Cursul 14 INFORMATIC APLICAT

1

Reele de calculatoare

Definiie, caracteristici

n ultimele decenii, caracterizate printr-o explozie informaional fr precedent n istoria omenirii, o importan deosebit au dobndit-o capacitatea i resursele de comunicaie de care dispun proiectanii i utilizatorii sistemelor informatice, n cadrul crora un loc important l ocup calculatorul electronic.

Prelucrarea datelor cu ajutorul calculatoarelor, i totodat metodele utilizate n acest scop, a fost strns legat de evoluia care a avut loc n domeniul IT-ului (Information Technology), i n special n cel al telecomunicaiilor i al evoluiei extraordinare a componentelor hardware i software.

Calculatoarele sunt utilizate, din ce n ce mai mult, n cele mai diverse domenii ale activitii umane. n ziua de astzi nu se poate vorbi despre un domeniu de activitate n care prelucrarea datelor s nu se efectueze cu ajutorul unui calculator. Aceasta deoarece culegerea i prelucrarea informaiilor existente, nu s-ar putea executa corect i n timp optim pentru sistemul cruia i se adreseaz, fr ajutorul calculatorului.

Primele aplicaii practice, stabile, care au permis teleprelucrarea datelor au fost realizate n urm cu 55 ani (anii 1957), ajungndu-se n prezent la exploatarea unui numr foarte mare de calculatoare i reele de calculatoare. Despre aceste calculatoare se spunea c sunt instalate, sau lucreaz, n medii de teleprelucrare. De aici putem trage concluzia c prin mediu de teleprelucrare se nelege ansamblul de mijloace hardware i software care permite prelucrarea la distan a informaiei. Practic orice sistem care comunic cu alte sisteme prin cel puin o linie de comunicaie reprezinta un mediu de teleprelucrare.

Teleprelucrarea datelor este un procedeu de prelucrare automat a informaiei, a crui caracteristic principal este utilizarea unui calculator cu performane ridicate, denumit generic calculator principal, sau server, de ctre mai muli utilizatori, situai n locuri diferite i la distan fa de calculatorul principal, transmisia informaiei fcndu-se prin sisteme de telecomunicaie.

Reelele de calculatoare au aprut din necesitatea partajrii datelor, i a resurselor hardware, existente ntr-o organizaie, ntre mai muli utilizatori. n fiecare organizaie existau un numr oarecare de calculatoare, fiecare lucrnd independent. Cu timpul aceste calculatoare, pentru a putea fi utilizate ntr-un mod mai eficient, au fost conectate mpreun prin intermediul unor dispozitive, dnd astfel natere la o reea de calculatoare.

Obiectivele acestui curs:

Ce reprezint teleprelucrarea

datelor

Ce este o reea de calculatoare

Care sunt tipurile de reele

Ce este o topologie

Rolul modemului ntr-o reea

Cursul 14 INFORMATIC APLICAT

2

O reea de calculatoare reprezint un ansamblu de calculatoare interconectate prin intermediul unor medii de comunicaie, asigurndu-se n acest fel utilizarea n comun de ctre un numr mare de utilizatori a tuturor resurselor fizice (hardware), logice (software i aplicaii de baz) i informaionale (baze de date) de care dispune ansamblul de calculatoare conectate. De asemenea mai putem spune c printr-o reea de calculatoare nelegem o colecie de calculatoare autonome interconectate ntre ele. Se spune despre dou calculatoare c sunt interconectate dac sunt capabile s schimbe informaii ntre ele. Printre avantajele lucrului ntr-o reea de calculatoare amintim:

mprirea resurselor existente; creterea fiabilitii prin accesul la mai multe echipamente de stocare alternative; reducerea costurilor prin partajarea datelor i perifericelor folosite; scalabilitatea: creterea performanelor sistemului prin adugarea de noi

componente hardware;

obinerea rapid a datelor; furnizeaz un mediu de comunicare etc.

O alt noiune strns legat de o reea de calculatoare este lucrul n reea care reprezint conceptul de conectare a unor calculatoare care partajeaz resurse. Deci, resursele utilizate n comun de ctre o reea de calculatoare pot fi:

resurse fizice (imprimante, scanner-e etc.);

resurse logice (software i aplicaii de baz);

resurse informaionale (baze de date).

Tipuri de reele

n funcie de criteriul de clasificare care se are n vedere exist mai multe tipuri de reele de calculatoare. Criteriile cele mai des utilizate n clasificarea reelelor sunt:

Dup tehnologia de transmisie:

reele cu difuzare (broadcast); reele punct-la-punct.

Dup scara la care opereaz reeaua (distana):

reele locale LAN Local Area Network; reele metropolitane MAN Metropolitan Area Network; reele de arie ntins WAN Widw Area Network; Internet-ul. Dup topologie:

reele tip magistral (bus);

reele tip stea (star);

reele tip inel (ring);

reele combinate.

Dup tipul sistemului de operare utilizat:

reele peer-to-peer; reele bazate pe server.

Dup modul de realizare a legturilor ntre nodurile reelei:

reele cu comutare de circuite; reele cu comutare de mesaje; reele cu comutare de pachete.

Cursul 14 INFORMATIC APLICAT

3

n continuare vor fi enumerate principalele caracteristici ale fiecrui tip de reea.

Reele cu difuzare (broadcast) sunt acele reele care au un singur canal de comunicaie care este partajat (accesibil) de toate calculatoarele din reea. Mesajul (numit pachet) poate fi adresat unui singur calculator, tuturor calculatoarelor din reea (acest mod de operare se numete difuzare) sau la un subset de calculatoare (acest mod de operare se numete trimitere multipl). Aceast tehnologie de transmisie este caracteristic reelelor de tip LAN. Reele punct la punct sunt acele reele care dispun de numeroase conexiuni ntre perechi de calculatoare individuale. Pentru a ajunge de la calculatorul surs la calculatorul destinaie, un pachet s-ar putea s treac prin unul sau mai multe calculatoare intermediare. n funcie de anumii parametri, caracteristici etc. sunt posibile trasee multiple, de diferite lungimi etc.

n general reelele mai mici (reele de tip LAN) utilizeaz difuzarea pentru transmiterea datelor, n timp ce reelele mari (Internet-ul) sunt de obicei punct-la-punct.

Reele LAN Local Area Network sunt n general reele private localizate ntr-o singur camer, cldire sau ntr-un campus de cel mult civa kilometri.

Caracteristicile de baz ale acestor reele sunt:

mrimea: reelele LAN au n general dimensiuni mici, iar timpul de transmisie este limitat i cunoscut dinainte;

tehnologia de transmisie const dintr-un singur cablu la care sunt conectate toate calculatoarele (de aici vine numele de difuzare);

Fig. Dou reele LAN: magistral i inel

topologia: LAN - urile pot utiliza diferite topologii: magistral, inel, etc. n figur sunt reprezentate dou astfel de reele: cu topologie magistral i inel;

protocoalele utilizate sunt: transmitere cu jeton (token-passing) sau nelegerea coliziunii (collision sensing).

Cursul 14 INFORMATIC APLICAT

4

Reele MAN Metropolitan Area Network reprezint o extensie a reelelor LAN i utilizeaz n mod normal tehnologii similare cu acestea. Aceste reele pot fi att private ct i publice. O reea MAN conine numai un cablu sau dou, fr s conin elemente de comutare care dirijeaz pachetele pe una dintre cele cteva posibile linii de ieire. Un aspect important al acestui tip de reea este prezena unui mediu de difuzare la care sunt ataate toate calculatoarele. Aceste reele funcioneaz, n general, la nivel de ora.

Reele WAN Wide Area Network sunt acele reele care acoper o arie geografic ntins deseori o ar sau un continent ntreg. ntr-o astfel de reea

calculatoarele poart numele generic de gazde (n literatura de specialitate se mai utilizeaz i urmtorii termeni: host sau sistem final). Gazdele sunt conectate ntre ele prin intermediul unei subreele de comunicaie, numit pe scurt subreea. Sarcina principal a subreelei este s transmit mesajele de la o gazd la alt gazd.

Subreeaua este format din:

linii de transmisie, numite circuite, canale sau trunchiuri, care au rolul de a transporta biii ntre calculatoare;

elemente de comutare, sunt calculatoare specializate, folosite pentru a conecta dou sau mai multe linii de transmisie. Nu exist o terminologie standard pentru denumirea acestor elemente de comutare; astfel putem ntlni diferii termeni pentru desemnarea acestora ca: noduri de comutare a pachetelor, sisteme intermediare, comutatoare de date. Termenul generic pentru aceste calculatoare de comutare este router. Fiecare calculator este n general conectat (face parte) la un LAN n care exist un ruter, prin intermediul cruia se face legtura ntre dou reele diferite.

Reeaua conine numeroase cabluri sau linii telefonice, fiecare din ele legnd dou rutere. Dac dou rutere, care nu sunt legate ntre ele, doresc s comunice, atunci ele sunt nevoite s apeleze la un ruter intermediar. Subreeaua este de tip punct-la-punct (se mai utilizeaz i urmtorii termeni: subreea memoreaz-i-retransmite sau subreea cu comutare de pachete), deoarece principiul de funcionare este urmtorul: cnd un pachet este transmis de la un ruter la altul prin intermediul unui alt ruter, acesta este reinut acolo pn cnd linia cerut devine disponibil i numai dup aceasta este transmis mai departe. Analiznd figura de mai jos putem spune c subreeaua se refer la colecia de rutere i linii de comunicaie aflate n proprietatea operatorului de reea. De exemplu, sistemul telefonic const din centrale telefonice de comutare, care sunt conectate ntre ele prin linii de mare vitez i sunt legate la domiciliile abonailor i birouri prin linii de vitez sczut. Aceste linii i echipamente, deinute i ntreinute de ctre compania telefonic, formeaz subreeaua sistemului telefonic. Telefoanele propriu-zise (n reea gazde, sau sisteme) nu sunt o parte a subreelei. Combinaia dintre o subreea i gazdele sale formeaz o reea. n cazul unui LAN, reeaua este format din cabluri i calculatoare; aici nu exist cu adevrat o subreea. O problem important n proiectarea unei reele WAN este alegerea topologiei i anume modul de interconectare a ruterelor. O inter-reea se formeaz atunci cnd se conecteaz ntre ele reele diferite. De exemplu legarea unui LAN i a unui WAN, sau legarea a dou LAN-uri formeaz o inter-reea.

Cursul 14 INFORMATIC APLICAT

5

Fig. Alctuirea unei subreele

Internet-ul este cea mai mare reea de calculatoare la nivel mondial, fiind denumit i reeaua reelelor, i poate fi definit ca fiind un imens domeniu care conine milioane i milioane de informaii. Toate aceste informaii sunt plasate pe pagini Web, care sunt stocate pe server-ele diferitelor reele. La instalarea i configurarea unei reele, problema principal care se pune este alegerea topologiei optime i a componentelor adecvate pentru realizarea ei. Cnd se proiecteaz topologia unei reele, alegerea ei va fi determinat de mrimea, arhitectura, costul, i administrarea reelei. Prin topologie se nelege dispunerea fizic n teren a calculatoarelor, cablurilor, switch-urilor, ruter-elor, i altor componente ale unei reele, deci se refer la configuraia spaial a reelei, la modul de interconectare i ordinea existent ntre componentele reelei. Acest termen se poate referi i la sublinierea arhitecturii de reea, precum Ethernet sau Token Ring. Cuvntul topologie vine de la topos, care n limba greac nseamn loc. Not Termenul de topologie se poate referi fie la o topologie fizic a reelei, care este actualul nivel fizic sau tipul cablrii, sau la propria topologie logic, care reprezint calea pe care semnalele sunt transmise de-a lungul reelei. Aceast diferen este cel mai mult evideniat n reelele Token Ring, n care cablarea este aranjat fizic ntr-o stea, dar al crui semnal este transmis ntr-un cerc de la un calculator la urmtorul calculator. Termenul topologie fr alt descriere este utilizat cu nelesul de nivel fizic. Din punct de vedere topologic, o reea de calculatoare este descris ca un graf format dintr-o serie de noduri (calculatoarele) interconectate ntre ele prin arce (cablurile). Atunci cnd se alege topologia unei reele un criteriu foarte important care se are n vedere este cel al performanei reelei. De asemenea, topologia unei reele implic o serie de condiii: tipul cablului utilizat (coaxial, torsadat, fibr optic), traseul cablului etc. Topologia unei reele poate determina i modul de comunicare a calculatoarelor n reea. Topologii diferite implic metode de comunicaie diferite, iar toate aceste aspecte au o mare influen n reea.

n domeniul reelelor locale sunt posibile mai multe topologii, dar topologiile de baz existente sunt:

magistral: calculatoarele sunt conectate n mod linear. Un exemplu de astfel de topologie este forma 10Base2 a Ethernet-ului;

Cursul 14 INFORMATIC APLICAT

6

inel: calculatoarele sunt conectate ntr-un inel. Exemple: FDDI (Fiber Distributed Data Interface) (inel fizic i logic), i Token Ring (inel logic i stea fizic);

stea: calculatoarele sunt conectate la un singur concentrator care este un hub (Ethernet) sau un MAU (Multistation Access Unit) (topologia fizic Token Ring);

arborescent: exist mai multe topologii de tip stea conectate mpreun ntr-o topologie magistral;

plas: calculatoarele sunt conectate ntr-un model complex. Aceast topologie este n mod normal utilizat numai n reele de arie ntins (WAN-uri) n care reele diferite sunt conectate utiliznd ruter-e.

Topologia magistral (bus sau liniar) este cea mai simpl i mai uzual metod de conectare a calculatoarelor n reea. Fiecare calculator este legat la un cablu coaxial comun. Acesta este nchis la cele dou capete cu rezistene numite terminatori. Toate calculatoarele conectate au drepturi egale n ceea ce privete accesul la reea i pot comunica ntre ele dup dorin, fr ca un calculator principal s reglementeze fluxul de date ntre calculatoarele din reea. n aceast topologie pachetele de date sunt transmise simultan tuturor calculatoarelor interconectate, dar pachetul este preluat i interpretat doar de calculatorul cruia i este adresat; circulaia pachetelor se face n ambele sensuri, fiecare calculator putnd s transmit i s recepioneze. Cea mai cunoscut topologie magistral este Ethernet.

Printre cele mai importante caracteristici ale acestui tip de topologie amintim:

const dintr-un singur cablu, numit trunchi care conecteaz toate calculatoarele din reea pe o singur linie;

comunicaia pe magistral presupune nelegerea urmtoarelor concepte:

transmisia semnalului: la un moment dat numai un singur calculator poate transmite mesaje;

reflectarea semnalului;

terminatorul, utilizat pentru a opri reflectarea semnalului; este o topologie pasiv, adic calculatoarele nu acioneaz pentru transmiterea

datelor de la un calculator la altul;

dac un calculator se defecteaz, el nu afecteaz restul reelei, cu condiia ca placa de reea a calculatorului respectiv s nu fie defect;

Fig. Topologia magistral

cablul din aceast topologie poate fi prelungit prin una din urmtoarele metode:

o component numit conector tubular (BNC);

Cursul 14 INFORMATIC APLICAT

7

prin intermediul unui dispozitiv numit repetor. Lungimea maxim a cablului utilizat pentru aceast topologie este de 185 m; dac lungimea cablului depete aceast valoare, putem utiliza acest dispozitiv, care mai are i rolul unui amplificator (amplific semnalul nainte de a-l transmite mai departe n reea);

reprezint o conexiune multipunct - informaiile emise de un calculator sunt recepionate de toate celelalte calculatoare aflate n reea;

prezint faciliti de reconfigurare (toate calculatoarele conectate au drepturi egale); costul redus al suportului i al dispozitivelor de cuplare.

Cele mai cunoscute topologii magistral, care au fost utilizate n urm cu civa ani sunt: 10Base-2 (ThinNet) i 10Base-5 (ThickNet).

Fig. Prelungirea unei reele prin intermediul unui repetor

Topologia stea (star) atunci cnd se utilizeaz aceast topologie toate calculatoarele sunt conectate la un nod central care joac un rol particular n funcionarea reelei. Orice comunicaie ntre dou calculatoare se va face prin intermediul nodului central, care se comport ca un comutator fa de ansamblul reelei. Printre caracteristicile mai importante ale acestei topologii amintim:

calculatoarele sunt conectate prin segmente de cablu (se utilizeaz n mod normal cablu de tip UTP (Unshielded Twisted Pair) la o component central numit concentrator (HUB Host Unit Broadcast sau Switch);

calculatoarele nu pot comunica direct ntre ele ci numai prin intermediul concentratorului;

aceste reele ofer resurse i administraie centralizate; reelele mari necesit o lungime de cablu mare; dac nodul central (hub-ul) se defecteaz, ntreaga reea devine inoperabil (cade

ntreaga reea); dac un calculator sau cablul care l conecteaz la hub se defecteaz, numai

calculatorul respectiv este n imposibilitatea de a transmite sau recepiona date n reea; poate utiliza n mare parte cablajul telefonic vechi existent ntr-o societate; transferul informaiei se face punct la punct dar, cu ultimele tipuri de comutatoare,

este posibil i un transfer multipunct.

Cursul 14 INFORMATIC APLICAT

8

Topologia inel (ring) ntr-o astfel de configuraie toate calculatoarele sunt legate succesiv ntre ele, dou cte dou, ultimul calculator fiind conectat cu primul. Cea mai cunoscut topologie inel este Token Ring de la IBM. n cadrul acestei topologii fiecare calculator recepioneaz datele de la predecesorul su, le verific i le transmite amplificat ctre calculatorul urmtor. Pentru a implementa o reea cu o astfel de topologie se utilizeaz tehnologii precum: FDDI, SONET sau Token Ring.

Fig. Topologia stea

Dintre caracteristicile mai importante ale acestei topologii enumerm:

conecteaz calculatoarele printr-un cablul n form de bucl (nu exist capete libere);

este o topologie activ este acea topologie n care calculatoarele regenereaz semnalul i transfer datele n reea, fiecare calculator funcioneaz ca un repetor, amplificnd semnalul i transmindu-l mai departe, iar dac i este destinat l copiaz;

mesajul (numit jeton) transmis de ctre calculatorul surs este retras din bucl de ctre acelai calculator atunci cnd i va reveni dup parcurgerea buclei;

Fig. Topologia inel

defectarea unui calculator afecteaz ntreaga reea; transmiterea datelor se face prin metoda jetonului (token passing).

Topologia arborescent (magistral-stea): reelele care utilizeaz acest tip de topologie au n structura lor mai multe reele cu topologie stea, conectate ntre ele prin intermediul unor trunchiuri liniare de tip magistral. Aceast topologie este mai uor de

Cursul 14 INFORMATIC APLICAT

9

extins dect o topologie magistral (care este limitat la un numr mic de calculatoare) sau stea (limitat de numrul de porturi ale concentratorului). Dac un calculator se defecteaz, acest lucru nu va afecta buna funcionare a reelei, dar dac se defecteaz un concentrator (hub), toate calculatoarele conectate la el vor fi incapabile s mai comunice cu restul reelei.

Fig. Topologia arborescent magistral stea

Topologia inel-stea (ierarhic stea): este asemntoare topologiei magistral stea. Deosebirea const n modul de conectare a concentratoarelor: n topologia magistral - stea ele sunt conectate prin trunchiuri lineare de magistral, iar n topologia inel stea sunt conectate printr-un concentrator principal.

Fig. Topologia inel-stea

Reelele peer-to-peer (de la egal la egal) sunt acele reele n care partajarea resurselor nu este fcut de ctre un singur calculator; toate calculatoarele existente n reea au acces la toate resursele reelei. Printre caracteristicile ntrunite de aceste reele amintim:

numrul maxim de calculatoare care pot fi conectate la un singur grup de lucru (workgroup) este de 10;

acest tip de reea implic costuri mici, i de aceea sunt des utilizate de ctre firmele mici;

se utilizeaz atunci cnd zona este restrns, securitatea datelor nu este o problem, organizaia nu are o cretere n viitorul apropiat;

toate calculatoarele sunt egale ntre ele; fiecare calculator din reea este i client i server, neexistnd un administrator responsabil pentru ntreaga reea.

Reele bazate pe server sunt acele reele care au n componena lor un server specializat: de fiiere; de tiprire; de aplicaii; de pot; de fax; de comunicaii. Printre

Cursul 14 INFORMATIC APLICAT

10

avantajele reelelor bazate pe server amintim: partajarea resurselor; securitate; salvarea de siguran a datelor; redundan; numr de utilizatori.

ntr-o reea combinat exist dou tipuri de sisteme de operare pentru a oferi ceea ce muli utilizatori consider a fi o reea complet.

Din cele descrise pn acum reiese faptul c toate reelele au anumite componente, funcii i caracteristici comune, precum:

server-ele sunt acele calculatoare care ofer resurse partajate pentru toi utilizatorii reelei;

clieni sunt acele calculatoare care acceseaz resursele partajate n reea de un server;

mediu de comunicaie, reprezint modul n care sunt conectate calculatoarele n reea (tipul cablului utilizat, a modemului);

date partajate, reprezint fiierele puse la dispoziie de serverele de reea; resurse: fiiere, imprimante i alte componente care pot fi folosite de utilizatorii

reelei.

Ali termeni frecvent utilizai sunt:

subreea, termenul este potrivit n contextul unei reele larg rspndite geografic, i se refer la colecia de ruter-e i linii de comunicaie aflate n proprietatea operatorului de reea;

reea, reprezint combinaia dintre o subreea i gazdele sale (host - uri). n cazul unui LAN, reeaua este format din cablu i gazde;

inter-reea (internetwork), ea se formeaz atunci cnd se conecteaz ntre ele reele de tipuri diferite. Legarea unui LAN i a unui WAN, sau legarea a dou LAN - uri formeaz o inter - reea.