Tipuri de rețele. protocoale utilizate în rețelele de comunicații

Introducere

Începutul secolului al XXI-lea este caracterizat într-o măsură semnificativă ca secol al societăţii informatizate. Evoluţia tehnologiilor bazate pe tehnologia siliciului a dus la creşterea numărului de calculatoare şi la necesitatea utilizatorilor finali de a schimba informaţie între acestea. Acest fapt a condus implicit la o cerere tot mai mare de interconectare.

Dacă acum câţiva ani doar instituţiile aveau acces la o reţea globală de calculatoare, la momentul actual putem vorbi despre necesitatea conectării la o reţea globală a obiectelor electrocasnice şi chiar a automobilelor.

Datorită faptului că numărul calculatoarelor era din ce în ce mai mare, precum şi a faptului că la fiecare din acestea se stocau ceva informaţii din diverse domenii, a devenit necesar schimbul operativ de informaţii la distanţă. Astfel au apărut reţelele de calculatoare. Astăzi echipamentele care se pot conecta la o reţea s-au diversificat astfel că dintr-o reţea de comunicaţii pot face parte calculatoare, laptopuri, imprimante, telefoane, PDA-uri etc.

Odată cu extinderea domeniilor de aplicare a calculatoarelor, a crescut şi numărul utilizatorilor ce doreau să facă schimb de date sau să prelucreze informaţiile comune. De exemplu, zeci de angajaţi ai unei întreprinderi lucrează împreună la elaborarea bugetului, fiecare din ei fiind responsabil de un anumit compartiment. În cadrul unei companii de transporturi aeriene biletele la una şi aceiaşi cursă pot fi vândute de mai multe agenţii, care evident, se află în oraşe diferite. Pentru a soluţiona astfel de probleme, au fost elaborate mijloace tehnice care permit calculatoarelor să comunice între ele.

Reţelele de calculatoare s-au dezvoltat spectaculos în ultimii ani, datorită evoluţiei tehnologiilor hardware, software şi de interconectare. Tehnologii de mare viteză au dus la utilizarea reţelelor de calculatoare în toate domeniile vieţii socio-economice, cu rezultate deosebite.

Avantajele imediate ale folosirii unei reţele de comunicaţii sunt: schimbul de informaţii, transferul de date, utilizarea comună a resurselor, partajarea sarcinilor, protecţia datelor. Comunicaţiile între echipamentele interconectate fizic şi logic într-o reţea se realizează pe baza unor suite de reguli de comunicare şi formate impuse pentru reprezentarea şi transferul datelor, numite protocoale. Se folosesc numeroase suite de protocoale, dar scopul oricărei reţele de comunicaţii este acela de a permite transmisia informaţiilor între oricare două echipamente, indiferent de producător, de sistemul de operare folosit sau de suita de protocoale aleasă.

1. Criterii de clasificare a reţelelor de comunicaţie între calculatoare. Topologii de reţele

1.1 Criterii de clasificare

La ora actuala există un număr mare de reţele de calculatoare, care prezintă diferenţe din următoarele puncte de vedere:

caracteristicile tehnice:

- mediul fizic de transmisie;

- modul de etichetare a utilizatorilor şi algoritmul de stabilire a traseelor

informaţiilor;

- numărul şi conţinutul de funcţii ale nivelurilor ierarhice, precum şi

protocoalele utilizate;

serviciile oferite:

- comunicaţia între procese arbitrare;

- ataşarea la reţea a unui calculator aflat la distanţă;

- rularea unor programe pe un calculator aflat la distanţă, cu datele locale, inclusiv teleconducerea unui proces;

- transfer de fişiere;

- poşta electronică;

proprietarul:

- reţele publice aparţinând PTT sau altor societăţi de telecomunicaţii;

- reţele ale unor institute de cercetări ştiinţifice sau de învăţământ;

- reţele realizate şi exploatate în cooperare de mai mulţi utilizatori;

- reţele ale unor companii/corporaţii industriale, bancare, de transport, de turism, etc.;

modul cum au fost concepute:

- reţele proiectate şi realizate de o instituţie, pentru un scop bine determinat;

- reţele rezultate prin interconectare, în timp, a calculatoarelor unor utilizatori, fără un plan de perspectivă;

utilizatorii:

- întreprinderi, institute, concerne (corporaţii), ministere, universităţi, organizaţii guvernamentale, armată etc.;

- profesioniştii dintr-un anumit domeniu (cercetători ştiinţifici, cadre didactice universitare, meteorologi etc.).

1.2 Topologii de reţele

Amplasamentul nodurilor şi configuraţia canalelor fizice (liniilor) de comunicaţie ce leagă între ele aceste noduri constituie topologia reţelei (network topology).

În topologiile posibile de subreţele avem două categorii de canale fizice:

- canale fizice punct-la-punct (point-to-point) în reţelele în care, între diverse noduri, există numeroase canale şi orice canal leagă doar o pereche de noduri, iar două noduri care nu au legatură directă pot comunica indirect prin intermediul unor noduri intermediare. Majoritatea WAN-urilor sunt realizate cu astfel de canale între noduri (care reprezintă IMP).

- canale fizice multiacces/unice (multiaccess) în reţelele în care există un canal unic folosit în comun de toate nodurile sistemului final, mesajul emis de unul dintre ele este recepţionat de toate celelalte. O parte a mesajului indică destinatarul, acesta fiind singurul care preia mesajul (celelalte noduri îl ignoră). Destinatarul poate fi: un singur nod, un grup de noduri cu o adresă comună (avem de-a face cu o multitransmisie (multicasting)), toate nodurile reţelei (difuzare (broadcasting)). Acest fel de canale se întâlnesc în cadrul LAN, MAN şi WAN utilizând sateliţi de comunicaţie sau transmisii radio.

O problemă esenţială a reţelelor cu canal fizic unic (multiacces) este aceea a modului de folosire în comun a canalului (channel sharing). Problema se pune, din raţiuni economice, şi la reţelele cu canale fizice punct-la-punct. Un canal fizic poate servi simultan mai multe sesiuni (prin operaţia de multiplexare) ceea ce poate fi interpretat ca o descompunere a canalului fizic în mai multe (sub)canale ((sub)channel).

După modul în care (sub)canalele unei subreţele cu canale fizice punct-la-punct sunt folosite pentru o sesiune, distingem două categorii:

- subreţele cu comutaţie de circuite (circuit switching) în care este necesară stabilirea prealabilă a unei conexiuni, dedicate pe toată durata sesiunii, între cei doi utilizatori şi comutarea, la fiecare nod intermediar al conexiunii, a secvenţei de mesaje ce soseşte pe un (sub)canal spre (sub)canalul ce duce la următorul nod de la traseul fixat.

- subreţele cu stocare şi avans (store-and-forward) / comutaţie de pachete / mesaje (packet / message switching) în care fiecare pachet / mesaj (de lungime fixată) este trimis pe (sub)canalul din traseul selectat (din cele momentan disponibile) la următorul nod, unde se pune într-un şir de aşteptare pentru a fi comutat spre (sub)canalul de ieşire aparţinând traseului fixat pentru respectivul pachet / mesaj; pachetele / mesajele succesive emise de un utilizator pot fi vehiculate spre destinatar pe diverse trasee, în funcţie de situaţia de moment a ocupării (sub)canalelor.

Pentru reţele cu canal fizic unic, problema folosirii în comun a canalului ridică problema metodologiei de acces (acccess technique) la canal, respectiv de alocare a canalului (channel alocation), în situaţiile în care doi sau mai mulţi utilizatori vor să emită simultan, pentru a evita o interferenţă între pachetele lor, fenomen numit coliziune şi, deci, o alterare reciprocă a acestora.

Configuraţiile topologice ale reţelelor cu canale fizice din categoria punct-la-punct se încadreză în următoarele tipuri:

a) stea, în care toate nodurile sunt legate la un nod central, unde se află un regulator de reţea care gestionează traficul între toate perechile de noduri (trafic a cărui traiectorie trece prin nodul central). Această configuraţie oferă ca avantaje: degrevarea celorlalte noduri de problema gestionării reţelei (adică oferă acces la canalele de comunicaţie şi a alegerii traseelor între interlocutori) şi simplitatea ataşării unui nou nod la reţea. Ca dezavantaje prezintă faptul că are o fiabilitate redusa şi faptul că numărul nodurilor care pot fi conectate la un nod central este limitat de numărul porturilor acestuia din urmă; numărul de noduri se poate extinde prin utilizarea unei versiuni complexe a acestei configuraţii, versiune numită fulg de zăpadă;

b) buclă, în care fiecare nod este conectat direct doar cu alte două noduri; aici liniile de legătură formează un circuit închis. Traficul se desfăşoară într-un singur sens, trecând printr-un regulator de trafic. Avantajul configuraţiei în buclă este gestionarea uşoară a reţelei. Ca dezavantaje prezintă: fiabilitate redusă şi valori mari ale duratei de transmisie (o legătură fiind formată din mai multe tronsoane de linie cu noduri intermediare). Se poate întâlni şi o configuraţie rezultată prin conectarea, printr-un nod comun, a două bucle, numită bucle intersectate.