Oricine ştie sau îşi poate închipui foarte uşor ce anume înseamnă o reţea de calculatoare. De la o reţea de 5 calculatoare a unei mici firme până la reţelele unei universităţi sau ale unui aeroport, acestea funcţionează, în mare, după aceleaşi standarde şi protocoale. Voi încerca aşadar să fac o trecere în revistă a celor mai importante tehnologii implicate în funcţionarea unei reţele, punând accentul pe standardul Ethernet, de departe cel mai folosit în acest moment.
În primul rând, ar trebui ştiut că reţelele şi tehnologiile ce le deservesc se împart în două grupe mari. Tehnologiile LAN (Local Area Network – sau reţele locale) conectează un număr variat de terminale care se află la distanţă mică una de cealaltă (de obicei în interiorul aceleaşi clădiri). Tehnologiile WAN (Wide Area Network), pe de altă parte, conectează un număr mic de computere, aflate la distanţe mari (de ordinul kilometrilor), de obicei prin intermediul unei linii telefonice închiriate. Prin comparaţie, o reţea LAN este mai rapidă şi mai fiabilă decât una WAN, însă noile îmbunătăţiri, gen fibră optică, tind să apropie cele două din punct de vedere al performanţelor.
Meritul pentru ceea ce se poate numi “inventarea Ethernetului” aparţine lui Bob Metcalfe, cercetător al companiei Xerox. Destinat iniţial (în 1973) conectării unei imprimante la un calculator, acest standard a devenit rapid folosit pe scară largă, principiile sale stând la baza a numeroase tehnologii apărute ulterior. De aceea o bună înţelegere a principiilor sale de funcţionare este esenţială oricui doreşte să înţeleagă mai în amănunt reţelele.
Ethernetul permitea comunicarea între diverse terminale, atât timp cât acestea erau conectate la acelaşi cablu. Adăugarea unuia nou în reţea se făcea astfel foarte simplu, fără a necesita modificarea celorlalte deja conectate. Dedicat iniţial LAN-urilor, lungimea maximă posibilă a firului fiind de câteva sute de metri, îmbunătăţirile de infrastructură permit în acest moment conectarea şi la zeci de kilometri.
Regulile de funcţionare sunt relativ simple, însă pentru a le putea înţelege este necesară totuşi definirea câtorva termeni.
Mediu – are rolul de a facilita transmisia semnalelor electrice între aparatele conectate. Poate fi un cablu coaxial sau fibra optică.
Segment – este mediul pe care îl foloşeste un singur calculator
Noduri – aparatul ataşat unui segment poartă numele de nod
Frame – nodurile transmit între ele informaţia în volume de mici dimensiuni variabile, care se numesc pachete sau frame-uri.
Protocolul Ethernet specifică un număr de reguli după care frame-urile sunt construite, cum ar fi dimensiunea maximă şi minimă şi un set de informaţii pe care trebuie să le conţină. De exemplu, fiecare pachet trebuie să conţină adresa destinatarului şi a expeditorului, prin adresă înţelegând un cod ce identifică, unic, fiecare aparat din reţea. Prin construcţie fiecare pachet va fi trimis automat tuturor celor conectaţi în acel moment, cu menţiunea că în afara destinatarului celelate maşini vor ignora informaţia primită. Interesantă este existenţa unei adrese “broadcast”, care, dacă apare ca adresă destinatar la un anume pachet, va face ca acesta să fie primit şi luat în considerare de către toate aparatele conectate.
Comunicarea între noduri este urmărită şi reglementată de protocolul Ethernet. Felul în care o face se numeşte generic CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Pentru a înţelege ce anume înseamnă vom analiza pe rând fiecare concept pe care îl conţine acest termen.
Multiple Access – se referă la un lucru deja discutat, şi anume faptul că un pachet odată trimis va fi primit de către toate nodurile reţelei.
Carrier Sense – Exact ca într-o discuţie dintre mai multe persoane, o staţie va analiza dacă mai este cineva care transmite date în reţea, şi dacă da va aştepta ca acesta să termine, înainte de a trimite informaţiile sale.
Să presupunem situaţia în care, deşi în reţea nu se transmite nici un semnal, două noduri doresc să trimită în acelaşi timp. În acest caz se vorbeşte despre o coliziune. Datorită faptului că fiecare nod ascultă în permanenţă ceea ce se trimte pe reţea, nodul emitent va primi, în cazul unei coliziuni, propriul pachet, într-o formă neinteligibilă, şi o va detecta ca atare (de aici iniţialele CD – Collision Detection). În urma acestui fapt, maşina va înceta transmisia de date, va aştepta un interval arbitrar de timp şi va încerca din nou. Întrucât ambele maşini care au cauzat coliziunea vor trebui să retransmită datele, s-ar ajunge de fiecare dată la o eroare dacă intervalul de timp pe care îl aşteaptă până să reîncerce nu ar fi ales aleatoriu.
Ethernetul are şi el limitările sale, dintre care cea mai importantă este lungimea cablului. Întrucât semnalele electrice slăbesc pe măsură ce parcurg distanţa şi sunt supuse interferenţelor (de la o sursă de lumină fluorescentă spre exemplu) este necesar ca lungimea mediului să fie cât mai mică pentru ca nodul să poată primi un semnal clar. Distanţa maximă între două noduri poartă numele de diametrul reţelei.
O altă limitare ţine de numărul de echipamente ce pot fi prezente în acelaşi timp în reţea. Deşi, nu există o limitare din acest punct de vedere, în cazul unui număr mare de noduri timpul de aşteptare pentru o transmisie poate deveni supărător de mare.
Diverse echipamente au fost dezvoltate în timp şi permit evitarea sau lărgirea acestor limite. Un exemplu la îndemână este repetorul, care are rolul de a asculta şi repeta amplificând semnalul primit, permiţând astfel creşterea în lungime a segmentelor şi, implicit, a diametrului reţelei.
O problemă importantă ţine de congestionarea traficului într-o reţea. Dacă mai multe staţii se conectează la acelaşi segment şi transmit cantităţi mari de date, multe dintre acestea vor aştepta şi vor încerca să trimită în acelaşi timp, generând un număr mare de coliziuni. O soluţie este împărţirea reţelei într-un număr mai mare de segmente, şi conectarea acestora între ele. Conectarea se face printr-un bridge care funcţionează atât ca un repetor cât şi ca un regulator de trafic. Presupunând că avem o reţea cu 2 segmente (sistemele A şi B într-un segment şi C şi D în celălalt segment), unite între ele printr-un bridge. Dacă A emite un semnal către B, bridge-ul va sesiza că nu este cazul să trimită frame-ul în celălalt segment, astfel încât C şi D pot comunica între ele în acelaşi timp, un avantaj important al reţelelor cu mai multe segmente. Cazuri particulare de bridge sunt switch-urile şi hub-urile care folosesc un singur segment pentru fiecare nod.
Folosirea bridge-urilor este indicată în cele mai multe cazuri, dar în momentul în care staţiile trimit în general semnale de tip broadcast (către toate nodurile), decongestionarea traficului rămâne o problemă. În acest caz se impune o soluţie mai scumpă, dar eficientă – folosirea router-elor. Aceste echipamente segmentează logic reţeaua funcţionând independent de standarde precum Ethernet sau Token Ring, şi pot funcţiona atât în LAN-uri cât şi în WAN-uri.
Dezvoltarea rapidă a infrastucturii şi a tehnologiilor a făcut ca o reţea Ethernet modernă să arate cu totul diferit de cele din urmă cu 10 sau 20 de ani. Reţelele sunt de cele mai multe ori radiale, cu switch-uri de capacităţi ridicate, şi permit atingerea unor viteze de 100 sau chiar 1000Mb pe secundă. Mai mult decât atât este posibilă comunicaţia full-duplex (transmiterea şi primirea de informaţii simultan de către un acelaşi nod).
Pentru cei care doresc să dezvolte aplicaţii folosind standardul Ethernet, este bine de ştiut că acesta a fost iniţial standardizat de către Digital, Intel şi Xerox (de unde şi numele de DIX). În februarie 1980 The Institute of Electrical and Electronics Engineers sau IEEE a creat un grup al cărui scop era standardizarea tehnologiilor ce ţin de reţele. Grupul s-a numit 802 (după anul şi luna înfiinţării), iar subcomitetul său cu numărul 3 s-a ocupat de Ethernet (de unde a reieşit standardul 802.3). 802.3 şi DIX diferă uşor în terminologie şi în formatul pachetelor, dar din restul punctelor de vedere sunt identice. De aceea termenul general de Ethernet se referă la oricare (sau la ambele) terminologii.
O alternativă posibilă (amintită anterior) este Token Ring, dezvoltată de IBM. În acest caz reţeaua este organizată circular, frame-urile circulând de la o staţie la alta, dispărând din reţea odată ce au încheiat un ciclu complet. Principiul este relativ simplu şi înlocuieşte sistemul de aşteptare de la Ethernet. În patru paşi, principiul este următorul:
1 – inelul se iniţializează printr-un Token (un tip special de frame ce dă permisiunea unei staţii de a emite);
2 – Token-ul circulă până găseşte o staţie care doreşte să transmită;
3 – această staţie îl capturează şi emite frame-ul care conţine datele;
4 – odată ce frame-ul de date ajunge înapoi la emitent acesta eliberează token-ul şi îl trimite nodului următor.
Deşi elimină posibilitatea unei coliziuni şi permite transmisia cvasi-simultan (token-ul este eliberat după fiecare pachet), viteza este de obicei de 4 sau 16 Mbps.
Alte tehnologii viabile în momentul de faţă sunt Fiber Distributed Data Interface (FDDI), care funcţionează ca două Token-Ring-uri suprapuse în sensuri opuse, dezvoltând viteze de 100Mbps şi ATM (Asynchronous Transfer Mode). ATM-ul este o tehnologie nouă care permite conectarea de LAN şi WAN la viteze ridicate, foarte fiabilă, capabilă să trimită şi semnale audio-video. Deşi nu a câştigat în popularitate conform previziunilor, ATM este o promisiune pentru viitor. În ciuda evoluţiilor altor tehnologii, Ethernet-ul a rămas în mare neschimbat, fiind cel mai acceptat, uşor de folosit şi diagnosticat. Pentru mai multe detalii vizitaţi
http://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html, resursele disponibile pe Internet fiind în număr îndestulător.
bogdan.nita@eAlliance.ro