

Marcaţi varianta corectă pentru următoarele 5 întrebări. Fiecare întrebare valorează 20 de puncte. Punctaj minim: 80

Adevărat / Fals A/F 1. Un port protocol este identificat printr-un întreg reprezentat pe 16 biţi. A/F 2. Un pachet UDP nu conţine un header propriu. A/F 3. Câmpurile port sursă şi port destinaţie din structura headerului UDP sunt utilizate de c ătre nivelul IP pentru distribuţia datagramelor. A/F

4. Suma de control în header UDP este opţională.

A/F 5 Calculul sumei de control este făcută în conjuncţie cu un pseudoheader ce conţine şi adresa IP destinaţie.

7.3 Controlul siguranţei transportului La nivelul cel mai de jos al comunicaţiei se asigură o distribuţie fără a fi luate măsuri de siguranţă. Pachetele pot fi pierdute sau distruse ă când de transmisie datele, cândprea hardwareul reţea erorile se defecteaz ă sau interfer când recu ţeaua devine încărcatde ă. Reţelele care rutează pachete dinamic le pot distribui în altă ordine, transmite după întârzieri substanţiale sau să distribuie duplicate. Ca urmare tehnologiile de transport fie dicteaz ă dimensiunea optimă a pachetelor, fie utilizează alte restricţii pentru a asigura o viteză de transport eficientă.

La nivelul aplicaţiei este adesea nevoie de transmis volume mari de date. Utilizarea unei conexiuni nesigure impune c ă la volume mari de date aplicaţiile să asigure detecţia erorilor. Acest lucru nu este operaţional fapt pentru care cercetările în domeniul reţelelor de calculatoare au impus găsirea soluţiilor generale pentru asigurarea siguranţei. Este necesară izolarea aplicaţiilor de reţea şi definirea unei interfeţe uniforme pentru serviciul de distribuţie. 7.3 .1 Propr iet ăţile se rviciilor d

e distribu

ţie sigur ă

Putem considera că interfaţa între programele de aplicaţie şi TCP/IP, din punctul de vedere al siguranţei, se poate împărţi în cinci componente: • Orientarea pe şir. Când două programe de aplicaţie transferă volume mari de date acestea sunt privite ca şiruri de biţi, împ ărţiţi în grupuri de câte 8 biţi (octeţi). Şirul de biţi ar trebui recepţionat în aceeaşi secvenţă de octeţi în care sunt transmişi; 137


Necesitatea unei conexiuni virtuale



Conectarea circuitelor virtuale. Un transfer de biţi este analog cu apelul de la telefon. După ce transferul porneşte ambele aplicaţii, transmiţător şi receptor, interacţionează cu sistemul de operare informându-l de necesitatea transferului de date. Conceptual, o aplicaţie lansează un call ce va fi acceptat de o altă aplicaţie. Modulele software ce implementează un protocol la două sisteme de operare comunică prin transmiterea de mesaje prin re ţea verificând dacă transferul este autorizat şi aplicaţiile sunt pregătite. Când toate detaliile au fost stabilite modulele de protocol informează programele de aplicaţie de faptul că o conexiune fost stabilitădeşi protocol transferuldepoate începe. timpul transferului,a software-ul pe cele dou ăÎn ma şini continuă să comunice pentru a verifica dac ă datele sunt recepţionate corect. Dacă din diferite motive comunica ţia eşuează se detectează o eroare se comunică aceasta programelor de aplicaţie. Aici s-a utilizat termenul de circuit virtual pentru a descrie conexiunea între programele de aplica ţie şi suportul hardware.





Transferul bufferat. Programele de aplicaţie trimite datele unui circuit virtual prin pasarea repetată a octeţilor către software-ul ce implementează protocolul. Când transferă date, fiecare aplicaţie utilizează câteva dimensiuni de pachete care pot fi în mod excepţional de dimensiunea unui octet. La recep ţie software-ul protocol distribuie octeţii în aceeaşi ordine făcându-i disponibili aplicaţiei de recepţie. Software-ul care implementează protocolul poate să împartă datele în pachete de dimensiune independent ă de m ărimea celor care le transferă programul de aplicaţie. Pentru ca transferul să fie cât mai eficient şi pentru a minimiza traficul în reţea, implementările uzuale colectează volume de date într-un şir pentru a completa o datagram ă de dimensiune rezonabilă înainte de a o trimite în reţea. În acest sens un mecanism de tip push este utilizat, întrucât for ţează protocolul să transmită toate datele care au fost generate fără să aştepte umplerea unui buffer. La recepţie un mecanism similar determină ca TCP să facă datele disponibile pentru aplicaţie fără întârziere. Şiruri nestructurate. TCP nu este orientat pe şir de date, programele de aplicaţie utilizând serviciul de şir în ţeleg conţinutul acestuia şi agreează formatul şirului înainte de a iniţia o

conexiune. 

Conexiunea full-duplex permite transferul simultan în ambele direcţii. O astfel de conexiune este cel mai des utilizată.

Din punct de vedere practic, la comunica ţia în reţele de calculatoare sunt combinate o serie de tehnici pentru controlul siguran ţei, tehnici ce vor fi descrise in secţiunile următoare.

138


7.3 .2 Rea lizarea sig ur an ţei

Este firească întrebarea asupra modului în care protocolul realizează siguranţa când utilizează o comunicaţie ce nu oferă siguranţă. Cele mai multe protocoale utilizează o tehnică fundamentală cunoscută sub numele positive acknowledgement with retransmission. Tehnica cere ca la comunicarea cu o surs ă aceasta să răspundă cu un mesaj ACK la recepţia datelor (fig. 7.3).

Principul retransmisiei

Pachet1

Pachet1 ACK

NACK timeout

Pachet2 ACK

Pachet1

ACK

Confirmare

Neconfirmare

Fig. 7.3 Metode de confirmare a recepţiei pachetelor Pentru a detecta duplicatele la fiecare pachet este asignat un num ăr de secvenţa iar receptorul va păstra numerele secvenţă recepţionate. Pentru a nu exista confuzii se retransmite la sursă numărul secvenţei împreună cu semnalul de confirmare. Dacă un pachet recepţionat este eronat sau nu se primeşte confirmare în timp util transmiţătorul va retransmite pachetul.

Control flux prin fereastră alunecătoare

TCP utilizează pentru confirmarea recepţiei o tehnică specifică numită şi sliding windows. Înainte de a examina serviciul de şir în TCP este necesar a explora un concept adiţional al transmisiei şirurilor de date. Conceptul, cunoscut sub numele de fereastr ă alunecătoare, arată secvenţa de evenimente ce sunt gestionate la un moment dat. Pentru a asigura siguranţa, conform fig. 7.3, transmiţătorul trimite un pachet şi aşteaptă confirmarea înainte de a trimite un altul. Ca urmare viteza de comunicaţie va scădea foarte mult datorită timpului de aşteptare confirmare. Tehnica de fereastră alunecătoare este mai complexă decât cea de confirmare pozitiv ă şi retransmisie. Prin această tehnică se permite transmiţătorului să ţiona trimită pachete multiple deă de a recep Protocolul asigneaz ă o unicînainte ă fereastr mărime fixă confirmarea. şi transmite toate pachetele alocate în interiorul ferestrei (fig. 7.4).

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

..

Fig. 7.4 Tehnica de fereastră alunecătoare 139


Numărul maxim de pachete neconfirmate este specificat de dimensiunea ferestrei alunecătoare. Dacă mărimea ferestrei este 8 atunci transmiţătorul poate trimite maxim 8 pachete fără să aştepte confirmarea. Singurul caz în care transmi ţătorul aşteaptă confirmare este cel în care distanţa dintre cel mai vechi pachet neconfirmat şi ultimul pachet transmis este egală cu dimensiunea ferestrei alunecătoare. În figura 7.4 am considerat ca după transmiterea pachetului 8 primul pachet a fost confirmat şi fereastra se deplasează, aşa că un nou pachet poate fi trimis. La recep ţie se crează o fereastră similară acceptând şi confirmând pachetele pe măsură ce acestea sosesc. Test de auto evaluar e 7. 3

Alegeţi varianta corectă pentru următoarele 5 întrebări ce pot fi adevărate sau false. Fiecare întrebare valorează 20 de puncte. Punctaj minim: 80

Adevărat / Fals A/F 1. O conexiune full duplex transmite date într-un singur sens. A/F 2. NACK specifică faptul ca un pachet nu a fost recep ţionat corect sau că timpul de aşteptare a expirat. A/F O fereastră alunecătoare permite existenţa unui singur pachet3. neconfirmat. A/F 4. Un circuit virtual pentru a descrie conexiunea între programele de aplicaţie şi suportul hardware. A/F 5. Dimensiunea unei ferestre alunecătoare specifică distanţa dintre ultimul pachet transmis şi cel mai vechi neconfirmat.

7.4 Transport Control Protocol Să examinăm la acest moment modul în care TCP/IP realizeaz ă siguranţa comunicaţiei. Este important a reţine că TCP este un protocol de comunicaţie şi nu o piesă software. Diferenţa între un Diferenţa protocol protocol şi un software care îl implementează este analoagă cu piesă software diferenţa între un limbaj de programare şi un compilator, distincţie care este destul de greu de în ţeles. Protocolul specifică formatul datelor şi confirmările pe care cele două calculatoare le dau pentru a atinge siguranţa adecvată, ca proceduri pe care calculatoarele le folosesc pentru a fi sigur că datele vin corect. El specifică cum TCP atinge şi distinge între multiplele destinaţii ale unei maşini datele şi cum comunică maşinile pentru a recunoaşte erorile, mesajele pierdute şi pachetele duplicate. Protocolul specifică de asemenea cum două calculatoare iniţiază un transfer TCP şi cum ajunge la 140


concluzia că este complet. Trebuie înţeles şi ce nu permite TCP. Specificaţia TCP descrie cum programele de aplica ţie utilizează TCP în termeni generali şi nu include detaliile interfeţei între programele de aplicaţii şi TCP. Documentaţia de protocol discută numai cum operaţiile TCP sunt realizate şi nu specifică exact procedurile programelor de aplicaţie invocând accesul la aceste operaţii. Raţiunea acestui fapt este flexibilitatea. În particular, deoarece programatorii utilizează de regulă implementarea TCP din sistemul de operare ei fac apel la acesta prin func ţiile sistem. Ca urmare o singură specificaţie TCP permite utilizarea şi construirea de software pentru o infinitate de maşini. 7.4.1 Portu ri, Conexiu ni şi Endpoints

Ca şi UDP, TCP este situat la nivel superior faţă de IP. Organizarea conceptuală a TCP permite programelor de aplica ţie multiple pe o maşină dată să comunice concurent şi să demultiplexeze traficul TCP generat de mai multe programe de aplica ţie. Similar cu UDP, TCP utilizează numere de port pentru a identifica destinaţia cu o maşină dată. Fiecare port este asignat ca un unic întreg pentru a-l identifica. Structura conceptuala, similară cu UDP este ilustrată în fig. 7.5. Aplicaţia TCP

UDP

Internet (IP) Network Interface Fig. 7.5 Structura conceptuală TCP Când am discutat despre porturi UDP am văzut fiecare port ca o coadă în care protocolul software plaseaz ă datagramele. Porturile TCP sunt mult mai complexe deoarece un num ăr dat de port nu va corespunde la un singur obiect. TCP a fost construit cu abstrac ţia conexiunii, în care obiectele ce vor fi identificate sunt circuite virtuale de conexiune - nu porturi individuale. Trebuie s ă înţelegem că TCP utilizează noţiunea de conexiune care este crucială deoarece ea ajută să explice sensul şi utilizarea numerelor de port TCP. Concluzie: TCP utilizează conexiunea, nu un port protocol. Ca abstracţie fundamentala, conexiunea este identificată printr-o pereche de “endpoints”.

Reamintim că o conexiune constă dintr-un circuit virtual între două aplicaţii şi este natural a gândi că un program de aplicaţie serveşte un endpoint conexiune. Nu este aşa. TCP defineşte un endpoint ca o pereche de întregi (adresă host, port) unde adresă host reprezintă adresa IP pentru o maşină şi port este portul TCP al acelui host. De exemplu endpoint (128.10.2.3, 25) specifica portul TCP 25 al ma şinii cu adresa IP 128.10.2.3 141


Definire endpoint

Dacă am definit noţiunea de endpoint este uşor a defini conexiunea prin cei doi endpoints. Dacă pentru o conexiune de la maşina (18.26.0.36) la maşina (128.10.2.3) se definesc cei doi endpoints astfel: (18.26.0.36, 1069) şi (128.10.2.3, 25), o altă conexiune poate fi în execuţie la maşina 128.9.0.32 cu endpoints: (128.9.0.32, 1184) şi (128.10.2.3, 53). Este permis ca o conexiune s ă împartă un endpoints. De exemplu se poate ad ăuga o altă conexiune la cele de mai jos de la o ma şină (128.2.254.139) la o altă maşină: (128.2.254.139, 1184) şi (128.10.2.3, 53). Aşaşinii cum128.10.2.3 se observăsimultan, două conexiuni pot utilizanuportul 53 ăal, ma însă aceasta este TCP ambigu deoarece, când TCP asociază mesajele sosite la un port protocol, el utilizează ambii endpoints pentru a identifica conexiunea. Concluzie: Deoarece TCP identifică o conexiune printr-o pereche de endpoints un port TCP poate fi împărţit în conexiuni multiple la aceea şi maşină.

Perechi de endpoints

Din punctul de vedere al utilizatorului este foarte important deoarece programatorul poate formula cereri concurente la multiple conexiuni simultan fără s ă necesite un unic port local pentru fiecare conexiune. De exemplu, accesul concurent la poşta electronică, permite trimiterea concurentă a mesajelor deoarece programele ce acceptă un port utilizează TCP pentru a permite ca o serie de conexiuni multiple să se desfăşoare concurent. Spre deosebire de UDP, TCP este o conexiune orientat ă protocol care cere ca ambii endpoints să agreeze comunicarea. Aceasta este făcută înainte ca TCP să plaseze trafic pe Internet şi ca programele de aplicaţii de la ambele capete ale conexiunii să agreeze conexiunea. Pentru aceasta programul de aplicaţie de la un capăt deschide o funcţie pasivă prin contactarea sistemului de operare şi indică faptul că va accepta conexiunea. La acest moment sistemul asignează un port TCP pentru conexiune. Programul din cealaltă parte trebuie să contacteze propriul sistem de operare utilizând "activ open" ca cerere de stabilire a conexiunii. Cele dou ă module TCP comunică şi verifică conexiunea. Odată ce o conexiune a fost creat ă, programele de aplicaţie pot începe transferul de date iar modulele TCP de la fiecare parte schimbă mesaje prin care se garantează siguranţa. TCP vede şirul de date ca o secvenţa de octeţi sau baiţi ce sunt împărţiţi în segmente pentru transmisie. Uzual, fiecare segment traversează prin Internet ca o datagram ă IP. El utilizează o fereastră alunecătoare specializată pentru a rezolva problemele legate de eficienţa transmisiei şi controlul fluxului. Dimensiunea ferestrelor rezolvă problemele de tip end-to-end legate de flux, permi ţând receptorului să restricţioneze transmisia atâta timp cât nu are suficient spaţiu în buffer pentru a g ăzdui mai multe date. Fereastra alunecătoare operează la nivel octet nu ca segment sau pachet.

142


Gestiune fereastră alunecătoare

Octeţii şirului de date sunt număraţi secvenţial şi un transmiţător păstrează trei pointeri asocia ţi cu fiecare conexiune. Pointerii definesc o fereastră alunecătoare. Primul pointer marchează marginea ferestrei separând octeţii ce au fost trimişi şi confirmaţi de octeţii ce nu au fost înc ă trimişi. Al doilea pointer marchează marginea dreaptă şi defineşte octetul cel mai mare din secvenţă care poate fi trimis înainte ca mai multe confirmări să apară. Al treilea pointer separă octeţii deja trimişi de cei ce vor fi trimişi. Software-ul de protocol trimite toţi octeţii în fereastră f ără întârziere aşa c ă limita ferestrei se mută de la stânga la dreapta. Deoarece legatura este full şează două ferestre la ambele capete ale duplex software-ul conexiunii una pentruata transmisie şi alta la recepţie.

TCP permite ca dimensiunea ferestrei să varieze în timp. Fiecare confirmare specifică câţi octeţi au fost recepţionaţi, o stare fereastră arată numărul octeţilor adiţionali de date pe care receptorul este pregătit să-i accepte. Gândim această informaţie ca o specificare a mărimii bufferului de recepţie. Ca răspuns la creşterea ferestrei, transmiţătorul creşte mărimea ferestrei alunecătoare şi procedează la trimiterea octeţilor pentru care nu are confirmare. Similar se produce comunicaţia şi invers. Avantajul utiliz ării ferestrei maxime este cel de realizare a unui control al fluxului ce asigur ă siguranţa. Dacă bufferul receptor devine plin, el nu poate tolera mai multe pachete aşa că transmite semnal de micşorare fereastră. La extrema la care mărimea ferestrei este zero toate transmisiile sunt oprite. Când bufferul devine disponibil receptorul avertizează că o fereastră disponibilă există pentru a genera din nou un flux de date. Având un mecanism al controlului fluxului în mediul Internet unde ma şinile au sisteme de operare şi viteze diferite, iar volumul comunica ţiei prin reţea şi routere indică diferite capacităţi şi viteze se poate controla fluxul. Sunt două situaţii independente de control al fluxului. Prima, protocoalele Internet necesită control între sursă şi ultima destinaţie. De exemplu, când un calculator comunic ă cu un mainframe microcalculatorul necesită să regleze fluxul datelor de intrare, sau software-ul de protocol să lucreze repede. În al doilea rând protocolul Internet necesită un mecanism de control al fluxului care permite sistemelor intermediare (rutere) să controleze o sursa care emite un flux mai mare decât cel tolerat de ma şina router. Când o maşină intermediară devine supraîncărcată, situaţia este numită "congestie" şi mecanismul de rezolvare se numeşte "mecanism de control al congestiei ". 7.4.2 Form atul segm ent TCP

O unitate de transfer între componentele software TCP între dou ă maşini este numită "segment". Segmentele sunt schimbate pentru a stabili conexiunea în vederea transferului de date, trimiterea confirmării, controlul marcării ferestrei şi închiderea conexiunii. Deoarece TCP utilizează piggybacking, o confirmare ce traversează de la maşina A la maşina B trebuie în acelaşi segment să traverseze ca şi datele de la maşina A la B chiar dacă confirmarea se referă la 143


datele trimise de la A la B. Formatul segmentului TCP este ilustrat în fig. 7.6 4

HLEN

Semnificaţie header TCP

10 16 24 31 Port Sursă Port destina ţie Număr Secvenţă Număr Confirmare Rezervat Biţcod i WINDOW Sum Control Pointer urgent ă Opţiuni PADDING DATA ……………. Fig. 7.6 Format segment TCP

Segmentul are doua parţi: header şi date. Headerul este cunoscut cu denumirea TCP header şi conţine informaţiile de control. Câmpurile Port sursă şi Port destinaţie conţin porturile TCP prin care se identifică programul de aplicaţie de la sfârşitul conexiunii. Număr secvenţă identifică poziţia în şirul de date al transmiţătorului pentru datele din segment. Număr confirmare identifică numărul de octeţi pe care sursa speră să-l primească mai departe. Număr secvenţă se referă la şirul urmat în aceeaşi direcţie ca şi segmentul pe când numărul de confirmare se referă la şirul urmat în direcţia opusă a segmentului. HLEN este un întreg ce specifică lungimea headerului secvenţei măsurat în multipli de 32 biţi. El este necesar întrucât câmpul OPTIONS variază în lungime funcţie de opţiunea ce a fost ărimeaţiheaderului inclusă. ăCa urmare TCP este func opţiunea selectat . Cei 6 biţi m neutiliza sunt rezerva ţi pentru utilizţie ăride ulterioare.

Unele segmente transportă numai o confirmare, pe când altele date sau cereri pentru stabilirea sau închiderea conexiunii. TCP utilizeaz ă un grup de 6 biţi numit şi CODE BITS ce specifică scopul şi conţinutul segmentului. Aceşti biţi au interpretarea: URG ACK PSH RST SYN FIN

Pointerul urgent este valid Câmp confirmare valid Segmentul cere un PUSH Resetare conexiune Sincronizarea număr secvenţă Transmiţătorul a atins sfârşitul şirului

Câmpul WINDOW este un întreg pe 16 bi ţi fără semn ce specifică mărimea buferului. TCP este un protocol orientat pe şir şi este adesea important pentru programul de la un capăt al conexiunii, care este responsabil de trimiterea datelor că poate trimite "out of band " fără să aştepte ca programul de la celălalt capăt al conexiunii să consume octeţii aflaţi deja în şir. De exemplu când TCP este utilizat pentru o conexiune îndepărtată, utilizatorul poate decide să trimită o secvenţă de taste care întrerupe sau renunţă la comunicaţia cu programul ce rulează în cealaltă parte. Aceste semnale sunt adesea necesare când 144


programul de la maşina îndepărtată nu operează corect. Semnalul trebuie trimis fără a aştepta ca programul să citească octeţii deja existenţi în şirul TCP. Pentru aceasta TCP permite transmi ţătorului să specifice date urgente, însemnând că programul receptor va fi atenţionat de sosire cât mai repede posibil indiferent de pozi ţia lor în şir. Protocolul specifică faptul că atunci când urgent este găsit TCP atenţionează aplicaţia. TCP spune programului de aplica ţie să se întoarcă la operare normală. Modul în care TCP informează programul de aplicaţie despre datele urgente depinde de sistemul de operare. Modul de marcare urgent depinde de codul bitului din câmpul urgent pointer. Nu toate segmentele ce traverseaz ă re ţeaua au aceeaşi dimensiune. Totuşi, ambele terminale necesită agrearea dimensiunii minime a segmentului transmis. În implementarea software a protocolului TCP se utilizează câmpul opţiune pentru a negocia cu software-ul TCP de la celălalt capăt al conexiunii asupra dimensiunii maxime a segmentului. De exemplu, când un sistem dispune de numai câteva sute de baiţi ca dimensiune a bufferului legat la un supercalculator el poate negocia o dimensiune maximă ce restricţionează mărimea segmentului primit în buffer. Este important în special pentru calculatoarele conectate la reţele locale de viteză mare ce aleg dimensiunea maximă a segmentului. Valoarea de default este 536 octeţi la care se adaugă pentru datagrama IP mărimea standard a headerelor IP şi TCP. Alegerea dimensiunii optime este foarte importantă deoarece o mărime necorespunzătoare poate înrăutăţi performanţele. Dimensiunile mici conţin o mare parte de informaţie în header, ceea ce face comunicarea ineficientă. Creşterea exagerată a mărimii segmentului determină multe defragmentări acestea scăzând probabilitatea de recepţie corectă. Teoretic, dimensiunea optimă este cea care nu determină fragmentare. Un alt criteriu este dat de headerele protocolului de nivel scăzut. 7.4.3 Calculul su mei de co ntro l TCP

Suma de control conţine un întreg de 16 bi ţi utilizat pentru a verifica integritatea datelor conţinute în headerul TCP. Procedura de calcul este similară cu cea utilizată la suma de control UDP. Se prepară un pseudoheader la segment, se adaugă bi ţi 0 pentru a face segmentul ţi şi ăcalculeaz ă suma de multiplu întregul rezultat. de TCP16nubinum ră pseudoheader saucontrol paddingpeste în lungimea segmentului nici dacă îl transmite. El presupune c ă informaţia în câmpul suma de control este zero pentru a calcula suma de control. TCP utilizează o aritmetică de 16 biţi şi face suma complement fată de unu. Pseudoheader este acelaşi cu cel de la UDP şi permite receptorului să verifice dacă segmentul a ajuns la destinaţia corectă, destinaţie ce include ambele adrese IP cât şi numărul de port. Ambele adrese sunt importante pentru TCP deoarece ele trebuiesc utilizate pentru a identifica conexiunea la care segmentul se referă.

145


În figura 7.7 se arată formatul pseudoheader utilizat pentru calculul sumei de control: 8 16 31 Adresa IP Sursă Adresa IP Destinaţie ZERO PROTOCOL TCP LENGTH Fig. 7.7 Pseudoheader TCP TCP transmiţător asignează câmpul PROTOCOL cu valoarea pe care sistemul de distribuţie a utilizat-o la tipul protocol. Pentru datagrame TCP valoarea este 6. TCP Length specifică lungimea totală a segmentului TCP incluzând şi headerul TCP. La recepţie, valoarea utilizată în pseudoheader este extrasă din datagrama IP care transportă segmentul şi include suma de control. 7.4.4 Contr olul flu xulu i

Deoarece TCP transmite segmente de lungimi diferite şi întrucât segmentele retransmise pot include mai mult decât datele srcinale, confirmările nu pot să se refere simplu la datagrame sau segmente. Ele se referă la poziţia în şir utilizând numărul de secvenţă al şirului. Receptorul colectează octeţii de date de la segmentele ce sosesc şi reconstruieşte copia exactă a şirului ce a fost transmis. Deoarece segmentele traversează reţeaua în datagrame IP, ele pot fi pierdute sau pot sosi în altă ordine receptorul utilizează numărul de secvenţă pentru a reordona secvenţa. La orice moment de timp receptorul va reconstrui zero sau mai mulţi octeţi, continuu de la începutul şirului, însă poate avea piese adiţionale ale şirului de la datagramele ce sosesc în altă ordine. Receptorul confirmă întotdeauna prefixele continue ale şirului care au fost recep ţionate corect. Fiecare confirmare specifică o valoare de secven ţă cu unu mai mare decât octetul maxim ca poziţie în prefixul continuu recepţionat. Transmiţătorul primeşte a şa reacţii continue în conjuncţie cu recepţia şirului. Concluzie: O confirmare TCP specifică numărul de secvenţă al următorului octet pe care receptorul speră să-l primească.

Una din cele mai importante şi complexe idei în TCP este încapsulată în modul de manipulare a timpului expirat şi retransmisie. Similar cu alte protocoale TCP aşteaptă destinaţia să transmită Calculul timpului ca un segment sa ajungă la destinaţie

146

ări oricând aceasta recepţionează cu succes noi octeţi ai confirm şirului de date. Oricând el trimite un segment, TCP startează un timer şi aşteaptă confirmarea. Dacă timpul expiră înainte ca segmentul de date să fie confirmat TCP presupune că segmentul a fost pierdut sau corupt şi îl retransmite. Pentru a înţelege de ce algoritmul de retransmisie TCP diferă de algoritmii utilizaţi în alte reţele este necesar a considera faptul ca TCP este destinat pentru comunica ţia în Internet, utilizând mai multe căi şi mai multe rutere. Ca urmare întârzierile fiecărui ruter depind de trafic, de timpul total cerut pentru ca un segment să ajungă la destinaţie şi de confirmarea către sursă,


ce diferă de la un caz la altul. TCP se adapteaz ă astfel la întârzieri folosind un algoritm de retransmisie adaptiv. În esen ţă TCP monitorizează performantele fiecărei conexiuni şi deduce valori rezonabile pentru timpii de aşteptare. Drept criteriu de performanţă la schimbarea conexiunii, TCP revizuieşte valorile timpilor de aşteptare. Pentru aceasta TCP înregistrează timpul la care fiecare segment este trimis şi la care confirmarea soseşte pentru datele din segment. Din cei doi timpi TCP calculează timpul previzional cunoscut ca timp mediu. Când obţine alte valori ajustează media pentru conexiune.

Ajustare RTT, timeout

ă timpul estimat (RTT). De exemplu, când Uzual TCP calculeaz ă o stocheaz nouă medie, o simplă tehnică este cea de utilizare a unei constante α între 0 şi 1 pentru a pondera media veche cu ultimul timp calculat RTT=( α * Old_RTT )+( (1-α) * New_RTSample ) Alegerea unui α aproape de 1 face ajustarea minimă cu valorile calculate în ultimul moment. O valoare care tinde c ătre 0 face ca schimbările să fie luate în considerare cât mai rapid. TCP utilizeaz ă o constantă β pentru a pondera timpul de aşteptare cu RTT. De regula β>1 Timeout = β* RTT Alegerea lui β este foarte dificilă. Pe de o parte pentru a detecta repede pachetele pierdute, β trebuie ales mic, adic ă aproape de 1 astfel încât TCP să nu aştepte timpi mari înainte de retransmisie. Dacă însa β=1 mici întreruperi vor determina retransmisii nenecesare ă ărgimea de bandă. Specificaţia srcinal ă care vor ă βînc recomand =2,rca multel lucr ări recente descriu noi tehnici de alegere a timpului de răspuns.

În teorie măsurarea precisă a timpului de călătorie aleator este o chestiune trivială ea constând în sc ăderea timpilor de confirmare şi recepţie. Totuşi chestiunea devine complicată deoarece TCP utilizează confirmare cumulativă în care o confirmare se refera la o dată recepţionată şi nu la instanţa unei datagrame specifice care transportă datele. La o retransmisie, TCP formeaz ă un segment, plasează datagrama în el şi îl retransmite, timpul expiră, şi TCP trimite încă un segment în a doua datagram ă. Deoarece ambele datagrame conţin aceleaşi date transmiţătorul nu are de unde să ştie dacă o confirmare se referă la primele date sau la cele retransmise. Fenomenul se numeşte transmisie ambiguă şi confirmarea TCP se zice ambiguă. Dacă o confirmare soseşte după una sau mai multe retransmisii TCP va măsura timpul de reacţie de la transmisia srcinal ă şi calculează un nou RTT utilizând un timp excesiv de lung. Algoritmul Karn. Dacă transmisia srcinal ă şi cea mai recentă transmisie eşuează, ce va face TCP pentru determinarea timpului? Răspunsul acceptat este simplu: TCP nu modific ă timpul estimat pentru segmentele retransmise. Ideea este cunoscută sub numele de Karn’s Algorithm care ajustează timpul estimat doar pentru confirmările neambigui (adică segmente transmise o singură dată). 147


Algoritmul Karn’s

Desigur că o implementare simplistă a algoritmului care ignoră timpii pentru segmente retransmise poate duce la erori. S ă considerăm că TCP trimite un segment după o creştere a întârzierii. El calculeaz ă o nouă întârziere utilizând timpul estimat. Timpul va fi prea mic pentru o nouă întârziere şi va forţa retransmisia. Dacă TCP ignoră confirmările de la segmentele retransmise el nu va corecta niciodat ă estimarea şi ciclul va continua. Pentru eliminarea acestei situaţii algoritmul Karn cere transmiţătorului să combine timpii de a şteptare pentru transmisie printr-o strategie time-backoff. Această tehnică calculează timeout utilizând formula: γ timeout new-timeout Totuşi dacă timpul expiră=şi *determin ă o retransmisie TCP cre şte valoarea timeout. În fapt, la fiecare timp la care se retransmite un segment TCP creşte timeout şi multe implementări au grijă să limiteze acest timp pentru a nu determina întârzieri mari. Tipic γ este 2. Alte implementări utilizează o tabelă a factorilor de multiplicare permiţând variaţii relativ arbitrare la fiecare pas.

Cercetările de estimare a timpului au ar ătat că modul de calcul al acestuia nu este adaptat la varia ţii mari ale întârzierii. Teoria cozilor arată că variaţia acestui timp, σ, este proporţională cu 1/(1-L), unde L este încărcarea curentă a re ţelei 0 ≤ L ≤ 1. Dacă se lucrează la 50% capacitate, timpul variază cu un factor de ±2σ sau 4σ. Când încărcarea devine 80% variaţia ajunge la 10σ. Utilizând tehnica de limitare a lui β cu valoarea 2 arată că timpul de călătorie este adaptat ărcare ţia TCP ă o varia ţie pentru înclocul de 30%. βSpecifica utilizeaz estimatăo în constantei . Ca rezultat, unele implement ări ale TCP pot fi adaptate la o gamă largă de variaţie şi întârziere. Un calcul se poate face utilizând ecua ţiile simple: DIFF = SAMPLE - Old_RTT Smoothed_RTT = Old_RTT + δ* DIFF DEV = Old_DEV + ρ(|DIFF| - Old_DEV ) Timeout = Smoothed_RTT + η* DEV unde DEV este deviaţia estimată, δ este un factor între 0 şi 1 care controlează cât de rapid un nou eşantion afectează valoarea, ρ este un factor între 0 şi 1 care arată cât de repede un nou e şantion afectează deviaţia şi η este un factor care arată cum afectează deviaţia RTT. Pentru a face calculul eficient, TCP alege δ şi ρ la fiecare pas ca putere inversă a lui 2 (2-n). Cercetările arată că valorile δ=1/23, ρ=1/22 şi η=3 lucrează bine. Valoarea srcinal ă a lui η în

UNIX a fost 2, şi a fost schimbată la 4. S-a văzut ca TCP consideră interacţiunea între doi endpoints ai conexiunii şi că comunicaţia întârzie între aceşti doi endpoints. Congestia este o condiţie de întârziere severă cauzată de încărcarea datagramelor la unul sau mai multe puncte de comutare (rutere). Când congestia apare, întârzierea creşte şi routerul începe să pună datagrame în coadă pană când le poate distribui. Se reaminte şte că ruterele au capacitate de stocare finită şi că nu există în Internet o prealocare a resurselor pentru fiecare conexiune. În acest caz dacă 148


Creşterea întârzierii generează congestie prin retransmisie

numărul datagramelor ce sosesc la un ruter cre şte poate duce la atingerea capacităţii maxime a acestuia şi ca urmare vor fi pierdute. Un endpoint nu cunoaşte în mod uzual unde apare congestia, şi nici cum. Ca urmare congestia înseamnă creşterea întârzierii. În consecinţa multe protocoale de transport utilizează timeout şi retransmisie aşa că răspund la creşterea întârzierii prin retransmisia datagramelor. Retransmisia agravează congestia şi procesul întră într-o bucla infinită. Condiţia este cunoscută prin colapsul congestiei. Pentru a preveni acest lucru TCP trebuie s ă reducă rata de transmisie când ICMP apare şcongestia. lungimeaapare, cozii utilizând tehnici i informeazRuterele ă gazda verific că o ăcongestie însa TCP poate ajuta eliminarea congestiei prin reducerea automată a ratei de transfer când întârzierea apare. Desigur că algoritmii pentru preîntâmpinarea congestiei trebuie să fie construiţi cu atenţie deoarece pot determina mari variaţii ale RTT. Pentru a preîntâmpina congestia standardul TCP recomandă utilizarea a două tehnici: Slow-start Descreştere multiplicativă  

Am arătat că pentru fiecare conexiune TCP trebuie s ă păstreze mărimea ferestrei receptorului (adică mărimea bufferului fără confirmări). Pentru controlul congestiei este necesar a păstra o a doua limită numită şi fereastră de congestie. La orice moment TCP face dimensiunea ferestrei ca fiind Min (confirmare_recepţie, fereastra_congestie). Când nu există congestie, fereastra de congestie are aceeaşi valoare cu cea de confirmare recepţie. Reducerea ferestrei de confirmare diminuează traficul pe care TCP îl trimite către conexiune. Pentru a estima mărimea ferestrei de congestie, TCP presupune că cele mai multe datagrame pierdute sunt datorate congestiei şi utilizează următoarea strategie. Principiul descreşterii multiplicative

Descreşterea multiplicativă face ca după pierderea unui segment să se reducă fereastra de congestie la jumătate (până la minim un segment). Pentru segmentele care rămân în fereastra permisă, reduce timpul de retransmisie exponenţial. Întrucât TCP reduce fereastra de congestie la jumătate la fiecare pierdere, el descre şte fereastra exponenţial dacă pierderile de segmente continuă. Cu alte cuvinte se reduce traficul exponen ţial şi rata de transmisie. Dacă pierderea continuă TCP limitează transmisia la o singură datagramă ş ă timpul de aşteptare la fiecare retransmisie. constc ăă îni dubleaz reducerea semnificativ ă a transferului pentru a seIdeea asigura ruterul procesează datagramele existente deja în coadă.

La funcţionare normală se poate gândi că TCP inversează descreşterea multiplicativă şi dublează fereastra de congestie când traficul devine fluent. Tehnica este numit ă slow-start. Când startează o nouă conexiune sau traficul creşte după congestie, porneşte cu fereastra de congestie la dimensiunea unui singur segment şi creşte această dimensiune la orice moment cu o singură unitate (segment) 149


dacă confirmarea soseşte. Pentru a creşte dimensiunea ferestrei mai repede fără a determina congestii adiţionale TCP adaugă o nouă restricţie. Odată ce dimensiunea ferestrei atinge jum ătate din dimensiunea iniţiala dinainte de congestie, TCP scade rata incrementului. El va creşte dimensiunea cu 1 numai dacă toate segmentele din fereastră au fost confirmate.



Adevărat / Fals A/F 1. Diferenţa între un protocol şi un software care îl implementează este analoagă cu diferenţa între un limbaj de programare şi un compilator A/F 2. Un endpoints este o asociaţie între o adresă IP şi un număr de port. A/F 3. TCP vede şirul de date primit de la aplicaţie ca o secvenţa de octeţi sau baiţi şi nu pot fi împărţiţi în segmente. ă dimensiunea ferestrei alunec ătoare este zero A/F 4. Dac transmisia de date este oprită.

A/F 5. Număr secvenţă în header TCP identifică poziţia în şirul de date al transmiţătorului pentru datele din segmentul curent. A/F 6. Flagul urgent în header TCP indică ruterelor să distribuie datagrama cu prioritate. A/F 7. O creşterea exagerată a mărimii segmentului TCP determină multe defragmentări scăzând probabilitatea de recepţie corectă. A/F 8. Utilizarea unui pseudoheader la calculul sumei de control asigură o verificare suplimentară a atingerii destinaţiei unui segment. A/F 9. O confirmare TCP specifică numărul de secvenţă minus 2 al următorului octet pe care receptorul speră să-l primească. A/F 10. Prin modificarea timpilor de aşteptare la confirmarea secvenţelor transmise TCP duce le creşterea congestiei.

150


Sarcină de lucru 7 Prezintă în maxim 200 de cuvinte principalele diferen ţe dintre UDP şi TCP Acest eseu va fi notat cu maxim 20 de puncte. 5 puncte vor fi acordate pentru corectitudinea exprimării, 10 puncte pentru argumentare şi 5 puncte pentru inventivitate.

151


Lucrare de verificare 7 Lucrarea de verificare constă în formularea răspunsului adecvat la 5 întrebări corespunzând conţinutului unităţii de învăţare 7. Răspunsul la o întrebare nu trebuie să depăşească o jumătate de pagină. Fiecare răspuns trebuie argumentat. Pentru o întrebare se pot obţine maximum 80 puncte. Numărul de puncte obţinut pentru un test este dat de suma punctajelor la toate întrebările testului împărţită la numărul de întrebări. La evaluarea lucrării se iau în consideraţie pentru fiecare răspuns la întrebare: Claritatea exprimării şi organizarea structurală a răspunsului (10 puncte); Utilizarea corectă a termenilor de specialitate aferen ţi unităţii de învăţare (15 puncte); Completitudinea răspunsului (30 puncte); Calitatea argumentării afirmaţiilor (15 puncte); Introducerea de elemente srcinale sau înv ăţate din bibliografia recomandată (10 puncte); Poate fi oferită o bonificaţie de maxim 5 puncte dac ă lucrările sunt transmise la timp şi punctajul obţinut nu depăşeşte punctajul maxim. 1. Prezentaţi structura generală a datagramelor utilizator.

2. Cum justificaţi existenţa mecanismelor de transmisii de date fără controlul corectitudinii recepţiei.

3. Enumeraţi principiile de modificare a timpilor de a şteptare implementate în TCP.

4. Explicaţi semnificaţia câmpurilor din headerul TCP.

5. Care sunt avantajele utilizării ferestrei alunecătoare la confirmarea segmentelor transmise TCP?

Răspunsurile corecte ale testelor de autoevaluare Testul de autoevaluare 7.1: 1A2F3F4A5A Testul de autoevaluare 7.2: 1F2A3F4A5A Testul de autoevaluare 7.3: 1 A 2 A 3 F 4 A 5 A 6 F 7 A 8 A 9 F 10 F

152

(vezi secţiunea 7.2) (vezi secţiunea 7.3) (vezi secţiunea 7.4)


Bibliografie [1] Andrew Tanenbaum, Reţele de calculatoare, Agora Press 1998 (cap.3) [2] Dorin Cârstoiu, Reţele globale: www.rg.aii.pub.ro (cap. 4) [3] L. Dobrica, T. Ionescu, “Ingineria sistemelor de programe pentru gestiunea reţelelor de telecomunicaţii”, Editura Printech, Bucureşti, 2000 (cap.3)

153

Soluţii CISCO IOS software

Unitatea de învăţare nr. 8 SOLUŢII CISCO IOS SOFTWARE

SOLUŢII CISCO IOS SOFTWARE ............. ............. ............. ............ ............. ............. ..... 154 OBIECTIVE ...................................................................................................................... 154 8.1 Componente Cisco .................................................................................................. 154 8.28.2.1 Cooperarea reţele, produse ........... ............. ............. ............ ............. ............ ..157 157 Routere între ............................................................................................................... 8.2.2 Servere de acces ............................................................................................... 159 8.2.3 Cisco LAN Extender .......................................................................................... 159 8.2.4 Adaptoarele PC .................................................................................................. 159 8.2.5 Comutatoare ATM.............................................................................................. 159 8.2.6 Comutatoare LAN .............................................................................................. 159 8.3 Produse de management ........................................................................................ 160 8.4 Multimedia ................................................................................................................ 163 8.5 Soluţii Cisco ............................................................................................................. 164 Bibliografie ..................................................................................................................... 167

OBIECTIVE Această unitate de învăţare este opţională şi urmăreşte familiarizarea cursanţilor cu soluţiile de networking asigurate de CISCO

8.1 Componente Cisco Cisco IOS (Internetwork Operating System) este sistemul de operare utilizat de produsele Cisco şi se doreşte a fi o platformã ce transformã o reţea obişnuitã într-o resursã critică, oferind sofisticate servicii de networking. Este cunoscut faptul că CISCO este liderul mondial în tehnologia de comunicaţii. Pentru a înţelege utilitatea Cisco IOS trebuiesc precizate mai întâi cele patru componente ale sale care îl fac atât de performant şi atât de adaptat la cele mai noi standarde: 1. Cisco IOS Foundation Network Services reprezintă părţile componente ale unei reţele robuste; 2. Application Enabling Network Services oferă utilizatorilor un real suport pentru aplicaţiile cap-la-cap 3. Cisco IOS Technologies include aproape 15.000 de caracteristici unificând componentele eterogene Internet. 4. Cisco IOS Software Releases permite clienţilor să obţină software cu un nivel al facilităţilor şi cu o stabilitate cunoscută. Fiecare dintre aceste componente asigură o multitudine de servicii în condiţiile în care se asigura si o independenţă a componentelor. Network Foundation Services asigură următoarele servicii: 154

Soluţii CISCO IOS software 



 



Conectivitate. Leagă echipamente şi protocoale distincte peste medii de comunicaţie dintre cele mai variate. Securitate. Partajează resursele companiei, controlând accesul, autentificând utilizatorii pentru a menţine integritatea şi confidenţialitatea datelor. Scalabilitate. Oferă posibilitatea extinderii cu uşurinţă a reţelelor Fiabilitate. Maximizează timpul de bună funcţionare al reţelei şi al aplicaţiilor protejând aplicaţiile critice. Management. Administrarea cât mai facilă a reţelei si a tuturor componentelor sale.

ă: Enabling Network Servicii IBM. Services Integreazasigur ă protocoalele şi echipamentele IBM în medii multiprotocol, reducând costul şi îmbunătăţind accesul la resursele mainframe. Se rvicii m ultimedia. Negociază traficul de date critice din punctul de vedere al timpului, asigurând vehicularea traficului video şi audio care ar duce la sufocarea reţelei. Servicii de voce. Transportul traficului de voce peste infrastructura existentă a reţelei. Calitate a serviciulu i (Quality of Service). Oferă un mecanism de cozi şi priorităţi pentru gestionarea traficului şi a fiabilităţii reţelei, în general utilizat pentru aplicaţii critice. Prin tehnologii Cisco asigură o combinaţie de tehnologii software cu o fiabilitate ridicată, ce permit companiilor să aleagă tehnologia potrivita nevoilor proprii. Alţi producători oferă produse diferite pentru tehnologii diferite, în timp ce Cisco înglobeaz ă în acelaşi produs cea mai mare parte a tehnologiilor existente, iar în situa ţiile în care acest lucru nu este posibil diferen ţierea se face prin software. Se dau mai jos câteva exemple de tehnologii suportate de Cisco : AppleTalk Banyan VINES Class of Service ClickStart Data Compression DECnet Digital Subscriber Line Frame Relay IP Protocols IPv6 ISDN (Integrated Services Digital Network) Layer Two Forwarding 







                     

NetFlow Switching Software Novell IPX Packet Services Policy-Based Routing SMDS (Switched Multimegabit Data Service) Security Tag Switching VLAN Voice Communications X.25 155


Prin Cisco IOS Software Releases, Cisco vine in sprijinul clienţilor săi oferind constant noi versiuni ale Cisco IOS, corectând bug-uri din versiunile anterioare şi oferind noi facilităţi sau îmbunătăţindu-le pe cele existente. Versiunile Cisco IOS se împart în: Major r elea ses având ca scop realizarea unei fiabilit ăţi ridicate si o creştere a stabilităţi Maintenance relea ses O versiune majoră este îmbunătăţită cu actualizări constante. Aceste versiuni sunt testate riguros din punctul de vedere al calităţii, pe toate platformele suportate. Early deploym ent rele ases Versiuni ce oferă noi facilităţi, noi 







platforme si extensii ale interfeţelor. Versiuni majore ce au o General deployment releases recunoaştere extensivă în medii reale şi sunt potrivite pentru introducerea fără constrângeri în reţelele clienţilor.

Alianţa Cisco şi Microsoft au întărit parteneriatul lor în sensul dezvoltării unor standarde de securitate ce vor permite utilizatorilor să creeze reţele private sigure peste re ţelele publice, inclusiv Internetul. De asemenea cele dou ă companii au anunţat un efort comun în dezvoltarea tehnologiei directory a Microsoft. Alianţa dintre Cisco şi Alcatel doreşte să ofere o soluţie completă de reţea companiilor de telecomunicaţii şi furnizorilor de service Internet. Alcatel va contribui cu experienţa sa în tehnologia switching, accesul de mare viteză şi comunicaţiile de voce, în timp ce Cisco va oferi experienţa sa în comunicaţia de date şi în tehnologiile Internet. Cisco areproduc un program achizi ţii,pentru înglobând diverse companii ătoare depermanent hardware şde i software networking, în scopul de a oferi servicii şi produse mai bune clienţilor săi, dar şi pentru a dispune de o soluţie completă de networking, în sensul “one-stop network shop”. Comerţ electronic Modelul “Global Networking Business” lansat de Cisco este un mediu deschis, ce depăşeşte barierele tradiţionale ale relaţiilor de afaceri , în special din punct de vedere geografic, permiţând accesul la informaţii, resurse şi servicii. În prezent Cisco oferă mai mult de 70% din suportul pentru clien ţi prin intermediul Internet. Acest model de afaceri permite clienţilor Cisco să-şi desfăşoare întreaga activitate comercială on-line. Soluţia de comerţ electronic a Cisco este recunoscută pe plan mondial ca fiind una dintre primele dar şi ca o soluţie foarte bună. De exemplu Cisco lucrează cu acest model de ani buni, iar Hewllet-Packard abia acum introduce acest sistem. Una din componentele “Global Networking Business”, “Networked Commerce” oferă clienţilor şi partenerilor Cisco o soluţie completă pentru desfăşurarea tranzacţiilor comerciale on-line. Principalele sale beneficii constau în automatizarea operaţiilor comerciale zilnice, oferind o productivitate ridicată, servicii îmbunătăţite, disponibilitate 24 de ore din 24, şi un acces rapid la o gamă largă de informaţii (deci partenerii din toată lumea nu mai trebuie să se alinieze la orarul Statelor Unite). 156


“Customer Support” oferă clienţilor toate informaţiile de care aceştia au nevoie, reducând la minim contactele directe care implic ă costuri ridicate precum şi timp de răspuns uneori inacceptabil.

8.2 Cooperarea între reţele, produse Internetworking se referă la un număr de atribute ale unei reţele de comunicaţie proiectate pentru a permite device-urilor componente să comunice. În mod strict termenul defineşte o interconectare a unor reţele de calculatoare. Acest sistem permite calculatoarelor să comunice indiferent de arhitectura lor sau a reţelei locale din care fac parte, înlăturând barierele asociate cu legăturile fizice ale reţelei, platformele hardware sau software. Este de aşteptat ca reţelele din zilele noastre să transporte o cantitate mai mare de date, cu întârzieri cât mai mici, să ofere mai multe servicii, toate acestea la un pre ţ cât mai scăzut. Cisco s-a orientat spre asigurarea ceea ce se numeşte “Global internetworking”, o cerinţă a zilelor noastre ce va crea în viitor un cadru pentru aplicaţiile complexe ce vor necesita o lărgime de bandă din ce în ce mai mare. Astfel de aplica ţii utilizează intens mediul de comunicaţie si impun întârzieri cât mai mici. Dintre acestea se pot aminti: proiectare 3D de înaltă definiţie, aplicaţii medicale, videoconferinţe, realitate virtuală. Prin internetwork se oferă 5 arii de servicii utilizatorilor: conectivitate, path switching, route processing, management şi control, caracteristici adiţionale cum sunt filtrare, data si protocol translation, priorităţi. Pentru realizare internetwork sunt necesare o serie de echipamente hardware cum sunt: cabluri de interconectare, repetoare, multiplexoare, modemuri, hub-uri, switch-uri, bridge-uri, routere, servere de acces. 8.2 .1 Rou tere

Routerele sunt echipamente ce interconectează reţele care folosesc protocoale şi topologii diferite, alegând calea optimă pentru a transmite datele prin interconexiuni complexe. Ele acţionează la nivelul 3 al ierarhiei ISO-OSI adică la nivelul de reţea, routarea făcându-se pe baza adresei de re ţea specifică protocolului routat. şi ca bridge, înaintând pachetele de Routerele se potdecomporta la de la unCisco segment reţea la altul pe baza adreselor MAC, deci acţionând la nivelul 2 (data link).

Principalele clase de routere comercializate de Cisco sunt: routere în configuraţie modulară, routere în configuraţie fixă, routere combinate, servere de acces, Cisco LAN extender, adaptoare PC, adaptoare ISDN pentru PC.

157


Poate cea mai importantă caracteristică a produselor Cisco şi în special a routerelor constă în capacitatea acestora de a suporta mai multe medii de comunicaţie şi interfeţe. Pentru a avea o idee completa a acestor facilităţi se dau în continuare câteva dintre aceste medii: Ethernet la 10 şi/sau 100 Mbps, Token Ring la 4 şi 16 Mbps, FDDI pentru staţii simplu sau dual ataşate, Seriale sincrone, HSSI, EIA/TIA 232, EIA/TIA 449, EIA 530, G.730/G.704, X21, Seriale asincrone, ISDN BRI şi PRI, ATM pentru fibre single mode şi multimode, T1/E1 fracţional. Pentru înţelege al routerelor impune amai întâi amai se bine facemodul diferende ţa func întreţionare protocoalele rutate se şi protocoalele de rutare. Protocoalele de rutare sunt acele protocoale care permit transferul între nodurile re ţelei a informaţiilor privind topologia şi caracteristicile reţelei, permiţând astfel routerelor să poată realiza funcţia de rutare pe baza unor tabele de rutare create în mod dinamic. Ca exemple de protocoale de rutare se pot aminti: RIP (Routing Information Protocol), IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), EGP (Exterior Gateway Protocol), BGP (Border Gateway Protocol). Descre BGP se va vorbi mai mult într-un capitol ulterior. Protocoalele rutate sunt protocoalele vehiculate care transportă informaţia utilă, cum ar fi IP (Internet Protocol), AppleTalk, IPX (Internet Pachet eXchange). Routere modulare. Componenta lor principala este format ă dintr-un şasiu ce conţine carcasa, sursa de alimentare, placa de baz ă şi backplane-ul cu un anumit num ăr de porturi disponibile. În porturi se pot introduce module variate, adică în acelaşi slot se poate introduce ori un modul cu interfeţe Token Ring ori un modul cu interfeţe Ethernet. Singura limitare vine de la num ărul de porturi disponibile. Avantajul routerelor modulare este acela că investiţia iniţială poate conţine de exemplu şasiul şi un singur modul, urmând ca pe masura necesităţilor să se introducă noi module sau să se îmbunătăţească cele existente. Există o serie de routere la care modularitatea nu se limitează doar la numărul de sloturi disponibile, ci fiecare modul în parte este modular la rândul s ău. Acest lucru induce o scalabilitate şi flexibilitate deosebite a produsului, permiţând o adaptare totală la situaţia reală. Routere fixe Routerele fixe sunt routerele care se comand ă cu o configuraţie standard, aceasta neputând fi modificat ă ulterior. Routerele combinate sunt o fuziune între cele fixe şi cele modulare în sensul că au o parte fixată şi o parte modulară, care poate fi aleasă după preferinţă. Ele combină flexibilitatea routerelor modulare cu preţul scăzut al routerelor în configuraţie fixă.

158


8.2 .2 Se rv ere de acc es

Serverele de acces funcţionează ca o combinaţie de servere terminale, server de noduri distante, translator de protocoale şi router. Aceste servere de acces sunt o platformă versatilă de comunicaţii de date, care înglobează într-un singur şasiu funcţiile de router, modem, switch, hub. În general ele se situează la periferia unei reţele centrale, permiţând accesul din locaţii distante printr-o mulţime de variante: dial-up, conexiuni sincrone, asincrone sau satelit. 8.2.3 Cisco LA N Extender

Este un caz particular de router în configura ţie fixă ce furnizează o interfaţă LAN şi o interfaţa WAN - permiţând o conectare la un server de acces distant. 8.2 .4 Ad apto arele PC

Sunt adaptoare ce conţin toate caracteristicile specifice routerelor multiprotocol, care se instalează pe un PC cu magistrală ISA sau EISA. În acest caz se diminueaz ă în mod evident costul indus de un router, dar se pierde şi o bună parte din funcţionalitate. 8.2.5 Com utatoare A TM

Linia de produse ATM a fost promovată de Cisco Systems în special după achiziţia firmei StrataCom care era specializată în acest domeniu. Produsele ATM se împart în două categorii: Harware Comutatore în sine, în general potrivite pentru o situare în backbone-ul reţelei sau la conexiunea cu backbone-ul oferind integrare cu un mare număr de protocoale şi medii de comunicaţie. Software Sunt în general produse de management pentru re ţelele ATM asigurând o gestiune integrată a serviciilor şi automatizarea operaţiilor pentru a simplifica chiar şi administrarea celor mai complexe reţele. 



8.2.6 Com utatoare LA N

Cele doua mari categorii de comutatoare LAN sunt împărţite în Huburi şi Switch-uri. Hub-ul este un device simplu ce poate fi asimilat cu un repetor ce acţionează la nivel fizic, în sensul că nu interpretează adresele de reţea sau adresele MAC ale pachetelor vehiculate. Hub-ul realizeaz ă o virtualizare a topologiei stea într-o topologie bus, adic ă topologia hub-ului este stea, în sensul că fiecare staţie se conectează direct în hub printr-un cablu dedicat, dar ca funcţionare staţiile au impresia că sunt conectate printr-o topologie bus. Modul de funcţionare este următorul: cadrul primit pe un port este difuzat pe toate celelalte porturi, fără nici o excepţie. Astfel hub-ul reprezintă un domeniu de 159


coliziuni tipic. În funcţionarea sa hub-ul reproduce semnalul electric fără a realiza nici o interpretare a acestuia. Se pot înl ănţui mai multe hub-uri, creându-se ceea ce se nume şte o stivă (stack), toată această stivă reprezentând un unic domeniu de coliziuni. În general huburile nu necesită administrare sau configurare, dar există şi huburi inteligente ce au module de management. Prin intermediul unui astfel de modul, utilizând o aplicaţie SNMP se pot activa/dezactiva porturi, se pot obţine statistici cu privire la trafic. În cazul unei stive este necesar ca doar un singur hub să aibă modul de management, prin intermediul acestuia putându-se gestiona întreaga stivă. Spre deosebire de hub-uri, switch-urile sunt device-uri inteligente ce acţionează la nivelul ISO 2 (data link), ele interpretând adresele MAC conţinute în cadrele vehiculate prin reţea. Un switch funcţionează astfel: recepţionează un cadru pe un anumit port şi citeşte adresa MAC destinaţie; dacă cunoaşte portul la care se află adresa MAC destinaţie trimite cadrul respectiv numai către acest port; dacă nu cunoaşte adresa MAC destinaţie, trimite cadrul către toate porturile. 





Treptat, un switch învaţă pe ce porturi se află diverse adrese MAC, citind adresa MAC sursă a cadrelor vehiculate. Astfel în scurt timp se crează o tabelă de switching, asemănătoare unei tabele de routare, ce conţine adresa MAC destinaţie şi portul corespunzător, urmând ca toată activitatea să se desfăşoare pe baza acestei tabele de switching. Utilizarea unui switch oferă o serie de avantaje cum sunt: eliminarea coliziunilor, creşterea lărgimii de bandă corespunzător cu numărul de porturi, facilitează un control ridicat al traficului din reţea, scade întârzierea, creşte productivitatea utilizatorilor. În cazul switchurilor nu există o confruntare între două sta ţii privind ocuparea benzii, deci fiecare staţie poate comunica cu viteza maximă permisă de mediul fizic. Tehnologia de switching a ap ărut în linia de produse Cisco în special după achiziţia firmei Kalpana, linie de produse care poarta numele de Catalyst.

8.3 Produse de management În acest paragraf vor fi enumerate produsele Cisco destinate soluţionării problemelor specifice ale reţelelor Internet şi Intranet: Securitate, Cisco PIX Firewall, TCP/IP Suite 100, Accesul sistemelor Novell la aplicaţii TCP/IP, Familia IpeXchange de produse gateway IXP-to-IP, TCP/IP Networking pentru sistemele Digital Open VMS, Cisco Multinet for Open VMS şi Multinet Secure IP, Extinderea şi dezvoltarea serverelor de aplicaţii TCP/IP, Cisco LocalDirector şi Cisco Distributed Director, Administrarea mediilor TCP/IP, Cisco DNS/DHCP Manager şi Cisco Server Suite 100. Sunt produse software şi hardware pentru management profesional 160


al reţelelor LAN şi WAN multiprotocol şi eterogene. Software-ul de management se bazează în special pe SNMP (Simple Network Management Protocol) având în general interfaţă grafică sau Web. Aceste produse se adaptează la o mulţime de platforme hardware şi software, integrându-se cu alte aplicaţii de management complexe cum ar fi HP OpenView sau IBM NetView. Cisco IOS Software oferă o multitudine de funcţii de management proiectate pentru a face faţă reţelelor distribuite de astăzi. Suportul pentru SNMP, Telnet şi RMON permite produselor Cisco să fie şi gestionate locaţbun ie ăcentral , minimizând maximizând dintr-o timpul de funcţăionare al reţelei.costurile Produsele hardware de management sunt în general destinate gestionării complexe a traficului din reţea 





CiscoWorks CiscoWorks este reprezentat de o serie de aplicaţii software de management în reţea, având la bază protocolul SNMP. Aceste aplicaţii sunt integrate într-o serie de sisteme de management SNMP larg răspândite, cum ar fi SunNet Manager, HP OpenView şi IBM NetView. Destinaţia principală a acestor produse este de a asigura monitorizarea, configurarea, întreţinerea şi diagnosticarea echipamentelor Cisco. Cisco Works Blue Maps Aplica ţia CiscoWorks Blue Maps permite supravegherea atât a reţelelor SNA, cât şi a reţelelor TCP/IP. Această funcţie este îndeplinită prin crearea şi actualizarea permanentă a unor harţi logice la nivel TCP/IP şi SNA. Cisco Works Blue Maps a fost conceput pentru a funcţiona în conjuncţie cu produsul Cisco Works. Cisco Works Blue SNA View SNA View integrează într-o consolă unică administrarea reţelelor SNA şi TCP/IP. De obicei, în aceste reţele se utilizează o consolă de management pentru administrarea resurselor SNA şi o alta, bazată pe protocolul Simple Network Management Protocol (SNMP), pentru protocolul TCP/IP. CiscoWorks Blue Maps, împreună cu CiscoWorks Blue SNA View ofer ă instrumentele de management necesare administrării resurselor SNA de pe o platformă UNIX. Prin interacţiunea cu computerele mainframe, SNA View adaugă informaţii despre Physical Unit (PU) şi Logical Unit (LU) harţilor logice create de CiscoWorks şi permit Blue Maps. Informa sunta actualizate vizualizarea integratţăiileatât resurselor dinamic fizice, cât şi a sesiunilor de lucru în timp real.



CiscoWorks Blue Native Service Point CiscoWorks Blue Native Service Point este o aplicaţie de management care permite operatorilor NetView sau NetMaster să acceseze şi să configureze routere Cisco de pe un computer mainframe. Comenzile de configurare ale routerelor Cisco pot fi introduse şi modificate de la consola IBM NetView sau Sterlings NetMaster. 161




Cisco Hub/Ring Manager for Windows Cisco Hub/Ring Manager for Windows este o aplica ţie pentru PC Windows care configurează, controlează şi monitorizează modelele Cisco 2517, 2518 şi 2519 router/hub. Cisco Hub/Ring Manager for Windows utilizează HP OpenView for Windows Network Node Manager şi poate să ruleze pe orice PC IBMcompatible 486. CiscoWorks Windows CiscoWorks Windows este un grup de aplicaţii pentru configurare şi diagnosticare a echipamentelor ă pe un PC cu sistem de Cisco. aplica ruleaz operarePachetul WindowsdeNT sauţii 95 şi este destinat reţelelor de mărime medie, având între 5 şi 50 echipamente Cisco. CiscoWorks Windows include Configuration Builder - aplicaţie destinată configurării echipamentelor Cisco, Show Commands - pentru monitorizarea routerelor, Health Monitor - pentru vizualizarea sub formă de grafice în timp real a statisticilor de trafic şi a resurselor esenţiale ale routerelor Cisco şi CiscoView - pentru afişarea sub formă grafică în timp real a unor informaţii esenţiale privind configurarea, funcţionarea corectă şi gradul de utilizare a interfeţelor din echipamentele Cisco.





NETSYS Connectivity Tools NETSYS Connectivity Tools este prima aplicaţie dintr-o serie destinată administratorilor, analiştilor şi proiectanţilor de reţele de calculatoare, serie care efectuează analiza şi simularea comportamentului reţelelor. Connectivity Tools asistă proiectarea reţelelor concentrânduse asupra problemelor legate de conectivitate în re ţea, routare şi analiză de flux. NETSYS Performance Tools Bazată pe modelul de conectivitate creat de NETSYS Connectivity Tools, Performance Tools permite crearea unui model al reţelei, pornind de la datele de trafic şi de performanţă, iar apoi analizează interacţiunile între fluxurile de trafic, topologia reţelei, parametrii de routare şi caracteristicile Cisco IOS. Aplicaţia permite, de asemenea, diagnosticarea şi rezolvarea unor probleme operaţionale, testarea de scenarii privind funcţionarea reţelei (trafic suplimentar, defecţiuni, conectarea de noi linii de comunicaţie, modificarea parametrilor de routare etc.), ajustarea unor ţeiparametri configurare nivelelor în vederea optimiz ării performan reţelei şde i planificarea de dezvoltare ulterioară.



162

AtmDirector AtmDirector este o aplicaţie de management destinată reţelelor ATM. AtmDirector furnizează instrumentele necesare pentru identificarea şi vizualizarea pe consola de management a echipamentelor ATM, configurarea de software permanent virtual channel connections (SPVCs) şi software permanent virtual path connections (SPVPs),


monitorizarea echipamentelor, administrarea circuitelor virtuale, gestiunea defecţiunilor şi a performanţelor reţelei, interacţiunea cu echipamentele ATM utilizând aplica ţiei CiscoView cât şi testarea conectivităţii reţelei. 





TrafficDirector TrafficDirector oferă administratorilor de reţea toate funcţiunile unei console RMON. TrafficDirector utilizeaz ă o interfaţă grafică pentru monitorizarea statisticilor RMON şi a informaţiilor de analiză protocol. ăsură ce CiscoWorks Switchedevolueaz Internetwork Solutions reţelele prezentului ă de la grupuri Pe de msegmente partajate către o infrastructură comutată coerentă, sunt necesare noi aplicaţii de management care să permită administrarea eficientă a acestei structuri. CiscoWorks Switched Internetwork Solutions, pachet include VlanDirector, TrafficDirector şi CiscoView, şi oferă un sistem de management optimizat pentru reţele comutate cu o dinamică ridicată. Această suită asigură identificarea automată a echipamentelor şi a topologiei reţelei, administrarea VLAN, monitorizarea performanţelor şi administrarea echipamentelor printr-o interfaţă grafică, cu ajutorul aplicaţiei CiscoView.

SwitchProbe Network Monitoring Probes Cisco oferă o gamă completă de sonde RMON pentru monitorizarea oricărui segment, inel sau port comutat dintr-o reţea de calculatoare. Cisco SwitchProbes utilizează o tehnologie numită EnterpriseRMON care, spre deosebire de alte implementări RMON, analizează traficul din reţea la nivel fizic, de re ţea şi de aplicaţie. Multiple sonde RMON pot fi administrate de la o consolă centrală, furnizând astfel informaţii complete asupra nivelului şi naturii traficului din mai multe puncte vitale ale reţelei de calculatoare.

8.4 Multimedia Soluţiile Cisco pentru aplicaţiile multimedia de reţea demonstrează puterea şi versatilitatea liniei de produse Cisco. Noile aplica ţii multimedia care apar zi de zi solicită satisfacerea a trei cerinţe de bază: banda scalabilă, multicasting – transmiterea simultana către mai multe destinaţii, calitate a serviciului. Utilizarea traficului multicast multiprotocol a crescut odată cu lansarea pe piaţă a unor aplicaţii multimedia cum ar fi videoconferinţele, serverele video, aplicaţii economice (bursa). Acest trafic se generează de obicei ca broadcast, adică toate staţiile recepţionează pachetele şi decid dacă le acceptă sau le rejectează. Întrucât acest proces are loc în background, el consumă o parte considerabilă din bandă, putând astfel împiedica transmiterea unor date de importanţă majoră. 163


Soluţiile Cisco în acest domeniu includ implementarea CGMP (Cisco Group Management Protocol) în switch-uri Catalyst pentru a preveni răspândirea pachetelor multicast către toate porturile, trimiţând acest trafic doar către acele porturi interesate de el. CGMP lucreaz ă cu IGMP (Internet Group Management Protocol) pe care se şi bazează. În plus, routerele suportă tehnologii de alocare resurse cum ar fi PIM (Protocol Independent Multicast), WFQ (Weighted Fair Queueing) şi RSVP (Resource Reservation Protocol) pentru a îndeplini cererile viitoarelor servicii audio şi video. ă a reţelelor WAN şi pentru Pentru optimizarea lărgimii de band reducerea costurilor sunt utilizate în general trei tehnici: DDR (Dial on Demand Routing), Bandwidth on Demand, Compresie.

8.5 Soluţii Cisco Pentru a reduce efortul clientului în alegerea unui produs, care de cele mai multe ori este destul de complex, acesta trebuind de obicei să apeleze la serviciile unui consultant, ori să consume timp pentru studierea catalogului de produse, în situaţia în care clientul nu este un expert în networking (prin asta în ţelegând o firmă care doreşte s ă achiziţioneze echipamente pentru reţeaua proprie), Cisco Systems oferă aşa numitele soluţii. Soluţiile sunt realizate ca o ierarhie, încercând ca la nodurile terminale să prezinte soluţii complete pentru firme cu profil de activitate destul de obişnuit. Toate firmele mari, cu pretenţii de lideri pe pia ţa mondială de networking se străduiesc să fie “networking one stop shop”, adic ă să ofere o gamă cât mai variată de produse, astfel încât clientul să nu mai fie nevoit s ă apeleze la serviciile unei terţe firme. Această modalitate de abordare prezintă avantaje pentru ambele parţi, atât pentru client cât şi pentru furnizor, întrucât primul nu trebuie să se mai plimbe pe la mai mulţi producători, iar cel de-al doilea îşi impune astfel pe pia ţă produsele în faţa concurenţei demonstrând că posedă o gamă de produse viabilă care face faţă unei situaţii reale. Categoriile majore de soluţii oferite de Cisco sunt adresate după tipul de activitate: Service Provider, Enterprise, Enterprise SNA, Government, Education, Small/Medium Business, Small Office/Home Office (SOHO). Service Provider

Pachetul “Easy Connection” oferă “customer premises equipment” (echipamente aflate în proprietatea clientului) şi software-ul necesar pentru: Dial Access (acces prin linie telefonică comutată - nu închiriată) soluţia este recomandată pentru firme medii şi mari ce au nevoie de acces distant la o reţea privată. ISDN - Integrated Services Digital Network Secure Acces Acces sigur (din punctul de vedere al securităţii) la Internet dintr-o reţea privată. 

 

164




School Networking Acces la Internet pentru instituţiile de învăţământ. Small Office Access Acces rapid şi simplu la Internet pentru firme mici.

Enterprise O reţea Enterprise este o reţea mare aflată în proprietatea unei mari companii ce cuprinde mai multe loca ţii, având un număr mare de utilizatori. Soluţia are în compunere trei componente principale, având caracteristici Campus Constădiferite: din utilizatori conectaţi local, într-o clădire sau într-un grup de clădiri. Principala caracteristică este dată de faptul că mediul fizic de comunicaţie este proprietatea firmei respective. Aceasta permite ca la proiectarea reţelei să se optimizeze accesul la resursele locale. WAN Conectează mai multe campusuri între ele. Întrucât infrastructura WAN este de obicei închiriată de la un Service Provider, se vor optimiza costul transmisiei şi eficienţa acesteia. Remote De obicei este o re ţea de dimensiuni reduse care se conectează la reţeaua campus prin intermediul WAN. Tendinţa este de a avea multe astfel de loca ţii remote, ceea ce conduce la o cheltuială cu serviciile de comunica ţie de cele mai multe ori exagerată. Aceste soluţii end-to-end oferă operaţii de reţea optimizate incluzând: securitate, calitatea serviciului (QoS), managementul adreselor. 





Enterprise SNA (System Network Architecture) Programul “CiscoBlue” ajută clienţii unei reţele IBM să consolideze reţeaua, să gestioneze resursele SNA şi non-SNA, integrând reţeaua IBM în reţelele de mare viteză bazate pe tehnologia switching. Soluţiile Enterprise SNA se împart în trei categorii majore: Backbone Oferă un mijloc flexibil de a transporta protocoale multiple peste o infrastructură comună. Access Migrarea accesului locaţiilor distante în reţeaua centrală de la vechile legături SDLC la noile servicii Frame Relay. Data center Accesul la informaţiile stocate în mainframe-uri din medii distante eterogene, obţinându-se un avantaj maxim faţă de infrastructura existentă. 





Government Aceste soluţii propun construirea unei infrastructuri de comunicaţie în mediul guvernamental. Instituţiile guvernamentale din întreaga lume se confruntă în prezent cu o provocare unică - menţinerea si chiar extinderea serviciilor într-o perioadă de constrângeri bugetare fără precedent. Cisco deţine aproape trei sferturi din pia ţa de routere pentru agenţiile federale din SUA. Soluţiile din această categorie se împart în trei mari clase, dupa profilul instituţiei respective: 165






Federal Cu cerinţe privind securitatea, soluţii SNA, ATM, Multicast. State Se pot obţine reduceri de costuri datorită faptului că instituţiile transmit date printr-o singură reţea, evitând închirierea de linii telefonice de la companiile de telecomunicaţii. Accesul funcţionarilor la baze de date centralizate, servicii video, mail şi nu în ultimul rând la Internet a sporit în mod cert productivitatea acestora. Local Pentru aşa numitele “county”.

Este de discutat despre Force XXI Cisco –The Digitalinteresant Experiment” al armatei SUA.programul Produsele“Task de networking sunt utilizate de armata americană pentru a interconecta centrele de comandă şi control printr-o varietate de sisteme de comunicaţie, oferind o adevărată structură software a câmpului de luptă. Routerele Cisco 2514 şi Cisco 4000 au fost selectate pentru a fi utilizate în centrele de operaţiuni tactice ce sunt compuse din vehicule mobile folosite pentru planificarea, monitorizarea şi administrarea desfăşurării luptei. Educaţie Cisco oferă echipament de networking primar ce serveşte la realizarea infrastructurii laboratoarelor şcolare. De asemenea oferă resurse (materiale scrise şi multimedia) pentru a sprijini procesul de învăţare, oferind posibilitatea studierii unor situaţii reale. Cisco are un program special numit “Cisco Networking Academy” pentru universităţile interesate in formarea de speciali şti în networking, oferind facilităţi unice. Acesta este un program complet de patru semestre privind principiile teoretice şi practice pentru proiectarea, realizarea şi întreţinerea reţelelor capabile să suporte organizaţii naţionale sau globale. Există şi un examen de verificare “Cisco Certified Networking Associate”, care îl va propulsa pe studentul care îl absolv ă într-o poziţie foarte favorabilă pe piaţa locurilor de muncă sau pentru zona de cercetare din cadrul universităţilor. Small/Medium Business Aceste soluţii se împart în dou ă categorii majore: 



ţii sedii pentru reţele LAN mobili. de mare Business ţă,Solutions, performan conectivitatesolu între distante, utilizatori Industry specific solutions, electronic publishing, accounting bănci, comerţ electronic, birouri de avocatură, instituţii medicale, accesul la baze de date comerciale distribuite.

Small Office/Home Office (SOHO)

166


În acest caz există de obicei mai multe calculatoare conectate cu cel puţin o imprimantă care au nevoie de mail, acces Internet, conexiuni cu reţele specifice. În mod obişnuit în astfel de firme nu se află specialişti în networking capabili să depisteze eventuale defecţiuni, deci echipamentele şi softwareul trebuie să fie uşor de utilizat, astfel încât întreţinerea să poată fi făcute chiar de către persoane neavizate.

Bibliografie [1] Andrew Tanenbaum, Reţele de calculatoare, Agora Press 1998 [2] Dorin Cârstoiu, Reţele globale: www.rg.aii.pub.ro [3] *** www.cisco.com **

167


Bibliografie [1] Andrew Tanenbaum, Reţele de calculatoare, Agora Press 1998. [2] Dorin Cârstoiu, Gestiunea documentelor, Ed. Printech 2000. [3] Dorin Cârstoiu, Reţele globale: www.rg.aii.pub.ro [4] L. Dobrica, T. Ionescu, “Ingineria sistemelor de programe pentru gestiunea reţelelor de telecomunicaţii”, Editura Printech, Bucureşti, 2000 [5] Peter Norton, John Goodman, Totul despre calculatoarele personale, Ed. Teora 2000. [6] Tina Rothbone, Modemuri pentru toţi, Ed. Teora 2003. [7] Titu Bajenescu, Sisteme personale de comunicaţii, Ed. Teora 2002. [8] Titu I. Bajenescu, Comunicaţia prin satelit, Ed. Teora 2002. [9] *** www.cisco.com **

168

Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin P rogramul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 Investeşte în oameni!

Formarea profesională a cadrelor didactice din învăţământul preuniversitar pentru noi oportunităţi de dezvoltare în carieră

Unitatea de Management al Proiectelor cu Finanţare Externă

Str. Spiru Haret nr. 12, Etaj 2, Sector 1, Cod poºtal 010176, Bucureºti Tel: 021 305 59 99 Fax: 021 305 59 89

http://conversii.pmu.ro e-mail: [email protected]

IS BN

97

860

651 513 07

Tehnologia_informatiei_si_comunicarii_-_2_-_Structura_sistemelor_de_comunicatii

Recommend Documents