Tipuri de retele de calculatoare

Tipuri de retele de calculatoare

In primul rand retele locale de calculatoare se impart in functie de topologie. Prin topologia unei retele se intelege modul de interconectare a calculatoarelor in retea. Folosirea unei anumite topologii are influenta asupra vitezei de transmitere a datelor, a costului de interconectare si a fiabilitatii retelei. Exista cateva topologii care s-au impus si anume: liniara sau magistrala (BUS), inel, stea, arbore. Pe langa acestea intalnim si alte modele topologice: inele intersectate, topologie completa si topologie neregulata .

Topologia stea

În aceasta configuratie sistemele sunt conectate la un nod central care joaca un rol particular in functionarea retelei. Orice comunicatie intre doua sisteme trece prin nodul central, care se comporta ca un comutator fata de ansamblul retelei (fig. 1.1).

Transferul informatiei se face punct-la-punct dar, cu ultimele tipuri de comutatoare, este posibil si un transfer in legatura multipunct. Aceasta topologie prezinta avantajul ca poate folosi in mare parte cablajul telefonic vechi existent intr-o intreprindere. De asemenea, in mare parte software-ul este concentrat in nodul central, pentru sisteme fiind necesar un software simplu.

Fig. 1.1 Topologia stea pentru o retea de calculatoare

Dintre inconveniente pot fi mentionate: fiabilitatea retelei depinde foarte mult de nodul central, o defectare a acestuia conducand la caderea retelei; este necesar un suport fizic de comunicatie individual pentru fiecare sistem; extensia retelei este limitata la capacitatea nodului central.

Topologia liniara (bus)

Retelele locale cu topologie liniara functioneaza ca o linie de comunicatie multipunct, pentru care fiecare racord corespunde unui sistem ce reprezinta fie o resursa comuna partajabila de catre alte sisteme, fie un utilizator al retelei (fig. 1.2). În ciuda dificultatilor cauzate de conflictele de acces la suportul de transmisiune, avantajele topologiei liniare, legate de omogenitatea retelei, facilitatile de reconfigurare, costul redus al suportului si al dispozitivelor de cuplare la suport au condus la o utilizare frecventa a acesteia.

Topologia de magistrala este cea mai folosita atunci cand se realizeaza retele locale de mici dimensiuni, iar performantele nu trebuie sa fie spectaculoase. Acest model topologic se mai numeste si magistrala liniara, deoarece exista un singur cablu care leaga toate calculatoarele din retea. Avantajul este atat acela al costului mai scazut (se foloseste mai putin cablu), dar si acela ca, in cazul ruperii unui cablu sau defectarii unui calculator, nu se ajunge la oprirea intregii retele. Dezavantajul folosirii unui singur cablu este ca, atunci cand doreste sa transmita date, calculatorul trebuie sa "lupte" pentru a castiga accesul (trebuie sa astepte eliberarea cablului).

Fig. 1.2 Topologia liniara pentru o retea de calculatoare

În unele configuratii magistrala este divizata in segmente, urmand o structura in arbore (fig. 1.3).

Fig. 1.3 Topologia arbore pentru o retea de calculatoare

Topologia liniara reprezinta o conexiune multipunct, informatiile emise de un sistem fiind receptionate de toate celelalte sisteme, dar aceste informatii sunt copiate si transmise catre un nivel superior numai de acele sisteme care recunosc in adresa destinatiei propria lor adresa.

Dispozitivele de conectare a sistemelor la suportul fizic pot fi pasive, ceea ce reprezinta un avantaj din punct de vedere al fiabilitatii retelei. În acelasi timp insa, trebuie observat ca aceste conexiuni pasive sunt simplu de realizat atunci cand suportul de transmisiune este cablul coaxial sau perechile de fire rasucite. În cazul utilizarii fibrei optice ca suport de transmisiune conexiunile sunt dificil de realizat, introduc atenuari suplimentare si sunt mai costisitoare. Pentru a mari distanta de transmisiune se utilizeaza repetoare.

Topologia inel

Într-o configuratie de tip inel toate sistemele sunt legate succesiv intre ele, doua cate doua, ultimul sistem fiind conectat la primul sistem (fig. 1.4).

Fig. 1.4 Topologia inel pentru o retea de calculatoare

Fiecare sistem receptioneaza semnalul transmis pe bucla si-l retransmite mai departe, copiind mesajul daca ii este destinat. Mesajul emis de un sistem (sursa) va fi retras din bucla de catre acelasi sistem atunci cand ii va reveni dupa parcurgerea buclei. Pentru ca defectarea unui sistem sa nu provoace intreruperea buclei, fiecare sistem este prevazut cu un mecanism pasiv de suntare. În general bucla este unidirectionala. Exista si bucle duble, a doua cale servind pentru a creste fiabilitatea buclei. Frecvent, in cazul buclelor duble, semnalele circula in sensuri contrare pe cele doua cai .

Pentru a crea facilitati de reconfigurare sau pentru a putea folosi un cablaj existent (cablajul telefonic in special), unele retele prezinta aparent topologia stea, cu toate ca ele sunt realmente de tip bucla sau liniare. În figura 1.5 este prezentata o retea inel cablata sub forma de stea.

Fig. 1.5 Retea inel cu cablaj stea

Retelele LAN cu o topologie logica liniara sau arbore folosesc adesea dispozitive, numite hub (Host Unit Broadcast), care permit conectarea unor sisteme individuale la puncte situate central.

Fig. 1.6 Topologie arbore folosind huburi

Fiecare hub, impreuna cu sistemele atasate la el, formeaza o structura cu cablaj stea. Huburile pot fi interconectate pentru a forma o structura complexa de tip arbore (fig.1.6). Un hub nu realizeaza o functie de comutare ci consta intr-un set de repetoare care retransmit toate semnalele primite de la un sistem catre toate celelalte sisteme, in acelasi fel ca si in reteaua liniara.

In functie de dimensiuni (sau raspandirea geografica) , retelele se clasifica in retele locale (LAN), retele metropolitane (MAN), retele larg raspandite geografic (WAN).

Retele LAN (Local Area Network)

Retelele locale (Local Area Networks), denumite in general LAN-uri, sunt retele private localizate intr-o singura cladire sau intr-un campus de cel mult cativa kilometri. Ele sunt frecvent utilizate pentru a conecta calculatoarele personale si statiile de lucru din birourile companiilor si fabricilor, in scopul de a partaja resurse (imprimante, de exemplu) si de a schimba informatii. LAN-urile se disting de alte tipuri de retele prin trei caracteristici: marime, tehnologie de transmisie si topologie.

LAN-urile au dimensiuni restranse, ceea ce inseamna ca timpul de transmisie in cazul cel mai defavorabil este limitat si cunoscut dinainte. Cunoscand aceasta limita, este posibil sa se utilizeze anumite tehnici de proiectare care altfel nu ar fi fost posibile. Totodata, se simplifica administrarea retelei.

LAN-urile utilizeaza frecvent o tehnologie de transmisie care consta dintr-un singur cablu la care sunt atasate toate masinile, asa cum erau odata cablurile telefonice comune in zonele rurale. LAN-urile traditionale functioneaza cu viteze cuprinse intre 10 si 100 Mbps, au intarzieri mici (microsecunde sau nanosecunde) si produc erori foarte putine. LAN-urile mai noi pot opera si la viteze mai mari, pana la 10 Gbps.

Retele MAN (Metropolitan Area Network)

O retea metropolitana (Metropolitan Area Network), sau MAN, deserveste un oras. Cel mai bun exemplu de MAN este reteaua de televiziune prin cablu disponibila in cele mai multe orase. Acest sistem s-a dezvoltat de la primele antene colective folosite in zone in care semnalul receptionat prin aer era foarte slab.

Retelele metropolitane sunt retele care acopera ca intindere aria unui mare oras (metropola) fiind folosite, de asemenea, pentru conectarea LAN-urilor. Distantele acoperite pot ajunge pana la 75 km. În functie de arhitectura retelei, viteza de transmisie poate fi mai mare pe distante mai mici.

Toate calculatoarele legate la o retea metropolitana au acces la resursele shared la rate de transfer foarte mari, precum si posibilitatea de a transfera date(inclusiv comunicatii audio-video) intre ele in conditii de calitate deosebita.

Retele WAN (Wide Area Network)

Retelele largi (WAN - Wide Area Network) sunt retele care acopera distante foarte mari si asigura utilizarea in comun a resurselor de calcul ale unor sisteme foarte complexe de catre utilizatori plasati intr-o astfel de arie.

Intr-o retea locala, fiecare departament reprezinta un fel de insula electronica. Se impunea necesitatea ca informatia sa se poata transporta rapid si eficient de la o afacere la alta, cu locatii geografice diferite. Solutia o reprezinta aparitia WAN.

Pentru realizarea comunicatiilor exista diferite solutii cum ar fi linii telefonice normale sau inchiriate ,legaturi prin satelit,cablu optic etc. Reteaua WAN poate fi de doua tipuri :

Simpla - prevazuta cu modemuri si acces la servere de la distanta pentru a permite conectarea utilizatorilor

Complexa - prin legarea sutelor de domenii de retea la mare distanta, folosind routere si filtre pentru micsorarea costurilor si marirea vitezei de transmisie a datelor.

WAN folosesc protocoale si tehnologii diferite decat LAN. Cateva dintre acestea sunt enumerate mai jos:

WAN modems;

ISDN (Integrated Services Digital Network);

DSL (Digital Subscriber Line);

Frame relay ;

ATM (Asynchronous Transfer Mode) ;

Carrier Series T (US) si Carrier Series E (Europe): T1, E1, T3, E3 etc.;

SONET (Synchronous Optical Network)

În functie de tehnica transferului de date utilizata, retelele de transfer date se impart in:

retele cu comunicatii comutate;

retele cu difuzare.

Retelele cu comunicatii comutate constau din noduri de comutatie (NC) interconectate prin canale de comunicatie. În functie de tehnica de comunicatii implementata, se deosebesc:

retele cu comutare de circuite;

retele cu comutare de mesaje;

retele cu comutare de pachete.

Retelele cu difuzare au un singur canal de comunicatie, partajat intre statiile atasate. Cand o statie transmite, toate celelalte pot receptiona informatiile respective. Destinatarul este indicat printr-un identificator special (adresa). În asemenea retele se cere coordonarea accesului statiilor la mediul pentru transmisie. În functie de mediul de transmisie utilizat si aria de cuprindere,se deosebesc:

retele radio cu difuzare;

retele de sateliti cu difuzare (cosmice);

retele locale cu difuzare.

În retelele cu comutare de circuite, nodurile de comutatie, denumite comutatoare de circuite, la cerere stabilesc conexiunile solicitate intre canalele de comunicatie adiacente. Pentru transferul de date intre doua statii, mai intai se stabileste conexiunea intre ele via nodurile de comunicatie respective. Circuitul comutat format are o viteza uniforma de transmisie pe toata lungimea sa. Dupa transmisia de date, cand necesitatea in pastrarea conexiunii decade, conexiunea se desfiinteaza.

În retelele cu comutarea de mesaje, nodurile de comutatie, comutatoare de mesaje, receptioneaza fiecare mesaj, il memorizeaza temporar, determina canalul de iesire si retransmit mesajul urmatorului nod din retea in conformitate cu destinatia lui. De mentionat, ca transmisia unui mesaj la un alt nod se face doar dupa receptia lui in intregime si analiza respectiva.

Comutarea de pachete este o dezvoltare fireasca a comutarii de mesaje. Ea inlatura in mare masura neajunsurile mai esentiale ale comunicarii de mesaje: se reduce durata transmisiei si capacitatea necesara a memoriei nodurilor de comunicatie. Pentru aceasta se limiteaza dimensiunea unitatilor de date ce pot fi transmise in retea. Dimensiunile tipice sunt de la zeci de octeti pana la cateva mii de octeti.

Daca mesajul de transmis depaseste limita stabilita, atunci el se imparte de catre statia-sursa in segmente mai mici respective. La fiecare segment sunt adaugate anumite informatii de control, formand unitatea de date numita pachet. Fiecare pachet este transmis prin retea, de la un nod la altul,    pana la statia-destinatie. La statia-destinatie din pachete aparte este asamblat mesajul corespunzator.

Se fabrica noduri de comutatie a pachetelor cu viteza de lucru de pana la zeci de mln. Pachete pe secunda. De exemplu, comutatorul Core Builder Enterprise Switch asigura comutarea a 50 mln.pach./s, iar comutatorul Switch E8 al Berklei Network - circa 70 mln.pach./s.