2 NIVELUL FIZICNivelul fizic se ocup de transmiterea datelor pe canalele (mediile) fizice specificnd tipuri i nivele de semnale, tipuri de modulaie, coduri de linie, posibiliti de conectare (mufe), modul de acces la mediu. Transmiterea informaiei la nivel fizic se face prin semnale electromagnetice (electrice, radio, microunde, optice). Semnalele pot fi analogice sau numerice, n banda de baz sau modulate (analogic sau numeric). Un semnal purttor de informaie este caracterizat de: -nivelul de tensiune sau putere -banda de frecven -tipul de modulaie etc.

2.1. Canalul de transmisieCanalul de transmisie reprezint mediul fizic prin care are loc propagarea semnalelor informaionale. Aceste medii pot fi sub form de ghiduri de und (cabluri, fibre optice) sau cu propagare n mediu deschis, neghidat (radio, satelit). Un canal de transmisie este caracterizat de urmtorii parametrii mai importani: 1. Banda de frecven (banda de trecere), f, care reprezint spectrul de frecven n care nivelul semnalului nu scade sub o anumit valoare (de regul 3dB din valoarea maxim). n unele cazuri banda se poate defini i n funcie de ali parametrii (distorsiuni, eficiena modulaiei etc.). 2. Zgomotul propriu reprezentnd puterea electric a tuturor perturbaiilor existente n canal. Ele se manifest ca nite semnale aleatoare perturbatoare, care afecteaz calitatea semnalelor informaionale. Semnalele utile, purttoare de informaie trebuie s aib o putere mult mai mare dect zgomotele, adic s se asigure un raport semnal zgomot (RSZ) suficient de mare. De exemplu n telefonie se cere un RSZ>20 dB. 3. Viteza maxim de transfer a datelor cu N nivele discrete de tensiune (amplitudine), pe un canal cu banda de trecere f, este dat de teorema lui Nyquist: Vmax = 2f log 2 N 4. (2.1)

Capacitatea de transmisie a unui canal de comunicaii depinde de banda de trecere i de raportul semnal zgomot i este dat de ecuaia lui Shannon: C = f log 2 (1 + RSZ ) [bps] (2.2)

5. 6.

ntrzierea de propagare este dat de viteza finit de propagare a cmpului electromagnetic prin canalul de comunicaie Dispersia n timp a componentelor spectrale este dat de vitezele diferite de propagare ale acestor componente care vor ajunge la recepie cu ntrzieri variabile. Acest efect 1

7.

produce distorsiunile faz freven care determin alterarea informaiei utile nglobat n semnale. Atenuarea semnalelor care determin scderea puterii semnalului la recepie i micorarea raportului semnal zgomot. Atenuarea semnalului este produs de fenomene de absorbie, difuzie, dispersie etc.

2.1.1. Medii de propagare Cablul bifilar torsadat este cel mai simplu, ieftin i rspndit mediu de propagare, dar i cu performanele cele mai modeste. Sunt mai multe categorii de cabluri bifilare: 3, 5, 6, 7 etc. Sunt constituite din perechi de fire de cupru izolate i rsucite (torsadate), grupate, de regul, n cabluri multifilare. Rsucirea determin reducerea influenelor reciproce dintre perechile de fire aflate n acelai cablu (diafonia) i mrete banda de trecere a canalului bifilar. Cu ct pasul de rsucire este mai mic, cu att performanele cablului sunt mai bune. Banda de trecere a cablului bifilar dedinde de lungimea sa i este uzual de zeci, sute kHz, putnd ajunge la MHz pe distane scurte. Atenuarea acestor cabluri crete semnificativ cu frecvena. Un cablu bifilar larg folosit n LAN-uri este cel torsadat neecranat, cu 8 perechi de fire, cunoscut su denumirea UTP (Unshilted Twisted Pair). Cablul coaxial este un ghid de und format dintr-un conductor central i un nveli metalic separate printr-un dielectric. Cmpul electromagntic se propag ghidat prin dielectricul dintre cele dou conductoare. Radiaia extern a cmpului este foarte redus i, ca urmare, atenuarea i influenele cu alte cabluri din apropiere sunt foarte mici. Cablurile coaxiale sunt de mai multe feluri, cu proprieti i aplicaii diverse. Se pot meniona : - cablurile uoare cu diametru mic, band mare (sute MHz), impedan caracteristic 50 sau 75 ; - cablurile grele cu diametru mare, band foarte mare (GHz), impedan caracteristic 50. Cablurile coaxiale sunt folosite pentru transmisii de date de mare vitez i pe distane mari, zeci de km. Totui este de menionat c la frecvene (viteze de transmitere) foarte mari, atenuarea acestor cabluri este semnificativ i impune folosirea regeneratoarelor (amplificatoarelor) de semnal la intervale de civa km. Fibrele optice sunt ghiduri electromagnetice n gama optic care se bazeaz pe fenomenele de reflexie intern i refracie optic pentru a transmite la distane foarte mari semnale optice modulate. Spectrul optic utilizat n prezent pentru comunicaii optice este situat n zona lungimilor de und de 1300 i 1550 nm (sute THz), unde banda de trecere a fibrei optice este enorm, zeci de THz. Fibrele optice sunt construite din sticl de siliciu de nalt puritate, au diametrul foarte mic, cca. 200 micrometri, greutate foarte redus i parametrii de transmisie exeleni, neatini de nici un alt mediu de transmisie. Atenuarea foarte redus, de ordinul sub 1 dB/km, banda de trecere foarte larg i zgomotele propri neglijabile, fac din fibrele optice canale de comunicaii ideale. Tehnologia de producere a fibrelor optice, a surselor de radiaie optic (diode laser sau LED-uri), a fotodetectoarelor i a echipamentelor de comunicaii optice este bine elaborat i competitiv ca pre. n prezent sunt n stadiul de elaborare reele optice cu multiplexare n lungime de und, WDM (wavelength division multiplxing) care permit ca pe una i acceai fibr s poat fi transmise simultan mai multe lungimi de und, fiecare reprezentnd un canal independent de comunicaie.

2

Combinaia dintre domeniile optic i electric ca medii de transmitere i prelucare a informaiei, realizarea reelelor hibride multistrat au creat un cmp vast de experimentare i extindere a nevoilor de transmitere a informaiilor. 2.1.2. Medii de propagare neghidate Comunicaiile neghidate folosesc propagarea semnalelor electromagnetice n spaiul liber (neghidat). Spectrul electromagnetic folosit n comunicaii neghidate este foarte larg, de la cca. 10 4 Hz pn la 1016 Hz. El este mprit n domenii (radio, microunde i optic). Primele dou sunt submprite n benzi de frecven: LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF, EHF, THF, iar ultimul n trei ferestre spectrale: 800nm, 1300nm i 1550nm. Un canal radio sau pe microunde (satelit, radioreleu) are o fercven central, f0, (purttoare) i o band de trecere n jurul acesteia, f, n care se poate face transmisia semanlelor informaionale. Cu ct frecvena purttoare este mai mare, cu att banda canalului este mai mare. De exemplu, o lrgime relativ a canalului de 1% nseamn f =10kHz la f0 =1MHz i f =300MHz la f0=30GHz. Exist i canale radio cu spectru mult mai larg, unde nu se poate vorbi de o singur frecven purttoare. Acestea sunt sistemele radio cu spectru mprtiat sau cu salt de frecven. Ele sunt foarte utilizate n sistemele de comunicaii cu acces multiplu n cod (CDMA). Caracteristicile canalului radio Undele radio sunt uor de generat se propag pe distane foarte mari, sunt puin atenuate de corpurile nemetalice, difuzeaz practic n tot spaiul de propagare. Pot fi direcionate ntr-o anumit msur cu antene directive. Undele medii i scurte (MF i HF) se propag i prin refexie pe ionosfer acoperind distane foarte mari (mii de km). Un fenomen specific undelor medii i scurte este fading-ul cauzat de propagarea pe ci multiple. El se manifest prin fluctuaia semnalului n punctul de recepie cauzat de de interferena dintre unda direct i cea reflectat. Microundele se propag practic n linie dreapt, la limita vizibilitii directe. Pot fi uor direcionate cu antene directive, sunt puternic influenate de condiiile atmosferice (praf, ploaie, zpad), sunt oprite de obstacole naturale. Spectrul electomagnetic din domeniul radio i microunde este foarte aglomerat i trebuie riguros administrat. Exist reglemntri naionale i internaionale n privina utilizrii sale, spre deosebire de comunicaiile optice care nu necesit, cel puin pn n prezent, licene de emisie. De aceea pentru transmisiile n spaiul deschis pe distane mici ncep s se foloseasc tot mai mult purttoarele optice (FSO - Free Space Optics). Sateliii de comunicaii sunt echipamente de recepie transmisie automat (transponder) care recepioneaz o poriune de spectru electromagnetic purttor de informaie, eventual l amplific i l retransmit (difuzeaz) spre pmnt pe o alt frecven purttoare (pentru a evita interferenele). Legtura spre satelit se numete linie ascendent (up link) iar cea de la satelit spre pmnt linie descendent (down link). Unda descendent poate acoperi o arie foarte larg pentru difuzare sau una redus, pentru legturi punct la punct. Acest ultim mod de operare se mai numete i eav ndoit (bent pipe). Dup altitudinea la care sunt plasai, sateliii de telecomunicaii sunt de trei feluri: 1. satelii de joas altitudine (LEO) plasai la cteva sute de km. ntrzierea de propagare este mic (1 7ms) iar pentru acoprirea ntregului glob sunt necesari apoximativ 50 de satelii. Au dou proprieti favorabile: ntrziere mic dus ntors i putere mic la emisie. Au fost foarte tentani n realizarea unui sistem de telefonie mobil cu acoperire global. Au

3

fost realizate mai multe proiecte mari: Iridium devenit ulterior Dysprosuim, Globstar i Teledesic. Succesul lor a fost limitat. 2. satelii de orbit medie (MEO) plasai la cca. 10 000km. ntrzierea de propagare este medie (35 85ms) iar pentru acoprirea ntregului glob sunt necesari apoximativ 10 satelii. Durta de revoluie este aprox. 6 ore. Nu sunt folosii pentru comunicaii ci doar pentru aplicaii GPS (Global Positioning System). 3. satelii geostaionari situai la cca. 36 000km. ntrzierea de propagare este mare (270ms) iar pentru acoprirea ntregului glob sunt necesari doar 3 de satlii. Un satelit geostaionar poate acoperi pn la o treime din suprafaa Pmntului dar poate folosi i fascicole punctuale. Principalele benzi de satelit sunt: Banda Up link Down link (GHz) (GHz) L 1.5 1.6 S 1.9 2.2 C 4.0 6.0 Ku 11 14 Ka 20 30 Lrgimea benzii (MHz) 15 70 500 500 3500 Obs. Band mic Band mic Interferene, ploaie Interferene, ploaie Costuri mari

Singura band necongestionat este banda Ka. n prezent sunt n mare vog microstaiile de cost sczut VSAT (Very Small Aperture Terminal), cu antene de 1m diametru sau mai mici, cu putere de 1W, folosite n principal pentru difuzare de TV pe satelit. Viteza pe linia ascendent este de 19.2 kbps iar cea descendent de 512kbps. 2.1.3 Transmisii de date pe reeaua telefonic Reeaua telefonic este n prezent ce mai mare reea de comunicaii cu extindere mondial i poate fi utilizat pentru transmisii de date, inclusiv ntre calculatoare. Reeaua telefonic are trei componente majore: - bucla local sau reeaua de acces i transport local; - oficiile (centralele) de comutare pe diferite niveluri; - trunchiurile (linkurile) care interconecteaz centrele de comutaie. Bucla local este analogic i, de regul, pe fire torsadate. Are banda de trecerere limitat la 300 3400 Hz (limitarea este fcut intenionat n central) i atenuare mare. Un oficiu local este un comutator (central telefonic) la care sunt conectai abonaii dintr-o arie. Poate avea pn la cca 10 000 de abonai. Dac se dorete conectarea unui calculator n locul aparatului telefonic trebuie folosit un modem. Rolul su este de a adapta semnalul numeric al calculatorului la caracteristicile liniei analogice din bucla local. Modemurile pot realiza diferite tipuri de modulaie: n amplitudine (ASK), n frecven (FSK), n faz (PSK), n faz n cuadratur (QPSK), n amplitudine i n faz simultan (QAM-16 sau QAM-64) etc. Diversitatea de tipuri de modulaii permite obinerea unor rate de modulaie (bauds) i rate ale biilor (bps) de la 200 la 19600 i chiar mai mult n banda canalului telefonic standard. Trunchiurile care interconcteaz centrele de comutaie transport fluxuri numerice structurate dup dou standarde de baz:

4

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) cu viteze de la 2Mbps (multiplexul primar E1) pn la 140 Mbps (multiplexul de ordinul 4, E4); - SDH (Synchronous Digital Hierarchy) cu viteze de la 155 Mbps (STM-1) pn la 10Gbps (STM-64). Ierarhia plesiocron este n prezent n curs de nlocuire cu ierarhia sincron SDH sau SONET dup standardul american. Modemurile sunt echipamente de emisie - recepie (modulator-demodulator) care modulaz numeric un semnal analogic. Semnalele analogice sunt semnale continue n timp i nivel. Semnalele discrete sunt discontinue n timp, nivel sau n ambele domenii. Trecerea de la un semnale continuu la unul discret se face prin eantionare n timp i cuantizare n nivel (amplitudine). Fiecare nivel de amplitudine poate fi reprezentat n cod binar, rezultnd semnalul numeric binar. Rata de eantionare reprezint numrul de de eantioane de semnal trimise n linie n unitatea de timp (secund). Se msoar n bauds (Bd). Rata semnalului binar reprezint numrul de simboluri binare (1 i 0) trimise n linie n unitatea de timp. Se msoar n bii pe secund (bps). Rata de modulaie reprezint numrul de schimbri pe secund a unei valori semnificative a semnalului. Se msoar n bauds (Bd). De exemplu, o mrime semnificativ poate fi amplitudinea semnalului. Ea poate lua dou valori, 1 i 0, n cazul semanlelor binare sau, n general, N valori. Alte mrimi semnificative pot fi frecvena semnalului, faza sa etc.

-

Rata de transmitere a informaiei(bps) =rata de modulaie (bauds) log2NViteza maxim a informaiei pe bucla de abonat din sistemul telefonic, dac se folosesc modemuri adecvate, este aproximativ 56 bps, limitat din cauza atenurii i a zgomotelor din linie. Necesitatea introducerii serviciilor de band larg la abonat a impus gsirea altor soluii de cretere a vitezei n bucla de abonat. Au aprut aa-numitele soluii DSL (Digital Subscriber Line), cu 2 variante: ADSL (Asimetric DSL) i HDSL (High DSL). ADSL-urile trebuie s asigure fluxuri de date n ambele sensuri, de la abonat la comutator i invers. ADSL-ul este caracterizat de vitez mic de la abonat la central (pn la 1Mbps) i vitez mare (pn la 8 Mbps) invers. Acest lucru este posibil deoarece este nlturat limitarea de frecven 300-3400 Hz din central. ADSL-urile trebuie s funcioneze pe liniile existente fr a influena legtura teleonic sau faxul existente. Practic furnizorii ADSL ofer 64kbps pe fluxul ascendent i 256kbps pe fluxul descendent. Partajarea spectrului de frecven disponibil pe linia de abonat (aprox. 1.1MHz pe distana de 5km) se face satfel: - partea inferioar, aprox 4kHz pentru telefonie vocal - partea central pn spre 100kHz pentru fluxul ascendent - partea superioar 100kHz 1100kHz pentru fluxul descendent. O alternativ a ADSL este DTM (Discrete Multitone), ton multiplu discret, n care spectrul buclei de abonat de aprox. 1,1MHz este divizat n 256 de canale independente, de 4,312 kHz fiecare. Canalul 0 este folosit pentru serviciul telefonic tradiional (POTS Plane Old Telephone Service), canalele 1 5 nefolosite pentru evitarea interferenelor iar din restul de 250, dou sunt pentru controlul fluxurilor ascendent i descendent, celelalte 248 fiind la dispoziia utilizatorului.

5

256 canale de cca 4 kHz

f0 1.... 5 6 7 256

Voce liber

flux ascendent

flux descendent

1100kHz

Fig. Varianta ADSL cu DTMComutator telefonic Coder vocal PCM Separator de fercven DSLAM Spre ISP Oficiu telefonic final Modem ADSL Ethernet/ USB Linie tf. analogic NID (bucl local) Tf Separator fercven

NID -Network Interface Device ISP- Internet Service Provider DSLAM- Digital Subcscriber Line Access Multiplexer

Locuin client

Fig.2.1. Configuraie tipic de echipament ADSL Modemul ADSL este de fapt un procesor de semnal digital care simuleaz 256 de modemuri QAM funcionnd n paralel pe diferite frecvene. Conectarea ntre modem i calculator se face printro plac Ethenet sau direct prin portul USB. La oficiul telefonic se instaleaz acelai filtru separator de frecven care trimite semnalul telefonic spre coderul PCM pentru a intra n reeaua telefonic numeric. Restul spectrului este trimis la DSLAM (Digital subscribel Line Access Multiplexer). ADSL- ul este doar un standard de nivel fizic. Ceea ce se ntmpl la nivelele superioare depinde de furnizorul de servicii Internet (ISP). Deseori acesta alege ATM deoarece asigur un control mai bun al calitii serviciilor, facilitat i de faptul c unele companii de telefonie au adoptat deja ATM. 2.1.4 Bucle locale fr fir Buclele locale fr fir (WLL - Wireless Local Loop) au nceput s fie folosite spre sfriul anilor 90 determinate, pe de o parte de rspndirea larg a calculatoarelor portabile i pe de alta de uurina conectrii care nu necesit instalarea de cabluri electrice. n 1998 a fost alocat o band de 198 MHz n gama 2.5GHz pentru folosire n bucle fr fir, serviciu numit MMDS (Multichannel Multiport Distribution Service). El poate fi privit ca un MAN (reea de arie medie). Tehnologia i 6

echipamentele sunt puse la punct, dar marele dezavantaj este c banda disponibil este mic i trebuie gestionat n comun de muli utilizatori dintr-o arie destul de larg. Exist i posibilitatea de trecere la alte domenii de frecven (28 31GHz) sau 40Hz, dar circuitele att de rapide, bazate pe componente de GaAs n loc de Si, nu sunt nc disponibile pe scar larg. O variant experimental denumit LMDS (Local Multipoint Distribution Service) pe 30 MHz cu o band de 1.3GHz n bucla de abonat este disponibil.

PSTN

ISP Utilizator

Fig. 2.2 Arhitectura LMDS Undele milimetrice folosite sunt foarte directive i fiecare anten poate deservi un sector bine delimitat. Fiecare sector poate avea 3GHz pentru recepie (downstream) i 1MHz pentru emisie (upstream). Problemele principale sunt legate de propagare deoarece undele milimetrice sunt oprite de cldiri, pomi etc. 2.1.5 Internet pe cablu TV Prima form de televiziune prin cablu a fost CATV (Community Antenna TV) care a folosit cablu coaxial. Ulterior s-au combinat fibra optic cu cablul coaxial din considerente de atenuare i band, rezultnd sistemul HFC (Hybrid Fiber Coax). Ultima soluie este reeaua stelar la care pachetul de pograme TV i eventual alte servicii (telefonie, Internet etc.) se aduc pe FO pn la un nod stea, dup care sunt distribuite abonailor. Serviciile de TV, date, Internet etc. se pot distribuite pe acelai cablu dac sunt separate n frecven.0 5 Date ascendente 42 54 88 108 550 750 MHz

TV

FM

TV

Date acendente

frecvene acendente

frecvene descendente

Fig. 2.3. Alocarea frecvenelor pentru servicii distribuite pe cablu

7

2.2. PROTOCOALE DE NIVEL FIZIC IN REELE DE COMUNICAII 2.2.1. Reeaua Ethernet2.2.1.1. Reeaua Ethernet i standardul IEEE 802.3 In anii 70, trei dintre marile companii producatoare de echipamente de calcul (Digital Equipment Corporation, Intel Corporation, Xerox Corporation) au format un consoriu, numit DIX, de la iniialele firmelor, pentru a dezvolta o reea de tip LAN. Primele rezultate au aprut la nceputul anilor 80, prin lansarea reelei Ethernet v.1.0. Civa ani mai tarziu a aprut specificaia versiunii Ethernet v.2.0, specificaie ale crei aspecte teoretice stau la baza definirii conceptelor aferente unei reele locale. Bazat pe aceast specificaie, organismul de standardizare IEEE a iniiat dezvoltarea unui standard, numit IEEE 802.3, adoptat apoi ca standard i de ISO, prin elaborarea ISO 8802.3. Standardul, dei se bazeaz pe specificaia original Ethernet v.2.0, difer n cteva aspecte, fie de natur logic, la nivelul legaturii de date, fie electric, la nivelul fizic. n timp, referitor la orice produs, apar modificri i mbunatiri constructive, de aceea IEEE duce o activitate continu de ameliorare a standardului, publicnd anual anexele suplimentare necesare. In figura urmtoare este prezentat relaia ntre o reea Ethernet v.2.0, standardul IEEE 802.3 i alte standarde IEEE 802.

Fig. 2.4 Relaia arhitectural Ethernet IEEE 802.x Figura pune n eviden faptul c cele dou specificaii (Ethernet v.2.0 si IEEE 802.3) acoper amandou n ierarhia de protocoale, nivelul fizic si subnivelul accesului la mediu MAC. La nivel fizic, ambele reele (variantele clasice) se bazeaz pe o topologie de tip magistral, realizat cu cablu coaxial, i functioneaz la o viteza de 10Mbps. La nivelul MAC, ambele implementeaz metoda de acces la mediu CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection). 2.2.1.2. Nivelul Fizic la reteaua Ethernet Reeaua Ethernet este o reea n banda de baz, foloseste codarea Manchester i opereaz la viteza de 10Mbps, necesitnd un ceas de minim 20MHz. Principalele caracteristici specificate pentru nivelul fizic sunt: -viteza de transmisie de 10Mbps; -distana maxim admis ntre cele mai indepartate staii din trunchiul reelei este de 2,8 km, n condiiile utilizrii i a cablului optic, ca element de legatur (link);

8

-maxim teoretic de 1028 de staii legate ntr-un LAN; -mediul de transmisie este cablul coaxial gros (thick), cu impedana de 50 ohmi, de tip RG-213; -topologia reelei este de tip magistral (bus). Staiile conectate la anumite distane una fa de cealalt, pe un cablu de lungime limitat, formeaz un segment. Pentru extinderea lungimii reelei i a numarului de staii, segmentele se interconecteaz prin repetoare active. Acestea opereaz la nivel fizic, avnd rolul de a regenera semnalele din reea (semnale de date). Ele nu influeneaz domeniul de coliziune al reelei, propagnd semnalul de coliziune. Lungimea unei reele (trunchiul su) este data de suma tuturor segmentelor de cablu. Mediul de transmisie folosit este doar cablul coaxial gros, un segment putnd fi constituit dintrun singur fragment de cablu, sau mai multe fragmente, conectate prin conectoare in-line, de tip 'N'. De remarcat ca fragmentele de cablu trebuie sa aib lungimi definite (23,4 m, 70,2 m i 117m). Principalii parametri ai cablului sunt: -diametrul cablului de 0,4" (aproximativ l centimetru); -impedana cablului trebuie sa fie de 50 + 2 ohmi; -viteza de propagare a semnalului electric prin cablu sa fie de minim 0,77c, cu c reprezentnd viteza luminii; -atenuarea maxim a unui segment de maxim 8,5 dB, pentru frecvena de 10 MHz. Cablul este rigid, neputnd fi ndoit pentru a fi adus n apropierea staiilor de lucru. Este tipic cablarea sa pe perete. Cablul original Ethernet este de culoare galben i este marcat la intervale de 2,5 m, pentru a se indica locul unde s se amplaseze transceiver-ele (interfeele pentru conectare). La capetele fiecrui segment trebuie ataai terminatori cu impedana de 50 ohmi, pentru a suprima interferenele electrice din cablu; unul dintre terminatori trebuie legat la mpmntare. Fibra optic nu este acceptat ca mediu propriu-zis, ea este folosita doar pentru extindere.

2.2.2. Reele CSMA/CD si standardul IEEE 802.3Standardul IEEE 802.3, recunoscut i ISO 8802.3, cuprinde o ierarhie format din urmtoarele protocoale: - un protocol pentru nivelul Fizic (de fapt un evantai de protocoale posibile a se folosi pentru nivelul Fizic); - un protocol pentru subnivelul MAC, bazat pe algoritmul de acces la mediu CSMA/CD i acceptnd ca protocol al subnivelului LLC superior, standardul IEEE 802.2 (ierarhia este ilustrat n figura urmatoare). Standardul IEEE 802.3 s-a bazat initial, la nivel fizic, pe o arhitectura de tip magistral cu cablu coaxial, i a evoluat ctre topologia de stea, bazat pe cablu torsadat UTP i fibr optic.

9

Fig. 2.5 Ierarhia IEEE 802 Vitezele de transmisie prevzute de standard pentru diversele variante de medii sunt de 1Mbps, pentru varianta 1Base5, i 10Mbps pentru versiunile: - 10Base5, 10Base2, 10Broad36, toate bazate pe cablu coaxial; - 10BaseT pentru cablul cu perechi de fire rsucite UTP; - FOIRL, 10BaseFP, 10BaseFB, 10BaseFL pentru fibra optic. Reelele care lucreaz la viteze peste 10Mbps sunt considerate reele de mare vitez i sunt prezentate sub denumirea de LAN de mare viteza HSLAN (High Speed LAN). 2.2.2.1. Nivelul fizic Nivelul Fizic al standardului ndeplineste asupra datelor, n principal, funcia de codificare/decodificare a pachetelor (cadrelor) pentru transmiterea lor n cadrul unui flux de bii, utilizand codificarea Manchester. Protocolul la nivelul Fizic se ocupa insa si de specificarea caracteristicilor electrice, mecanice, functionale, ale elementelor care opereaza aici, precum transceiverul, repetorul, cablul, conectorul. La modul general, pentru standardul IEEE 802.3, nivelul Fizic poseda caracteristicile urmatoare: - viteza de transmisie de 10Mbps; - maxim 1024 de statii legate n ntreaga reea; - medii de transmisie diverse, precum cablul coaxial subire (thin coax), cablul coaxial gros (thick coax), cablul torsadat (twisted pair), cablul coaxial CATV, cablul optic; - topologii diverse: magistrala, inel (vzut ca o succesiune de legaturi punct-la-punct) i stea; - distana maxima ntre dou staii din reea poate ajunge teoretic la 4km, dac se folosesc tronsoane de cablu optic. 2.2.2.2. Standardul 10Base2 10

Standardul specific elementele importante referitoare la transceiver-ul i mediul de transmisie folosite, relative la o viteza de transmisie de 10 Mbps (numr indicat de primul cmp al numelui standardului), operandu-se n banda de baza (al doilea cmp) i bazat pe segmente de cablu coaxial subire de 185m. Segmentul 10Base2 este constituit dintr-un cablu coaxial de tip RG58 (cablu subtire - thin cable), avnd urmtoarele caracteristici: -are un diametru de 0,2", este flexibil i subire, putndu-se conecta direct pe placa NIC prin intermediul unui conector `T` de tip BNC; se poate folosi nsa i varianta cu transceiver separat de placa de interfa; -prezinta o impedanta de 50 + 2 ohmi; -viteza minima de propagare a semnalului electric n cablu de 0,65c, unde c este viteza luminii. Acest tip de cablu este cel mai ieftin i facil de insta1at, de unde provine si denumirea Cheapernet data acestei reele. Standardul specific urmtoarele reguli de configurare (ilustrate i in figura 2.6): -atenuarea maxim pe segment de 8,5dB la 10MHz, sau de 6dB la frecvena de 5MHz; -lungime maxim segment de 185m; -distana minim ntre doua dispozitive transceiver de 0,5m; -numr maxim de staii legate la un segment de 30; -numr maxim de segmente de 5; -obligativitatea folosirii de terminatori de segment, cu impedana de 50 de ohmi, pentru blocarea interferenelor; unul dintre ei trebuie sa fie cuplat la impamntare.

Fig. 2.6 Reguli de configurare 10Base2

2.2.2.3. Standardul 10Base5 11

Specificatiile acestui standard se refer la caracteristicile unitii de ataare la mediu (MAU transceiver), i ale mediului de transmisie, relative la o viteza de transmisie de 10MHz (primul cmp al numelui standardului), n banda de baz, i bazat pe segmente de cablu cu lungime de 500m (de 5 ori 100m, cum este indicat de ultimul cmp al numelui). Transceiver-ul (unitatea de ataare la mediu) pentru standardul 10Base5 este foarte asemntor cu cel al standardului Ethernet v.2.0, ndeplinind aceleasi funcii i avnd o structur electronic asemanatoare. De asemenea conectorul folosit pentru ataarea mecanic la mediu (conector de tip tap) este identic cu cel folosit de Ethernet. Pe lng conectarea prin folosirea de conectoare de tip 'vampir', fr tierea cablului, se mai poate folosi conectarea cap-la-cap, obinut prin tierea cablului i alipirea bucilor. Mediul de transmisie este i el acelai, adica cablul coaxial gros (thick), numit si cablu 'galben', cu impedana de 50 + 2 ohmi, tip RG 213. Regulile de configurare ale reelei 10Base5 sunt aceleai ca ale reelei Ethernet v.2.0, i sunt ilustrate sintetic de urmtoarea figur.

Fig. 2.7 Reguli de configurare 10Base5 2.2.2.4. Standardul 10Broad36 Reeaua 10Broad36 este, cum semnific i indicativul, o reea de band larg (banda larga broadband) nseamn tradiional banda cu o laime superioar benzii de frecvente standard folosit n telefonie, deci peste 4KHz; n accepiunea actual, reelele cu transmisie n band larg sunt echivalentul reelelor cu transmisie analogic). Ea se bazeaz la nivel fizic pe cablul coaxial cu impedana de 75 ohmi, cablul folosit n transmisiile CATV. Aceste cabluri permit transmisii pn la 450MHz i permit lungimi de segmente superioare, datorita semnalizrii analogice, mai puin sensibil dect cea digital. Un inconvenient al folosirii amplificatoarelor analogice pe segmentele reelei este imposibilitatea ca pachetele s parcurg reeaua n ambele sensuri, datorat faptului ca acestea amplific i transmit sernnalele doar ntr-o direcie. Pentru aceasta, sistemele n band larg prevad fie cablu dual, cte unul pentru 12

recepie i unul pentru emisie, fie folosesc benzi separate de frecvene pentru emisie i respectiv recepie. Reelele cu transmisie n band larg au o topologie arbore, radacina sa fiind numit staie de capt, sau terminator (headend); aceast staie are importana major n reea. Nodurile arborelui sunt divizoare de cale (splitter), avnd rolul transmiterii semnalului pe fiecare cale. Interfaa cu mediul se face prin transmisie ctre rdcin, care l nainteaz apoi pe linia de receptie ctre destinaie Limea de band a unui canal de transmisie este de 14MHz, iar lungimea maxima a unui segment este de 3,6 km. La nivel MAC, singura deosebire fa de reelele n banda de baza este prezena n cadru a unui cmp suplimentar EOF (End Of Frame), cmp de 23 bii, ataat la sfritul cadrului. Aceasta se datoreaza specificului transmisiei analogice, pentru care n mediu exista tot timpul semnalul purtatoare (data carrier), spre deosebire de reelele n banda de baza, pentru care lipsa semnalului in canal poate semnifica sfarsitul cadrului. In ultima perioada retelele locale analogice au pierdut din importanta, datorita imposibilitatii (deocamdata) de imbunatatire semnificativa a performantelor. 2.2.2.5. Standardul 10Base5 cu fibr optic FOIRL Pentru mbuntirea performanelor unei reele 10Base5, n ceea ce privete distana posibil maxim ntre oricare dintre staii, o variant ar fi utilizarea segmentului de interconectare bazat pe fibr optic. Prin creterea vitezei de propagare a semnalului purttor de informaie n mediu, este posibila creterea lungimii segmentului, fr a afecta parametrii critici ai unei reele 802.3, care sunt distana temporal intre dou cadre (inter-frame gap) i mai ales ntarzierea n propagarea coliziunii (round trip collision delay). Standardul FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link), cum i spune i numele, descrie caracteristicile mediului de transmisie i a unitii de ataare la mediu (MAU), n condiiile folosirii ca segment de interconectare a fibrei optice. Unitatea de ataare la mediu, numit acum FOMAU (Fiber Optic MAU), este capabil s transmit i s recepioneze semnale optice pe un segment de fibr optic cu o lungime maxim de 1000m, segment numit de standard FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link). Mediul de transmisie l constituie cablul de fibr optic, fiind folosit de obicei fibra optic multimodal cu dimensiunile 62,5/125, instalarea facndu-se conform normelor EIA/TIA 568. Figura 2.8 ilustreaz structura FOIRL. Unitatea de ataare FOMAU este structurat la fel ca orice MAU 802.3, fiind compus dintr-o interfa independent de mediu FOPMA (Fiber Optic Physical Medium Attachment) i una dependent de mediu FOMDI (Fiber Optic Medium Dependent Interface). FOMDI este elementul din FOMAU ce conine elementele de emisie/recepie pentru fibra optic, dispozitivele optice lucrnd pe lungimea de unda de 850nm, iar fibra optica i componentele pasive fiind conforme cu specificaiile standardului EIA/TIA 568.

Unitatea de ataare FOMAU este structurat la fel ca orice MAU 802.3, fiind compus dintr-o interfa independent de mediu FOPMA (Fiber Optic Physical Medium Attachment) i una dependent de mediu FOMDI (Fiber Optic Medium Dependent Interface). FOMDI este elementul din 13

FOMAU ce conine elementele de emisie/receptie pentru fibra optic, dispozitivele optice lucrnd pe lungimea de und de 850nm, iar fibra optic i componentele pasive fiind conforme cu specificaiile standardului EIA/TIA 568.

Fig. 2.8 Structura conexiunii FOIRL Funciile principale ale unui FOMAU sunt cele cunoscute de la standardele anterioare, la care se adug cele specifice noului mediu:

Fig. 2.9

-transmiterea fluxului de bii de la repetorul 10Base5 ctre cablul de fibra optic; -receptarea fluxului de bii de la fibra optic i transmiterea sa ctre repetor; -determinarea i contracararea semnalului de coliziune; 14

-determinarea erorii de jabber (transmisii prea lungi, lungime necorespunzatoare a cadrului) i ntreruperea transmisiei; -detectarea nivelului critic de semnal pe fibra optic i intreruperea corespunztoare a recepiei. 2.2.2.6. Standardul 10BaseT Standardul 10BaseT constituie o prima abordare structurat a problemelor legate de dezvoltarea reelelor, n sensul ca staiile ataate sunt legate toate la un repertor multiport (numit i hub), sunt conectate mpreun, nu sunt inserate fiecare n diverse locuri ale mediului. Standardul specific caracteristicile unitii de ataare la mediu i caracteristicile mediului de transmisie, legate de transmisia la 10MHz, n banda de baza i pe un segment de cablu torsadat (twisted pair, de unde i indicativul 'T' din al treilea cmp al numelui standardului). Conform acestui standard, singura modalitate de conectare a dou staii este printr-o legtur punct-la-punct, de unde necesitatea utilizrii repetoarelor multiport, pentru conectarea a mai mult de dou staii, formandu-se astfel o topologie stelar. La nivel MAC se implementeaz identic protocolul 802.3. Unitatea de ataare la mediu (transceiver-ul 10BaseT) are posibilitatea de a gestiona semnale electrice de-a lungul unor cabluri torsadate (segmente ale reelei), de lungime maxim de 100m. Aceste perechi de fire rsucite sunt conectate la unitatea dependent de mediu MDI a transceiver-ului, prin conectori jack de opt contacte, cu cheie central, de tip RJ45. Pe cele patru fire (dou perechi de fire rsucite) ale cablului telefonic folosit, sunt transmise semnalele n curent TD si RD, pentru transmisie si receptie date. Aceasta modalitate ofer avantajul folosirii cablrii existente, realizat pentru sistemul telefonic; este deci o cablare ieftin i sigur, datorit calitailor cablului torsadat. Reelele moderne, de mare vitez, suport aceast modalitate de cablare (cazul 100BaseT, chiar 1000BaseT), facilitnd n timp procesul de modernizare (upgrading), fr eforturi materiale deosebite. Principalele funcii ale unui transceiver 100BaseT sunt cele obinuite pentru un transceiver 802.3, cu particularitatile proprii mediului de transmisie, si anume: -transmisia datelor primite de la interfaa 802.3, date codificate Manchester, ctre mediu, respectiv ctre perechea de linii de transmisie date TD (Transmit Data); n lipsa datelor de transmis, se transmite pe linie un semnal idle TP_IDL, care este de fapt o secven specific de impulsuri; -recepia datelor de pe perechea de linii RD (Receive Data) i transmiterea ctre interat; -detectarea semnalului de coliziune n mediu (pe liniile RD) si elaborarea semnalului corespunzator ctre interfa; -generarea de semnal de test pentru circuitele de detectare a coliziunii (semnal SQET); -funcia de jabber, detectarea cadrelor de lungime incorect; -funcia de buclare (loop-back), prin care datele transmise catre mediu sunt transmise n ecou napoi ctre interfa; -funcia de test integritate a legturilor, bazat pe faptul ca dac o perioad de timp (50-150ms) nu se primeste semnal de date sau semnal TP_IDL, se considera cdere de linie. Un segment 10BaseT este constituit dintr-un cablu torsadat format din cel puin dou perechi de fire rsucite, cu urmtoarele caracteristici: -impedana de 100 + 15 ohmi, pentru frecvene de pn la 16MHz; -lungimea de maxim 100m (n timp aceasta a fost mrit datorit folosirii cablurilor UTP de categoria 5, pentru care diafonia i atenuarea au sczut mult; se poate lucra aici pn la 165m); -viteza de propagare a semnalului electric este de cel putin 0,585c; -atenuarea este de maxim 11,5dB.

15

Reteaua 10BaseT prezint avantajele legate de raportul cost/performan, de uurina de instalare i gestionare a reelei, de modemizare, fiind modelul ideal pentru reelele dedicate grupurilor de lucru. 2.2.2.7. Standardul pentru fibra optic 10BaseF Setul de standarde 10BaseF reglementeaz folosirea cablu1ui cu fibra optic pentru un LAN 802,3. Este compus din urmtoarele standarde: -10BaseFP, bazat pe steaua pasiv; -10BaseFB, bazat pe transmisia sincron pe fibra optic; -10BaseFL, o mbunataire a standardului FOIRL. Standardul 10BaseFP Standardul 10BaseFP privete elementele la nivelul fizic aferente unei transmisii la 10MHz, n banda de baz, pe cablu optic topologie de stea pasiva (FP este prescurtarea lui Fiber Passive). Deoarece prin fibra optic legatura ntre staii este doar de tip punct-la-punct (fibra optic nu permite difuzarea, precum folosirea undelor radio de exemplu), pentru a interconecta mai multe staii este necesara realizarea unei topologii stelare sau inelare. Topologia stelar implic existena unui element central, a unui repartitor de semnal, un element care divide semnalul optic (splitter) i-l direcioneaza (steaua pasiva). De aceea mare parte a semnalului optic transmis de o unitate de ataare MAU pe un segment este 'pierdut' prin divizare n elementul central, lucru care face ca MAU sa conin elemente de ataare la mediu de foarte bun performan. Ca i caracteristici mai importante, se prevede o distan maxim intre dou uniti de ataare, prin intermediul stelei, de 1000m, iar ntre steaua pasiv i MAU, de 500m. Standardul 10BaseFB O alta posibilitate de folosire a fibrei optice este dat de standardul 10BaseFB, care descrie condiiile necesare folosirii cablului de fibr optic ca i coloan vertebral (backbone) ntre dou repetoare 802.3. Cmpul FB din nume semnific exact folosirea fibrei optice ca backbone. Transmisia este de tip sincron, lucru care face eficace folosirea de echipamente transceiver tolerante la erori (fault-tolerant). Aceste echipamente sunt dotate cu dou porturi (interfee) pentru accesul la mediu, una principal i una de restaurare, care intr n funciune la defectarea primeia. Caracteristicile se ncadreaz n cele ale reelelor anterioare, dar unele sunt specifice: -segmentul de fibr optic poate avea o lungime de 2000m; -un MAU prevede transmiterea, n absena semnalului de date, a semnalului S_IDL (Synchronous Idle), cu rol de test a liniei; -la recepia unei erori din linie, MAU genereaz semnalul RF (Remote Fault); -transmisia datelor i a semnalelor S_IDL si RF se face n mod sincron, pe baza celulei de 1 bit. Se prevad i aici aceleai funcii pentru MAU, precum tratarea coliziunii, funcia de jabber i de transmitere n ecou a datelor. Pentru c prin transmisia sincrona, unitatea MAU nu mai are nevoie de sincronizare prin intermediul preambulului, nu mai intervine faza de refacere a sa, i deci, nu este influenat parametrul 16

IPG (inter-frame gap). Cu alte cuvinte, segmentul 10BaseFB nu conteaz ca repetor, pentru ca nu micoreaz valoarea parametrului IPG. Aceasta permite extinderea reelei 802.3, prin cascadarea a dou segmente 10BaseFB, putnd conta acum pe distane ntre staii de 4km. Standardul 10BaseFL Standardul 10BaseFL se refer la problemele folosirii optice ca legatur (Link) ntre repetoare sau staii ale unui LAN 802.3. Legturile pot fi de tip punct-la-punct sau stelare (dac sunt folosite repetoare multiport). Un segment 10BaseFL const ntr-o conexiune punct-la-punct prin fibra optic ntre dou uniti MAU (uniti legate prin cabluri la repetoare sau staii). El poate avea o lungime de pn la 2000m. Transceiver-ul este compatibil cu MAU FOIRL i are aceleasi caracteristici optice precum MAU 10BaseFB.

2.2.3. Reeaua Token Bus i standardul IEEE 802.4Standardul IEEE 802.4, a fost publicat de IEEE la mijlocul anilor '80, i a fost susinut de companii precum gigantul General Motors, interesate n domeniul automatizrii fabricaiei (protocolul definit de standardul 802.4 intr n categoria MAP -Manufacturing Automation Protocol). El a fost construit ca o reacie la standardul 802.3, aplicat cu succes n activitile de proiectare i de birou (acesta intra n categoria TOP -Technical and Office Protocol), dar total impropriu folosirii pentru automatizarea proceselor industriale, prin faptul ca nu prevede cadre prioritare i nu ofer o determinare a timpilor de ateptare pentru accesul la mediu (protocolul este nedeterminist, cazul cel mai defavorabil nu poate fi estimat printr-o valoare de maxim). n replic, comitetul de lucru pentru dezvoltarea standardului 802.4 a propus o reea cu o topologie liniar, de tip magistral (bus), cea mai adecvat controlului automat al unei linii de producie, permind de asemenea implementarea unui sistem de prioriti pentru staiile conectate i prezentnd o comportare determinist. Accesul la mediu este fcut printr-o metoda bazat pe jeton (token), lucru ce da posibilitatea estimrii cazului cel mai defavorabil pentru timpul de ateptare pentru accesul la mediu. Precum celelalte protocoale MAC 802.x, ilustrate mai sus, protocolul 802.4 este un protocol la nivelul accesului la mediu, avnd deasupra, n stiva de protocoale, protocolul LLC definit de standardul IEEE 802.2, iar la nivelul fizic bazndu-se pe transmisia analogic (n band larg), utiliznd cablu coaxial CATV. Este i acesta unul dintre motivele pentru care reelele Token Bus nu mai corespund performanelor cerute actualmente. Dac fizic, cablul folosit la care sunt ataate staiile, este configurat liniar sau arborescent, din punct de vedere logic staiile sunt organizate ntr-un inel, n care circul token-ul ntr-o anumit direcie (vezi figura de mai jos). Figura reprezint o configuraie n care sunt staii active, cuprinse n inelul logic, i staii inactive (statia S6), ce nu fac parte din inelul logic. Fiecare statie cunoaste adresele staiilor din aval i amonte, sau de la stanga i dreapta sa. Dintre staii, la iniializare, una este cea care genereaza token-ul, i anume cea cu adresa superioar.

17

Fig. 2.10 Reeaua Token Bus Accesul la mediu este fr coliziune, deoarece la un moment dat doar o staie din reea deine token-ul, i deci poate transmite. Mediul fiind de tip broadcast, utilizat de toate staiile, fiecare staie recepioneaza fiecare cadru din mediu, procesnd doar cele care i sunt adresate. Reeaua opereaz la viteze de 1,5 Mbps sau 10Mbps. 2.2.3.1. Nivelul Fizic La nivelul Fizic, o reea Token Bus se bazeaz pe cablul coaxial CATV, cu impedanta de 75 de ohmi, folosit pentru transmisii analogice (cablul obisnuit pentru televiziunea prin cablu). Ca arhitectur este posibil implementarea arborelui, cu sau fr nod terminator de capat (headend), fie n sistem cu cablu simplu, fie cu cablu dual. Pentru modularea semnalelor se folosesc diferite tehnici, variante specializate ale modulrii prin deplasare n frecven (FSK), sau deplasare n faza (PSK), precum: modularea n frecvena cu faza continu, modularea n frecven cu faza coerent i modularea n faza cu amplitudine multinivel. Prin aceste tehnici se moduleaz nu numai simbolurile de date, sau simbolul idle, dar i altele necesare n gestionarea i controlul reelei. Prin toate acestea, nivelul fizic al reelei 802.4 este total incompatibil cu cel al altei reele 802.3, i chiar mai complicat. Standardul IEEE 802.4 este actualmente n declin, pe de-o parte datoarit minusurilor proprii (transmisie analogic i amplificatoare analogice pretentioase, complexitatea protocolului, comportare slab pentru ncarcare redus a reelei), dar i pentru c este impropriu utilizrii la nivelul fizic a unor medii de transmisie rapide, precum fibra optic.

2.2.4. Reteaua Token Ring si standardul IEEE 802.5Reteaua Token Ring are aceeasi vrst precum Ethernet, fiind elaborate de concernul IBM n anii 70, ca o alternativ la aceasta. Prima versiune de reea Token Ring opera pe un cablaj n topologie stelar, realizat cu cablu STP de tip 1, la o viteza de 4 Mbps. Astzi reelele Token Ring opereaz la viteze de 4 Mbps si 16 Mbps, pe cabluri STP i UTP, categoria 4 si 5. O reea Token Ring const din mai multe staii legate ntre ele prin legaturi punct-la-punct, topologia realizat fiind cea de inel fizic, dupa cum se vede i din figura urmtoare. Cablarea reelei se face nsa sub forma stelar, pentru asigurarea unei mai bune operativiti n munca de ntreinere a reelei. Centrul stelei l reprezint concentratorul, de la care pleac legturile ctre staiile din reea. Dac una din staii se defecteaz sau trebuie dezactivat temporar, operaia de scoatere a staiei din reea se face la nivelul concentratorului, prin acionarea unor relee de trecere bypass (vezi figura de mai sus). 2.2.4.1. Nivelul fizic specificat de standardul IEEE 802.5 Nivelul Fizic specificat de standard se refer la aspectele electrice, mecanice, funcionale, asociate cu transmiterea fluxului de biti in mediu. Datele sunt codificate dupa metoda Manchester diferenial, deci informaia de ceas este purtat de biii de informaie. Singur monitorul activ este cel care genereaz ceasul folosit n reea. Pentru sincronizarea staiilor cu ceasul monitorului se prevad biii suplimentari de sincronizare; ei sunt

18

necesari datorit jitter-ului (afectrii fazei semnalului din mediu datorita componentelor pasive din reea), care poate deveni important ntr-o reea 802.5, datorit numrului mare de componente pasive utilizate.

Fig. 2.11 Topologiile de inel i inel configurat stelar De aceea standardul limiteaz numrul de staii din reea precum i lungimea maxima a cablurilor folosite. Ca medii de transmisie, standardul iniial IBM i versiunea timpurie IEEE 802.5, specificau cablul torsadat STP cu impedata de 150 de ohmi. Versiunile noi permit si utilizarea de cablu UTP, categoriile 3,4 si 5. Pentru reele lucrand la 16Mbps se folosete n general doar cablu UTP categoria 5. Folosirea cablului STP incumb conectare cu conectori IBM de tip hermafrodit, iar folosirea cablului UTP, implica folosirea conectorilor RJ45. Cand cablajul se realizeaz cu cablu UTP, ntre staie i cablu se insereaza un filtru (media filter), pentru adaptarea impedantei de ieire a staiei, de 150 ohmi, cu cea a cablului, de 100 ohmi. Cablajul unei reele Token Ring, dei parcursul informaiei urmeaz un inel, este de tip stelar, prevaznd un element central de tip concentrator (Token Ring hub). Aceasta din raiuni de mrire a fiabilitii i uurin n ntreinere. Concentratorul este de obicei situat ntr-un loc accesibil, ntr-un dulap. De la acest concentrator pornesc 'razele' stelei, mai corect spus lobii reelei, fiecare lob format din staie i cablurile mpreun cu conectorii care o conecteaz la concentrator. Reelele uzuale folosesc concentratoare cu 8-20 de lobi. Numrul de staii dintr-o reea i deci numrul maxim de concentratoare ce poate fi folosit, precum i lungimea cablului de conectare dintr-un lob, depind de viteza de transmisie, tipul de concentratoare, tipul de cablu i conectorii folosii (parametri de diafonie i atenuare introduse). Se pot folosi mai multe concentratoare, interconectate ntre ele, arhitectura real a reelei devenind acum de tip 'fulg de nea' (snow-flake). In general numrul de staii conectate la un inel este limitat att de standardul IBM ct i de IEEE 802.5, la 260 staii, cu modificari datorate condiiilor specifice. Se deduce c echipamentele de tip concentrator vor trebui s posede diverse tipuri de circuite de interfa: interfa cu lobii proprii i interfa cu alte concentratoare. In plus, pentru motive de securitate, concentratorii realizeaz, pe lng traseul principal (inelul de baz) i un traseu de salvare (backup), care face ca la un defect intern al concentratorului, el s se decupleze de la reea fr a o afecta n mod drastic. Tipurile de concentratoare permise de standard sunt: -concentratoare pasive

19

Sunt compuse doar din conectori i relee bypass neautomate; ele permit, n anumite condiii, o lungime de cablu n lob relativ mic, inferioar normelor EIA/TIA pentru cablarea structurat. -concentratoare active Compuse din conectori obinuii, dar i din circuite de amplificare i temporizare, att pentru partea de interconectare a concentratoarelor (pentru trunchiurile de interconectare), ct i pentru circuitele din lobi; conine relee automate pentru porile lobilor. -concentratoare parial active Prevd circuite de amplificare i retemporizare doar n partea de interconectare. Aceste din urma tipuri de concentratoare prevd posibilitatea de cablare a lobilor cu cabluri de lungime de peste 100m, chiar 300m pentru cablu STP, sau 200m n cazul cablului UTP-5.

2.2.5. Comparaie ntre standardele 802.3, 802.4 si 802.5Datorit considerrii celor trei standarde ca fundamentale pentru definirea i problematica retelelor locale, pe parcursul anilor '80 s-a dat mare importanta studierii comparative a metodelor de acces la mediu folosite i a performanelor efective ale celor trei tipuri de reele. Dei per global, cele trei tipuri de reele au performane relativ similare, fiind dezvoltate n aceei perioad de timp i folosind tehnologia disponibil n acea perioad, deci o comparaie amanunit nu i mai are astzi rostul, n continuare se vor preznta aspectele pozitive i negative ale fiecrui standard i se vor evidenia deosebirile dintre implementri, n contextul problematicii ce va fi discutat ceva mai ncolo, aceea a interconectarii reelelor locale. Reeaua 802.3, mai ales prin implementrile Ethernet existente, constituie tipul de LAN cel mai folosit, fiind i cel mai cunoscut. Algoritmul de acces la mediu, de tip CSMA/CD, este simplu, se comporta bine la ncrcri mici i medii ale reelelor, dar puin satisfctor pentru ncrcri mari. Practic, n aceste condiii viteza efectiv de lucru scade drastic de la 10Mbps ctre jumatate. De asemenea algoritmul este nedeterminist (nu se poate prevedea timpul de ateptare pentru acces) i nu prevede tratarea prioritilor, lucru ce l fac inutilizabil pentru reele industriale sau lucrul n timp real. Practic, reeaua Ethernet prezint avantajul utilizrii unor medii de transmisie ieftine (i diverse), dar ea implica o important component analogic (necesit circuite electronice analogice), are limitari serioase n ceea ce privete lungimea segmentelor i lungimea totala a reelei. Lungimea cadrului 802.3 este limitata att inferior, la 64 de octei, ct i superior, la aproximativ 1500 octei, dimensiune mic raportat la cele ale cadre lor reelelor Token Bus i Token Ring. Cu toate aceste limitri, reeaua 802.3 (practic reeaua Ethernet, mai exact) a avut i are o importan covritoare pentru evoluia LAN, chiar i reelele de mare vitez fiind bazate nca pe filozofia Ethernet. Reteaua 802.4 a fost conceput pentru automatizarea benzilor de producie, de unde avantajele oferite de algoritmul de acces la mediu (de tip Token Bus) pentru tratarea prioritilor cadrelor i rezolvarea determinist a accesului la mediu. Comportarea sa este bun pentru ncrcri mari ale reelei (mai puin satisfctoare pentru ncarcare slaba a reelei) i de asemenea reeaua poate fi configurat pentru a oferi lime garantat de band. Protocolul este nsa complex i dificil de implementat n mod complet i corect. Implementarile folosesc tehnologie analogic, nu admit utilizarea fibrei optice, deci viitorul nu i este favorabil. Cadrele au o lungime maxim limitat n jur la 8000 octei i o structur incompatibil cu cele 802.3.

20

Reteaua Token Ring, standard 802.5, aduce pregnant avantajele algoritmului de acces la mediu, bazat pe folosirea jetonului, avand o comportare excelent pentru ncrcri mari ale reelei i de asemenea, n condiiile folosirii unor variante (cu eliberarea anticipat a jetonului), prevede o comportare bun i la trafic sczut (este i motivul pentru care reele rapide, bazate pe fibr optic, au preluat algoritrnul). Algoritmul Token Ring folosete mecanisme de achitare, implementeaz un sistem de prioriti i are un caracter determinist. Implementarile sunt bazate pe legturi punct-lapunct, pe configuraii stelare i centre de cablaj, pe medii de transmisie variate, oferind fiabilitate ridicat i usurin n ntreinere. Cadrele de date sunt de lungime flexibil, neavnd limitri prestabilite de lungime. Un dezavantaj al metodei ar fi folosirea controlului centralizat, prin intermediul monitorului activ; apar probleme mai ales n situaiile de funcionare defectuoas a sa. Nici cadrul 802.5 nu este compatibil cu vreunul din cele precedente. Toate aceste caracteristici fac deloc simpla interconectarea a oricaror dou reele locale de tip 802.x.

2.2.6. Reele locale de mare vitez i alte standarde IEEE 802Competiia ntre proiectanii i fabricanii de elemente pentru reelele locale, competiie destinat creterii vitezei de transmisie, a fiabilitii reelelor, dar i a meninerii costurilor n domenii abordabile, este n plin desfurare. Sunt numeroase propuneri pentru dezvoltarea de reele locale de mare vitez, numite HSLAN (High Speed LAN). In general aceste propuneri pot fi mprite n dou mari grupe: - propuneri pentru dezvoltarea reelelor de tip Ethernet; n aceasta categorie pot fi ncadrate reelele 100BaseX (cu variantele 100BaseTX, 100BaseT4 i 100BaseFX), Switched Ethernet, Full Duplex Ethernet; - propuneri pentru dezvoltarea de HSLAN nebazate pe soluii Ethernet; aici se pot meniona reelele 100BaseVG, FDDI, DTR, retelele ATM.

2.2.6.1. Reeaua FDDI i standardul ISO 9314 Dezvoltarea acestei reele rapide, FDDI (Fiber Distributed Data Interface), de 100 Mbps, a fost iniiat de organizaia american de standardizare ANSI (American National Standard Institute), fiind proiectat pentru fibra optic, dar admind actualmente i cablurile torsadate UTP pentru conectarea staiilor ataate cu staiile de tip concentrator. n mod curent, o reea FDDI este considerat a avea o vitez de transmisie de 100Mbps la nivelul legturii de date i o viteza de 125Mbps la nivel fizic, datorit modului de codificare a datelor, de tip 4B/5B. Topologia logic este de inel, care poate fi cablat ca stea, daca se folosesc concentratori activi. Cablajul fizic const de fapt din dou inele, unul principal (primary ring), utilizat pentru transmiterea datelor i unul secundar (de salvare - backup), aflat normal n stare de ateptare (idle),

21

lucru ce face posibil izolarea fr pierderi a defectelor din reea. n caz de defect (cdere staie sau tronson inel), inelul principal se va nchide prin cel secundar, care trece din stare pasiv n stare activ. Fig. 2.12 Inelele unei reele FDDI Parcursul datelor va fi acum mai lung, lucru ce trebuie considerat la proiectarea fizic a reelei. ntr-o reea FDDI exist trei tipuri de staii, ilustrate de figura 2.13: - staii cu ataare la ambele inele, numite n standard staii DAS (Dual Attachment Station); sunt staii fiabile, complexe, posed releu bypass pentru izolare de inel, ndeplinesc funcii de gestionare, dar au preuri ridicate; - staii ataate la un singur inel (cel primar), numite SAS (Single Attachment Station); sunt staii ce se conecteaz la reea prin intermediul unui concentrator, nu posed proprieti deosebite de detectare i izolare defecte (aceasta o face concentratorul); se conecteaz prin cablu STP sau UTP la concentrator i au avantajul unui pre sczut; - staia de tip concentrator DAC (Dual Attachment Concentrator); este un concentrator activ care permite conectarea staiilor SAS la reea; are sarcini de gestionare, posed bypass de izolare pentru staiile SAS. Standardul FDDI este constituit din patru substandarde: descrierea subnivelului fizic dependent de mediu PMD (Physical Medium Dependent); descrierea subnivelului fizic independent de mediu PHY; descrierea metodei de acces la mediu i a nivelului MAC; descrierea gestionarii reelei SMT (Station Management).

Subnivelul PMD (Physical Medium Dependent) este componenta de jos a nivelului fizic i specific elementele fizice necesare conectrii staiilor FDDI i interfaa necesar cuplrii staiilor la mediile de transmisie folosite. El specific natura i nivelul semnalelor, caracteristicile circuitelor electronice pentru recepia si transmisia datelor n mediu, caracteristicile mecanice i electrice ale cablurilor i conectorilor folosii.

Fig.2 13 Elementele componente ale standardului

22

Subnivelul PHY constituie partea superioar (independenta de mediu) a nivelului fizic, avnd ca sarcini codificarea/decodificarea cadrelor FDDI, sincronizarea, combinarea/separarea semnalelor de ceas i de date, compensarea diferenelor ntre semnalele de ceas ale staiilor adiacente. Subnivelul MAC constituie partea inferioara a nivelului legatorii de date, partea superioar a nivelului constituind-o i aici substratul LLC 802.2. Substratul MAC se ocup de furnizarea serviciilor de acces la mediu (n cazul FDDI mediul este realizat prin inel de fibra optic, eventual cu segmente de legatur realizate cu cablu UTP sau STP). Serviciile oferite prevad iniializarea inelului, transmisia i recepia datelor n inel, izolarea defectelor. Protocolul SMT Pentru monitorizarea inelului i gestionarea activitii staiilor cuplate la inel, standardul FDDI prevede un substandard specific, numit SMT (Station Management). El prevede gestionarea conexiunii, prin realizarea operaiilor de inserare/decuplare a unei staii n inel, gestionarea inelului i a configuraiei sale, prin iniializarea unei staii, configurarea staiei, izolarea defectelor n inel, colectarea erorilor i elaborarea de statistici. Se observa c standardul FDDI degreveaz protocolul MAC de anumite sarcini (precum cele de contorizare erori, elaborare de statistici, executate la nivel MAC ntr-o reea Token Ring), atribuindu-le unui protocol special de management. 2.6.3. Nivelul Fizic al retelei FDDI Subnivelul PHY Funciile ndeplinite de subnivelul independent de mediu PHY, sunt: - codificarea NRZ (Non Return to Zero) i NRZI (Non Return to Zero Inverted on one) a irului de coduri pentru simbolurile folosite la nivel MAC; simbolurile folosite la nivel MAC sunt codificate dup metoda 4B/5B, obinndu-se cmpuri (coduri) de cinci bii, care sunt codificate NRZI, apoi NRZ, pentru transmiterea ctre substratul PMD; - separarea semnalului de ceas de cel de date n faza de recepie i combinarea lor pentru semnalul transmis; - compensarea diferenelor de ceas dintre staia curent i ceasul reelei, prin prevederea unor buffere de elasticizare a ritmului transmisiei; - pstrarea numrului de bii din cmpul Preambul n limite admise; prin procesul sincronizrii, o parte din bii se pierd, substratul PHY ocupndu-se de refacerea lor; codificarea 4B / 5B a simbolurilor primite de la nivelul MAC; tabelul cu codurile pentru strile liniilor de transmisie i transmiterea sa ctre protocolul de gestionare SMT, care rspunde de integritatea reelei; strile posibile ale liniilor sunt i ele codificate, iar codurile sunt date de tabelul cu simbolurile MAC. Restul combinaiilor sunt invalide.Valoare 00000 11111 00100 11000 10001 11110 01001 Simbol Q I H J K 0 1 Semantica Stare linie Quiet Stare linie Idle Stare linie Halt Prima parte a campului Start Delimiter A doua parte a campului Start Delimiter Simbolul pentru valoarea 0 Simbolul pentru valoarea 1

23

10100 10101 01010 01011 01110 01111 10010 10011 10110 10111 11010 11011 11100 11101 01101 00111 11001

2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F T R S

Simbolul pentru valoarea 2 Simbolul pentru valoarea 3 Simbolul pentru valoarea 4 Simbolul pentru valoarea 5 Simbolul pentru valoarea 6 Simbolul pentru valoarea 7 Simbolul pentru valoarea 8 Simbolul pentru valoarea 9 Simbolul pentru valoarea A Simbolul pentru valoarea B Simbolul pentru valoarea C Simbolul pentru valoarea D Simbolul pentru valoarea E Simbolul pentru valoarea F Simbolul pentru terminare Zero logic (reset) Unu logic (set)

Tabelul cu simbolurile MAC FDDI Substratul fizic dependent de mediu PMD Pentru substratul fizic dependent de mediu PMD, cu rol n descrierea caracteristicilor mecanice i electrice ale elementelor de conectare la mediu, descrierea nivelelor semnalelor de interfa, i n general a tuturor problemelor ce apar la directa interconectare cu mediul, exist mai multe standarde, cu modificri n timp, n funcie de modificrile aprute n posibilitatea de utilizare a diferitelor medii optice sau electrice. Primul standard aplicat, i cel mai raspndit i astzi, este ANSI X3.166, republicat de ISO sub forma ISO/IEC 9314-6. Standardul se bazeaz pe utilizarea fibrei optice multimodale cu dimensiuni 62.5/125 i a elementelor optice de tip LED, ce lucreaz pentru lungime de unda de 1300nm. Distana maxim admis ntre dou staii FDDI este de 2Km, dar nu trebuie s se depseasc o atenuare global de 11 dB. Conectorii folosii (numii de standard MIC -Medium Interface Connector) sunt cei mai raspndii conectori pentru fibra optic, i anume conectorii duplex ST, avnd cheie de inserie configurabil (prezentat n figura de mai jos). Aceasta permite folosirea lor pentru inserarea la oricare port al unei staii.

Fig. 2.14 Conector ST O staie FDDI poate poseda urmtoarele tipuri de porturi, fiecare avnd o configuraie fizic diferit pentru conector: - port tip A, pentru cuplarea unei staii DAS ca intrare pentru inelul principal i ieire pentru cel secundar (primary in/secondary out); - port de tip B, pentru cuplarea unei staii DAS ca primary out/secondary in; - port de tip M, pentru cuplare concentrator DAC;

24

- port de tip S pentru cuplare staie SAS. Pentru utilizarea cablurilor torsadate s-a elaborat standardul ANSI TP-PMD, care d regulile de conectare ale staiilor SAS la concentratorul dual, folosindu-se cabluri STP sau UTP. Conectarea staiilor SAS la concentrator este singurul loc ntr-o reea FDDI unde se pot utiliza cablurile cu perechi de fire rsucite. Distana maxim prevazut ntre concentrator i staii este de 100m, deci se respect regulile de cablare EIA/TIA 568. Conectorii folosii sunt: conector hermafrodit pentru cablu STP i conectori RJ45 pentru cablul UTP de categoria 5.

Fig. 2.15 Codarea folosit de FDDI Standardul prevede pentru codificarea datelor un etaj de codificare suplimentar, pentru ca n mediul de transmisie fluxul de bii este codificat utiliznd codul cu tranziii multinivel MLT -3 (MultiLevel Transition, un cod ce permite scderea influenei atenurii asupra fluxului de bii) - codul este ilustrat de figura 2.15. Astfel la transmisia datelor, are loc codificarea datelor primite de la substratul PHY, din cod NRZI, n cod NRZ i apoi n MLT -3, lanul la recepia din mediu a fluxului de bii i transmiterea sa la nivelul PHY fiind invers, din cod MLT-3 n NRZ i apoi NRZI (codificarea NRZI NRZ poate fi facut i la nivelul PHY). Configurarea unei reele FDDI poate fi fcut n mai multe moduri: - configurare sub forma de inel, dac se utilizeaz doar staii DAS; - configurare stelar sau arborescent, dac se folosesc concentratoare DAC ca noduri i staii SAS, conectate stelar ctre concentratoare; - realizarea unui trunchi principal (backbone) n forma inelar, la care se cupleaza staiile DAS i concentratoarele, i realizarea unui cablaj stelar de la fiecare concentrator ctre staiile SAS; aceasta topologie este cea mai folosit. Standardul FDDI, foarte elaborat i complex, nu a rezolvat totui toate problemele legate de transmisia la viteze de sute de Mbps i nu s-a impus categoric pe piaa HSLAN, datorit costului ridicat al interfeelor. El s-a impus ndeosebi la realizarea reelelor locale de mare viteza de tip coloan vertebral (backbone), care este o reea local de mare vitez (i care suport o mare ncarcare a traficului), ce conecteaz alte reele locale de performane mai sczute. Aceasta datorit foartei bune sale comportri pentru ncrcri mari ale traficului (comportarea rezult din folosirea algoritmului de acces la mediu). De altfel, un impact pozitiv pentru realizarea interconectrii ntre reele de mare vitez si reele de mic vitez l are i formatul cadrului FDDI, care este similar cu cel de la 802.5. n

25

general s-a urmrit realizarea unei treceri ct mai facile de la standardul 802.5 la FDDI, fcndu-se modificri numai acolo unde erau necesare pentru a exploata posibilitile de transmisie ale inelului de fibr optic.

2.2.7. Dezvoltri ale reelelor Token RingBazat pe specificaiile 802.5 pentru reele Token Ring, exist actualmente cercetri pentru dezvoltarea de reele de vitez ridicat. Un nou standard, publicat n 1997, ar fi DTR (Dedicated Token Ring), bazat pe standardul existent Token Ring, dar prevznd viteza de transmisie de 16Mbps i posibilitatea de 32Mbps n modul de lucru FDX (Full DupleX). Exist de asemenea preocupri pentru obinerea de viteze de 100Mbps. Reeaua poate fi denumit i reea Token Ring comutat cu operare full duplex (Switched Full Duplex Token Ring). Topologic, o reea DTR este similar unei reele 802.5, prevznd ns un concentrator evoluat. Acesta este elementul cheie al reelei. Concentratorul DTR este un comutator (switch) ce funcioneaz ca un bridge multi-port, suportnd ambele metode de dirijare (dirijarea de la surs i bridge transparent). Concentratorul DTR difer de concentratorul clasic Token Ring, prin faptul c ofer la fiecare port funcii MAC de recepie/transmisie cadre. Cum s-a prezentat n capitolul anterior, concentratorul 'clasic' TR nu prezint la porturile sale funcionalitate MAC, ci doar funcii de inserare/decuplare a staiilor din inel, realizate prin relee bypass. n reeaua clasic Token Ring, legtura ntre portul concentratorului i o staie este realizat printr-o cale de date de emisie/recepie ce opereaz la 4 sau 16Mbps, deci banda de frecvene oferit este utilizat in comun (shared) de procesele de emisie i recepie. Fiecare nod al reelei clasice execut protocolul de acces la mediu Token Ring, utiliznd n comun calea (n sensul ca emisia i recepia folosesc n comun banda de frecvene alocat). ntr-o reea DTR, calea de date dintre concentrator i staie este realizat fie ca o cale de 16Mbps, precum la reeaua tradiional, dar conexiunea este dedicat, deci fiecare nod al reelei are la dispoziie ntreaga laime de band, fie ca o conexiune dedicat de 32Mbps, cnd se lucreaz full duplex att la nivel de concentrator, ct i de staie. Deoarece o conexiune DTR ntre dou staii este o conexiune punct-la-punct cu ci diferite de emisie i recepie, nu mai este nevoie de mecanism de acces de tip Token Ring, pentru evitarea conflictului de acces. Grupul de lucru DTR propune un mecanism de acces fr token, bazat pe acces de tip flux, numit TXI (Transmit Immediate). Fiind bazat pe reea Token Ring, constituind o continuare a sa la un alt nivel de performan, precum i din motive economice, reeaua DTR pstreaz compatibilitatea (backward compatibility) cu aceasta, n sensul c instalaiile TR existente pot fi folosite i n reea OTR. Astfel adaptoarele TR pot fi conectate la concentratorul DTR i invers, adaptoarele DTR pot fi folosite la concentratoare TR, cu meniunea c adaptoarele DTR fac iniial testarea capabilitilor portului la care se conecteaz.

2.2.8. Reeaua 100BaseVG i standardul IEEE 802.12Reeaua 100BaseVG este o reea ce opereaz la 100Mbps, n banda de baz, folosind ca medii de comunicaie cablul torsadat UTP cu 4 perechi de fire, categoria 3 (Voice Grade), de categoriile 4 si 5, dar prevede operarea i pe cablu torsadat STP cu dou perechi de fire sau pe cablul optic. Tehnologia 100VG-AnyLAN, cum mai este denumit, prevede posibilitatea folosirii regulilor de proiectare (prevede formate de pachete compatibile) i a topologiilor de tip 10BaseT i Token Ring, cu 26

implicaii n facilitarea procesului de ridicare a performanelor pentru numeroasele reele existente de acest tip. O reea 100BaseVG prezint o topologie arborescent; rdcina arborelui este un concentrator central (hub), de la care pleac legturile ctre noduri. Ca i noduri, pot fi configurate simple staii, alte concentratoare, sau echipamente de interconectare la reele de tip Ethernet, Token Ring (echipamente de tip bridge), rutere pentru accesul la reele WAN, sau elemente de interconectare cu reele ATM sau FDDI. Concentratorul central (100BaseVG-AnyLAN hub) este un controller inteligent care gestioneaz reeaua prin efectuarea unui proces continuu de baleiere a ei, un proces de interogare de tip round-robin. Se determina astfel cererile de transmisie sau de servicii ale elementelor din reea. Concentratorul preia pachetele de la staiile surs i le dirijeaz spre staiile desinatie ntr-un mod sigur i coerent. Hub-ul poate fi configurat pentru a accepta i procesa att pachete Ethernet/802.3, ct i 802.5. Deoarece concentratorul 100VG-AnyLAN poate fi folosit la diverse nivele ale arborelui topologic, el prevede un port pentru legatura 'n sus', ctre nivelul superior i mai multe porturi pentru conexiunile 'n jos'. De asemenea, ntr-o reea doar unul din concentratoare va fi programat n mod monitor, devenind rdcina a arborelului topologic, celelalte vor opera n modul normal, prin care vor dirija pachete de la unul din porturile sale de intrare spre unul (sau mai multe) din porturile sale de ieire. Din punct de vedere arhitectural, al ierarhiei de protocoale, reeaua 100BaseVG prezint urmatoarele nivele: un nivel pentru accesul la mediu MAC, unde implementeaza un protocol de acces numit DP (Demand Priority); un subnivel fizic independent de mediu PMI (Physical Medium Independent); un subnivel fizic dependent de mediu PMD (Physical Medium Dependent).

2.2.8.1. Substratul PMI Funciile substratului fizic independent de mediu PMI (Physical Medium Independent) se refera la: - formatarea final a pachetului pentru transmiterea sa ctre substratul fizic dependent de mediu PMD, prin adaugarea preambulului, delimitatorilor de nceput i sfrit cadru; - codarea datelor 5B/6B; - amestecarea datelor pentru transmiterea pe canalele de comunicaie (data scrambling). Aceste funcii sunt impuse de mediul fizic folosit cu precdere de acest tip de reea; este vorba de cablul torsadat cu patru perechi de fire rsucite UTP, de categoriile 3 (numit voice grade), 4 si 5. Din aceasta cauza, cele patru perechi de fire rsucite formeaz patru canale de comunicaie, putnd spune ca viteza globala de transmisie de 100Mbps se realizeaz prin cele patru canale, fiecare cu viteza de 25Mbps. Pentru transmiterea pe canal a informaiei, se strbat urmtorii pai: - Cadrul MAC (completat cu toate cmpurile) este mprit secvenial n grupuri de date de 5 bii (cvintei), care vor fi distribuii pe cele patru canale; nainte de a fi transmii efectiv pe fir, datele sunt supuse i altor transformri. - Urmtoarea transformare este amestecarea dup un anumit algoritm a biilor din fiecare cvintet (data scrambling), pentru a se obine configuraii aleatoare de bii n cvintet,n acest fel eliminndu-se 27

posibile repetiii de configuraie. Aceasta asigur reducerea interferenei de radio-frecven i a interferenei ntre perechile de fire (crosstalk). Un posibil algoritm de amestecare ar fi nmulirea (la emiator) a polinomului cu coeficienii dai de biii din cvintet, cu un polinom standard, iar la receptor avand loc operaia invers, de mprire a secvenei transportate cu polinomul standard. - Urmtoarea transformare asupra datelor este codificarea 5B/6B, prin care fiecare grup de 5 bii este codificat ntr-un grup de 6 bii, crendu-se un echilibru ntre numrul de bii 1 i bii 0. Prin aceasta se uureaz posibilitatea de sincronizare a staiilor receptoare cu ceasul master, i de asemenea se pot verifica eventuale erori de coduri invalide. De remarcat c acest proces necesit creterea bandei de frecvene a cablului, el trebuind sa suporte pentru fiecare pereche de fire o vitez de transport de 30Mbps, pentru a realiza o viteza de transmisie util de 25Mbps. 2.2.8.2. Substratul PMD Substratul fizic dependent de mediu PMD (Physical Medium Dependent) asigur funcii referitoare la multiplexarea canalelor (dac reeaua este implementat cu cablu STP sau fibr optic), codarea NRZ a date lor pentru transmitere, transmiterea i recepia datelor n mediu i controlul strii legturii fizice ntre nod i hub. Codarea NRZ este eficient i sigur, codnd un bit per perioada de ceas, dar mai ales asigura posibilitatea utilizrii cablurilor UTP-3, cu operarea n voice grade. De remarcat c pentru asigurarea unei viteze de transmisie globale de 100Mbps, sau de 25Mbps pe fiecare canal, rata de codare trebuie s fie de 30Mbps per canal, sau de 120Mbps pentru ntreaga reea. O rat de codare de 30Mbps pe fiecare canal, necesit un semnal purtator de frecventa de 15MHz, la o asemenea frecven, interferena intre perechile de fire i emisiile electromagnetice avnd valori mici. Operarea n mediu (se intelege n primul rnd cablul UTP categoriile 3, 4, 5) se poate face fie n modul semiduplex HDX (half-duplex), fie total duplex FDX (full-duplex). Controlul legturii ns este obligatoriu s se fac n mod FOX. Pentru aceasta, procedura de control a strii legturii (Link-status Contro/) folosete o combinaie de dou tonuri de joas frecven, combinaie ce codifica starea legaturii intre hub si nod. Fiecare ton const dintr-un semnal de joas frecven, ce transmite un anumit sablon de bii (tonul Tl codific un ablon de 16 bii consecutivi 1, urmai de 16 bii consecutivi 0, iar tonul T2 codifica un sablon de 8 bii consecutivi 1 urmat de 8 bii consecutiv 0).

2.2.9. Reeaua Ethernet 100BaseX i standardul IEEE 802.13Oricine utilizeaza n ziua de azi o reea Ethernet la 10Mbps (sunt peste 40 milioane utilizatori), ar dori creterea performanelor sale, datorit noilor aplicaii, ndeosebi aplicaii multimedia, care solicit o band de frecvene superioar, deci operarea la vitez ridicat. Este normal ca un mare numr de firme constructoare, implicate n producerea de echipament Ethernet tradiional, s caute soluii pentru realizarea unei noi reele, tot de tip Ethernet, dar de viteza superioar. De asemenea organizaiile de standardizare au creat grupuri speciale de lucru pentru reproiectarea unei reele Ethernet rapide. Astfel a fost creat grupul de lucru IEEE pentru elaborarea standardului 802.13 (pentru reea 100BaseX), precum i o asociaie FEA (Fast Ethernet Alliance) pentru promovarea produselor i standardizarea n domeniul reelei Ethernet rapide. Mai popular dect numele 100BaseX este denumirea Fast Ethernet, utilizat cu precdere i n acest subcapitol. Fast Ethernet este definit pentru trei implementri fizice diferite:

28

- reea 100BaseTX utilizeaz cabluri torsadate UTP de categoria 5, cte dou perechi de fire pentru fiecare direcie de transmisie; ea foloeste aceleai perechi de fire i configuraii de pini, aceeai topologie ca reeaua 10BaseT. n plus, ea lucreaz full duplex la 100Mbps, i pentru a asigura compatibilitatea la nivelul fizic cu standardul FDDI, utilizeaz codarea 4B/5B. - reea 100BaseFX utilizeaza fibra optic multimodal; constituie dezvoltarea retelei de tip 10BaseFL, folosit pentru legturi punct-la-punct, pe o lungime de pn la 2km. Reeaua 100BaseFX are aceei utilitate, asigur aceeai distan de legare ntre dou repetoare, dar la viteza de 100Mbps, n mod full duplex. - reea 100BaseT4 pentru posibilitatea utilizrii cablurilor torsadate UTP cu patru perechi de fire, categoria 3; este necesar ns ca toate cele patru perechi s fie conectate ntre nod i hub (la 10BaseT exista posibilitatea utilizrii a numai dou perechi). n aceasta implementare, datele transmise/recepionate de interfaa vor fi multiplexate/demultiplexate pe trei perechi de fire ale cablului, a patra fiind folosit pentru controlul coliziunii. Pentru aceasta se utilizeaz o tehnic special de codare 8B/6T, folosind semnale ternare. Avnd la dispoziie trei perechi de fire pentru transmisie i folosind semnale ternare, se pot codifica pn la 27 de simboluri, deci pe cele trei fire se pot transmite n cursul unei perioade de ceas cte 4 bii. Cum viteza de sernnalizare folosit este de 25MHz (deci cu puin superioar celei de 20MHz, folosit pentru codarea Manchester utilizat de reeaua 10BaseT), vitez care este suportat de cablurile UTP categoria 3, per global se va obine o vitez de transmisie de 100Mbps. Parametrul care s-a modificat esenial pentru o reea Fast Ethernet fa de reeaua Ethernet tradiional la 10Mbps, este domeniul de coliziune. Aceasta are implicaii deosebite asupra topologiei posibile. Pentru o reea Ethernet tradiional, domeniul de coliziune este reprezentat de numrul de bii ce pot circula n mediu ntr-un sens i el este de 256 biti. La o viteza de transmisie de 10 ori mai mare, domeniul de coliziune scade; practic, aceasta se traduce prin faptul c dac ntr-o reea Ethernet la 10Mbps puteau exista patru repetoare (cinci segmente), la o reea Fast Ethernet nu ar mai putea exista dect unul (dac este repetor FE clasa I), sau cel mult dou repetoare ntre segmentele reelei (dac se folosesc repetoare FE clasa II, mai rapide, separate ntre ele prin maxim 5m de cablu). Aceasta duce iminent la schimbarea topologiei reelelor Ethernet de mare vitez, respectiv trebuie prevzute elemente care segmenteaz legturile, pentru a nu exista mai mult de dou repetoare cascadate. Deci locul repetoarelor l iau unitile de comutare de pachete (fie hub multi-port, fie bridge sau ruter), uniti care nu propag sernnalele de coliziune, deci separ domeniile de coliziune. Reelele tradiionale de tip CSMA/CD sau Token Ring sunt de tip 'shared networks', n sensul ca staiile conectate mpart banda oferit de mediul de transmisie, iar la un moment dat doar o staie efectueaz transmisie (ocupnd mediul); de asemenea la un moment dat fiecare staie activ efectueaz sau transmisie, sau recepie (opereaz n modul de lucru semi-duplex HDX). Tendina actual este pentru realizarea de reele care utilizeaz mediul n mod dedicat, fiind bazate pe legturi punct-la-punct, cu posibiliti de comunicare full duplex FDX. Aceasta se realizeaz prin utilizarea elementelor de comutare LAN (LAN switch), elemente ce prevd posibilitatea comutrii foarte rapide a pachetelor de la un port al su la altul (sunt de fapt echipamente bridge multiport). O alt modalitate de sporire a vitezei este folosirea acelor medii care permit operarea fullduplex FDX. Pentru reelele Ethernet cu legturi FDX se recomand utilizarea cablului torsadat UTP cu patru perechi de fire, a cablului torsadat STP cu dou perechi i a fibrei optice. Cablul coaxial nu poate fi folosit pentru legaturi FDX, deci nu este prevazut utilizarea sa pentru reelele HSLAN.

29

2.2.10. Reeaua Gigabit EthernetDezvoltarea reelelor Ethernet continu n aceti ani cu propunerea de standard i realizarea reelei Ethernet la 1000Mbps. Fore reunite ale IEEE, prin comitetul de lucru 802.3z sau 802.3ab i colective din cadrul organizaiei Fast Ethernet Alliance au pus n discuie deja o variant de standard (standard draft) pentru reeaua 1000BaseT, bazat pe cablul torsadat, sau reeaua 1000BaseLX, bazat pe fibr optic. Deoarece toate aceste reele poart numele generic Gigabit Ethernet, se va folosi i aceast denumire pe parcurs. Gigabit Ethernet definete acelai format de cadru, folosete metoda de acces CSMA/CD, are aceleai mecanisme de control i management ca reeaua tradiionala, opereaz n mod FDX i de 100 ori mai repede. Ca medii fizice propuse, se preconizeaz utilizarea cu precdere a cablului torsadat de categoria 5, dar i folosirea noilor tipuri de cablu, aflate n curs de standardizare, de categoria 6 (suporta transmisie la 200MHz) i categoria 7 (poate transporta semnal la 600MHz). Reeaua, numit 1000BaseT, ar prevedea o lungime a cablurilor ntre staii i concentrator de peste 100m, supunnduse normelor EIA/TIA 568. Fibra optic constituie mediul pe baza cruia se vor realiza reele de tip 1000BaseCX, pentru interconectarea de clustere de echipamente, 1000BaseSX, pentru conectarea 'pe orizontal' ntre cldiri i 1000BaseLX, pentru realizarea de legturi de tip backbone pentru interconectarea diverselor reele.

2.2.11. Reele locale fr cablaj - WLANReelele nebazate pe cablaj (numite i reele fr fir), denumite prescurtat n continuare reele WLAN (Wireless LAN), au o dezvoltare important, datorat progreselor n comunicaiile digitale, comunicaiile mobile i tehnologia semiconductoarelor. Desi nc performanele WLAN sunt inferioare reelelor cablate, ele constituie un complement la acestea. Ele au o dezvoltare i o utilitate similar cu cea avut de echipamentele de calcul mobile, precum calculatoarele notebook sau laptop. Deci, ele prezint diverse avantaje asupra celor bazate pe cablaj, i anume: prezint flexibilitate n poziionarea staiilor; - ofer usurin n instalarea, reconfigurarea i ntreinerea staiilor; - permit folosirea de staii mobile.

Necesitatea de a dezvolta un model de operare care s asigure compatibilitatea ntre diverii producatori de echipamente WLAN, a fcut ca organizaiile de standardizare IEEE i ETSI (European Telecommunications Standards Institute), s organizeze un grup de lucru pentru elaborarea unui standard pentru WLAN, folosindu-se de asemenea experiena acumulat n cadrul forumului WLI Forum (Wireless LAN Interoperability Forum). Astfel a aprut standardul 802.11, standard pentru reelele WLAN, comparat ca importan cu standardul 802.3 pentru reelele LAN obinuite. Dup lungimea de und folosit, reelele WLAN se pot considera a fi: bazate pe raze infraroii; bazate pe radio-frecvena; bazate pe microunde. Acest tip de WLAN nu face obiectul standardului 802.11. Exist la ora actual realizri proprii ale unor firme, care utilizeaz pentru transmisie domeniul propriu de frecvene, alocat la cerere de 30 -

ctre organizaia care gestioneaz spectrul de frecvene, numit FCC (Federal Communication Comitee). Un exemplu reprezentativ este compania Motorola, care, prin divizia sa de telecomunicaii, a realizat o reea Ethernet bazat pe microunde, numit Motorola Altair, ce opereaza la 10Mbps. Standardul 802.11 propus se ocup n principal de dou nivele, dezvoltnd protocoale specifice pentru nivelul: - fizic, unde specific posibilitatea alegerii a trei nivele fizice, din considerente economice, pentru a da posibilitatea alegerii tehnologiei optime, n funcie de natura aplicaiei. Se specific n standard posibilitatea alegerii unui nivel fizic de natur optic, bazat pe raze infraroii, i a dou nivele bazate pe unde de radio-frecvena n banda ISM. Posibilitatea folosirii mai multor nivele fizice este avantajoas pentru c d oportunitatea utilizatorilor de a exploata avantajele fiecreia, dar are dezavantajul c necesit specificarea adiional a tipului de mediu folosit i a vitezei de operare a datelor (necesar a fi cunoscut la nivelul de operare al WLAN, pentru asigurarea interoperabilitii). - accesului la mediu, propunnd protocolul accesului multiplu cu detectarea purttoarei i evitarea coliziunii CSMA/CA, gsit cel mai potrivit pentru specificul transmisiilor cadrelor (transmisie asincrona i cu timp limitat pentru ajungerea cadrelor la destinaie). WLAN bazat pe raze infraroii Pentru o reea WLAN avnd nivelul fizic bazat pe folosirea razelor infraroii, fiecare staie legat n reea posed un echipament de conectare (transceiver) alctuit dintr-un LED (Light Emitting Diode) ce emite n infrarou i o fotodiod funcionnd pe aceeai lungime de und. Se pot folosi trei moduri de conectare a staiilor: conectarea punct-la-punct, ce implic alinierea transceiverelor pentru a se putea 'vedea' reciproc; acest mod de conectare este de folos n reele de tip inel, Token Ring de exemplu, putndu-se prevedea o distan ntre staii de pn la 10m; n acest mod se pot realiza LAN n cadrul unei sli sau cladiri; - conectarea folosind propagarea prin semi-difuzie; - conectarea folosind propagarea prin difuzie total.

Ultimele dou moduri folosesc pentru propagarea fascicolului luminos suprafee pentru reflectarea razelor infraroii, fie suprafee pasive (precum tavanul sau pereii ncperii), cazul metodei cu difuzie total, fie suprafee active (numite satelii), cu rol de amplificare i direcionare a semnalului, cazul semi-difuziei. Aceste dou ultime metode sunt folosite la implementarea WLAN cu difuzie (broadcast), precum reele de tip Ethernet. Realizrile practice acoper viteze de transmisie de pn la 16Mbps (cazul reelelor de tip Token Ring), reelele ocupnd un spaiu limitat, de obicei o singur ncpere. WLAN bazat pe unde radio n banda ISM n spectrul electromagnetic, anumite benzi de frecvene sunt alocate, prin reglementri internaionale, unor aplicaii civile, n domeniul industrial, tiinific i medical, de unde vine i denumirea de banda ISM (benzile sunt alocate de ctre Federal Communication Comitee). Sunt alocate trei domenii ISM: ISM# 1, cu banda de frecvene 902 - 928MHz; 31

-

ISM#2, cu banda 2400 - 2483MHz; ISM#3, cu banda 5725 - 5850MHz.

In ultimii ani, operatorii WLAN au folosit intens aceste benzi, ndeosebi ultimele dou (pentru benzile ISM nu este necesara licena, singura restricie este s nu se emit la o putere superioar de 1 W), ajungndu-se la un nivel de interferen ce coboar calitatea comunicaiei. S-a fcut necesar utilizarea unei metode de modulare noi, folosit pn atunci doar pentru transmisiile militare, metoda numita modularea prin lrgirea spectrului (spread spectrum modulation). In esen ea const n rspndirea (distribuirea) energiei unui semnal de banda limitat, n cadrul unei benzi mult mai largi, densitatea spectral a energiei scznd. Se obine astfel un semnal cu o energie inferioar celui a zgomotului de fond ambiental, deci semnalul devine imperceptibil, iar interferenele sunt minime. Standardul 802.11 definete la nivel fizic dou tehnici pentru obinerea unui semnal de band limitat cu spectru lrgit: - semnal de spectru lrgit cu secveniere direct DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Tehnica presupune folosirea pentru transmiterea fluxului de bii, a unei purttoare de frecven variabil, frecven dat de o funcie de distribuie. Aceast funcie este cunoscut att de emiator ct i de receptor. Standardul definete rate de bii de 1 sau 2 Mbps, folosindu-se canale de transmisie de 26MHz, n cadrul benzii de 2,4-2,483GHz. - semnal de spectru lrgit cu salturi de frecven FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) Tehnica presupune c att emitorul ct i receptorul s lucreze n rafal, trecnd de la o frecven la alta n mod sincron, dup un ablon de frecvene cunoscut. Standardul opereaz de asemenea la 2,4GHz, folosind 79 de canale de 1MHz fiecare. Fiecare sub-banda folosete minim 2,5 salturi/sec. La nivelul protocoalelor pentru accesul la mediu (protocoale MAC), standardul propune metoda accesului multiplu prin detectarea purtatoarei i evitarea coliziunii (CSMA/CA). Fiind un protocol bazat pe rezervare, nu pe concuren, alocndu-se un punct central de control, metoda devine eficient pentru aplicaiile WLAN, asigurnd o utilizare eficient a spectrului. Topologiile specificate de standard sunt de altfel definite att pe baz de staii pereche (reea ad-hoc, n care fiecare dou statii comunic ntre ele n mod direct), ct i pe baza punctelor de acces, definite ca servere logice i ndeplinind funcii de interconectare a dou (sau mai multe) staii WLAN, sau funcii de interconectare cu o reea LAN tradiional. Este de notat i faptul c la nivelul MAC s-au proiectat algoritmi specifici reelelor WLAN, precum: - algoritmul pentru gestionarea puterii consumate Pentru economie, schemele de gestionare a puterii consumate trec sistemele, dup anumii algoritmi, n modul de lucru inactiv (sleep mode). Pentru ca aceti utilizatori s nu piard transmisii critice de date, la nivelul punctelor de acces se definesc buffere cu rol de memorare temporar a mesajelor, iar clienii sunt periodic scoi din starea inactiv i obligai s proceseze mesajele. - algoritm de criptare WEP (Wired Equivalency Privacy) pentru asigurarea securitii. Nivelele superioare ale ierarhiei de protocoale nu sunt specificate, putndu-se opta pentru arhitectura dorit.

32

2.2.12. Reeaua DQDB i standardul IEEE 802.6Standardul IEEE 802.6, numit DQDB (Distributed Queue Dual Bus Subnetwork of a Metropolitan Area Network), aprobat la nceputul anilor '90, constituie primul standard referitor la implementarea unei reele metropolitane. El se bazeaz pe o propunere de reea metropolitan elaborat de Universitatea Western Australia i susinut de Telecom Australia, numit iniial QPSX (Queued Packet and Synchronous Exchange), i comercializat ca atare. Standardul precizeaz elementele subnivelului MAC necesare funcionrii unei reele de ntindere medie (o reea metropolitan acoper un domeniu cu diametrul de pn la cteva zeci de kilometri), bazat la nivelul fizic pe reelele de comunicaie publice, aflate uzual n proprietatea PTT. Standardele pentru transmisia pe reelele publice de date prevd viteze de transmisie diverse, n funcie de mediul folosit, cele mai uzuale astzi fiind transmiterea la 2 i 10Mbps pentru cabluri bazate pe fir conductor de cupru, iar pentru fibra optic se folosesc transmisii la viteze aproximative de 34, 45, 155Mbps, dar se prevd utilizri la rate de sute de Mbps (600Mbps). Acest standard se prezint nu numai pentru c este un standard 802, ci i pentru c are multe similitudini cu cele dedicate reelelor locale prezentate, iar o subreea DQOB poate fi folosita ca trunchi de legatur ntre dou sau mai multe reele locale. Obiectul standardului este prezentarea unei subreele DQDB i prezentarea modului de interconectare a mai multor subreele DQDB, pentru a forma o reea metropolitan. Interconectarea subretelelor DQDB se poate face utilizand bridge multiport (vezi figura urmatoare), un bridge cu funcii suplimentare fa de porile bridge 802.10.

Fig. 2.16 Structura unei reele DQDB

33

2.3. ACCESUL LA REELELE PUBLICE 2.3.1. Nivelul fizic al accesului2.3.1.1. Introducere Capitolul ncepe seria prezentrii noiunilor referitoare la accesul (de la o staie a unei reele locale) la reelele de mare ntindere, la meta-reele. Cel dinti i cel mai simplu serviciu pentru transmisiile de date a fost obinut prin utilizarea unui canal telefonic obinuit, accesat prin intermediul unui modem. Liniile telefonice comune sunt linii comutate, deoarece o legtur ntre dou elemente ale reelei se stabilete prin intermediul circuitelor de comutare din centralele telefonice. Pentru realizarea unor reele de comunicaii stabile i sigure, de viteza ct mai ridicat, este nevoie ns de linii telefonice cu performane superioare, care s nu fie afectate de procesele de comutare din centrale (oficii de comutare), fiind necesare liniile telefonice dedicate sau nchiriate, numite i canale analogice directe. Prin introducerea centralelor telefonice digitale, a nceput procesul de nlocuire a liniilor telefonice analogice prin trunchiuri digitale de mare vitez, aprnd posibilitatea punerii la dispoziia constructorilor de reele a canalelor directe digitale, fcndu-se posibila dezvoltarea unor reele de mare ntindere cu o vitez ridicat i rat scazut de erori; n acest mod, doar linia de legare a utilizatorului ctre central (bucla local) a ramas cea 'clasic'. Prin apariia retelelor publice comutate digitale ISDN (Integrated Services Digital Net