47816116 Tanenbaum Retele de Calculatoare Complet in Romana

Reele de calculatoareEdiia a treia

revizuit

Andrew S. TanenbaumUniversitatea Vrijie

Amsterdam, Olanda

ACKRA

1998 Computer Press AGORAhttp://www.agora.ro

Traducere:Colectivul de coordonare:

prof. dr. ing. Valentin Cristeaprof. dr. ing. Irina Athanasiuprof. dr. ing. Eugenia Kalisz

Colectivul de traductori:prof. dr. ing. Nicolae Tpuprof. dr. ing. Trandafir Moisaing. Vlad Vieruprep. ing. Anca Bucuras. ing. Gavril Godzaas. ing. Bogdan Costinescuprep. ing. Bogdan Pangheprep. ing. Florin Teodorescuprep. ing. Andrei Rareas. ing. Ion Bicaas. ing. Matei Rpeanuprep. ing. Monica Dulgheruprep. ing. Monica Pietroanuing. tefan Rusening. Florentina Popoviciprep. ing. Mihaela ncuing. Liviu Ristoscu

Pregtire, design, producie:Adrian Pop

Editat de Computer Press AGORA s.r.l., 19984300 Tg. Mure, Str. T. Vladimirescu 63/1, Tel: +40-(0)65-166516

Sub licen Prentice-Hall, Inc. dup:Computer Networks, 3rd ed. eAndrew S. Tanenbaum

1996 by Prentice-Hall PTR, Prentice-Hall, Inc., A Simon & Schuster Company,Upper Saddle River, New Jersey 07458

Tiprit n Romnia, la INFOPRESS SA,4150 Odorheiul Secuiesc, Str. Victoriei 12, Tel: +40-(0)66-218283

ISBN: 973-97706-3-0Toate drepturile sunt rezervate. Nici o parte a acestei cri nu poate fi reprodus, ntr-o form sau printr-un mijloc oarecare,

fr permisiunea scris a editorului.

letan.

Reele de calculatoareEdiia a treia

revizuit

Pentni Suzanne, Barbara, Maivin, i micul Bram

Alte titluri de mare succes ale lui Andrew S. Tanenbaum:

Sisteme de operare: proiectare i implementare, ediia a doua

Acest text despre sisteme de operare, devenit clasic, este singura carte ce acoperatt principiile sistemelor de operare ct i aplicaiile acestora la un sistem real. Sunttratate n detaliu toate subiectele tradiionale legate de sistemele de operare. n plus,principiile sunt ilustrate cu grij de MINIX, un sistem de operare gratuit, de tip UNIX,pentru calculatoare personale. A doua ediie, care este ateptat la finele lui 1996, se vaocupa de noul sistem MINIX 2.0, bazat pe POSIX. La fel ca prima ediie, cartea vaconine un listing de cod surs MINIX. O noutate a ediiei a doua este un CD-ROMgratuit pentru fiecare carte, CD-ROM ce conine sistemul MINIX complet (cod binar isurs).

Sisteme de operare moderne

Acest text de mare succes prezint fundamentele att pentru sistemele uniprocesorct i pentru cele distribuite. Tanenbaum trateaz temele tradiionale ce cuprindprocese, gestiunea memoriei i sisteme de fiiere, dar i probleme de baz ale sistemelordistribuite, incluznd modelul client-server. apelul de proceduri la distan, fire decontrol al execuiei i sisteme de fiiere distribuite. Acest ghid practic folosete UNIX,MS-DOS, Mach i Amoeba pentru a ilustra conceptele sistemelor de operare.

Sisteme de operare distribuite

Acest text acoper conceptele fundamentale ale sistemelor de operare distribuite.Subiectele principale includ comunicaia i sincronizarea, procese i procesoare,memorii comune distribuite, sisteme de fiiere distribuite, sau sisteme distribuite detimp real. Principiile calculului distribuit sunt ilustrate n patru studii de caz detaliate cefolosesc Mach, Amoeba, Chorus i mediile de operare DCE.

Organizarea structurat a calculatoarelor, ediia a treia

Acest text fundamental abordeaz arhitectura calculatoarelor ca pe o serie deniveluri. La baz este hardware-ul: tranzistori, pori, registre, sumatoare i alte circuite.Apoi vine nivelul microprogramat. Mai sus, este nivelul mainii convenionale, cuinstruciunile sale ADD, MOVE, JUMP i altele. Deasupra acestuia este sistemul deoperare, care adaug faciliti noi cum sunt gestiunea fiierelor i memoria virtual.Ultimul capitol se ocup cu dou probleme avansate: calculatoare paralele iproiectarea mainilor RISC.

CUPRINS

PREFAA XV

1. INTRODUCERE 1

1.1 UTILIZRILE REELELOR DE CALCULATOARE 31.1.1 Reele pentru firme 31.1.2 Reele pentru oameni 41.1.3 Aspecte sociale 6

1.2 HARDWARE-UL REELEI 71.2.1 Reele locale 81.2.2 Reele metropolitane 101.2.3 Reele larg rspndite geografic 111.2.4 Reele radio 13

1.3 PROGRAMELE DE REEA 151.3.1 Ierarhiile de protocoale 161.3.2 Probleme de proiectare a nivelurilor 191.3.3 Interfee i servicii 21

1.3.4 Servicii orientate pe conexiuni i servicii fr conexiuni 221.3.5 Primitive de serviciu 231.3.6 Relaia dintre servicii i protocoale 25

vi CUPRINS

1.4 MODELE DE REFERIN 261.4.1 Modelul de referin OSI 261.4.2 Modelul de referin TCP/IP 321.4.3 O comparaie ntre modelele de referin OSI i TCP 351.4.4 O critic a modelului i protocoalelor OSI 371.4.5 O critic a modelului de referin TCP/IP 40

1.5 EXEMPLE DE REELE 411.5.1 Novell NetWare 411.5.2 ARPANET-ul 431.5.3 NSFNET 461.5.4 Internet-ul 481.5.5 Prototipuri gigabit 50

1.6 EXEMPLE DE SERVICII PENTRU COMUNICAII DE DATE 521.6.1 SMDS - Serviciu de Date Comutat Multimegabit 521.6.2 Reele X.25 541.6.3 Retransmiterea cadrelor 551.6.4 ISDN de band larg i ATM 561.6.5 Comparaii ntre servicii 61

1.7 STANDARDIZAREA REELELOR 611.7.1 Who's Who n lumea telecomunicaiilor 621.7.2 Who's Who n lumea standardelor internaionale 641.7.3 Who's Who n lumea standardelor Internet 65

1.8 RESTUL CRII N REZUMAT 66

1.9 REZUMAT 67

2. NIVELUL FIZIC 71

2.1 BAZELE TEORETICE ALE COMUNICRII DE DATE 712.1.1 Analiza Fourier 712.1.2 Semnalele limitate de banda de frecven 722.1.2 Viteza Maxim de Transfer de Date a unui Canal 75

2.2 MEDIUL DE TRANSMISIE 76

CUPRINS vii

2.2.1 Mediul Magnetic 762.2.2 Cablul Torsadat 762.2.3 Cablu Coaxial n Band de Baz 772.2.4 Cabluri coaxiale de band larg 782.2.5 Fibre optice 80

2.3 COMUNICAIILE FR FIR 862.3.1 Spectrul electromagnetic 872.3.2 Transmisia radio 892.3.3 Transmisia prin microunde 902.3.4 Undele infraroii i milimetrice 912.3.5 Transmisia de undelor luminoase 92

2.4 SISTEMUL TELEFONIC 932.4.1 Structura Sistemului Telefonic 942.4.2 Politica din domeniul telefonic 972.4.3 Buclele locale 992.4.4 Trunchiuri i multiplexare 1082.4.5 Comutarea 120

2.5 ISDN DE BANP LARG 1282.5.1 Servicii ISDN 1292.5.2 Arhitectura sistemului ISDN 1292.5.3 Interfaa ISDN 1312.5.4 Perspectivele N-ISDN 132

2.6 ISDN DE BAND LARG I ATM 1332.6.1 Circuitele virtuale n comparaie cu circuitele comutate 1332.6.2 Transmisia n reelele ATM 1352.6.3 Comutatoare ATM 136

2.7 RADIO CELULAR 1442.7.1 Sisteme pager 1442.7.2 Telefoane fr fir 1452.7.3 Telefoane celulare analogice 1462.7.4 Telefoane celulare digitale 1502.7.5 Servicii de comunicaii personale 151

2.8 SATELII DE COMUNICAIE 152

viii CUPRINS

2.8.1 Satelii geosincroni 1522.8.2 Satelii de joas altitudine 1552.8.3 Satelii yersus Fibre Optice 156

2.9 REZUMAT 157

3. NIVELUL LEGTUR DE DATE 1633.1 ASPECTE ALE PROIECTRII NIVELULUI LEGTUR DE DATE 163

3.1.1 Servicii oferite nivelului reea 1643.1.2 ncadrarea 1663.1.3 Controlul erorilor 1693.1.4 Controlul fluxului 170

3.2 DETECTAREA I CORECTAREA ERORILOR 1703.2.1 Coduri corectoare de erori 1713.2.2 Coduri detectoare de erori 173

3.3 PROTOCOALE ELEMENTARE PENTRU LEGTURA DE DATE 1773.3.1 Un protocol simplex fr restricii 1803.3.2 Un protocol simplu Stop-and-Wait (pas-cu-pas) 1823.3.3 Un protocol simplex pentru un canal cu zgomote 184

3.4 PROTOCOALE CU FEREASTR GLISANT 1873.4.1 Un protocol cu fereastr glisant de un bit 1893.4.2 Un protocol de revenire cu n pai (Go Back n) 1923.4.3 Un protocol cu repetare selectiv 197

3.5 SPECIFICAREA I VERIFICAREA PROTOCOALELOR 2023.5.1 Modele de tip automat finit 2023.5.2 Modele de tip reea Petri 206

3.6 EXEMPLE DE PROTOCOALE ALE LEGTURII DE DATE 2083.6.1 HDLC - Controlul de nivel nalt al legturii de date 2083.6.2 Nivelul legtura de date n Internet 2113.6.3 SLIP - Serial Line IP 2123.6.4 PPP - Point-to-Point Protocol (protocol punct-la-punct) 2133.6.5 Nivelul legtura de date la ATM 217

CUPRINS ix

3.7 REZUMAT 220

4. SUBNIVELUL DE ACCES LA MEDIU 225

4.1 PROBLEMA ALOCRII CANALULUI 2264.1.1 Alocarea static a canalului n reelele LAN i MAN 2264.1.2 Alocarea dinamic a canalului n reelele LAN i MAN 227

4.2 PROTOCOALE CU ACCES MULTIPLU 2284.2.1 ALOHA2284.2.2 Protocoale cu acces multiplu i detecie de purttoare 2324.2.3 Protocoale fr coliziuni 2354.2.4 Protocoale cu conflict limitat 2374.2.5 Protocoale cu acces multiplu cu divizarea frecvenei 2404.2.6 Protocoale pentru reele LAN fr fir 2434.2.7 Radioul celular digital 246

4.3 STANDARDUL IEEE 802 PENTRU LANURI I MAN-URI 2554.3.1 Standardul IEEE 802.3 i ETHERNET 2554.3.2 Standardul IEEE 802.4: LAN de tip jeton pe magistral 2664.3.3 Standardul IEEE 802.5: LAN de tip jeton pe inel 2714.3.4 Comparaie ntre 802.3, 802.4 i 802.5 2784.3.5 Standardul IEEE 802.6: Magistral dual cu coad distribuit 2794.3.6 Standardul IEEE 802.2: Controlul legturii logice 280

4.4 PUNI 2824.4.1 Puni de la 802.x la 8O2.y 2844.4.2 Puni transparente 2874.4.3 Puni cu dirijare de la surs 2914.4.4 Compararea punilor 802 2934.4.5 Puni aflate la distan 294

4.5 LANURI DE MARE VITEZ 2954.5.1 FDDI2954.5.2 Ethernet rapid 2984.5.3 HIPPI- Interfaa paralel de mare vitez 3014.5.4 Canalul de fibr optic 302

x CUPRINS

4.6 REELE DE SATELII 3034.6.1 Interogare 3044.6.2 ALOHA.3054.6.3 FDM3064.6.4 TDM 3064.6.5 CDMA 308

4.7 REZUMAT 309

5. NIVELUL REEA 315

5.1 CERINELE DE PROIECTARE ALE NIVELULUI REEA 3155.1.1 Servicii furnizate nivelului transport 3155.1.2 Organizarea intern a nivelului reea 3185.1.3 Comparaie ntre subretele bazate pe circuite virtuale i datagrame 319

5.2 ALGORITMI DE DIRIJARE 3215.2.1 Principiul optimalitii 3225.2.2 Dirijarea pe calea cea mai scurt 3235.2.3 Inundarea 3255.2.4 Dirijarea bazat pe flux 3275.2.5 Dirijare cu vectori distan 3295.2.6 Dirijarea folosind starea legturilor 3335.2.7 Dirijare ierarhic 3395.2.8 Dirijarea pentru calculatoare gazd mobile 3405.2.9 Dirijarea prin difuzare 3435.2.10 Dirijarea cu trimitere multipl (multicast) 345

5.3 ALGORITMI PENTRU CONTROLUL CONGESTIEI 3475.3.1 Principii generale ale controlului congestiei 3495.3.2 Politici pentru prevenirea congestiei 3505.3.3 . Formarea traficului 3525.3.4 Specificarea fluxului 3575.3.5 Controlul congestiei n subreelele bazate pe circuite virtuale 3585.3.6 Pachete de oc 3595.3.7 mprtierea ncrcrii 3635.3.8 Controlul fluctuaiilor 3645.3.9 Controlul congestiei la transmisia multicast 364

CUPRINS xi

5.4 INTERCONECTAREA REELELOR 3675.4.1 Prin ce difer reelele 3705.4.2 Circuite virtuale concatenate 3715.4.3 Interconectarea reelelor fr conexiuni 3725.4.4 Trecerea prin tunel 3745.4.5 Dirijarea n reele interconectate 3755.4.6 Fragmentarea 3775.4.7 Ziduri de protecie 380

5.5 NIVELUL REEA N INTERNET 3825.5.1 Protocolul IP 3835.5.2 Adrese IP 3865.5.3 Subretele 3875.5.4 Protocoale de control n Internet 3895.5.5 Protocolul de dirijare folosit de porile interioare: OSPF 3935.5.6 Protocolul de dirijare pentru pori externe: BGP 3985.5.7 Trimiterea multipl n Internet 3995.5.8 IP mobil 4005.5.9 CIDR - Dirijarea fr clase ntre domenii 4025.5.10 IPv6 405

5.6 NIVELUL REEA N REELE ATM 4165.6.1 Formatele celulelor 4175.6.2 Stabilirea conexiunii 4195.6.3 Dirijarea i comutarea 4215.6.4 Categorii de servicii 4245.6.5 Calitatea serviciului 4265.6.6 Modelarea traficului i politici de trafic 4295.6.7 Controlul congestiei 4335.6.8 LAN-uri ATM 436

5.7 REZUMAT 438

6. NIVELUL TRANSPORT 445

6.1 SERVICIILE OFERITE DE NIVELUL TRANSPORT 4456.1.1 Servicii furnizate nivelurilor superioare 4456.1.2 Calitatea unui serviciu 447

xii CUPRINS

6.1.3 Primitivele serviciilor de transport 448

6.2 NOIUNI DE BAZ DESPRE PROTOCOALELE DE TRANSPORT 4536.2.1 Adresarea 4546.2.2 Stabilirea unei conexiuni 4576.2.3 Eliberarea conexiunii 4526.2.4 Controlul fluxului i memorarea temporar (buffering) 4666.2.5 Multiplexarea 4706.2.6 Refacerea dup cdere 471

63 UN PROTOCOL SIMPLU DE TRANSPORT 4736.3.1 Primitivele serviciului aies ca exemplu 4736.3.2 Entitatea de transport aleas ca exemplu 4756.3.3 Exemplul vzut ca un automat finit 482

6A PROTOCOALE INTERNET DE TRANSPORT (TCP I UDP) 4856.4. Modelul Serviciului TCP 4856.4.2 Protocolul TCP 4876.4.3 Antetul segmentului TCP 4886.4.4 Administrarea conexiunii TCP 4916.4.5 Politica TCP de Transmisie a datelor 495O.^T.'iJ wsJiil.i'wiUi VVj-ilg^ OLlwi Iii i ' v f T7O

6.4.7 Administrarea contorului de timp n TCP 5046.4.8 UDP 5046.4.9 TCP i UDP fr fir 504

5 PROTOCOALE AAL DE NIVEL ATM 5066.5.1 Structura nivelului de adaotare ATM 508

ii.

6.5.2 AAL 1 5096.5.3 AAL 2 5106.5.4 AAL 3/4 5116.5.5 AAL 5 5146.5.6 O comparaie a protocoalelor AAL 5156.5.7 SSCOP - protocol orientat pe conexiuni, specific serviciului 516

6,6 ELEMENTE DE PERFORMAN 5166.6.1 Probleme de performan n reelele de calculatoare 5176.6.2 Msurarea performanelor reelei 5196.6.3 Proiectarea de sistem pentru performane superioare 522

CUPRINS

6.6.4 Prelucrarea rapid a TPDU-urilor 5256.6.5 Protocoale pentru reele gigabit 529

6.7 REZUMAT 532

\ NIVELUL APLICAIE 537

7.1 SECURITATEA REELEI 5377.1.1 Criptografia tradiional 5397.1.2 Dou principii criptografice fundamentale 5457.1.3 Algoritmi cu Cheie Secret 5467.1.4 Algoritmi cu Cheie Public 5557.1.5 Protocoale de Autentificare 5597.1.6 Semnturi Digitale 570 \7.1.7 Implicaii sociale 577

7.2 DNS - SISTEMUL NUMELOR DE DOMENII 5777.2.1 Spaiul de nume DNS 5787.2.2 nregistrri de resurse 5807.2.3 Servere de nume 583

73 SNMP - PROTOCOL SIMPLU DE ADMINISTRARE A REELEI 5857.3.1 Modelul SNMP 5867.3.2 ASN.l - Notaia sintactic abstract 1 5887.3.3 SMI - Structura informaiei de administrare 5937.3.4 MIB - Baza de informaii de administrare 5957.3.5 Protocolul SNMP 596

7.4 POTA ELECTRONIC 5977.4.1 Arhitectur si servicii 5987.4.2 Agentul utilizator 6007.4.3 Formatele mesajelor 6047.4.4 Transfer de mesaje 6107.4.5 Confidenialitatea potei electronice 615

7.5 TIRI USENET 6217.5.1 USENET din punctul de vedere al utilizatorului 6217.5.2 Cum este implementat USENET 625

xiv CUPRINS

7.6 WORLD WIDE WEB 6307.6.1 Aspectele privind clientul 6317.6.2 Aspecte privind serverul 6347.6.3 Scrierea unei pagini de Web n HTML 6407.6.4 Java 6547.6.5 Regsirea informaiilor pe Web 666

7.7 MULTIMEDIA 6697.7.1 Audio 6697.7.2 Video 6727.7.3 Compresia datelor 6757.7.4 Video la Cerere 6877.7.5 MBone - Coloana vertebral pentru trimitere multipl 699

7.8 REZUMAT 702

8. BIBLIOGRAFIE I RECOMANDRI DE LECTUR 7098.1 SUGESTII PENTRU LECTURI VIITOARE 709

8.1.1 Lucrri introductive i generale 7108.1.2 Nivelul fizic 7118.1.3 Nivelul legtur de date 7128.1.4 Subnivelul de control al accesului la mediu 7128.1.5 Nivelul reea 7138.1.6 Nivelul transport 7148.1.7 Nivelul aplicaiei 714

8.2 BIBLIOGRAFIE N ORDINE ALFABETIC 716

DICIONAR 737

INDEX 761

PREFAA

Aceast carte este acum la a treia ediie. Fiecare ediie a corespuns unei etape diferite n modulde utilizare a reelelor de calculatoare. Cnd a aprut prima ediie, n 1980, reelele erau ocuriozitate academic. n 1988, cnd a aprut a doua ediie, reelele erau folosite de universiti i demarile firme. Cnd a aprut a treia ediie n 1996, reelele de calculatoare, n special Intemet-ulrspndit n ntreaga lume, au devenit o realitate zilnic pentru milioane de oameni.

Mai mult, echipamentele i programele de reea s-au schimbat complet de cnd a aprut a douaediie. n 1988, aproape toate reelele se bazau pe cablul de cupru. Acum, multe se bazeaz pe fibroptic i comunicaie fr fir. Reelele particulare, cum este SNA, au devenit mult mai puinimportante dect reelele publice, n special Internet-ul. Protocoalele OS1 au disprut n tcere iprotocolul TCP/IP a devenit dominant. De fapt, opernd att de multe schimbri, cartea a fostrescris aproape n ntregime.

Dei Cap. 1 are aceeai funcie introductiv pe care o avea i n ediia a doua, cuprinsul a fostcomplet revzut i actualizat. De exemplu, n loc de a centra cartea pe modelul OSI cu apteniveluri, se folosete un model hibrid cu cinci niveluri, introdus n Cap. 1. Dei acesta nu este identiccu modelul TCP/IP, principial este mult mai apropiat de modelul TCP/IP dect de modelul OSIfolosit n ediia a doua. De asemenea, noile exemple funcionale folosite de la un capt la cellalt alcrii - Internet-ul i reelele ATM - sunt prezentate aici, mpreun cu unele reele gigabit i altereele rspndite.

xv

xvi PREFA

n Cap. 2 accentul s-a mutat de la cablul de cupru la fibra optic i comunicaia fr fir,acestea fiind tehnologiile viitorului. n decada care a trecut, sistemul telefonic a devenitaproape n ntregime digital, astfel c o mare parte din materialul referitor la el a fost rescris,cu adugarea unui material nou despre ISDN de band larg.

Ordinea discuiei despre nivelul legtur de date i subnivelul MAC a fost inversat,deoarece experiena cu studenii a artat c ei neleg mai bine subnivelul MAC dup ce austudiat nivelul legtur de date. Exemplele de protocoale prezentate acolo au fost pstrate,deoarece s-au dovedit foarte populare, dar au fost rescrise n C. S-au adugat materiale noidespre nivelul legtur de date la Internet i ATM.

Principiile subnivelului MAC din Cap. 4 au fost revizuite pentru a reflecta noile protocoale,incluznd multiplexarea cu divizarea lungimii de und, LAN-uri fr fir i radioul digital. Discuiiledespre puni au fost revizuite i s-a adugat o parte nou despre LAN-uri de mare vitez.

Cei mai muli dintre algoritmii de dirijare din Cap. 5 au fost nlocuii cu unii mai moderni,incluznd dirijarea dup vectorul distanelor i dirijarea dup starea legturilor. Seciuniledespre controlul congestiei au fost refcute complet i materialul despre exemplele practice,Internet i ATM, este n ntregime nou.

Cap. 6 trateaz n continuare nivelul transport, dar i aici au avut loc schimbri importante,n primul rnd adugarea unei mari cantiti de material nou despre Internet, ATM iperformanele reelei.

Cap. 7, despre nivelul aplicaie, este acum cel mai lung capitol din carte. Materialul despresecuritatea reelei i-a dublat lungimea i s-au adugat materiale noi despre DNS, SNMP,e-mail, USENET, World Wide Web, HTML, Java, multimedia, video la cerere i Mbone.

Dintre cele 395 de figuri din a treia ediie, 276 (70 la sut) sunt complet noi, iar uneledintre celelalte au fost revizuite. Dintre cele 370 de trimiteri la literatura de specialitate, 281(76 la sut) sunt la cri i articole care au aprut dup publicarea ediiei a doua. Dintreacestea, peste 100 sunt la lucrri publicate numai n 1995 i 1996. Prin urmare, probabil c 75la sut din ntreaga carte este complet nou i pri din cele 25 de procente rmase au fostrevizuite n amnunt. Deoarece aceasta este efectiv o carte nou, coperta a fost redesenapentru a se evita confuzia cu ediia a doua.

Crile despre calculatoare sunt pline de acronime. Cea de fa nu este o excepie.Cnd vei termina de citit aceast carte, toate cele ce urmeaz ar trebui s sune familiar:AAL, AMPS, ARP, ASN, ATM, BGP, CDMA, CDPD, CSMA, DQDB, DNS, FAQ, FDM,FTP, FTTC, FTTH, GSM, HDLC, HEC, HIPP, IAB, ICMP, IDEA, IETF, IPv6, ISO,ITU, LATA, MAC, MACA, MAN, MIB, MIME, NAP, NNTP, NSA, NSAP, OSI, OSPF,PCM, PCN, PCS, PEM, PGP, PPP, PSTN, PTT, PVC, QAM, RARP, RFC, RSA, SABME,SAP, SAR, SDH, SDLC, SHA, SMI, SNA, SNMP, SNRME, SPX, TCP, UDP, VHF, VLFSVSAT, WARC, WDM, WWV i WWW. Dar nu v ngrijorai. Fiecare va fi definit cu grijnainte de a fi utilizat.

PREFA xvii

Pentru a ajuta instructorii n folosirea acestei cri ca text pentru curs, autorul a pregtit treimateriale ajuttoare pentru predare:

Un manual cu soluiile problemelor.Fiiere PostScript coninnd toate figurile (pentru producerea de transparente)Un simulator (scris n C) pentru exemplele de protocoale din Cap. 3.Manualul cu soluii este disponibil la Prentice Hali (dar numai pentru instructori).Fiierul cu figuri i simulatorul sunt disponibile prin World Wide Web. Pentru a le obine, v rog

s v uitai la pagina personal a autorului: http:llwww.cs.vu.dhustj.Cartea a fost editat* n Times Roman, folosind Troff, care, dup toi aceti ani, este nc singura

soluie posibil. Dei Troff nu este aa modern ca sistemele WYSIWYG, cititorul este invitat scompare calitatea acestei cri cu alte cri produse de sisteme WYSIWYG. Singura concesie pecare am fcut-o PC-urilor i editrii cu ajutorul calculatoarelor personale este c, pentru prima dat,figurile au fost produse folosind Adobe Illustrator, n loc s fie desenate pe hrtie. De asemenea,pentru prima dat, cartea a fost produs n ntregime electronic. Rezultatul PostScript de la Troff afost trimis prin Internet la tipografie unde s-a realizat filmul pentru producerea matrielor. Nici ocopie intermediar pe hrtie nu a fost tiprit i fotografiat, aa cum se face n mod normal.

Multe persoane m-au ajutat n timpul lucrului la a treia ediie. A dori n mod deosebit s-miexprim mulumirile ctre Chase Bailey, Saniya Ben Hassen, Nathaniel Borenstein, Ron Cocchi,Dave Crocker, Wiebren de Jonge, Cari Ellison, M. Rasit Eskicioglu, John Evans, Mario Gerla, MikeGoguen, Paul Green, Dick Grune, Wayne Hathaway, Franz Hauck, Jack Holtzman, GerardHoltzmann, Philip Homburg, Peter Honeyman, Raj Jain, Dave Johnson, Charie Kaufman, VinaryKumar, Jorg Liebeherr, Paul Mockapetris, Carol Orange, Craig Partridge, Charlie Perkins, ThomasPowell, Greg Sharp, Arme Steegstra, George Swallow, Mark Taylor, Peter van der Linden, Hans vanStaveren, Maarten van Steen, Kees Verstoep, Stephen Walters, Michael Weintraub, Joseph Wilkesi Stephen Wolff. Mulumiri speciale Radiei Perlman pentru multe sugestii utile. Studenii mei auajutat i ei n multe moduri. A dori s-i evideniez pe Martijn Bot, Wibert de Graaf, Flavio delPorno i Amold de Wit pentru asistena acordat.

Editorul meu de la Prentice Hali, Mary Franz m-a aprovizionat cu mai multe materiale pentrucitit dect am consumat n cei 10 ani anteriori. Ea mi-a fost de asemenea de ajutor n numeroase altefeluri, mici, medii, mari i colosale. Editorul meu de producie, Camille Trentacoste, m-a nvatdespre oameni de zpad, cldiri cu 8 etaje, fax [sic] i alte articole importante, n timp ce executaservicii utile si se confrunta cu un Autor Nzuros si un orar ncrcat.

n sfrit, am ajuns la persoanele cele mai importante. Suzanne, Barbara, Marvin i chiar i miculBram au mai trecut prin aceast procedur nainte. Au suportat-o cu infinit rbdare i cu mareamabilitate. Le mulumesc.

ANDREW S. TANENBAUM

* este vorba de ediia original, publicat la Prentice-Hall International, Inc. (n.t.)

INTRODUCERE

Fiecare din ultimele trei secole a fost dominat de o anumit tehnologie. Secolul al XVIII-lea afost secolul marilor sisteme mecanice care au nsoit Revoluia Industrial. Secolul al XlX-lea ansemnat era mainilor cu aburi. In secolul XX, tehnologia cheie este legat de colectarea,prelucrarea i distribuirea informaiei. Printre alte realizri, am asistat la instalarea reelelortelefonice mondiale, la invenia radioului i a televiziunii, la naterea i creterea nemaivzut aindustriei de calculatoare i la lansarea sateliilor de comunicaii.

Datorit progresului tehnologic rapid, aceste domenii converg n ritm alert, iardiferenele ntre colectarea, transportul, stocarea i prelucrarea informaiei dispar pe zice trece. Organizaii cu sute de birouri rspndite pe o arie geografic larg se ateapts poat examina n mod curent printr-o simpl apsare de buton chiar i echipamentelelor cele mai ndeprtate. Pe msur ce posibilitile noastre de a colecta, prelucra idistribui informaia cresc tot mai mult, cererea pentru o prelucrarea i mai sofisticat ainformaiei crete i mai rapid.

Dei industria de calculatoare este tnr n comparaie cu alte industrii (de exemplu,construcia de automobile i transportul aerian), domeniul calculatoarelor a cunoscut unprogres spectaculos ntr-un timp scurt. In primele decenii de existen sistemele de calcul eraufoarte centralizate, de obicei n interiorul unei singure ncperi. Adesea, aceast ncpere aveaperei de sticl prin care vizitatorii se puteau holba la marea minune electronic dinuntru. Ocompanie de mrime mijlocie sau o universitate ar fi putut avea unul sau dou calculatoare, ntimp ce instituiile mari aveau cel mult cteva zeci. Ideea c n mai puin de 20 de anicalculatoare la fel de puternice, mai mici dect un timbru potal, vor fi produse pe scar largn milioane de exemplare prea desprins dintr-un scenariu tiinifico-fantastic.

2 INTRODUCERE CAP. 1

ntreptrunderea dintre domeniul calculatoarelor i cel al comunicaiilor a avut o influenprofund asupra modului n care sunt organizate sistemele de calcul. Conceptul de centru decalcul" - n accepiunea sa de camer unde exist un calculator mare la care utilizatorii vin s-iruleze programele - este total depit. Vechiul model al unui singur calculator care serveteproblemelor de calcul ale organizaiei a fost nlocuit de un model n care munca este fcut de unnumr mare de calculatoare separate, dar interconectate. Aceste sisteme se numesc reele decalculatoare. Proiectarea i organizarea acestor reele reprezint subiectul acestei cri.

Pe parcursul crii vom folosi termenul reea de calculatoare" pentru a desemna o colecieinterconectat de calculatoare autonome. Se spune despre dou calculatoare c sunt interconectatedac sunt capabile s schimbe informaie ntre ele. Conectarea nu se face neaprat printr-un cablude cupru; pot fi folosite n acest scop fibre optice, microunde sau satelii de comunicaii. Impunndcalculatoarelor cerina de a fi autonome, dorim s excludem din definiia noastr sistemele n careexist o relaie clar de tip master/slave. Dac un calculator poate s porneasc, s opreasc sau scontroleze n mod forat un altul, atunci calculatoarele nu sunt autonome. Un sistem cu o unitate decontrol i mai multe uniti aservite nu este o reea; aa cum nu este o reea nici un calculator marecu imprimante i terminale aflate la distan.

n literatura de specialitate, se face deseori confuzie ntre o reea de calculatoare i un sistemdistribuit. Deosebirea esenial este c, ntr-un sistem distribuit, existena mai multor calculatoareautonome e transparent pentru utilizator. Acesta poate tasta o comand pentru a executa unprogram i programul se va executa. Este sarcina sistemului de operare s aleag procesorul cel maipotrivit, apoi s gseasc i s transfere toate fiierele de intrare ctre respectivul procesor i sdepun rezultatele n locul corespunztor.

Cu alte cuvinte, utilizatorul unui sistem distribuit nu este contient c exist mai multeprocesoare; sistemul arat ca un singur procesor virtual. Alocarea lucrrilor pe procesoare i afiierelor pe discuri, transferul de fiiere ntre locul unde ele sunt stocate i locul unde sunt necesare,orice alt funcie de sistem - toate acestea trebuie s se execute automat.

ntr-o reea, utilizatorii trebuie s se conecteze explicit la o anumit main, s comande explicitexecuia proceselor la distan, s transfere explicit fiierele i, n general, s personalizeze toatadministrarea reelei. ntr-un sistem distribuit nu este nimic de fcut n mod explicit; totul esterealizat automat de ctre sistem, fr cunotina utilizatorilor.

De fapt, un sistem distribuit este un sistem de programe construit peste o reea. Programeleasigur reelei un grad mare de coeziune i transparen. De aceea, diferena major ntre o reea iun sistem distribuit nu apare la nivel de echipamente, ci de programe (n special la nivelul sistemuluide operare).

Nu mai puin adevrat este faptul c ntre cele dou subiecte exist o suprapunere considerabil.De exemplu, att sistemele distribuite ct i reelele de calculatoare au nevoie s transfere fiiere.Diferena se refer la cine invoc transferul: sistemul sau utilizatorul. Dei aceast carte are nvedere n primul rnd reelele, multe din subiectele abordate sunt importante i n sistemeledistribuite. Pentru mai multe informaii despre sistemele distribuite, a se vedea (Coulouris .a.,1994; Mullender, 1993; i Tanenbaum, 1995).

SEC. 1.1 UTILIZRILE REELELOR DE CALCULATOARE 3

1.1 UTILIZRILE REELELOR DE CALCULATOARE

nainte de examinarea n detaliu a problemelor tehnice, merit s artm de ce sunt oameniiinteresai de reelele de calculatoare i la ce pot fi ele folosite.

1.1.1 Reele pentru firme

Multe organizaii dispun de un numr semnificativ de calculatoare, aflate deseori ia distanunul de altul. De exemplu, o firm cu multe fabrici poate avea n fiecare unitate de producie cteun calculator pe care se ine evidena inventarului, se monitorizeaz productivitatea i se calculeazsalariile angajailor. La nceput, fiecare din aceste calculatoare putea lucra izolat de celelalte, dar, laun moment dat, managerii au decis s le conecteze ntre ele pentru a putea extrage i corelainformaii despre ntreaga firm.

n termeni mai generali, subiectul se refer la mprirea resurselor, iar scopul este de a facetoate programele, echipamentele i n special datele disponibile pentru oricine din reea, indiferentde localizarea fizic a resursei i a utilizatorului. Cu alte cuvinte, simplul fapt c un utilizator sentmpl s fie la 1000 km distan de datele sale nu trebuie s l mpiedice s foloseascrespectivele date ca i cum ele ar fi locale. Acest obiectiv poate fi sintetizat spunnd c reprezint oncercare de a distruge tirania geografiei".

Un al doilea scop este asigurarea unei fiabiliti mari prin accesul ia mai multe echipamente destocare alternative. De exemplu, fiierele pot fi copiate pe dou sau trei maini, astfel nct, dacuna din ele nu este disponibil (datorit unei defeciuni hardware), pot fi utilizate celelalte copii. nplus, prezena mai multor procesoare nseamn c, dac un procesor se defecteaz, celelalte pot spreia i s duc la bun sfrit, fie i cu performane reduse, activitatea respectivului procesor. Pentrudomeniile militar i bancar, controlul traficului aerian, sigurana reactoarelor nucleare i multe alteasemenea aplicaii, posibilitatea de a nu ntrerupe operarea unor echipamente n eventualitateaunor probleme hardware este de maxim importan.

Maina ciienProcesul | ]

client "

Cerere

Maina

vj1 1

/ !

y

server

\ ,

Procesu

- Reea

Rspuns_____

Fig. 1-1. Modelul client-server.

Un alt scop este economisirea banilor. Calculatoarele mici au un raport pre/calitate mult maibun dect cele mari. Sistemele mari de calcul (calculatoare de mrimea unei camere) sunt cam dezece ori mai rapide dect calculatoarele personale, dar cost de o mie de ori mai mult. Acestdezechilibru i-a determinat pe muli proiectani s construiasc sisteme formate din calculatoare


personale, cte unul pentru fiecare utilizator, datele din reea fiind pstrate pe unul sau mai multeservere de fiiere partajate. In acest model utilizatorii sunt numii clieni, iar ntregul aranjamentpoart numele de model client-server. Acest model este ilustrat n Fig. 1-1.

n modelul client-server comunicarea ia, n general, forma unui mesaj de cerere prin careclientul solicit serverului executarea unei anumite aciuni. Serverul execut cererea i trimiterspunsul napoi clientului. n mod uzual exist un numr mare de clieni i un numr mic deservere.

Un alt scop al conectrii n reele este scalabilitatea: posibilitatea ca, odat cu volumul demunc, s creasc treptat i performana sistemului prin adugarea de noi procesoare. n cazulsistemelor mari de calcul centralizate, atunci cnd sistemul este ncrcat el trebuie nlocuit cu unsistem mai mare, operaie ce presupune de obicei costuri mari i multe neplceri pentru utilizatori,n modelul client-server pot fi adugai clieni i servere noi pe msur ce este nevoie de ei.

n sfrit, punerea n funciune a unei reele de calculatoare servete i unui scop care nuare de-a face aproape deloc cu tehnologia. O reea de calculatoare poate furniza un mediu decomunicare puternic ntre angajai aflai la mare deprtare unii de alii. Folosind o reea, esteuor ca dou sau mai multe persoane care triesc n locuri diferite s scrie mpreun unraport. Cnd un angajat schimb ceva ntr-un document din reea, ceilali pot vedeaschimbarea imediat, fr a mai atepta cteva zile o scrisoare n acest scop. Cooperarea ntregrupuri de oameni aflai la distane mari unii fa de alii - un lucru imposibil nainte - devinen acest fel simpl. Pe termen lung, utilizarea reelelor pentru a asigura comunicarea inter-uman se va dovedi, probabil, mai important dect scopuri tehnice de genul creteriifiabilitii.

1.1.2 Reele pentru oameni

Motivaiile prezentate mai sus pentru construirea reelelor de calculatoare au o natur esenialeconomic i tehnologic. Dac ar fi disponibile la preuri acceptabile sisteme de calcul suficient demari i de puternice, atunci majoritatea firmelor ar decide pur i simplu s i pstreze datele peacestea i s pun la dispoziia angajailor terminale conectate la ele. n anii 70 i la nceputul anilor'80, cele mai multe companii lucrau n acest mod. Reelele de calculatoare au devenit populare abiacnd reelele formate din calculatoare personale au oferit un uria avantaj pre/performan asuprasistemelor mari de calcul.

n anii 1990, reelele de calculatoare au nceput s furnizeze servicii la domiciliu pentrupersoane particulare. Aceste servicii, ca i motivele pentru care sunt folosite, se deosebesc n maremsur de modelul eficienei colective" descris n seciunea precedent. Vom scoate acum neviden trei dintre cele mai fascinante lucruri care au nceput s se petreac:

1. Accesul la informaie de la distan.2. Comunicaiile interpersonale.3. Divertismentul interactiv.

Accesul informaiei la distan va lua forme multiple. O aplicaie deja actual privete accesul lainstituii financiare. Muli oameni i pltesc electronic taxele i i administreaz electronicconturile bancare i investiiile. A devenit de asemenea popular practica de a face cumprturi de

SEC. 1.1 UTILIZRILE REELELOR DE CALCULATOARE 5

la domiciliu, cu posibilitatea de a inspecta cataloagele on-line a mii de firme. Unele din acestecataloage vor permite curnd ca, printr-un simplu clic pe numele oricrui produs, s vizionmimediat o prezentare video a produsului respectiv.

Presa va fi disponibil n direct i va fi personalizat. Va fi posibil s comunici unui ziar c teintereseaz tot ce este legat de politicieni corupi, incendii, scandaluri n lumea celebritilor iepidemii, n schimb fotbal - nu, mulumesc. Noaptea, n timp ce dormi, ziarul va fi adus pe disculcalculatorului tu sau va fi tiprit pe imprimanta ta laser. Pe o scar restrns acest serviciu existdeja. Urmtorul pas dup ziare (plus reviste i publicaii tiinifice) este biblioteca digital n direct.n funcie de costul, mrimea i greutatea calculatoarelor blocnotes, crile tiprite ar putea sdevin simboluri ale trecutului. Scepticii ar trebui s ia aminte la efectul pe care tiparul 1-a avutasupra manuscriselor medievale.

O alt aplicaie din aceast categorie este accesul la sisteme de informaii similare actualuluiWorld Wide Web. Web-ul conine informaii despre arte, afaceri, gtit, politic, sntate, istorie,hobby-uri, recreere, tiin, sport, cltorii i multe alte domenii prea numeroase chiar i pentru a fidoar menionate.

Toate aceste aplicaii presupun interaciuni ntre o persoan i o baz de date aflat la distan.O a doua categorie larg de utilizri ale reelei se va referi la interaciunile ntre persoane - estevorba n primul rnd de replica secolului XXI la telefonul din secolul al XlX-lea. Pota electronic,sau e-mail-ul, este deja folosit frecvent de milioane de oameni i, n scurt timp, va conine n mod

A

curent, pe lng text, secvene audio i video. In schimb, va dura ceva mai mult pn cnd se vapune la punct nglobarea mirosului n mesaje.

Pota electronic n timp real va permite utilizatorilor aflai la distan s comunice fr nici ontrziere, fiind posibil eventual chiar s se vad i s se aud unul pe cellalt. Aceast tehnologieface posibile ntlnirile virtuale, numite videoconferine, ntre oameni care se gsesc n diferitelocuri pe glob. Se spune uneori c are loc o competiie ntre transport i comunicaii, iarctigtorul, indiferent cine va fi, va prelua i rolul jucat pn acum de ctre domeniul nvins,ntlnirile virtuale ar putea fi folosite pentru educaie la distan, pentru a cere sfaturi medicale dela specialiti aflai la deprtare i pentru alte numeroase aplicaii.

Grupurile de interese de pe tot globul, cu discuii privind orice subiect imaginabil, fac deja partedin realitatea cotidian a unei anumite categorii de persoane, iar aceast categorie va crete pn ladimensiunile ntregii omeniri. Discuiile, n care o persoan trimite un mesaj i toi ceilali abonai aigrupului de interes pot s-1 citeasc, se deruleaz n toate stilurile posibile, putnd fi la fel de bineextrem de amuzante sau de ptimae.

A treia categorie avut n vedere este divertismentul, care reprezint o industrie uria, ncontinu cretere. n acest domeniu aplicaia de cel mai mare succes (cea care poate s influenezetot restul) se numete video la cerere. Este plauzibil ca peste vreo zece ani s putem selecta oricefilm sau program de televiziune realizat vreodat n orice ar i acesta s fie disponibil pe ecranulnostru imediat. Filmele noi ar putea deveni interactive: spectatorul ar fi ntrebat n anumitemomente ce continuare a povestirii alege (s-1 ucid MacBeth pe Duncan sau s atepte o ocaziemai bun?), fiind prevzute scenarii alternative pentru toate cazurile. De asemenea, televiziunea ndirect s-ar putea desfura interactiv, cu telespectatori care particip la concursuri, care alegctigtorul dintre concurenii preferai i aa mai departe.

Pe de alt parte, poate c nu sistemul de video la cerere, ci jocurile vor reprezenta aplicaia demaxim succes. Exist deja jocuri pentru mai multe persoane cu simulare n timp real, de exemplu


v-ai ascunsea ntr-o nchisoare virtual sau simulatoare de zbor n care juctorii unei echipencearc s-i doboare pe cei din echipa advers. Dac animaia este tridimensional, n timp real ide calitate fotografic, atunci avem un fel de realitate virtual global i partajat.

Pe scurt, posibilitatea combinrii de informaii, comunicare i divertisment va da natere, cusiguran, unei uriae industrii noi, bazat pe reelele de calculatoare.

1.1.3 Aspecte sociale

Introducerea pe scar larg a reelelor va ridica noi probleme sociale, etice i politice(Laudon, 1995). Vom meniona pe scurt cteva dintre ele; un studiu exhaustiv ar necesita celpuin o carte. O aplicaie popular a multor reele sunt grupurile de interese sau sistemele deinformare n reea (BBS-urile), unde oamenii pot schimba mesaje cu persoane avndpreocupri similare. Atta vreme ct este vorba de subiecte tehnice sau de pasiuni precumgrdinritul, nu sunt motive s apar multe probleme.

Problemele se ivesc n cazul grupurilor de interese care iau n discuie subiecte delicate sauextrem de disputate, cum ar fi politica, religia sau sexul. Atitudinile exprimate n cadrul acestorgrupuri pot fi considerate ofensatoare de ctre anumii oameni. Mai mult chiar, nu este obligatoriuca mesajele s se limiteze la text. Fotografii color de nalt rezoluie i chiar scurte clipuri video potfi acum transmise cu uurin prin reelele de calculatoare. Unii oameni au o atitudine neutr(triete i las-m s triesc"), dar alii consider c trimiterea anumitor materiale (de exemplu,pornografia n care sunt implicai copii) este pur i simplu inacceptabil. Din aceast cauz,dezbaterea este foarte aprins.

Unii oameni au dat n judecat operatori de reea, pretinznd c ei sunt responsabili pentruinformaia care circul, exact ca n cazul ziarelor i revistelor. Rspunsul inevitabil este c reeaua eca o companie de telefoane sau ca un oficiu potal i nu poate controla ceea ce discut utilizatoriisi. Mai mult chiar, dac operatorii reelei ar cenzura mesajele, atunci probabil c ei ar putea tergeorice fr a exista nici cea mai mic posibilitate de a-i da n judecat, nclcnd astfel dreptulutilizatorilor la exprimare liber. Nu este, probabil, hazardat s afirmm c aceast dezbatere vacontinua mult timp.

O alt disput animat are n atenie drepturile angajailor n raport cu drepturilepatronilor. Multe persoane citesc i scriu pot electronic la serviciu. Directorii unor firmeau pretins c ar avea dreptul s citeasc i eventual s cenzureze mesajele angajailor, inclusivmesajele trimise dup orele de lucru de la terminalele de acas. Numai c nu toi angajaiiagreeaz aceast idee (Sipior i Ward, 1995).

Dar chiar admind c directorii au o astfel de putere asupra angajailor, exist o relaie similarsi ntre universiti si studeni? Dar ntre licee si elevi? n 1994 Universitatea Carneeie-Mellon ahotrt s blocheze mesajele care veneau de la grupuri de interese legate de sex pe motivul cmaterialele nu erau potrivite pentru minori (adic pentru cei civa studeni care nu aveau nc 18ani). Disputa izvort din aceast decizie va dura ani ntregi.

Reelele de calculatoare ofer posibilitatea de a trimite mesaje anonime. In anumite situaii aaceva este de dorit. De exemplu, reprezint un mijloc pentru studeni, soldai, angajai, ceteni de atrage un semnal de alarm - fr team de represalii - n cazul comportamentului ilegal alprofesorilor, ofierilor, directorilor sau politicienilor. Pe de alt parte, n Statele Unite i n

SEC. 1.2 HARDWARE-UL REELEI

majoritatea democraiilor, legea asigur n mod explicit dreptul unei persoane acuzate de a-ichema acuzatorul n faa Curii. Acuzaiile anonime nu pot servi drept prob.

Pe scurt, reelele de calculatoare, asemenea industriei tipografice cu 500 de ani n urm, permitcetenilor obinuii s-i lanseze opiniile prin mijloace diferite i ctre audiene diferite fa de celede pn acum. Aceast libertate nou descoperit aduce cu ea probleme nerezolvate de ordin social,politic i moral. Soluia acestor probleme este lsat cititorului drept exerciiu.

1.2 HARDWARE-UL REELEI

A venit acum timpul s ne ndreptm atenia de la aplicaiile i problemele sociale aleinterconectrii la aspectele tehnice care intervin n proiectarea reelelor. Dei nu exist o taxonomiegeneral acceptat n care pot fi ncadrate toate reelele de calculatoare, sunt extrem de importantedou criterii: tehnologia de transmisie i scara la care opereaz reeaua. Vom examina pe rndfiecare din aceste aspecte.

n principal exist dou tipuri de tehnologii de transmisie:

1. Reele cu difuzare.2. Reele punct-la-punct.

Reelele cu difuzare au un singur canal de comunicaii care este partajat de toate mainile din reea.Orice main poate trimite mesaje scurte, numite n anumite contexte pachete, care sunt primite detoate celelalte maini. Un cmp de adres din pachet specific maina creia i este adresat pachetul. Larecepionarea unui pachet, o main controleaz cmpul de adres. Dac pachetul i este adresat,maina 11 prelucreaz; dac este trimis pentru o alt main, pachetul este ignorat.

S considerm, ca analogie, c cineva se afl la captul unui coridor cu multe ncperi i strigWatson, vino aici: Am nevoie de tine." Dei pachetul poate fi primit (auzit) de mult lume, numaiWatson va rspunde. Ceilali pur i simplu l ignor. Un alt exemplu ar fi un aeroport unde seanun c toi pasagerii zborului 644 sunt rugai s se prezinte la poarta 12.

Distana ntre Procesoare situate Exempuprocesoare n aceeai

0.1 m

1 m

10 m

100 m

1 km

10 km

100 km

Piac de circuite j Main de tip flux de dateSistem ! Muiticalculator

Camer

CldireCampus

Ora

Tar

1,000 km Continent

10,000 km Planet

Reea iocai

Reea metropolitan

Reea de larg rspndiregeograficintern et-ui

Fig. 1-2. Clasificarea procesoarelor interconectate n funcie de distan.


Sistemele cu difuzare permit n general i adresarea unui pachet ctre toate destinaiile, prinfolosirea unui cod special n cmpul de adres. Un pachet transmis cu acest cod este primit iprelucrat de toate mainile din reea. Acest mod de operare se numete difuzare. Unele sisteme cudifuzare suport de asemenea transmisia la un subset de maini, operaie cunoscut sub numele detrimitere multipl. Una din schemele posibile este s se rezerve un bit pentru a indica trimitereamultipl. Restul de n -1 bii de adres pot forma un numr de grup. O main se poate abona" laorice grup sau la toate grupurile. Un pachet trimis unui anumit grup va ajunge la toate mainileabonate la grupul respectiv.

Prin contrast, reelele punct-la-punct dispun de numeroase conexiuni ntre perechi de mainiindividuale. Pentru a ajunge de la surs la destinaie pe o reea de acest tip, un pachet s-ar putea sfie nevoit s treac prin una sau mai multe maini intermediare. Deseori sunt posibile traseemultiple, de diferite lungimi, de aceea algoritmii de dirijare joac n reelele punct-la-punct un rolimportant. Ca o regul general (dei exist numeroase excepii), reelele mai mici, localizategeografic, tind s utilizeze difuzarea, n timp ce reelele mai mari sunt de obicei punct-la-punct.

Un criteriu alternativ pentru clasificarea reelelor este mrimea lor. n Fig. 1-2 este prezentat oclasificare a sistemelor cu procesoare multiple dup mrimea lor fizic. Prima categorie oreprezint mainile de tip flux de date, calculatoare cu grad ridicat de paralelism dispunnd de maimulte uniti funcionale care lucreaz la acelai program. Urmeaz apoi multicalculatoarele,sisteme care comunic transmind mesaje pe magistrale foarte scurte i foarte rapide. Dincolo demulticalculatoare sunt adevratele reele, calculatoare care comunic prin schimbul de mesaje pecabluri mai lungi. Acestea pot fi mprite n reele locale, reele metropolitane i reele largrspndite geografic. n sfrit, prin conectoreajajdQu sau mai .multe. rejtele rezul_o inter-reea.Internet-ul este un exemplu bine cunoscut de inter-reea. Distana este un criteriu de clasificareimportant, pentru c, la scri diferite, sunt folosite tehnici diferite. n aceast carte ne vom ocupanumai de reelele adevrate i de interconectarea lor. Prezentm mai jos o scurt introduce nsubiectul echipamentelor de reea.

1.2.1 Reele locale

Reelele locale (Local Area Networks), denumite n general LAN-uri, sunt reele privatelocalizate ntr-o singur cldire sau ntr-un campus de cel mult civa kilometri. Ele sunt frecventutilizate pentru a conecta calculatoarele personale i staiile de lucru din birourile companiilor ifabricilor, n scopul de a partaja resurse (imprimante, de exemplu) i de a schimba informaii. LAN-urile se disting de alte tipuri de reele prin trei caracteristici: (1) mrime, (2) tehnologie detransmisie i (3) topologie.

LAN-urile au dimensiuni restrnse, ceea ce nseamn c timpul de transmisie n cazul cel maidefavorabil este limitat i cunoscut dinainte. Cunoscnd aceast limit, este posibil s utilizmanumite tehnici de proiectare care altfel nu ar fi fost posibile. Totodat, se simplific administrareareelei.

LAN-urile utilizeaz frecvent o tehnologie de transmisie care const dintr-un singur cablula care sunt ataate toate mainile, aa cum erau odat cablurile telefonice comune n zonelerurale. LAN-urile tradiionale funcioneaz la viteze cuprinse ntre 10 i 100 Mbps, auntrzieri mici (zeci de microsecunde) i produc erori foarte puine. LAN-urile mai noi potopera la viteze mai mari, pn la sute de megabii/sec. n aceast carte vom pstra tradiia i

SEC. 1.2 HARDWARE-UL REELEI

vom msura vitezele de transmisie pe linii n megabii/sec (Mbps), nu n megabytes/sec(MB/sec). Un megabit reprezint 1,000,000 bii, nu 1,048,576 (230) bii.

-Calcuiator

'Cablu Calculator

(a) (b)

Fig. 1-3. Dou reele cu difuzare, (a) Magistral, (b) Inel.

Pentru LAN-urile cu difuzare sunt posibile diverse topologii^ Figura 1-3 prezint dou dintreele. ntr-o reea cu magistral (cu cablu liniar), n fiecare moment una dintre maini este mater iare dreptul s transmit. Restul mainilor nu pot transmite. Cnd dou sau mai multe maini vor stransmit simultan, este necesar un mecanism de arbitrare. Mecanismul de arbitrare poate ficentralizat sau distribuit. De exemplu, IEEE 802.3, popular num'it Ethernet , este o reea cudifuzare bazat pe magistral cu control descentralizat, lucrnd la 10 sau 100 Mbps. Calculatoareledintr-un Ethernet pot transmite oricnd doresc; dac dou sau mai multe pachete se ciocnesc,fiecare calculator ateapt o perioad de timp aleatorie i apoi ncearc din nou.

Un al doilea tip de reea cu difuzare este reeaua n inel. ntr-un inel fiecare bit se propagindependent de ceilali, fr s atepte restul pachetului cruia i aparine. n mod tipic, fiecare bitnavigheaz pe circumferina ntregului inel ntr-un interval de timp n care se transmit doar civabii, de multe ori nainte chiar ca ntregul pachet s fi fost transmis. Ca n orice alt sistem cudifuzare, este nevoie de o regul pentru a arbitra accesele simultane la inel. Pentru aceasta seutilizeaz diferite metode, care vor fi discutate n carte mai trziu. IEEE 802.5 (inelul cu jeton de laIBM) este un LAN popular de tip inel, care opereaz la 4 i la 16 Mbps.

Reelele cu difuzare pot fi n continuare mprite n staticei dinamice, n funcie de modul dealocare al canalului. O metod tipic de alocare static ar fi s divizm timpul n intervale discrete is rulm un algoritm round-robin, lsnd fiecare main s emit numai atunci cnd i vine rndul.Alocarea static irosete capacitatea canalului atunci cnd o main nu are nimic de transmis ncuanta de timp care i-a fost alocat, astfel c majoritatea sistemelor ncearc s aloce canaluldinamic (la cerere).

Metodele de alocare dinamic pentru un canal comun sunt fie centralizate, fie descentralizate.n cazul metodei centralizate de alocare a canalului exist o singur entitate, de pild o unitate dearbitrare a magistralei, care determin cine urmeaz la rnd. Poate face acest lucru acceptnd cererii lund o decizie conform unui algoritm intern. n cazul metodei descentralizate de alocare acanalului nu exist o entitate central; fiecare main trebuie s hotrasc pentru ea nsi dac s

INTRODUCERE CAP. 1

transmit sau nu. S-ar putea crede c n acest fel se ajunge totdeauna la haos, dar lucrurile nu stauaa. Vom studia mai trziu numeroi algoritmi proiectai s refac ordinea dintr-un potenial haos.

Cellalt tip de LAN-uri este construit cu linii punct-la-punct. Liniile individuale leag o mainspecificat cu o alt main specificat. Un astfel de IAN reprezint o reea larg rspnditgeografic n miniatur. Vom vedea aceste reele ceva mai trziu.

1.2.2 Reele metropolitane

O reea metropolitan (Metropolitan Area Neirork), sau MN (plural: MAN-uri, nu MEN')este, n linii mari, o versiune extins de LAN' i utilizeaz n mod normai tehnologii similare cuaceasta. O reea metropolitan se poate ntinde pe zona ocupat de un grup de birouri nvecinatesau pe suprafaa unui ntreg ora i poate fi att privat ct i public. Un MAN poate suporta attdate ct i voce i poate chiar s aib legturi cu reeaua local de televiziune prin cablu. Un MAN'dispune numai de un cablu sau dou, fr s conin elemente de comutare care deviaz pachetelepe una din cele cteva posibile linii de ieire. Nefiind necesar comutarea, proiectarea este maisimpl.

Motivul principal pentru care MAN-urile figureaz ca o categorie special const n adoptareaunui standard specific, standard care este acum implementat. Acesta se numete DQDB(Bistrbuted Queue Bua! Bus - magistral dual cu coad distribuit) sau. pentru cei care prefernumerele, 802.6 (numrul standardului EEE care o definete). DQDB const din dou magistrale(cabluri) unidirecionale la care sunt conectate toate calculatoarele, aa cum este artat n Fig. 1-4.Fiecare magistral are un capt de distribuie (head-end) - un dispozitiv care iniiaz activitatea detransmisie. Traficul destinat unui calculator din dreapta ransmitorului folosete magistrala de sus.Traficul ctre utilizatorii din stnga folosete magistrala de jos.

Sensu! fluxului pe magistrala AMagistrala A

Cecuaor -

Magistrala B< Sensu! fluxului pe magistrala B

Fig. 1-4. Arhitectura reelei metropolitane DQDB

Un aspect cheie pentru un MAN este prezena unui mediu de difuzare (n cazul lui 802.6, doucabluri) la care sunt ataate toate calculatoarele. Acesta simplific mult proiectarea n comparaiecu alte tipuri de reele. Vom discuta mai detaliat DQDB n Cap. 4.

* n original MANS no MEN (n.t.

SEC. 1.2 HARDWARE-UL REELEI 11

1.2.3 Reele larg rspndite geografic

O reea larg rspndit geografic (Wide Area Network), sau WAN, acoper o arie geograficntins - deseori o ar sau un continent ntreg. Reeaua conine o colecie de maini utilizatepentru a executa programele utilizatorilor (adic aplicaii). n concordan cu termenul uzual, vomnumi aceste maini gazde. Uneori este folosit n literatur termenul de sistem final. Gazdele suntconectate printr-o sobreea de comunicaie sau, pe scurt, subreea. Sarcina subreelei este stransporte mesajele de la gazd la gazd, exact aa cum sistemul telefonic transmite cuvintele de lavorbitor la asculttor. Prin separarea aspectelor de pur comunicaie ale reelei (subreelei) deaspectele referitoare la aplicaii (gazde), proiectarea ntregii reele se simplific mult.

n majoritatea reelelor larg rspndite geografic, subreeaua este format din doucomponente distincte: liniile de transmisie i elementele de comutare. Liniile de transmisie (numitei circuite, canale, sau trunchiuri) transport biii ntre maini.

Elementele de comutare sunt calculatoare specializate, folosite pentru a conecta dou sau maimulte linii de transmisie. Cnd sosesc date pe o anumit linie, elementul de comutare trebuie saleag o nou linie pentru a retransmite datele mai departe. Din pcate, nu exist nici oterminologie standard pentru denumirea acestor calculatoare. Folosind diveri termeni, ele pot finumite, de exemplu, noduri de comutare a pachetelor, sisteme intermediare, sau comutatoare dedate. Noi vom folosi ca termen generic pentru aceste calculatoare de comutare cuvntul rater.Cititorul trebuie s tie, totui, c nu exist un consens asupra terminologiei. Conform acestuimodel, prezentat n Fig. 1-5, fiecare gazd este n general conectat la un LAN n care exist unrater. n anumite cazuri, ns, o gazd poate fi legat direct cu un ruter. Colecia de linii decomunicaie i de rutere (dar nu i gazdele) formeaz subreeaua.

Subreea Ruter

Gazd

Fig. 1-5. Relaia dintre gazde i subreea.

Merit s facem o scurt divagaie n jurul termenului de subreea". Iniial, singura saaccepiune se referea la colecia ruterelor i liniilor de comunicaie care mutau pachetele de lagazda surs la gazda destinaie. Totui, civa ani mai trziu, cuvntul a mai cptat un al doileaneles, n conjuncie cu adresarea reelelor (pe care o vom discuta n Cap. 5). De aceea, termenulconine o anumit ambiguitate. Din nefericire, nu exist o alternativ larg acceptat pentru nelesul

12 INTRODUCERE CAP.l

su iniial, drept care noi vom folosi acest termen, cu unele rezerve, n ambele sensuri. Din context,va fi totdeauna clar care din ele este subneles.

n cazul celor mai multe WAN-uri, reeaua conine numeroase cabluri sau linii telefonice,fiecare din ele legnd o pereche de rutere. Dac dou rutere nu mpart un acelai cablu, dardoresc s comunice, atunci ele trebuie s fac acest lucru indirect, prin intermediul altorrutere. Cnd un pachet este transmis de la un ruter la altul prin intermediul unuia sau maimultor rutere, pachetul este primit n ntregime de fiecare ruter intermediar, este reinutacolo pn cnd linia de ieire cerut devine liber i apoi este retransmis. O subreea carefuncioneaz pe acest principiu se numete subreea punct-ia-punct, subreea memoreaz-i-retraesmite sau subreea cu comutare de pachete. Aproape toate reelele larg rspnditegeografic (excepie fcnd cele care utilizeaz satelii) au subretele memoreaz-i-retransmite.Cnd pachetele sunt mici i au aceeai mrime, ele sunt adesea numite celule.

Atunci cnd se folosete o subreea punct-la-punct, o problem important de proiectare serefer la alegerea topologiei de interconectare a ruterelor. Figura 1-6 prezint cteva topologiiposibile. Reelele locale proiectate astfel folosesc de obicei topologii simetrice. Din contr, reelelelarg rspndite geografic au, n mod tipic, topologii neregulate.

(b) (c)

Fig. 1-6. Cteva topologii posibile pentru o subreea punct-la-punct.(a) Stea. (b) Inel. (c) Arbore, (d) Complet, (e) Inele intersectate.

(f) Neregulat.

O a doua posibilitate pentru un WAN este utilizarea unui satelit sau a unui sistem radio terestru.Fiecare ruter are o anten cu care poate s recepteze i s emit. Toate ruterele pot auzi semnalulde la satelit, iar n unele cazuri, ele pot auzi totodat i transmisiile de la rutere ctre satelit.

SEC 1.2 HARDWARE-UL REELEI 13

Uneori ruterele sunt conectate la o reea punct-la-punct i numai unele dintre ele au antene desatelit. Reelele de satelii sunt n mod inerent reele cu difuzare i se utilizeaz mai ales atuncicnd proprietatea de difuzare este important.

1.2.4 Reele radio

Calculatoarele mobile, aa cum sunt blocnotesurile sau asistenii personali digitali (PDA-urile),reprezint segmentul din industria tehnicii de calcul cu dezvoltarea cea mai rapid. Muli posesori aiacestor calculatoare au la birou sisteme legate la LAN-uri i WAN-uri i vor s se conecteze laacestea, chiar i atunci cnd se afl n locuri deprtate de cas sau pe drum. Deoarece legturileprin fir sunt imposibile n maini i avioane, interesul pentru reelele radio este foarte puternic. Inaceast seciune vom face o scurt introducere n acest subiect. (Not: prin seciune nelegemporiunile din carte notate printr-un numr cu trei cifre, de genul 1.2.4)

Comunicaiile digitale fr fir nu reprezint, de fapt, o idee nou. nc din 1901, fizicianulitalian Guglielmo Marconi a realizat legtura ntre un vapor i un punct de pe coast folosindtelegraful fr fir i codul Morse (punctele i liniile sunt, n definitiv, binare). Sistemele radiomoderne au performane mai bune, dar ideea fundamental a rmas aceeai. Informaiisuplimentare despre aceste sisteme pot fi gsite n (Grag i Wilkes, 1996; i Pahlavan .a., 1995).

Reelele radio au numeroase utilizri. Biroul portabil reprezint una dintre ele. Oamenii aflaipe drum doresc adesea s foloseasc echipamentele lor electronice portabile pentru a trimite iprimi faxuri i pot electronic, pentru a citi fiiere aflate la distan, pentru a se conecta la distansi aa mai departe. i doresc s fac aa ceva din orice loc de pe uscat, ap sau aer.

Reelele radio sunt de mare importan pentru parcurile de camioane, taxiuri i autobuze, ca ipentru echipele de intervenie care trebuie s menin contactul cu baza. Reelele radio pot fi deasemenea utile pentru echipele de intervenie n locuri de dezastru (incendii, inundaii, cutremureetc.) unde sistemul telefonic a fost distrus. Calculatoarele aduse la faa locului pot s trimit mesaje,s nregistreze informaii i aa mai departe.

n sfrit, reelele radio sunt importante pentru armat. Dac trebuie s faci fa n cel mai scurttimp unui rzboi care se poate desfura oriunde n lume, atunci probabil c nu este o idee bun ste bazezi pe infrastructura de reele existent la faa locului. Este mai bine s-i aduci propria reea.

Fr firNuNuDaDa

MobifNuDaNuDa

AplicaiiStaii de lucru staionare ntr-un birouFolosirea unui calculator portabil ntr-un hotel sau pentru inspecia trenurilorLAN-uri instalate n cldiri mai vechi, fr fireBirouri mobile; PDA-uri pentru inventarierea magaziei

Fig. 1-7. Combinaii de reele fr fir i tehnic de calcul mobil.

Dei reelele fr fir i echipamentele de calcul mobile sunt adesea nrudite, ele nu sunt identice(a se vedea Fig. 1-7). Calculatoarele portabile comunic uneori cu ajutorul firelor. Dac ntr-unhotel un turist racordeaz un calculator mobil la mufa de telefon, acesta este un exemplu demobilitate fr reea radio. Un alt exemplu se refer la o persoan care poart cu sine un calculatormobil n timp ce inspecteaz, pentru probleme tehnice, un tren. n acest caz, n spatelecalculatorului poate foarte bine s atrne un fir lung (ca la aspirator).

14 INTRODUCERE CARI

Pe de alt parte, unele calculatoare fr fir nu sunt portabile. Un exemplu important de acest tipse refer la o firm care posed o cldire mai veche, fr reele de cabluri instalate, i care doretes i conecteze calculatoarele. Instalarea unui LAN fr fir poate s nu necesite mare lucru, nafar de cumprarea unei mici cutii cu componente electronice i de montarea unor antene.Aceast soluie poate fi mai puin costisitoare dect instalarea cablurilor n cldire.

Dei LAN-urile fr fir sunt uor de instalat, ele au i unele dezavantaje. Capacitatea lor tipiceste de l-2Mbps, ceea ce este mult mai puin dect n cazul LAN-urilor cu fir. De asemenea, ratade erori este adesea mai mare, iar transmisiile ntre diferite calculatoare pot interfera unele cualtele.

Dar exist, desigur, i aplicaii cu adevrat mobile, fr fir, ncepnd cu biroul portabil iterminnd cu persoanele care fac inventarul uriui magazin folosind PDA-uri. n multe aeroporturiaglomerate, angajaii companiilor de nchiriat maini lucreaz n parcri cu calculatoare portabilefr fir. Ei introduc n calculator numrul de nmatriculare al fiecrei maini returnate, iarportabilele lor, care au nglobat o imprimant, apeleaz calculatorul central, primesc informaiidespre nchirierea respectivei maini i elibereaz factura de plat pe loc. Aplicaii autentice aletehnicii de calcul mobile sunt discutate mai pe larg n (Forman i Zahorjan, 1994).

Reelele fr fir exist n multe forme. Unele universiti instaleaz deja n campusuri antenecare permit studenilor s stea sub copaci i s consulte cataloagele bibliotecilor. n acest caz,calculatoarele comunic cu LAN-urile fr fir direct n form digital. O alt posibilitate esteutilizarea unui telefon celular (adic portabil), mpreun cu un modem analogic tradiional. nnumeroase orae sunt acum disponibile serviciile celulare digitale directe, numite CDPD (CellularDigital Packet Data - pachete de date celulare digitale). Vom studia aceste servicii n Cap. 4.

Ruter zburtor

'v / ' T " ^ ^< Calculator ' i*"\ ^\ L A Nr-M .. x * . t J::^\ ^\ portabil t _ _ ^ . \. cablatO legtur telefonic ^ \ _ _ _ > ^ - ^ JS>

pentru fiecare calculator(a) (b)

Fig. 1-8. (a) Calculatoare mobile individuale, (b) Un LAN zburtor.

n sfrit, este posibil s avem diverse combinaii de reele cu i fr fir. De exemplu, n Fig. 1-8(a) este desenat un avion n care mai muli pasageri folosesc modemuri i telefoane pentru a sunala birou. Fiecare convorbire este independent de celelalte. O opiune mult mai eficient este, ns,LAN-ul zburtor din Fig. l-8(b). n acest caz, fiecare scaun este echipat cu un conector Ethernet, lacare pasagerii pot s-i racordeze calculatoarele. La bordul avionului exista un singur rutei?. Acestamenine n fiecare moment o legtur radio cu un ruter aflat la sol, ruter care se schimb peparcursul zborului. Configuraia respectiv' nu reprezint altceva dect un LAN tradiional, cudeosebirea c legtura sa cu lumea exterioar este asigurat de o conexiune radio n loc de o liniefizic.

SEC. 1.3 PROGRAMELE DE REEA 15

Mult lume crede despre calculatoarele portabile fr fir c reprezint valul viitorului. Dar, nacelai timp, s-a fcut auzit cel puin o prere contrar. Bob Metcalfe, inventatorul Ethernet-ului, ascris urmtoarele: Calculatoarele mobile fr fir sunt ca bile mobile fr evi - nite olie denoapte portabile. Ele vor fi ceva comun n vehicule, pe antiere i la concerte rock. Sfatul meu estes v racordai cabluri n cas i s rmnei acolo" (Metcalfe, 1995). Vor urma cei mai muli sfatullui Metcalfe? Timpul ne va rspunde.

n lume exist multe reele, cu echipamente i programe diverse. Persoanele conectate la oanumit reea doresc adesea s comunice cu persoane racordate la alta. Aceast cerin impuneconectarea unor reele diferite, de multe ori incompatibile, ceea ce uneori se realizeaz utilizndmaini numite porii (gateways). Acestea realizeaz conectarea i asigur translatrile necesare, attn termeni de hardware ct i de software. O colecie de reele interconectate este numit inter-reea sau internei

O form comun de inter-reea este o colecie de LAN-uri conectate printr-un WAN. De fapt,dac am nlocui eticheta subreea" din Fig. 1-5 prin WAN", n figur nu ar mai trebui schimbatnimic altceva. n acest caz, singura diferen real ntre o subreea i un WAN se refer la prezenagazdelor. Dac sistemul din interiorul curbei nchise conine numai rutere, atunci este o subreea.Dac el conine att rutere, ct i gazde cu utilizatori proprii, atunci este un WAN.

Pentru a evita confuziile, luai v rog not c termenul internet" va fi totdeauna folosit naceast carte ntr-un sens generic. Prin contrast, Internet-ul (a se remarca folosirea lui I mare)reprezint un internet mondial specific, care este utilizat pe larg pentru a conecta universiti,birouri guvernamentale, firme i, n ultima vreme, persoane particulare. Vom avea multe de spus naceast carte att despre internet ct i despre Internet.

Deseori se produc confuzii ntre subretele, reele i inter-reele. Termenul de subreea este maipotrivit n contextul unei reele larg rspndite geografic, unde se refer la colecia de rutere i liniide comunicaie aflate n proprietatea operatorului de reea - de exemplu, o firm ca AmericaOnline sau CompuServe. Ca o analogie, sistemul telefonic const din centrale telefonice decomutare, care sunt conectate ntre ele prin linii de mare vitez i sunt legate la domicilii i birouriprin linii de vitez sczut. Aceste linii i echipamente, deinute i ntreinute de ctre companiatelefonic, formeaz subreeaua sistemului telefonic. Telefoanele propriu-zise (care corespund naceast analogie gazdelor) nu sunt o parte a subreelei. Combinaia dintre o subreea i gazdele saleformeaz o reea. n cazul unui LAN, reeaua este format din cablu i gazde. Aici nu exist cuadevrat o subreea.

O inter-reea se formeaz atunci cnd se leag ntre ele reele diferite. Din punctul nostru devedere, legarea1 unui LAN i a unui WAN sau legarea a dou LAN-uri formeaz o inter-reea, darnu exist un consens asupra terminologiei din acest domeniu.

13 PROGRAMELE DE REEA

In proiectarea primelor reele de calculatoare, s-a acordat atenie n primul rndechipamentelor, iar programele au fost gndite ulterior. Aceast strategie nu mai este valabil.Programele de reea sunt acum foarte structurate. n seciunile urmtoare vom examina uneledetalii ale tehnicii de structurare a programelor. Metoda descris aici formeaz punctul de sprijin alntregii cri i ea va aprea mai departe n repetate rnduri.

16 INTRODUCERE CAP.l

13.1 Ierarhiile de protocoale

Pentru a reduce din complexitatea proiectrii, majoritatea reelelor sunt organizate sub formaunei serii de straturi sau niveluri, fiecare din ele construit peste cel de dedesubt. Numrul deniveluri, numele fiecrui nivel, coninutul i funcia sa variaz de la reea la reea. Oricum, n toatereelele, scopul fiecrui nivel este s ofere anumite servicii nivelurilor superioare, protejndu-letotodat de detaliile privitoare la implementarea efectiv a serviciilor oferite.

Nivelul n d e pe o main converseaz cu nivelul n de pe alt main. Regulile i conveniileutilizate n conversaie sunt cunoscute sub numele de protocolul nivelului n. n principal, unprotocol reprezint o nelegere ntre prile care comunic, asupra modului de realizare acomunicrii. Ca o analogie, atunci cnd o femeie este prezentat unui brbat, ea poate hotr s-intind brbatului mna. La rndul su, brbatul poate decide fie s-i strng, fie s-i srute mna,decizie care depinde, s spunem, dac femeia este o avocat american care a venit la o ntlnire deafaceri sau este o prines european prezent la un bal. nclcarea protocolului va facecomunicarea mai dificil, dac nu chiar imposibil.

n Fig. 1-9 este ilustrat o reea cu cinci niveluri. Entitile care conin niveluri corespunztoarede pe maini diferite se numesc egale. Cu alte cuvinte, entitile egale sunt cele care comunicfolosind protocolul.

Interfaa

Interfaa

Interfaa

Interfaa

Gazda 1

Nivel 5

4/5;

Nivel 4

3/4'

Nivel 3

2/3 '

Nivel 2

1/2'1

Nivel 1i

1

Protocolul nivelului





Mediu fizic

5

4

3-

2

1

GazdaNivel

L

r

NivelL

f

Nivel

Nivelt i

Nivel

2

5

4

3

2

1

Fig. 1-9. Niveluri, protocoale i interfee

n realitate, nici un fel de date nu sunt transferate direct de pe nivelul n al unei maini pe niveluln al altei maini. Fiecare nivel transfer datele i informaiile de control nivelului imediat inferior,pn cnd se ajunge la nivelul cel mai de jos. Sub nivelul 1 se afl mediul fizic prin care se produce


comunicarea efectiv. n Fig. 1-9, comunicarea virtual este reprezentat prin linii punctate, iarcomunicarea fizic prin linii continue.

ntre dou niveluri adiacente exist o interfa. Interfaa definete ceofer nivelul de jos ctre nivelul de sus. Cnd proiectanii de reea decid cte niveluri s includntr-o reea i ce are de fcut fiecare din ele, unul din considerentele cele mai importante se referla definirea de interfee clare ntre niveluri.

Aceasta presupune ca, la rndul su, fiecare nivel s execute o colecie specific de funcii clardefinite. Pe lng minimizarea volumului de informaii care trebuie transferate ntre niveluri,interfeele clare permit totodat o mai simpl nlocuire a implementrii unui nivel cu oimplementare complet diferit (de exemplu, toate liniile telefonice se nlocuiesc prin canale desatelit). Aa ceva este posibil, pentru c tot ceea ce i se cere noii implementri este s furnizezenivelului superior exact setul de servicii pe care ii oferea vechea implementare.

O mulime de niveluri i protocoale este numit arhitectur de reea. Specificaia uneiarhitecturi trebuie s conin destule informaii pentru a permite unui proiectant s scrieprogramele sau s construiasc echipamentele necesare fiecrui nivel, astfel nct nivelurile sndeplineasc corect protocoalele corespunztoare. Nici detaliile de implementare i nicispecificaiile interfeelor nu fac parte din arhitectur, deoarece acestea sunt ascunse n interiorulmainilor i nu sunt vizibile din afar. Nu este necesar nici mcar ca interfeele de pe mainile dintr-o reea s fie aceleai - cu condiia, ns, ca fiecare main s poat utiliza corect toate protocoalele.O list de protocoale utilizate de ctre un anumit sistem, cte un protocol pentru fiecare nivel, senumete stiv de protocoale. Arhitecturiie de reea, stivele de protocoale i protocoalele propriu-zise constituie principalele subiecte ale acestei cri.

O analogie poate ajuta la explicarea ideii de comunicare multinivel. maginai-v doi filosofi(procesele egale de la nivelul 3), unul din ei vorbind limbile urdu i englez, iar cellalt vorbindchineza i franceza. Deoarece filosofii nu cunosc o limb comun, fiecare din ei angajeaz cte untranslator (procesele egale de la nivelul 2), iar fiecare translator contacteaz la rndul su osecretar (procesele egale de la nivelul 1). Filosoful 1 dorete s comunice partenerului afeciuneasa pentru oiyctolagus cuniculus. Pentru aceasta, el trimite un mesaj (n englez) prin interfaa 2/3ctre translatorul su, cruia i spune urmtoarele cuvinte: I like rabbits"1 (ceea ce este ilustrat nFig. 1-10). Translatorii s-au neles asupra unei limbi neutre, olandeza, aa c mesajul este convertitn Ik hou van konijnen." Alegerea limbii reprezint protocolul nivelului 2 i este la latitudineaproceselor pereche de pe acest nivel.

n continuare, translatorul nmneaz mesajul secretarei, care l trimite, de exemplu, prin fax(protocolul nivelului 1). Cnd mesajul este primit, el este tradus n francez i trimis prin interfaa2/3 ctre filosoful 2. Observai c, atta timp ct interfeele nu se modific, fiecare protocol estecomplet independent de celelalte. Dac doresc, translatorii pot schimba olandeza cu alt limb, sspunem finlandeza, cu condiia ca amndoi s se neleag asupra acestui lucru i ca nici unul din eis nu i modifice interfaa cu nivelul 1 sau cu nivelul 3. n mod similar, secretarele pot nlocui faxulcu pota electronic sau cu telefonul fr a deranja (sau mcar a informa) celelalte niveluri. Fiecareproces poate aduga anumite informaii suplimentare destinate numai procesului su pereche.Aceste informaii nu sunt transmise n sus, ctre nivelul superior.

Propoziia nseamn " mi plac iepurii." (n.t.)


Adresa A Adresa B

Mesaj Filozof h ! J'aime ' \\ las | |! aoip.s I i

Informaie pentrutransiatorui Translatoraflat ia distant

L: Dutch; j!k hou | jvan | |konijnerj |

Informaie pentrusecretaraafiat !a distan

I Fax #Secretara - !_L_Ditch

'"hoiT~

^onijner! i

Fig. 1-10. Arhitectura filosof-translaior-si retara.

S considerm acum un exemplu mai tehnic: cum se realizeaz comunicarea ia ultimul, nivel dinreeaua cu cinci niveluri din Fig. 1-11. O aplicaie care se execut n nivelul 5 produce un mesaj M sil furnizeaz nivelului 4 pentru a-i transmite. Nivelul 4 insereaz im antei n iaa mesajului, pentru aidentifica respectivul mesaj i paseaz rezultatul nivelului 3. Antetul include informaii de control,de exemplu numere de ordine care ajut nivelul 4 de pe maina destinaie s livreze mesajele nordinea corect n cazul n care nivelurile inferioare nu pstreaz aceast ordine. Pe unele niveluri,antetele conin de asemenea cmpuri de control pentru mrime, timp i alte informaii.

In numeroase reele nu exist nici o limit cu privire la mrimea mesajelor transmise nprotocolul nivelului 4, dar exist aproape ntotdeauna o limit impus de protocolul nivelului 3. nconsecin, nivelul 3 trebuie s sparg mesajele primite n uniti mai mici, pachete, atand fiecruipachet un antet specific nivelului 3. n acest exemplu, M este descompus n dou pri, Mi i M->.

Nivelul 3 decide ce linie de transmisie s utilizeze i trimite pachetele nivelului 2. Nivelul 2adaug nu numai cte un antet pentru fiecare bucat, ci i o ncheiere, dup care furnizeazunitatea rezultant nivelului 1 pentru a o transmite fizic. n maina receptoare mesajul este trimis nsus, din nivel n nivel, pe parcurs fiind eliminate succesiv toate antetele. Nici un antet corespunztornivelurilor sub n nu este transmis n sus nivelului n.


Nivel

5

3

2 H2

H3

H3

H,

Protocolul nivelului 5M

Protocolul nivelului 4M

Protocolul

H, M,

H, H, M,

Protocolulnivelului 2

H2

H3

H3

H.

H4 M, T2

H3

H2 H3

M2

M2 T2

Main surs Main destinaie

Fig. 1-11. Exemplu de flux de informaii pentru suportul comunicriivirtuale la nivelul 5.

Ceea ce este important de neles n Fig. 1-11 este 5|atia_djntt;e_ comunicaia virtual i ceaefectiv i diferena ntre protocoale i interfee. De exemplu, procesele egale de la nivelul 4 iimagineaz conceptual comunicarea ca realizndu-se pe orizontal", utiliznd protocolul nivelului4. Dei fiecare din ele are, probabil, o procedur de genul TrimitenCealaltParte i o altaPrimeteDinCealaltParte, aceste proceduri nu comunic de fapt cu cealalt parte, ci cu nivelurileinferioare prin interfaa 3/4.

Abstractizarea proceselor pereche este crucial pentru proiectarea ntregii reele. Cu ajutorul ei,aceast sarcin practic imposibil poate fi descompus n probleme de proiectare mai mici,rezolvabile, i anume proiectarea nivelurilor individuale.

Dei Seciunea 1-3 este intitulat Programele de reea", merit s subliniem c nivelurileinferioare dintr-o ierarhie de protocoale sunt implementate frecvent n hardware sau n firmware.Nu e mai puin adevrat c aici intervin algoritmi compleci, chiar dac ei sunt nglobai (parial saun totalitate) n hardware.

1.3.2 Probleme de proiectare a nivelurilor

O parte din problemele cheie care apar la proiectarea reelelor de calculatoare sunt prezente nmai multe niveluri. Vom meniona pe scurt unele probleme mai importante.

Fiecare nivel are nevoie de un mecanism pentru a identifica emitorii i receptorii. Dat fiind co reea cuprinde n mod normal numeroase calculatoare, iar o parte dintre acestea dein mai multe


procese, este necesar o modalitate prin care un proces de pe o anumit main s specifice cu cinedorete s comunice. Ca o consecin a destinaiilor multiple, pentru a specifica una dintre ele, estenecesar o form de adresare.

Un alt set de decizii de proiectare se refer la regulile pentru transferul de date. n unele sistemedatele circul ntr-un singur sens (comunicare simplex). n altele datele pot circula n orice sens, darnu simultan (comunicare semi-duplex). n sfrit, n alte sisteme datele circul n ambele sensurisimultan (comunicare duplex integral). Protocolul trebuie, de asemenea, s determine^ cjorcanalelogice le corespunde conexiunea i care sunt prioritile acestora. Multe reele dispun de cel puindou canale logice pe conexiune, unul pentru date normale i unul pentru date urgente.

Deoarece circuitele fizice de comunicaii nu sunt perfecte, controlul erorilor este oproblem important. Se cunosc multe coduri detectoare i corectoare de erori, dar ambelecapete ale conexiunii trebuie s se neleag asupra codului utilizat. n plus, receptorul trebuies aib cum s-i spun emitorului care mesaje au fost primite corect i care nu.

Nu toate canalele de comunicaii pstreaz ordinea mesajelor trimise. Pentru a putea trata oeventual pierdere a secvenierii, protocolul trebuie s furnizeze explicit receptorului informaianecesar pentru a putea reconstitui ordinea corect a fragmentelor. O soluie evident este s senumeroteze fragmentele, dar aceast soluie nc nu rezolv problema fragmentelor care sosesc nordine incorect.

O problem ce intervine la fiecare nivel se refer la evitarea situaiei n care un emitorrapid trimite unui receptor lent date la vitez prea mare. Au fost propuse diverse rezolvri iele vor fi discutate mai trziu. Unele dintre acestea presupun o anumit reacie, direct sauindirect, prin care receptorul l informeaz pe emitor despre starea sa curent. Altelelimiteaz viteza de transmisie a emitorului la o valoare stabilit de comun acord cureceptorul.

O alt problem care apare la cteva niveluri privete incapacitatea tuturor proceselor de aaccepta mesaje de lungime arbitrar. Acest fapt conduce la mecanisme pentru a dezasambla, atransmite i apoi a reasambla mesajele. O problem asemntoare apare atunci cnd proceseleinsist s transmit datele n uniti att de mici, nct transmiterea lor separat este ineficient. naceast situaie, soluia este s se asambleze mpreun mai multe mesaje mici destinate aceluiaireceptor i s se dezasambleze la destinaie mesajul mare obinut astfel.

Atunci cnd este neconvenabil sau prea costisitor s se aloce conexiuni separate pentru fiecarepereche de procese comunicante, nivelul implicat n comunicare poate hotr s utilizeze aceeaiconexiune pentru mai multe conversaii independente. Atta timp ct aceast mutiplexare idemultiplexare se realizeaz transparent, ea poate fi utilizat de ctre orice nivel. Multiplexarea estenecesar, de exemplu, n nivelul fizic, unde traficul pentru toate conexiunile trebuie s fie transmisprin cel mult cteva circuite fizice.

Atunci cnd exist mai multe ci ntre surs i destinaie, trebuie ales un anumit drum.Uneori aceast decizie trebuie mprit pe dou sau mai multe niveluri. De exemplu, esteposibil ca trimiterea unor date de la Londra la Roma s necesite att o decizie la nivel naltpentru alegerea ca ar de tranzit a Franei sau a Germaniei - n funcie de legile lor deprotejare a secretului datelor - ct i o decizie de nivel sczut pentru alegerea unuia dinmultele trasee posibile, pe baza traficului curent.


1.3.3 Interfee i servicii

Fiecare nivel are rolul de a furniza serviciile necesare nivelului de deasupra sa. n aceast seciune,vom examina mai n detaliu ce anume este un serviciu. Dar mai nti vom introduce civa termeni.

Ele^menele ^civg.dinJiecsrejnjyel sunt numite frecvent entiti. O entitate poate fi o entitatesoftware (aa cum este un proces) sau o entitate hardware (aa cum este un cip de intrare/ieireinteligent). Entitile corespunztoare aceluiai nivel, dar aflate pe maini diferite, se numescentiti egale. Entitile de la nivelul n implementeaz un serviciu utilizat de nivelul n + 1. n acestcaz nivelul n se numete furnizor de servicii, iar nivelul n + 1 se numete utilizator de servicii.Nivelul n poate utiliza serviciile nivelului n -1 pentru a furniza propriile sale servicii. El poate ofericteva clase de servicii, de exemplu comunicare rapid, costisitoare i comunicare lent, ieftin.

Serviciile sunt disponibile n SAP-uri (Service Access Points - puncte de acces la servicii). SAP-urile nivelului n sunt locurile unde nivelul n + 1 poate avea acces la serviciile oferite. Fiecare SAPare o_adres_care l identific n mod unic. Ca lucrurile s fie mai clare: SAP-urile din sistemultelefonic sunt soclurile la care se pot racorda telefoanele modulare, iar adresele SAP-urilor suntnumerele de telefon corespunztoare acestor socluri. Similar, n sistemul potal adresele SAP-urilorsunt adresele strzilor i numerele csuelor potale. Pentru a trimite o scrisoare, trebuie s cunotiadresa SAP-ului destinatarului.

Pentru ca dou niveluri s schimbe ntre ele informaie, trebuie s fie convenit un set de regulireferitoare la interfa. Aa cum este ilustrat n Fig. 1-12, n cazul unei interfee tipice, entitatea dela nivelul n + 1 paseaz nivelului n, prin intermediul SAP-ului, un IDU (Interface Data Unit -unitate de date de interfa). Acest IDU const dintr-un SDU (Service Data Unit - unitate de datede servicii) i nite informaii de control. SDU reprezint informaia transmis prin reea ctreentitatea pereche i apoi n sus ctre nivelul n + 1. Informaia de control (de exemplu, numrul deoctei din SDU) este necesar pentru a ajuta nivelul de mai jos s-i ndeplineasc sarcina, dar nuface parte din datele propriu-zise. * .? A ,. r~

Nivel N+1

Interfa

Nivel N

IDU

SDU

PDU

SAP = Service Access Point(punct de acces la servicii)

= Interface Data Unit(unitate de date de interfa)

= Service Data Unit(unitate de date de servicii)

= Protocol Data Unit(unitate de date de protocol)

= Interface Control Information(informaie de control a interfeei)

Entitile de pe nivelul N fac schimb de N-PDU-uri

*- n protocolul nivelului NN-PDU "

AntetFig. 1-12. Relaia dintre niveluri la o interfa.

Pentru a transfera SDU-ul, entitatea din nivelul n poate fi nevoit s l fragmenteze ncteva buci, fiecare din acestea primind cte un antet i fiind trimis sub forma unui PDU


(Protocol Data Unit - unitate de date a protocolului) separa, ca un pachet. AntetelePDU-urilor sunt folosite de entitile egale pentru a realiza protocolul pereche corespunztor.Ele identific ce PDU-uri conin date i ce PDU-uri conin informaii de control, furnizeaznumere de secveniere i aa mai departe.

1.3.4 Servicii orientate pe conexiuni i servicii fr conexiuni

Nivelurile pot oferi nivelurilor de deasupra lor dou tipuri de servicii: orientate pe cojiexiuni ifr conexiuni. n aceast seciune vom arunca o privire asupra acestor dou tipuri i vom examinadiferenele ntre ele.

Serviciul orientat pe conexiuni este modelat pe baza sistemului telefonic. Cnd vrei s vorbeticu cineva, mai nti ridici receptorul, apoi formezi numrul, vorbeti i nchizi. Similar, pentru autiliza un serviciu orientat pe conexiuni, beneficiarul trebuie mai nti s stabileasc o conexiune, sfoloseasc acea conexiune i apoi s o elibereze. In esen conexiunea funcioneaz ca o eava:emitorul introduce obiectele (biii) la un capt, iar receptorul le scoate afar, n aceeai ordine, lacellalt capt.

Prin opoziie, serviciul fr conexiuni este modelat pe baza sistemului potal. Toate mesajele(scrisorile) conin adresele complete de destinaie i fiecare mesaj circul n sistem independent decelelalte. n mod normal, atunci cnd dou mesaje sunt trimise Ia aceeai destinaie, primul expediateste primul care ajunge. Totui, este posibil ca cel care a fost expediat primul s ntrzie i s ajungmai repede al doilea. n cazul unui serviciu orientat pe conexiuni, aa ceva este imposibil.

Fiecare serviciu poate fi caracterizat printr-o calitate a serviciului. Unele servicii sunt sigure nsensul c nu pierd date niciodat. De obicei, un serviciu sigur se implementeaz oblignd receptoruls confirme primirea fiecrui mesaj, astfel nct expeditorul s fie sigur c mesajul a ajuns ladestinaie. Procesul de confirmare introduce un timp suplimentar i ntrzieri. Aceste dezavantajesunt adesea acceptate, ns uneori ele trebuie evitate.

Transferul de fiiere este una din situaiile tipice n care este adecvat un serviciu sigur orientat peconexiuni. Proprietarul fiierului dorete s fie sigur c toi biii ajung corect i n aceeai ordine ncare au fost trimii. Foarte puini utilizatori ai transferului de fiiere ar prefera un serviciu careuneori amestec sau pierde civa bii, chiar dac acest serviciu ar fi mult mai rapid.

Serviciul sigur orientat pe conexiuni admite dou variante: secvenele de mesaje i fluxurile deoctei. Prima variant menine delimitarea ntre mesaje. Cnd sunt trimise dou mesaje de 1 KB,ele vor sosi sub forma a dou mesaje distincte de 1 KB, niciodat ca un singur mesaj de 2 KB.(Not: KB nseamn kilobytes; Kb nseamn kilobits.) n a doua variant, conexiunea este unsimplu flux de octei i nu exist delimitri ntre mesaje. Cnd receptorul primete 2 KB, nu existnici o modalitate de a spune dac ei au fost trimii sub forma unui mesaj de 2 KB, a dou mesaje de1 KB sau a 2048 mesaje de cte 1 octet. Dac paginile unei cri sunt expediate unei mainifotografice de tiprit printr-o reea, sub form de mesaje, atunci delimitarea mesajelor poate fiimportant. Pe de alt parte, n cazul unui terminal care se conecteaz la un sistem cu divizareatimpului aflat la distan, este nevoie numai de un flux de octei de la terminal la calculator.

Aa cum am menionat mai sus, ntrzierile introduse de confirmri sunt inacceptabile pentruunele aplicaii. O astfel de aplicaie se refer la traficul de voce digitizat. Pentru abonaii telefonicieste preferabil s existe puin zgomot pe linie sau s aud ocazional cte un cuvnt distorsionatdect s se produc o ntrziere din cauza ateptrii confirmrii. n mod similar, atunci cnd se


transmite un film video, civa pixeli diferii nu reprezint o problem, n schimb ntreruperilepentru a corecta erorile ar fi extrem de suprtoare.

Nu orice aplicaie necesitjconexiuni. De exemplu, pe msur ce pota electronic devine cevatot mai comun, poate s nu apar n curnd publicitatea prin pot electronic? Expeditorul depublicitate prin pot electronic probabil c nu vrea s se complice stabilind i apoi elibernd oconexiune doar pentru un singur mesaj. Nici furnizarea la destinaie cu o rat de corectitudine de100% nu este esenial, mai ales dac lucrul acesta cost mai mult. Tot ceea ce se cere este unmijloc de a trimite un singur mesaj cu o probabilitate mare de a ajunge la destinaie, dar fr ogaranie n acest sens. ^Serviciul nesiguri (adic neconfirmat) Sra^conexiuni este deseori numitserviciu datagram, prin analogie cu serviciul de telegrame - care, la rndul su, nu prevedetrimiterea unei confirmri ctre expeditor.

n alte situaii, avantajul de a nu fi necesar sabilirga unejj^nexiuni pentru a trimite un mesajscurt este de dorit, d^r_gmaî^s^]^î]d}^^^^jiR]. Aceste aplicaii pot utiliza serviciuldatagram confirmat. Este ca i cum ai trimite o scrisoare recomandat i ai solicita o confirmarede primire. n clipa n care sosete confirmarea, expeditorul este absolut sigur c scrisoarea a fostlivrat la destinaia corect i nu a fost pierdut pe drum.

Mai exist un serviciu, i anume serviciul cerere-rspuns. n acest serviciu emitorultransmitea singur datagram care conine o cerere; replica primit de la receptor coninerspunsul. n aceast categorie intr, de exemplu, un mesaj ctre biblioteca local n care sentreab unde este vorbit limba Uighur. Serviciu][^ cerere-rspunsêste utilizat n mod frecventpentru a implementa comunicarea n modeluLxlient-server: clientul lanseaz o cerere iserverul rspunde la ea. n Figura 1-13 sunt rezumate tipurile de servicii discutate mai sus.

Serviciu

_ i ! Flux de mesaje siguriOrientate pe j [______ !

conexiuni i-iux de octei sigur

Conexiune nesigur c

C Datagram nesigurFr J | ;

conexiuni ] '

Exemplu

Secven de pagini

Conectare la distan

Voce digitizat

Publicitate prin e-mail

i Datagram confirmat.. -o Scrisori cu confirmare

V, LCerere-rspuns Interogri baze de date

1.3.5 Primitive de serviciu

Fig. 1-13. ase tipuri diferite de servicii.

Un serviciu este specificat formal printr-un_set dej)rimjtoye (operaii) puse la dispoziiautilizatorului sau a unei alte entiti care folosete serviciul. Aceste primitive comand serviciului sexecute anumite aciuni sau s raporteze despre aciunile executate de o entitate pereche. Un modde a clasifica primitivele de serviciu este mprirea lor n patru grupe, aa cum se arat n Fig. 1-14.


PrimitivaRequestIndicationResponseConfirm

Semnificaia0 entitate cere serviciului s realizeze ceva.0 entitate trebuie informat despre un eveniment.0 entitate vrea s rspund la un eveniment.A venit rspunsul ia o cerere anterioar.

Fig. 1-14. Patru clase de primitive de serviciu.

Pentru a ilustra utilizarea primitivelor, s considerm modul de stabilire i eliberare a uneiconexiuni. Entitatea care iniiaz aciunea lanseaz un CONNECT.request, ceea ce are ca rezultattrimiterea unui pachet. Recept

47816116 Tanenbaum Retele de Calculatoare Complet in Romana

Documents

Transcript of 47816116 Tanenbaum Retele de Calculatoare Complet in Romana