Retele nou

5.      Arhitectură de reţea

Reţeaua este formată din maşini care execură programele utilizatorilor, numite şi gazde. La nivelul fiecărei gazde, reţeaua este structurată pe niveluri. Numărul de niveluri, numele fiecărui nivel, conţinutul şi funcţia sa, poate să fie diferit de la o categorie de reţele la alta. Indiferent de tipul de reţea, scopul fiecărui nivel este să ofere anumite servicii nivelurilor superioare.

Nivelul n  de pe o maşină conversează cu nivelul n de pe o altă maşină. Aceasta nu este o comunicare directă ci o comunicare virtuală. Modul cum se face efectiv comunicarea îl vom prezenta în capitolul următor. Regulile şi convenţiile utilizate în conversaţie reprezintă protocoalele nivelului n. În figura 1.3 este ilustrată o reţea cu cinci niveluri.

Gazda 1                                                                         Gazda 2

Protocolul nivelului

Nivel 5

Nivel 5

 5

 

 

Nivelul  4

           Interfaţa 4/5                                                   

Nivelul 4

                                                         Protocolul nivelului 4

 

 

            Interfaţa 3/4

Nivelul 3

Nivelul  3

                                                            Protocolul nivelului 3

 

 

Nivelul 2

Nivelul 2

            Interfaţa 2/3 

                                                            Protocolul nivelului  2           

 

 

Nivelul 1

Nivelul  1

            Interfaţa 1/2

                                                            Protocolul nivelului 1

Mediul fizic

 

 

 

Figura 1.3. Niveluri, protocoale şi interfeţe

În momentul proiectării unui nivel, trebuie luate în considerare mai multe aspecte:

· un mecanism prin care emiţătorii şi receptorii să poată fi identificaţi, ţinând cont de faptul că pe un calculator pot fi executate mai multe procese;

· regulile privind transferul de date; comunicarea se poate face într-un singur sens (simplex), comunicare în ambele sensuri, dar nu simultan (semi-duplex) sau comunicare în ambele sensuri simultan (duplex integral);

· controlul erorilor;

· sincronizarea între un emiţător mai rapid şi un receptor mai lent;

· posibilitatea de a se transmite mesaje de lungime variabilă;

· posibilitatea de a se utiliza aceeaşi conexiune pentru mai multe mesaje (multiplexare şi demultiplexare).

Interfeţe şi servicii. Fiecare nivel are rolul de a furniza serviciile necesare nivelului de deasupra sa. Elementele active din fiecare nivel sunt numite entităţi. O entitate poate fi software (cum este de exemplu un proces) sau hardware (cum este de exemplu un cip de intrare/ieşire inteligent). Entităţile corespunzătoare aceluiaşi nivel, dar aflate pe maşini diferite se numesc entităţi egale. Entităţile de la nivelul n implementează un serviciu de la nivelul n+1. În acest caz, nivelul n se numeşte furnizor de servicii, iar nivelul n+1 se numeşte utilizator de servicii. Nivelul n poate utiliza serviciile nivelului n-1 pentru a furniza propriile sale servicii. Serviciile sunt disponibile în SAP-uri (Service Access Points – puncte de acces la servicii). SAP-urile nivelului n sunt locaţii unde nivelul n+1 poate avea acces serviciile oferite. Fiecare SAP are o adresă care îl identifică în mod unic.

Pentru ca două niveluri să schimbe informaţii între ele, trebuie să fie convenit un set de reguli referitoare la interfaţă. Entitatea de la nivelul n+1, pasează nivelului n, prin intermediul SAP-ului, un IDU (Interface Data Unit-unitate de date de interfaţă). Acest IDU constă dintr-un SDU (Service Data Unit – unitate de date de servicii) şi nişte informaţii de control. SDU reprezintă informaţia transmisă prin reţea către entitatea pereche şi apoi în sus către nivelul n+1. Informaţia de control, de exemplu, numărul de octeţi din SDU) este necesară pentru a ajuta nivelul de mai jos să-şi îndeplinească sarcina, dar nu face parte din datele propriu-zise.

Pentru a transfera SDU-ul (Service Data Unit), entitatea din nivelul n poate fi nevoită să îl fragmenteze în câteva bucăţi, fiecare din acestea primind câte un antet şi fiind trimisă sub forma unui PDU (Protocol Data Unit – unitate de date a protocolului) separat, ca un pachet. Antetele PDU-urilor sunt folosite de entităţile egale pentru a realiza protocolul pereche corespunzător. Ele identifică ce PDU-uri conţin date şi ce PDU-uri conţin informaţii de control, furnizează numere de secvenţiere ş.a.m.d.

Servicii orientate pe conexiuni şi servicii neorientate pe conexiuni. Nivelurile pot oferi nivelurilor de deasupra lor două tipuri de servicii: orientate pe conexiuni şi respectiv neorientate pe conexiuni. Serviciul orientat pe conexiune este modelat pe baza sistemului telefonic. Pentru a utiliza un serviciu orientat pe conexiuni beneficiarul trebuie mai întâi să stabilească o conexiune, să o folosească şi apoi să o elibereze.  Serviciul fără conexiuni este modelat pe baza sistemului poştal. Toate mesajele conţin adresele complete de destinaţie şi fiecare mesaj circulă în reţea independent. Calitatea (siguranţa) serviciului exprima posibilitatea pierderii sau nu a datelor. Serviciile cu confirmarea primirii, deşi mai lente sunt sigure. Serviciul nesigur (neconfirmat) fără conexiuni mai este numit şi serviciu datagramă. În cazul serviciului cerere-răspuns emiţătorul transmite o singură datagramă care conţine o cerere; replica primită de la receptor conţine răspunsul.

6. Modelul OSI

Lucrul în reţea presupune transmiterea datelor de la gazdă la alta. Acest proces complex poate fi împărţit în etape:

▪ Recunoasterea datelor

▪ Împărţirea datelor în blocuri mai uşor de manevrat.

▪ Adăugarea de informaţii fiecărui bloc de date, pentru a localiza datele respective şi a identifica destinatarul.

▪ Adăugarea unor informaţii de sincronizare şi de verificare a erorilor.

▪ Transmiterea datelor in  retea.

În 1978, Organizaţia de Standarde Internaţionale (ISO-International Standards Organization) a publicat un set de specificaţii care descriau o arhitectură de reţea pentru conectarea dispozitivelor de tipuri diferite. Documentul initial se aplică sistemelor deschise unul către celălalt, deoarece ele puteau folosi aceleaşi protocoale şi standarde pentru a face schimb de informaţii.

În 1984, ISO a publicat o versiune revizuită a acestui model, pe care a numit-o modelul de referrintă OSI (Operating Systems Interconnection), care a devenit un standard international si serveşte drept ghid pentru interconectarea în reţea.

Modelul OSI este o arhitectură de reţea care împarte comunicaţia in reţea pe şapte niveluri. Fiecare nivel presupune anumite activităţi, componente sau protocoale în  reţea. Cele şapte niveluri sunt:

7. Nivelul Aplicaţie

6. Nivelul Prezentare

5. Nivelul Sesiune

4. Nivelul Transport

3. Nivelul Reţea

2. Nivelul Legătură de date

1. Nivelul Fizic

Un nivel OSI are un set bine definit de funcţii de reţea, iar funcţiile fiecărui nivel comunică şi colaborează cu funcţiile nivelurilor aflate imediat deasupra şi dedesubtul nivelului respectiv. De exemplu nivelul Sesiune trebuie să comunice si să conlucreze cu nivelurile Prezentare si Transport.

Fiecare nivel asigură anumite servicii sau acţiuni care pregătesc datele pentru a fi transmise în reţea către un alt calculator. Toate cererile sunt transmise de la un nivel la altul prin intermediul interfeţelor. Fiecare nivel se bazeaza pe activitătile si serviciile nivelului ierarhic inferior.

Nivelurile sunt configurate în aşa fel încât fiecare dintre ele se comportă ca si când ar comunica direct cu nivelul echivalent  de pe celălalt calculator. Aceasta reprezintă o comunicaţie logică, sau virtuală, între nivelurile echivalente, aşa cum este prezentat în figura 1.4.

Nivelul aplicatie, cel mai înalt in ierarhia OSI, serveşte drept fereastră prin care aplicaţiile au acces la serviciile de retea. Acest nivel nu oferă servicii altui nivel şi reprezintă interfaţa prin care utilizatorul are acces la aplicaţiile în reţea, cum ar fi software pentru  transferul de fişiere, pentru accesul la bazele de date sau pentru  poşta electronică.

 Nivelul prezentare, determină formatul folosit pentru schimbul de date între calculatoarele din reţea. El poate fi numit şi ‘Traducătorul reţelei’. În cazul calculatorului emiţător, acest nivel converteşte datele din formatul transmis de nivelul superior (Aplicaţie), într-un format intermediar, universal recunoscut. În calculatorul receptor, acest nivel converteşte formatul intermediar într-unul care poate fi folosit de nivelul Aplicaţie al calculatorului respectiv. De asemenea, acest nivel gestionează conversia de protocoale, conversia şi criptarea datelor, modificarea sau conversia setului de caractere, precum şi interpretarea comenzilor grafice. De asemenea, nivelul Prezentare realizeaza comprimarea datelor. La acest nivel funcţioneaza un utilitar numit redirector, care  are rolul de a dirija (redirecta) operaţiile de intrare/iesire către resursele de pe un server.

 

 

            Calculatorul A   Comunicaţie                        Calculatorul B

Aplicatie

                                                   virtuală

     Aplicatie

           

Prezentare

 

    Prezentare

Sesiune

 

    Sesiune

Transport

 

   Transport

Retea

 

    Retea

Legatura de date

 

Legatura de date   

Fizic

 

    Fizic

 

                                    Figura 1.4. Relaţiile dintre nivelurile OSI.

 

Nivelul Sesiune permite ca două aplicaţii aflate pe calculatoare diferite să stabilească, să folosească şi să încheie o conexiune numită sesiune. Acest nivel asigură recunoaşterea numelor si alte funcţii, cum ar fi cea de securitate, necesare pentru ca două aplicaţii să comunice prin reţea. Nivelul Sesiune permite sincronizarea între procesele utilizator, prin plasarea unor caractere de validare (checkpoints) în fluxul de date. Astfel, dacă în reţea apare o defecţiune, trebuie retransmise doar datele aflate dupa ultimul caracter de validare. De asemenea, acest nivel implementează controlul  dialogului între procesele care comunică, stabilind care parte transmite, când, pentru cât timp, etc.

Nivelul Transport, este un nivel de conexiune suplimentar, aflat sub nivelul sesiune. El asigură transportul pachetelor de date la destinaţie, fără erori, în succesiune, fără pierderi şi fără duplicate. Acest nivel reîmpachetează mesajele, fragmentându-le pe cele de dimensiuni mai mari în mai multe segmente sau concatenînd mai multe pachete mici într-un singur segment. La capătul receptor, nivelul Transport despachetează mesajele, reansamblându-le în forma originală şi transmite de obicei un semnal de confirmare a primirii. În concluzie, nivelul Transport permite controlul fluxului, tratarea erorilor şi participă la rezolvarea problemelor legate de transmisia şi recepţionarea pachetelor. El constituie graniţa între nivele superioare care se referă la gazdă şi nivelele inferiore care se referă la accesul la mediul de comunicaţie.

Nivelul reţea este responsabil pentru adresarea mesajelor şi conversia adreselor logice (IP) şi a numelor în adrese fizice (MAC). Acest nivel determină, de asemenea ruta (calea de acces) de la sursă la destinaţie. El stabileşte calea pe care trebuie să o urmeze datele în funcţie de condiţiile reţelei, prioritatea serviciilor şi alţi factori. În plus, gestionează problemele de trafic în reţea, cum ar fi comutarea între pachete, rutarea şi controlul aglomerării datelor. Segmentele primite de la nivelul superior se transformă în pachete, prin adăugarea informaţiilor de adresare, în cazul calculatorului emiţător şi respectiv, suprimarea acestor informaţii şi transmiterea datelor nivelului superior, în cazul calculatorului receptor.

Nivelul Legătură de date transmite cadrele de date de la nivelul Reţea către nivelul Fizic, cel care realizează transportul şirurilor de biţi. La capătul receptor, el împachetează biţii “bruţi” sosiţi de la nivelul Fizic în cadre de date. Un cadru de date este o structura logică, organizată, în care pot fi plasate datele. La receptor, pachetul străbate nivelurile in ordine inversă. Un utilitar software de pe fiecare nivel citeste din pachet informaţiile de adresare, le înlătura, după care transferă pachetul nivelului următor. Atunci când pachetul ajunge in sfârsit la nivelul Aplicaţie, informaţiile de adresare sunt complet înlaturate, volumul de date recăpatându-şi forma iniţială, care poate fi interpretată de receptor.

Cu excepţia nivelului Fizic, nici un alt nivel nu poate transfera informaţii direct către echivalentul său de pe un alt calculator. Informaţia de pe calculatorul sursă trebuie să treacă prin toate nivelurile inferioare. Apoi, datele străbat cablul de reţea (mediul de comunicaţie) până la calculatorul receptor, unde parcurg în sens invers ierarhia de niveluri, până când ajung la acelaşi nivel care a transmis informaţia de pe calculatorul sursă. De exemplu, dacă nivelul Reţea transmite informatii de pe calculatorul A, acestea “coboară” prin nivelurile Legatură de date si Fizic, sunt transmise pe cablul de retea, dupa care “urcă” prin nivelurile Fizic si Legatură de date de pe calculatorul B, pană la nivelul Reţea.

  1. Modelul de referinţă TCP/IP

Dacă modelul OSI este un standard orientativ, modelul TCP/IP este o arhitectură utilizată de reţeaua Internet şi de predecesorul ei, ARPANET. Modelul TCP/IP are patru niveluri: Aplicaţie, Transport, Internet, Acces la reţea. Observăm că el nu conţine nivelurile sesiune şi prezentare, funcţiile acestora fiind preluate de către nivelul cel mai înalt.

Nivelul Aplicaţie conţine protocoalele (aplicaţiile ) de nivel înalt,dintre care amintim:

· TELNET- protocolul de terminal virtual, care permite unui utilizator de pe o maşină să lucreze pe o maşină aflată la distanţă;

· FTP – protocolul de transfer de fişiere;

· SMTP – protocolul de poştă electronică;

· DNS – protocolul care transformă adresele de reţea în identificatori;

· HTTP – protocolul folosit pentru aducerea paginilor de Web.

Nivelul Transport este proiectat astfel încât să permită conversaţii între entităţile pereche ale gazdelor sursă şi destinaţie. Protocolul TCP ( Transmission Control Protocol- protocolul de control al transmisie), este un protocol sigur, orientat pe conexiuni, care permite ca un flux de octeţi trimişi de la o gazdă să ajungă la gazda destinatar din inter – reţea fără erori. Acest protocol fragmentează datele primite de la nivelul superior în segmente pe care le transmite nvelului inferior. La destinaţie segmentele sunt reasamblate, întrun flux de ieşire care este apoi transmis nivelului superior. Protocolul UDP ( User Datagram Protocol – protocolul datagramelor utilizator) este utilizat pentru a trimite mesaje de tipul întrebare-răspuns, fără confirmare, pentru care este mai importantă rapiditatea comunicării decât siguranţa.

Nivelul Reţea (Internet) face posibilă transmiterea de pachete între oricare gazde aflate pe oricare reţea a inter-reţelei; pachetele circulă independent unele de altele, existând posibilitatea ca pachetele să ajungă la destinaţie într-o ordine diferită de cea în care au fost transmise, rearanjarea lor în ordinea firească fiind o operaţie executată de gazda destinaţie. Analogia cu sistemul poştal este evidentă; când se trimite o scrisoare se indică adresele destinatarului şi expeditorului, fără ca expeditorul să fie interesat prin ce oficii poştale intermediare trece scrisoarea respectivă, până când ajunge la destinatar. La acest nivel funcţionează  protocolul IP (Internet Protocol). La emiţător,  segmentele primite de la nivelul superior sunt transformate în pachete, care conţin informaţii superioare de adresare, iar la receptor se efectuează operaţia inversă.

Nivelul Acces la reţea cuprinde toate aspectele legate accesul la mediu, transportul pachetelor prin mediul fizic pe care le-am prezentat în cadrul modelului OSI.

Dacă comparăm modelul OSI cu modelul TCP/IP, observăm atât asemănări cât şi deosebiri. Asemănările sunt:

· ambele sunt împărţite pe niveluri;

· ambele au nivelul aplicaţie;

· ambele conţin nivelele transport şi reţea care sunt asemănătoare;

· ambele folosesc comutarea de pachete (şi nu comutarea de circuite) ca tehnologie de transmitere a datelor.

Diferenţele sunt

· TCP/IP include serviciile oferite de nivelurile prezentare şi sesiune ale modelului OSI, în nivelul său aplicaţie;

· TCP/IP combină nivelurile OSI legătură de date şi fizic într-un singur nivel;

· TCP/IP apare mai simplu deoarece are numai patreu niveluri;

· TCP/IP este o stivă de protocoale utilizată de toate calculatoarele conectate la Internet, pe când modelul OSI este un ghid de lucru orientativ.

 

 

Lasă un răspuns

Te rog autentifică-te folosind una dintre aceste metode pentru a publica un comentariu:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s

%d blogeri au apreciat asta: