Retele de calculatoare

RETELE DE CALCULATOARE

Fig.1 Tipuri de comunicatii

Exista doua tipuri de comunicatie pe orizontala intre entitatii de acelasi tip si pe verticala in sensul transmiterii informatiei de la sursa la destinatie.

Caracteristici transmisie de date :

-fiecare pachet de date e transmis individual ;

-nu exista timp garantat pentru transmitere;

-nu se garanteaza ordinea receptiei;

Fig.2. Transmisie de date

-nu se garanteaza livrarea tuturor pachetelor .

Metode de detectie a erorilor:

1. Paritatea

1 0 0 1 0paritate para

. 1 1 0 1 1paritate impara

2.Repetitia

3.Dubla paritate (paritate paralela)

1 0 0 1 0

1 1 0 1 1

1 0 0 0 1

1 1 0 0 0

4.Codul Haming

Fig.3. Codul Haming

E o solutie mai buna dar costisitoare din punct de vedere al cantitatii datelor .

5.Codurile ciclice ( C R C );

CRC-16

CRC-32

Pentru a calcula suma de control se foloseste operatia SAU EXCLUSIV.

X Y X O R 1 0 1 0 1 1

0 0 0 1 0 0 1 0 1 polinom generator

0 1 1 0 0 1 1 1 0

1 0 1

1 1 0 0 01 1 1 0

1 0 0 1 0 1

1 0 1 0 1 1

Aceasta operatie (XOR) permite extragerea informatiei originale daca este aplicata de 2 ori. Ea se efectueaza pentru a putea depista aparitia erorilor de transmisie.

Raportul biti de date biti de paritate este foarte bun.Un CRC-32 permite depistarea erorilor dintr-un milion de biti.

Solutia pentru ordonarea datelor la destinatie: introducerea numarului de ordine.

A1 B2 C3

B₂A₁C₃

Fig.4 Ordonarea datelor la destinatie

In 1977 organizatia pentru standardizare ISO a propus modelul OSI de referinta pentru descrierea comunicatiei si a arhitecturii stratificate de intercomunicare.

Modelul OSI nu a fost folosit ramanand cu rol teoretic si educational. Practic se foloseste TCP/IP.

Modelul specifica serviciile furnizate si formatul protocoalelor de comunicatii (un protocol de comunicatii e un set de reguli care trebuie separate pentru a transfera date).

Standardele nu definesc moduri de implementare .

Fig.5. Modelul OSI

Aplicatie: Contine programele folosite de utilizator pentru a accesa reteaua (Internet, Explorer, Yahoo, Skype, Opera, Mozila).

Prezentare: se ocupa cu reprezentarea datelor pentru fiecare calculator astfel incat acestea sa aiba aceeasi semnificatie si la sursa si la destinatie Acest nivel realizeaza si criptarea datelor.

102 E h

2E10 (INTEL)

102E (MOTOROLA)

Sesiune:stabileste, mentine si termina sesiunile de lucru.

Transport: asigura comunicatia in ordine si completa intre sursa si destinatie. (Ordoneaza pachetele si retransmit informatiile pierdute).

Retea(Best effort): este nivelul care asigura prezenta unei cai de comunicatie intre sursa si destinatie.

Legatura de date: face legatura intre partea software si hardware (mediul de transmisie).

Fizic: contine specificatiile mediilor de transmisie.

Transmisia de la sursa la destinatie se numeste impachetarea datelor si invers despachetarea.Impachetarea reprezinta adaugarea de date la sursa pentru ca el sa ajunga la destinatie.

RETELE DE CALCULATOARE

Exemplu de comunicatie in retea:

O S I O S I

Fig.1. Comutatia de circuite si comutatia de pachete.

Comutatia de circuite este cea folosita in telefonie. Aceasta metoda de comunicare stabileste legatura si mentine aceasta legatura pana la inchiderea circuitului. Circuitul are alocata o latime de banda (o viteza fie ca este utilizata sau nu) exp.: un telefon ocupa 64 K biti/sec … cate telefoane pot folosi o linie de 2,5 G biti/sec.? = 39000 conexiuni)

Comunicatia de date foloseste comunicatia de pachete.

Rotarea (directionarea se face per pachet;

Pachetele pot lua diferite cai catre destinatie ;

Comutatia de pachete foloseste bufferi (memorii) pentru a acumula pachetele sosite mai devreme si a le putea ordona.

Multiplexarea statistica:

Traficul in retea soseste in mod inegal in rafale adica vitezele variaza frecvent. De obicei varfurile de trafic ale diferitelor aplicatii nu coincid in timp.

Fig.2. Caracteristici - Multiplexarea statistica

Daca traficul pentru fiecare linie este C, traficul pentru linia multiplexata 2 de obicei e sub valoarea sumei celor doua comunicatii.

Daca traficul A are valoarea maxima C si B are tot valoarea maxima C castigul de multiplex statistica are valoarea 2C/R = SMG, in care R= valoarea (rata) de transfer medie a liniei.

Dispozitivele de retea folosesc bufferi pentru a absorbi rafalele de trafic. Acestia au dimensiune limitata si pot sa apara situatii de tipul:

Bufferi Fig.3. Caracteristici - pierderi de date

Se recomanda ca echipamentele de retea sa nu fie folosite la 100%. O retea se considera depasita daca traficul mediu depaseste 50% din latimea de banda.

Concluzii referitoare la comutatia de pachete:

costul;

eficienta in folosirea liniei;

rezistenta la caderea liniei (prin redirectionare trafic).

Definitii:

Fie P lungimea pachetului in biti, fie L lungimea traseu de date in metri, R viteza de transfer in biti/secunda, definim: Prop. ca fiind intarzierea de propagare.

Prop = L/C (timp vectorial unui bit sa parcurga distanta L)

TRANSP. – timp de transport TRANSP = P/R (timp vectorial transmiterii unui pachet de lungime P)

Latenta – timpul intre momentul transmiterii primului bit si receptarea ultimului bit.

Latenta = ∑ i (PROP + TRANSP)

De ce nu se transmit mesajele intr-un singur pachet.

Fig.4. Exemple de transmiterea mesajelor in pachete

Initial Latenta e = ∑ (PROP+TRANSP), M=P x m

In cazul 2 Latenta este:

Latenta = M/R + ∑ (PROP+TRANSP)

Spargerea mesajelor in pachete si transmiterea acestora in paralel prin toate liniile reduce latenta in comunicatii simultan se reduce utilizarea excesiva de catre un mesaj.

Modalitatile de transmiterea informatiei analizate pana acum presupun cazul ideal in care un renter se ocupa de o singura transmisie. In realitate un router se ocupa cu sute de transmisii simultan acestea ducand la aparitia unei „cozi de asteptare”. Acestea are o structura FIFO. Definim intarzierea datorata cozii de asteptare Q .

Latenta = ∑ i (TRANSP+PROP + Q)

Daca o retea nou proiectata depaseste traficul de 50% din valoarea totala este depasita.

Intr-o retea singura necunoscuta e Q.

Model „coada de asteptare „ router (FIFO).

Fig.1. Caracteristica – model coada de asteptare

A(t) – numar de sarcini de pachete din interiorul 0-t;

Λ – valoarea medie pe secunda a pachetelor sosite;

Q(t) – numarul pachetelor in coada de asteptare ;

Δ (t) – numar de plecari;

1/µ- valoarea medie de timp pentru tratarea unui pachet.

Fie d(T) intarzierea datorata „cozii de procesare”.

Q(t) = A(t) – D(t)

d(t) – timpul pe care-l petrece un bit in „coada de asteptare” de la sosire pana la tratare.

Exemplu: Se cunoaste ca in fiecare secunda soseste un router un tren de 100 biti cu viteza de 1000 biti/sec. Viteza de plecare de 500biti/sec . Care este numarul de biti ce comand in medie coada de asteptare.

Fig.2. Exemplu – coada de asteptare

1.     100 biti introdusi cu 1000 biti/sec = 0,1 sec pentru a introduce toti biti ;

2.     500 biti/sec viteza plecare si 100 biti = 0,2 sec toti biti au fost scosi din „coada de asteptare”.

Q(t) = ˝ x 50 = 25 biti

Calculam valoarea medie cunoscand numarul de biti 25 biti cand coada functionala si 0 cand aceasta e goala .

Q(t) = 1/5 x 25 = 5 biti

Evolutia in timp a cozii de asteptare.

Fig.3. Evolutia in timp a cozii de asteptare

Se observa ca rafalele de date cresc rapid intarzierea „cozii de asteptare”. De obicei sosirile sunt aleatoare. Daca valoarea medie a sosirilor coincide cu valoarea medie a iesirilor echipamentul lucreaza in parametrii. Predictibilitatea pachetelor minimizeaza intarzierea pachetelor.

Adresarea in internet

Pentru a identifica un calculator in retea trebuie cunoscuta adresa IP ( Internet Protocol ). Cea mai utilizata e versiunea IP V4 aceasta are 32 biti org in 4 grupe de cate 8 biti .

7, 21, 108, 254.

Adresele se clasifica in 5 clase in functie de valoarea primului octet.

A 0 ooooooo - 01111111 0 – 127

B 10 oooooo- 10111111 128 - 191

C 11 oooooo- 11o11111 192 – 223

D 1110

E 11110

Clasele A,B si C se folosesc lainternetului . Clasa D este folosita la tehnica de comunicatii numita multicast.

Observatii: 2 calculatoare pot comunica in 3 moduri :

punct la punct (doua calculatoare conectate direct);

broadcast (unul comunica cu toate celelalte din retea );

multicast (un calculator comunica cu mai multe calculatoare).

Tehnica e folosita pentru a transmite actualizari la mai multe calculatoare dar nu la toate odata plus comunicatii multimedia .

Clasa E este experimentala pentru cercetare.

Pentru a identifica reteaua din care face parte un calculator router-ul folosesc numai o parte din adresa IP. Aceste valori sunt repartizate astfel:

A R + 24 U - un bit retea si 24 pentru utilizator

B 16 R + 16 U

C 24 R si 8 biti utilizator

Clasa A: 7, 21, 108, 254

B: 150, 25, 75, 50

C: 210, 36, 26, 73

Router-ele folosesc procedeul de miscare (operatie Si).

Masca are 1 in partea de retea si 0 pentru utilizator .

7.21.108.254 x

255. 0. 0. 0

7. 0. 0. 0 adresa retea

Adresarea in internet

A - 0 0 0 0 - 127 R U U U

B - 1 0 128 – 191 R R U U

C - 1 1 0 192 – 223 R R R U

Observatii: - clasa A 127.0.0.0 contine adresa de loopback 127.0.0.1. Aceasta identifica propriul calculator .

- transmiterea comenzii ( ping 127.0.0.1) verifica instalarea corecta a stivei pe propriul calculator . Adresa este folosita si pentru a testa saiturile create pe propriul calculator. Adresa nu se aloca calculatoarelor Rooter- ele folosesc mascarea pentru a extrage adresa de retea dintr-o adresa I.P.

Exemplu 1:Dati o adresa de I.P. 130.50.75.28

Masca are biti de 1 – in partea de retea;

0 – in partea de utilizatori.

130.50.75.28

255.255.0.0

130 .50. 0. 0 - AR

130.50.255.255 – AB

Pornind de la aceasta adresa putem construi AB ( folosita pentru a transmite pachete la calculatoare de retea ).

AB este favorite virusilor.

Exemplu 2: 192.223.50.10 si

255.255.255.0

192.223.50. 0- AR

192.223.50.255 - AB

Adresa IP versiunea 4 ( IP V 4 ) sunt pe 32 biti.

La sfarsitul anilor 1990 explozia sit-urilor pe internet a dus la restrangerea numarului de adrese disponibile sau propus mai multe solutii pentru a depasi aceasta problema .

folosire IP v 6.

Observatii: adresele sunt pe 128 biti rezulta 2¹²⁸adrese rezulta aproximativ 2⁹⁵

Pentru fiecare locuitor al planetei. Desi solutia este existenta de mult timp exista probleme la implementare. Printre acestea enumeram :

1.     Dificultatea retinerii acestor adrese.

Exemplu: adresa IP 6 – 2001: 0DB8: 85A3; 08D3;1319; 8A2E; 0370; 7349.

2.     Nu prezinta compabilitate cu IP v4;

3.     Lipsa implementarii in sistemul de operare (doar Linus si Vista suporta

IP 6)

o solutie a fost impachetarea adresei IP v6 in adresa IP v4;

folosirea adresei private. O gama de adrese IP a fost rezervata pentru utilizarea locala. Aceste adrese nu pot fi utilizate la nivelul internetului. Numai adresele publice pot fi folosite la nivelul internetului.

A: 10.*. *. *.

B: 172 .16.*. *. – 172.31. *.*.

C: 192.168.*. *.

Din acest motiv doua calculatoare in doua retele diferite pot avea aceeasi adresa IP.

100.20.40.25 200.80.32.16

192.108.3.12                                      192.168.3.12

Fig.1. doua calculatoare in doua retele diferite

Procesul de transformare (asociere) adresa publica cu adresa private se numeste NAT (Network).

31 0 0 0 11 1 1 1

16 0 0 0 1 0 0 0 0

24 calculatoare locale

Clasa A: 2

20 calculatoare locale

Clasa B: 2

16 calculatoare locale

Clasa C: 2

Pentru o utilizare eficienta a adresei IT la nivel local in ultimii ani s-a realizarea

utilizarea subretelelor de calculatoarelor.

Exemplu: O firma are alocata o adresa de retea de clasa C se doreste separarea retelei de contabilitate si a retelei generale.

Prezentati solutii:

Cazul A:- Daca nu se folosesc subretele ar mai fi necesare achizitionarea retelei suplimentare :

- Daca firma are 12 calculatoare in reteaua de contabilitate si 12 calculatoare in reteaua generala rezulta 256 X 2 – 24 = 488 adrese pierdute .

Cazul B: - Daca se folosesc subretele implica imprumutarea de biti de la utilizator din partea de utilizator.

Se imprumuta minim 2 biti

Adresa Clasa B: 200.80.75.0

0 0_ __ _ _ _ 200.80.75. 0 - AR

200.80.75.63 – AB

0 1_ __ _ _ _ 200.80.75.64 – AR

200.80.75.127 - AB

1 0_ _ _ _ _ _ 200.80.75.128 - AR

200.80.75.191 - AB

1 1 _ _ _ _ _ _ 200.80.75.192 - AR

200.80.75.255 - AB

Observatii: - 2 biti imprumutati s-au creat 4 subretele . Nu se recomanda folosirea primei subretele;

deoarece adresa de retea coincide cu adresa de subretea ;

- nici folosirea ultimei adrese de retea, deoarece adresa de retea principala coincide cu adresa de retea ultima AB. Prin urmare se pot folosi decat doua subretele. Intr-o subdiviziune ei raman 2⁶ - 12 = 52 de adrese neutilizate de retea. Formula de calcul pentru numarul de subretele create este 2^x - 2 in care X este numarul de biti imprumutati.

Pentru trei biti in comutati rezulta 2³- 2 subretele utilizate.

Scopul introduceri subretelelor este pentru a micsora numarul de adrese IP pierdute si a creste securitatea retelei.

Problema:

O firma doreste sa imparta calculatoare in 7 subretele utilizabile stiind ca firma are alocata o clasa de adrese C, precizati numarul maxim de calculatoare posibil din fiecare retea.

Sunt necesari 4 biti. Mai raman 4 biti

Se pot instala 16 calculatoare din care se pot utiliza 14 calculatoare primul si ultimul nu se pot folosi.

Exercitiu:

Precizati adresa de subretea si AB pentru imprumutarea a 3 biti de sub utilizati folosind clasa 200.80.75.0

200.80.75.0 0 0 0 0 0 0 0 0 = 0

0 0 0 1 1 1 1 1 = 31

0 0 1 0 0 0 0 0 = 32

0 0 11 1 1 1 1 = 63

0 1 00 0 0 0 0 = 64

0 1 01 1 1 1 1 = 95

0 1 1 0 0 0 0 0 = 96

0 1 1 1 1 1 1 1 = 127

1 0 0 0 0 0 0 0 = 128

1 0 0 1 1 1 1 1 =159

1 0 1 0 0 0 0 0 = 160

1 0 11 1 1 1 1 = 191

1 1 00 0 0 0 0 = 192

1 1 01 1 1 1 1 = 223

1 1 10 0 0 0 0 =224

1 1 11 1 1 1 1 =255

Internet protocol

Un protocol de comunicatie e un set de reguli pentru desfasurarea comunicatiei intre 2 echipamente. Protocolul IP functioneaza la nivelul III al modelului OSI (Retea).

OSI OSI

Aplicatie

Prezentaredate __________

Sesiune __________

Transport segment __________

Retea pachet __________

Leg.de date frame __________

Fizic     biti __________

Antetul adaugat la informatile primite de la min superior, contine numeroase informatii intre care cele mai importate sunt adresa IP sursa si destinatie si fragmentarea pachetului.

Exista 2 versiuni IP 4 si 6.

IP versiunea 4 are 32 biti – grupate in 4 grupuri de 8 biti ;

IP versiunea 6 are 8 grupuri de cate 16 biti format hexazecimal .

In prezent se folosesc IP versiunea 4 , IP versiunea 6 are probleme de compatibilitate cu echipamentele.

Caracteristicile Protocol Internet (IP)

este fara conexiune, aceasta inseamna ca pachetele pot sosi in ordine diferita decat au fost transmise;

nu este fiabil (poate pierde pachete);

este „best effort” incearca sa transfere pachete si nu le pierde decat daca e obligat; E sarcina protocoalelor de minim superior de a retransmite datele.

foloseste „data-grane” numite pachete (transport individual).

Fragmentare

In cazul in care router-ul primeste un pachet mai mare decat numitor de transmisie maxima permisa (MTU), el va fragmenta pachetul.

MTU=1500 MTU<1500MTU=1500

In general Internetul foloseste MTU=1500 bytes (1,5K).

Asocierea intre nume si adrese IP (DNS)- (Domain Nanving System) .

Deoarece adresele IP sunt dificil de retinut a fost dezvoltat un mecanism de asociere intre nume si adrese (DNS).Acesta se desfasoara sub forma unei interogari efectuate de calculator catre serverul DNS. Numele sunt gestionate de ICANN . Fiecare organizatie are desemnat un nume unic. Informatiile DNS au o structura de baza de date ierarhica distribuita (W W W google.com).