fp_smx_m05_material_paper.pdf

Informàtica i Comunicacions Xarxes d’àrea local CFGM.SMX.M05/0.10 CFGM - Sistemes microinformàtics i xarxes Generalitat de Catalunya Departament d’Ensenyament Aquesta col·lecció ha estat dissenyada i coordinada des de l’Institut Obert de Catalunya. Coord...

Informàtica i Comunicacions Xarxes d’àrea local CFGM.SMX.M05/0.10 CFGM - Sistemes microinformàtics i xarxes Generalitat de Catalunya Departament d’Ensenyament Aquesta col·lecció ha estat dissenyada i coordinada des de l’Institut Obert de Catalunya. Coordinació de continguts Joan Carles Pérez Vàzquez Redacció de continguts Víctor Carceler Hontoria Josep Ferrer Tura Àngel Alejandro Juan Pérez Xavier Marchador Márquez Ramón Murillo Casals Juan Carlos Pérez Vázquez Jordi Prats Català Immaculada Salas Díaz Oriol Torres Carrió Agraïments Agraïm a tots els companys el seu suport i la col·laboració que han fet possible aquest material docent. També volem agrair a l’Acadèmia de Networking CISCO Systems les facilitats que ens ha donat per utilitzar els seus materials d’aprenentatge. Primera edició: setembre 2010 © Departament d’Ensenyament Material realitzat per Eureca Media, SL Dipòsit legal: DL B 13830-2015 Llicenciat Creative Commons BY-NC-SA. (Reconeixement-No comercial-Compartir amb la mateixa llicència 3.0 Espanya). Podeu veure el text legal complet a http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/es/legalcode.ca. CFGM - Sistemes microinformàtics i xarxes 5 Xarxes d'àrea local Introducció Actualment, el món de les comunicacions, i en particular les xarxes de comuni- cacions, constitueixen un dels àmbits més actius. Sectors com la indústria, els serveis, l’economia, la medicina i la investigació científica, entre d’altres, no podrien avançar sense aquestes tecnologies de la informació i la comunicació. La necessitat que els aparells que formen aquestes tecnologies i les seves comu- nicacions funcionin correctament i sense interrupcions ha generat el naixement de nous tècnics, els d’explotació de sistemes informàtics. Aquests tècnics tenen cura de les instal·lacions i de l’atenció a l’usuari, qui, sense necessitat de tenir coneixements informàtics, utilitza aquestes tecnologies. En aquest mòdul estudiarem especialment les xarxes d’àrea local. Actualment ja no hi ha ordinadors sols; qualsevol usuari domèstic es connecta a la xarxa Internet. Les empreses tenen els ordinadors connectats mitjançant xarxes locals, per a les comunicacions internes, i enllaços a xarxes externes. Així estalvien recursos. En la unitat, “Introducció a les xarxes locals”, us familiaritzareu amb el vocabulari i amb els nous conceptes i coneixereu els fonaments d’aquest món. En la unitat “Configuració de commutadors i encaminadors en xarxes locals cablades i sense fil”, entrarem en un món més tècnic, i veurem els recursos que empren els diferents perifèrics per transmetre’s la informació d’un extrem a l’altre. En la unitat “Detecció i resolució d’incidències en xarxes locals” passarem a la pràctica: instal·larem i configurarem una xarxa local amb fil i sense fil i els dispositius corresponents, aprendrem com podem localitzar els possibles errors i veurem que la xarxa funciona a ple rendiment i la certificarem. Els coneixements que adquirireu en aquest material són coneixements genèrics; per això cal fer totes les activitats que us anirà proposant el professor o professora al llarg del curs, que us permetran adquirir les estratègies pràctiques que us trobareu en el món real. Els coneixements teòrics són importants per poder comprendre les pràctiques que fareu: no vulgueu anar directament a les pràctiques, seguiu l’ordre que us marqui el professor o professora. CFGM - Sistemes microinformàtics i xarxes 7 Xarxes d'àrea local Resultats d’aprenentatge En finalitzar aquest mòdul, l’estudiant: Introducció a les xarxes locals 1. Reconeix l’estructura de xarxes locals cablades, analitza les característiques d’entorns d’aplicació i en descriu la funcionalitat dels components. Descriu els principis de funcionament de les xarxes locals. 2. Desplega el cablatge d’una xarxa local interpretant especificacions i aplicant tècniques de muntatge. 3. Compleix les normes de prevenció de riscos laborals i de protecció ambien- tal i identifica els riscos associats, les mesures i els equips per prevenir-los. Configuració de commutadors i encaminadors 1. Enumera i explica les característiques dels protocols que es configuren en una xarxa local tenint en compte la tecnologia i els estàndards utilitzats. 2. Instal·la xarxes locals sense fil, en descriu les prestacions i aplica tècniques de muntatge. Detecció i resolució d’incidències en xarxes locals 1. Aplica els procediments de prova i verificació dels elements de connectivitat de la xarxa i les eines per a aquests processos. 2. Enumera els components actualitzables dels dispositius de comunicacions i en descriu les característiques. 3. Identifica comportaments anòmals dels dispositius de la xarxa local, i els atén i resol seguint uns procediments determinats. 4. Descriu les tècniques i els procediments de monitoratge de la xarxa local segons unes especificacions donades. CFGM - Sistemes microinformàtics i xarxes 9 Xarxes d'àrea local Continguts Introducció a les xarxes locals Unitat 1 Teoria i arquitectura de xarxes 1. Conceptes bàsics de xarxes 2. Estàndards de xarxa Unitat 2 Muntatge de xarxes 1. Transmissió de dades 2. Cablatge estructurat 3. Normes de seguretat i riscos Configuració de commutadors i encaminadors Unitat 3 Interconnexió de la xarxa 1. Adreçament físic i lògic de la xarxa 2. Protocols de nivell d’enllaç 3. Protocols de xarxa 4. Adreçament IP 5. Protocols de la capa de transport 6. Protocols de la capa d’aplicació Unitat 4 Configuració de dispositius de xarxes 1. Configuració de commutadors 2. Configuració d’encaminadors 3. Xarxes sense fil: conceptes bàsics i configuració 4. Documentació dels procediments de configuració CFGM - Sistemes microinformàtics i xarxes 10 Xarxes d'àrea local Detecció i resolució d’incidències en xarxes locals Unitat 5 Monitoratge i detecció d’incidències 1. Procediments sistemàtics de verificació i prova d’elements de connectivitat de xarxes locals 2. Actualització dels dispositius de xarxa Unitat 6 Identificació, diagnosi, resolució i documentació d’incidències. Eines de gestió (NMS) 1. Detecció i diagnosi d’incidències en xarxes locals 2. Monitoratge de la xarxa local per a la detecció de situacions anòmales Teoria i arquitectura de xarxes Inmaculada Salas Díaz Xarxes d’àrea local Xarxes d’àrea local Teoria i arquitectura de xarxes Índex Introducció 5 Resultats d’aprenentatge 7 1 Conceptes bàsics de xarxes 9 1.1 Comunicació........................................... 9 1.2 Origen i evolució......................................... 12 1.3 Components bàsics d’una xarxa................................. 12 1.3.1 Host............................................ 13 1.3.2 Perifèrics compartits................................... 13 1.3.3 Dispositius de xarxa................................... 14 1.3.4 Medis de xarxa...................................... 15 1.3.5 Servei i protocols..................................... 16 1.4 Exemple de connexió d’elements d’una xarxa.......................... 17 1.5 Classificació de les xarxes.................................... 20 1.5.1 Extensió geogràfica.................................... 20 1.5.2 Titularitat de la xarxa................................... 24 1.5.3 Topologia de la xarxa................................... 24 1.5.4 Client-servidor o d’igual a igual............................. 30 1.6 Organismes reguladors en matèria de telecomunicacions.................... 33 2 Estàndards de xarxa 37 2.1 Protocols............................................. 38 2.2 Models de xarxa OSI, TPC/IP (el model Internet)........................ 39 2.2.1 Model OSI........................................ 39 2.2.2 Model TCP/IP...................................... 49 2.3 Ethernet.............................................. 52 2.3.1 Configuració i conceptes bàsics de commutació..................... 52 2.3.2 IEEE 802.3/Ethernet i el model de referència OSI.................... 54 2.3.3 Adreçament MAC.................................... 56 2.3.4 Trames Ethernet..................................... 57 2.3.5 Control d’accés al medi................................. 60 2.3.6 Ethernet 10, 100 i GigabitEthernet............................ 63 2.3.7 Tipus d’enllaç (símplex, semidúplex i dúplex)...................... 66 2.3.8 Autonegociació...................................... 67 2.4 Dispositius de xarxes....................................... 68 2.4.1 Targetes de xarxa..................................... 68 2.4.2 Repetidors........................................ 71 2.4.3 Concentradors (Hub)................................... 71 2.4.4 Commutadors (switchs)................................. 73 2.4.5 Encaminadors...................................... 74 2.4.6 Altres elements...................................... 74 Xarxes d’àrea local 5 Teoria i arquitectura de xarxes Introducció Les xarxes d’àrea local són les xarxes d’una longitud reduïda amb velocitats de transmissió elevades, que proporcionen connectivitat. Avui dia, aquest tipus de xarxes es troben en qualsevol llar -tant en forma de xarxa cablejada com de xarxa sense fil- o en qualsevol empresa, institució, escola, etc. L’objectiu principal d’aquesta unitat és dotar l’estudiant dels coneixements neces- saris per comprendre les problemàtiques associades a les xarxes d’àrea local i saber les solucions que s’han desenvolupat per resoldre-les. Les xarxes, segons diversos criteris, es poden classificar i estudiar seguint qualse- vol dels models preestablerts. Cada tipus de xarxa té avantatges i inconvenients. Cada vegada més, en el mercat trobem una barreja de tota classe de xarxes interconnectades. Aquesta unitat és molt teòrica, ja que cal adquirir el vocabulari i els conceptes previs generals per poder enfrontar-se amb èxit amb la resta d’unitats didàctiques. Però una vegada finalitzada, veureu que heu adquirit una visió general de les comunicacions i les xarxes. Aquesta unitat es fonamenta en una visió força profunda d’una xarxa d’àrea local, és a dir, tracta els diversos dispositius que la componen i les tecnologies de funcionament. Amb tot, el contingut de la unitat didàctica pretén mostrar, d’una manera concreta, el funcionament de cada dispositiu i, a continuació, es mostra amb tot detall el funcionament (i la complexitat) de la tecnologia Ethernet. A grans trets, es mostra com es mouen les dades per les parts internes de la xarxa. En l’apartat “Conceptes bàsics sobre xarxes” aprendreu els fonaments de les transmissions, com han evolucionat, els aspectes físics que tenen i la terminologia que s’utilitza en el món de les xarxes. Estudiareu les diverses topologies de les xarxes, els avantatges i els inconvenients de cada una i els medis de transmissió: cable i sense fil. En l’apartat “Estàndards de xarxes” es fa una descripció dels models de xarxa generals i de la seva classificació per capes. A més es descriu cada una d’aquestes capes i la finalitat que té. També comprendreu la necessitat dels diversos tipus d’estàndards que hi ha i les organitzacions que els editen. Es fa també una estudi de la tecnologia Ethernet, és a dir, una tecnologia de xarxes d’ordinadors d’àrea local que defineix les característiques del cablatge i la metodologia de treball pròpia de les xarxes. Xarxes d’àrea local 7 Teoria i arquitectura de xarxes Resultats d’aprenentatge En finalitzar aquesta unitat, l’estudiant: 1. Reconeix l’estructura de xarxes locals cablejades, analitza les característi- ques d’entorns d’aplicació i descriu la funcionalitat dels components. Descriu els principis de funcionament de les xarxes locals. Identifica els diversos tipus de xarxes tenint en compte les arquitectu- res i les tecnologies que hi ha. Descriu els elements de la xarxa local i la funció que acompleixen, tenint-ne en compte les característiques i les funcionalitats associades. Identifica i classifica els medis de transmissió. Utilitza aplicacions per representar el mapa físic i lògic de la xarxa local. Reconeix les diverses topologies de xarxa. Identifica estructures alternatives. Identifica la normativa legal i tècnica que afecta la implantació de les xarxes locals a partir de procediments donats. Interpreta la documentació tècnica associada als elements de comu- nicació, fins i tot, si està editada en la llengua estrangera d’ús més freqüent en el sector, i la fa servir d’ajut. Xarxes d’àrea local 9 Teoria i arquitectura de xarxes 1. Conceptes bàsics de xarxes Les persones sempre han tingut la necessitat de comunicar-se i intercanviar informació, però la distància i el temps han estat uns dels inconvenients principals: Un procés telemàtic...... pot ser una conversa les xarxes entre ordinadors han resolt aquests contratemps. telefònica, regulada per les normes d’establiment de la comunicació (marcar), de final Els ordinadors són màquines especialitzades a processar informació d’acord amb del procés (penjar) i de transport de la veu. unes instruccions preestablertes, però no sempre la informació es produeix o s’emmagatzema al lloc on es processa i, per tant, caldrà transportar les dades des del seu origen fins a la seva destinació, amb la qual cosa es crea una comunicació. La telemàtica és la fusió o l’ús de les telecomunicacions i la informàtica i per tant a la definició s’hauria de fer referència a la informàtica. Habitualment es confonen les paraules comunicació i transmissió. La transmissió es el procés mitjançant el qual es transporten senyals des d’un emissor fins a un receptor a través d’un canal de comunicacions. Si en aquest senyal es transporta informació amb un codi comú entre l’emissor i el receptor, diem que hem establert una comunicació. 1.1 Comunicació Es denomina canal de comunicacions el recorregut físic que cal establir usant un o diversos mitjans de comunicació (coure, fibra, etc.) perquè un senyal elèctric, òptic o electroòptic es pugui desplaçar entre dos punts (vegeu la figura 1.1). Figur a 1. 1. Canal de comunicació Els elements que formen part d’una transmissió són: Un emissor, on s’origina la comunicació. Un receptor, on es rep la comunicació. Un canal de comunicació, per on circula el senyal. Xarxes d’àrea local 10 Teoria i arquitectura de xarxes Definim la transmissió de dades com la transferència d’informació codificada des d’un punt a un altre o altres mitjançant senyals elèctrics, electroòptics o electromagnètics. La transmissió és un procés que transporta senyals d’un lloc a un altre. Els senyals poden ser lluminosos, elèctrics, magnètics, acústics, etc. Els paràmetres de transmissió són magnituds físiques: tensió, intensitat de corrent, pressió, freqüència, amplitud, etc. Protocols Per obtenir una comunicació, necessitem una transmissió de senyals. Un procés de comunicació de dades el poden establir dos ordinadors, executant tots els programes d’acord amb unes La comunicació és el procés amb el qual es transporta informació; aquesta regles convingudes amb anterioritat: protocols. informació viatja en un senyal que es transmet des de l’emissor fins al receptor. L’emissor i el receptor coneixen el mateix codi, per això són capaços d’interpretar els senyals per obtenir la informació. En qualsevol comunicació participen uns elements bàsics que són: 1. Emissor/receptor. L’emissor s’encarrega de proporcionar la informació, i el receptor és qui la rep. Hi ha comunicacions en què no es pot identificar l’emissor i el receptor, ja que durant la comunicació actuen d’emissor i receptor ETD indistintament. Per exemple, en una transmissió telefònica. En el món de les comunicacions utilitzem el terme ETD (equip En tota comunicació hi ha com a mínim un emissor i un receptor, però podem tenir terminal de dades), que es refereix a l’element de xarxa casos amb les característiques següents: capaç d’actuar com a emissor i com a receptor d’una comunicació. Diversos emissors i un receptor: per exemple, una agència de notícies té diversos emissors i un sol receptor. Un emissor i diversos receptors: per exemple, la televisió té un emissor i diversos receptors. Diversos emissors i diversos receptors: per exemple, una xarxa d’ordina- dors. 2. Transductors. Un transductor és un element capaç de transformar la naturalesa del senyal. El senyal físic que més s’utilitza en les telecomunicacions és el senyal elèctric, perquè és fàcil i ràpid de transportar i transformar, però cada cop guanya més pes el senyal òptic. Són exemples de transductors un micròfon, un altaveu, un telèfon o un fax. 3. Canal. El canal és l’element per on es transporta el senyal des de l’emissor fins al receptor. Cada senyal té el seu tipus de canal: els senyals òptics, la fibra; els senyals elèctrics, el coure; i els senyals sense fils, l’aire. Un canal es defineix des del punt de vista de les telecomunicacions per les seves propietats físiques: Naturalesa del senyal que s’ha de transportar. Xarxes d’àrea local 11 Teoria i arquitectura de xarxes Velocitat de transmissió. Capacitat de la transmissió (amplada de banda). Nivell de soroll que genera. Longitud. RTC Xarxa de telefonia commutada és la xarxa de transmissió de veu clàssica, que utilitza cable Mode d’enllaç entre l’emissor i el receptor. paral·lel o de parell trenat no apantallat. També transmet dades a baixa velocitat utilitzant la modulació. 4. Moduladors i codificadors. Per transmetre, no solament cal que el senyal i el mitjà siguin els apropiats, ja que de vegades el senyal no és l’adequat per aconseguir eficàcia en la transmissió. Si volem transmetre informació entre dos ordinadors a través d’una línia RTC, necessitarem un mòdem. L’ordinador emet senyals elèctrics –capaços de circular pel fil de coure–, però aquests senyals són digitals i la línia RTC és de transmissió analògica: cal, doncs, transformar el senyal digital en analògic. Un mòdem –modulador/desmodulador– converteix el senyal digital en analògic i quan arriba al receptor, transforma el senyal analògic en digital. Exemple de comunicació Quan parlem per telèfon, volem establir una comunicació i, per tant, l’emissor i el receptor acordaran un codi conegut per tots dos –català. La veu generada per l’emissor crea una ona de pressió de naturalesa mecànica, senyal que es converteix en impulsos elèctrics a través del micròfon. El senyal es transporta –transmissió– a través dels fils de la companyia telefònica. Un cop arribi al receptor –auricular del telèfon– el senyal elèctric es tornarà a convertir en ona de pressió, de manera que el receptor comprendrà el missatge i s’haurà establert una comunicació (vegeu la figura 1.2). F ig ur a 1. 2. Exemple de comunicació El còdec –codificador/descodificador– s’encarrega de codificar adequadament els senyals elèctrics digitals adaptant-los al mode que requereix el canal, sempre digital. Xarxes d’àrea local 12 Teoria i arquitectura de xarxes 1.2 Origen i evolució La història de les xarxes va lligada a l’evolució dels ordinadors i la necessitat d’organitzar grans quantitats d’informació. Els primers equips informàtics eren autònoms i no compartien la informació ni estaven connectats a altres equips. Aquest sistema aviat va deixar de ser eficient i econòmic per a les empreses, i per aquest motiu va néixer la necessitat de buscar una solució per no haver de duplicar equips, programes d’aplicacions i bases de dades. Calia comunicar-se de manera eficient, per facilitar la configuració i l’administració dels equips. Els ordinadors es van anar unint entre ells per compartir informació i van formar xarxes. 1.3 Components bàsics d’una xarxa Una xarxa d’àrea local, xarxa local o LAN (de l’anglès local area network) és la interconnexió de diversos ordinadors i perifèrics. L’aplicació més estesa és la interconnexió d’ordinadors personals i estacions de treball en oficines, fàbriques, etc., per compartir recursos i intercanviar dades i aplicacions. En definitiva, permet que dues o més màquines es comuniquin. El terme xarxa local inclou tant el maquinari com el programari necessari per a la interconnexió dels diferents dispositius i el tractament de la informació. Hi ha molts components que poden formar part d’una xarxa, per exemple ordinadors personals, servidors, dispositius de xarxa i cables. Aquests components es poden agrupar en quatre categories principals: Hosts. Perifèrics compartits. Dispositius de xarxa. Medis de xarxa. Protocols i regles. En la figura 1.3 mostrem alguns dels dispositius més comuns, utilitzats per encaminar i administrar els missatges en la xarxa, i també altres símbols comuns d’interconnexió de xarxes. Els símbols genèrics són els següents: Switch: el dispositiu més utilitzat per interconnectar xarxes d’àrea local. Firewall: proporciona seguretat a les xarxes. Xarxes d’àrea local 13 Teoria i arquitectura de xarxes Router: ajuda a dirigir els missatges que viatgen per la xarxa. Router sense fil: un tipus específic de router que generalment es troba en xarxes domèstiques. Núvol: s’utilitza per resumir un grup de dispositius de xarxa. Enllaç serial: una forma d’interconnexió WAN (xarxa d’àrea estesa), representada per la línia en forma de raig. F igur a 1. 3. Símbols comuns utilitzats en xarxes 1.3.1 Host Els hosts envien i reben tràfic dels usuaris. Host és un nom genèric per la majoria dels dispositius d’usuari final. Un host ha de tenir una adreça IP de xarxa. Els ordinadors personals i les impressores connectades a la xarxa són alguns exemples de hosts. 1.3.2 Perifèrics compartits Els dispositius perifèrics compartits no es comuniquen directament a través de la xarxa. Els perifèrics utilitzen al host al que estan connectats per realitzar totes Xarxes d’àrea local 14 Teoria i arquitectura de xarxes les operacions de xarxa. Alguns exemples de perifèrics compartits poden ser les càmeres, els escàners i les impressores connectades localment. 1.3.3 Dispositius de xarxa Els dispositius de xarxa es connecten a altres dispositius, principalment hosts. Internetworking, en anglès, Aquests dispositius mouen o controlen el tràfic de la xarxa. Els hubs, switches vol dir xarxa de xarxes. o routers són alguns exemples de dispositius de xarxa. A més a més dels dispositius finals amb els quals la gent està familiaritzada, les xarxes depenen de dispositius intermedis per proporcionar connectivitat i per garantir que les dades flueixin a través de la xarxa. Aquest dispositius connecten els hosts individuals a la xarxa i poden connectar varies xarxes individuals per formar una xarxa de xarxes. Els següents són exemples de dispositius de xarxa intermediaris: Dispositius d’accés a la xarxa (hubs, switches i punts d’accés sense fil). Dispositius d’internetworking (routers). Servidors de comunicació i mòdems, i dispositius de seguretat (firewalls). L’administració de dades mentre flueixen a través de la xarxa també és una funció dels dispositius intermediaris. Aquest dispositius utilitza l’adreça host de destinació, conjuntament amb informació sobre les interconnexions de la xarxa, per determinar la ruta que han de prendre els missatges a través de la xarxa. Els processos que s’executen als dispositius de xarxa intermediaris poden realitzar, depenent del dispositiu, les següents funcions: Regenerar i retransmetre senyals de dades. Mantenir la informació sobre quines rutes existeixen a través de la xarxa i de la internetwork. Notificar a altres dispositius els errors i les errades de comunicació. Encaminar dades per rutes alternatives quan existeixen errades en un enllaç. Classificar i encaminar missatges segons les prioritats de QoS (qualitat del servei). Permetre o denegar el flux de dades en base a configuracions de seguretat. Xarxes d’àrea local 15 Teoria i arquitectura de xarxes 1.3.4 Medis de xarxa Els medis de xarxa proporcionen la connexió entre els hosts i els dispositius de xarxa. Els medis de xarxa poden ser tecnologies de connexió per cable, com cable de coure o fibra òptica, o tecnologies sense fil. La comunicació a través d’una xarxa és transportada per un medi. El medi proporciona el canal pels qual viatja el missatge des de l’origen fins a la destinació. Les xarxes modernes utilitzen principalment tres tipus de medis per interconnectar els dispositius i proporcionar la ruta pel qual poden transmetre’s les dades. Aquests medis són: Fills metàl·lics dintre dels cables. Fibres de vidre o plàstiques (cable de fibra òptica). Transmissió sense fil. La codificació del senyal que s’ha de realitzar per que el missatge sigui transmès és diferent per cada tipus de medi. Als fils metàl·lics, les dades es codifiquen dintre d’impulsos elèctrics que coincideixen amb patrons especifiquis. Les transmissions per fibra òptica depenen de polses de llum, dintre d’intervals de llum visible o infraroja. En les transmissions sense fil, els patrons d’ones electromagnètiques mostren els diferents valores de bits. Els diferents tipus de medis de xarxa tenen diferents característiques i beneficis (figura 1.4). No tots els medis de xarxa tenen les mateixes característiques ni són adequats per al mateix fi. Els criteris per escollir un medi de xarxa són: La distància en la qual el medi pot transportar exitosament un senyal. L’ambient en el qual s’instal·larà el medi la quantitat de dades la velocitat a la que es deu transmetre el cost del medi i de la instal·lació Xarxes d’àrea local 16 Teoria i arquitectura de xarxes F igu ra 1.4. Diferents medis de xarxa 1.3.5 Servei i protocols Les persones generalment busquen enviar i rebre diferents tipus de missatges a través d’aplicacions informàtiques; aquestes aplicacions necessiten serveis per funcionar en la xarxa. Alguns d’aquests serveis engloben World Wide Web, correu electrònic, missatgeria instantània i telefonia IP. Els dispositius interconnectats a través de medis per proporcionar serveis han de estar governats per regles o protocols. En la taula 1.1 s’enumeren alguns serveis i un protocol vinculat de manera més directa amb aquests serveis. Actualment l’estàndard de la industria en xarxes és TCP/IP (protocol de control de transmissió/protocol d’Internet). TCP/IP s’utilitza en xarxes comercials i do- mèstiques, i també és el protocol primari d’Internet. Són els protocols TCP/IP els que especifiquen els mecanismes de formateig, d’encaminament que garantissin que els nostres missatges siguin entregats als destinataris correctes. Taul a 1. 1. Serveis i protocols Servei Protocol (o regla) World Wide Web (WWW) HTTP (hypertext transport protocol) E-mail SMTP (simple mail transport protocol) POP (post office protocol) Missatge instantani(Jabber, AIM) XMPP (extensible messaging and presence protocol) OSCAR (sistema obert per a la comunicació en temps real) Telefonia IP SIP (session initiation protocol) Xarxes d’àrea local 17 Teoria i arquitectura de xarxes 1.4 Exemple de connexió d’elements d’una xarxa Els elements de xarxa, dispositius, medis i serveis estan connectats mitjançant regles per enviar un missatge. Les persones generalment imaginen les xarxes en el sentit abstracte. Creem i enviem un missatge de text i de manera quasi immediata es mostra en el dispositiu de destinació. Encara que sabem que entre el dispositiu d’emissió i el dispositiu de recepció hi ha una xarxa a través de la qual viatgen els nostres missatges, rarament pensem en totes les parts i peces que formen aquesta infraestructura. F ig ur a 1. 5. Primera etapa del viatge de la informació 1. Missatges. Tal com es pot veure en la figura 1.5, en la primera etapa del viatge des de l’ordinador a la destinació el missatge instantani es converteix en un format que es pot transmetre a la xarxa. Tots els tipus de missatges s’han de convertir a bits, senyals digitals codificats en binari, abans de ser enviats a les destinacions. Això és així independentment del format del missatge original: text, vídeo, veu o dades informàtiques. Una vegada que el missatge instantani es converteix en bits, està llest per ser enviat a la xarxa per emetre’l. 2. Dispositius. Per començar a entendre la solidesa i complexitat de les xarxes interconnectades que formen Internet, és necessari començar pel més bàsic. Agafem l’exemple de l’enviament de missatges de text amb un programa de missatgeria instantània en un ordinador. Quan pensem a utilitzar serveis de xarxa, generalment pensem a utilitzar una computadora per accedir-hi. Però un ordinador és només un tipus de dispositiu que pot enviar i rebre missatges per una xarxa. Molts altres tipus de dispositius es poden connectar a la xarxa per participar en Xarxes d’àrea local 18 Teoria i arquitectura de xarxes serveis de xarxa. Entre aquests dispositius es troben telèfons, càmeres, sistemes de música, impressores, consoles de jocs, etc. Figu r a 1. 6. La informació passant per la targeta de xarxa A més de l’ordinador, com apareix en la figura 1.6, hi ha molts components que fan possible que els nostres missatges instantanis siguin encaminats a través de quilòmetres de cables, cables subterranis, ones aèries i estacions de satèl·lit que hi pot haver entre els dispositius d’origen i de destinació. Un dels components crítics en una xarxa de qualsevol mida és l’encaminador. Un encaminador uneix dues o més xarxes, como una xarxa domèstica i Internet, i passa informació d’una xarxa a l’altra. Els encaminadors en una xarxa funcionen per assegurar que el missatge arribi a la destinació de la manera més ràpida i eficaç. 3. Medi. Per enviar el missatge instantani a la destinació, l’ordinador ha d’estar connectat a una xarxa local sense fil o amb cables. Les xarxes locals, normalment, a part de compartir informació, tenen una connexió comuna a Internet i es comuniquen entre si a través d’un router com podeu veure en la figura 1.7. Les xarxes sense fil permeten l’ús de dispositius amb xarxes en qualsevol part, en una oficina, en una casa i fins i tot a l’aire lliure. Fora de la casa o l’oficina, la xarxa sense fil està disponible en zones actives públiques como cafès, empreses, habitacions d’hotels, aeroports, etc. Moltes de les xarxes instal·lades utilitzen cables per proporcionar connectivitat. Ethernet és la tecnologia de xarxa amb cable més comuna avui dia. Els fils connecten les computadores a altres dispositius que formen les xarxes. Les xarxes amb cables són millors per transmetre grans quantitats de dades a alta velocitat i són necessàries per donar suport a multimèdia de qualitat professional. Xarxes d’àrea local 19 Teoria i arquitectura de xarxes F igur a 1. 7. Pas d’informació a través d’un router 4. Serveis. Els serveis de xarxa són programes de computació que recolzen la xarxa humana. Distribuïts per tota la xarxa, aquests serveis faciliten les eines de comunicació en línia com el correu electrònic, els fòrums de discussió i els butlletins, les sales de xat i la missatgeria instantània. Per exemple, en la figura 1.8 es pot veure el cas d’un servei de missatgeria instantània proporcionat per dispositius en el núvol que ha de ser accessible tant per a l’emissor com per al receptor. F ig ur a 1. 8. Servei de missatgeria instantània 5. Les regles. Les regles o protocols especifiquen la manera com s’envien els missatges, com s’encaminen a través de la xarxa i com s’interpreten en els Xarxes d’àrea local 20 Teoria i arquitectura de xarxes dispositius de destinació. Per exemple: en el cas de la missatgeria instantània Jabber, els protocols XMPP, TCP i IP són conjunts importants de regles que permeten que es faci la comunicació entre el emissor i el receptor, tal com es mostra en la figura 1.9. Fig u ra 1. 9. Comunicació entre emissor i receptor 1.5 Classificació de les xarxes Les xarxes es creen per administrar les necessitats informàtiques de les persones i de les organitzacions. Existeixen diferents tipus de xarxes depenen del criteri que s’utilitzi per diferenciar-les. El criteri principal per diferenciar les xarxes informàtiques es basa en la classificació per l’extensió geogràfica. També es poden diferenciar per altres criteris no menys importants però si no tan popular. Criteris de classificació de les xarxes: Extensió geogràfica. La titularitat de la xarxa. Client-servidor o d’igual a igual. La topologia de la xarxa. 1.5.1 Extensió geogràfica La localització geogràfica de la xarxa és un factor important a l’hora de dissenyar i de instal·lar-la correctament la xarxa d’ordinadors. La localització geogràfica té en compte la distancia que hi ha entre els ordinadors o hosts que intercanviaran Xarxes d’àrea local 21 Teoria i arquitectura de xarxes informació. Depenen de la extensió geogràfica podem trobar-nos diferents tipus de xarxes. Xarxes d’àrea local (LAN) Les xarxes d’àrea local o LAN van néixer per solucionar els problemes de connexió d’equips amb diferents tecnologies o especificacions. Van permetre connectar totes les estacions de treball, perifèrics, terminal i altre dispositius ubi- cats dins d’un mateix edifici, facilitant que les empreses utilitzessin la tecnologia informàtica per compartir de manera eficient diferents recursos. Les LAN estan dissenyades per al següent: Operar en una àrea geogràfica limitada (un edifici). Permetre als seus usuaris accedir a serveis de banda ampla. Proporcionar connectivitat amb els serveis locals. Connectar dispositius adjacents. Dins d’una LAN hi pot haver xarxes més petites i especialitzades. Aquestes xarxes s’utilitzen per accedir a sistemes d’emmagatzemament, dispositius i sistemes amb tecnologia de centres de dades, intranets o extranets i VPN. 1. Xarxes d’emmagatzemament o SAN. Una xarxa d’àrea d’emmagatzemament (SAN) és una xarxa d’alt rendiment dedicada a tasques molt concretes, com moure dades entre servidors i oferir recursos d’emmagatzemament. Aquest tipus de xarxes SAN s’instal·len fora de la LAN per evitar el trànsit que ocasionen les connexions entre clients i servidors. La tecnologia SAN permet connectivitat d’alta velocitat entre els ordinadors servidor i d’emmagatzemament, entre dos ordinadors d’emmagatzemament o entre dos servidors, com es pot veure en la figura 1.10. F igur a 1. 10. Esquema SAN Xarxes d’àrea local 22 Teoria i arquitectura de xarxes Les SAN tenen les característiques següents: Alt rendiment: les SAN permeten l’accés concurrent de matrius de disc o cinta per dos o més servidors a alta velocitat, proporcionant un millor rendiment del sistema. Disponibilitat: les SAN tenen una tolerància incorporada als desastres, ja que es pot fer una còpia exacta de les dades mitjançant una SAN fins a una distància de10 km o 6,2 milles. Escalabilitat: igual que una XAL/WAN, pot usar una gamma àmplia de tec- nologies. Això permet una reubicació fàcil de dades de còpia de seguretat, operacions, migració d’arxius, i duplicació de dades entre sistemes. 2. Xarxes privades virtuals. Les xarxes privades virtuals (VPN o virtual private networking en anglès) com es pot veure en la figura 1.11, es creen dins de la infraestructura d’una xarxa pública però no són xarxes físiques, sinó una organització d’una xarxa física, amb la finalitat de donar accés a determinats usuaris, grups de treball, etc. per la seguretat de les dades. F igu r a 1. 1 1. Esquema VPN Hi ha diferents tipus de VPN, com es detalla en la taula 1.2. Amb una VPN una persona pot accedir a la xarxa de l’empresa a través d’Internet, fent una tunelització segura entre el seu ordinador personal i un encaminador VPN situat a la seu de l’empresa; l’ordinador personal pot estar ubicat en qualsevol lloc amb connexió a Internet, com per exemple l’oficina de treball, la residència habitual, la segona residència, un hotel, etc. Xarxes d’àrea local 23 Teoria i arquitectura de xarxes Taul a 1. 2. Tipus de VPN VPN d’accés Donen accés remot a un treballador a la seu de la xarxa interna o externa, a través de xarxes publiques (RTC, XDSI, ADSL, etc.). Xarxes internes VPN intranet Els servidors web de xarxa interna són diferents dels servidors web públics. El servidor web s’instal·la dins de la xarxa. La tecnologia del navegador s’utilitza com a interfície perquè els usuaris accedeixin a la informació. Connecten les diferents oficines i treballadors mòbils amb la xarxa interna de l’empresa, a través de xarxes públiques, tot i que solament hi poden accedir els treballadors autoritzats amb privilegis d’accés. Xarxes externes VPN Igual que les internes, però permeten l’accés a extranet usuaris que no pertanyen a l’empresa, utilitzen aplicacions i serveis de la xarxa interna. Si accedeix mitjançant contrasenyes i identificadors d’usuari. Xarxes d’àrea metropolitana (MAN) Va arribar un moment en què empreses amb diverses seus en una mateixa ciutat tenien la necessitat de compartir informació de manera segura i ràpida. Les MAN estan dissenyades per proporcionar als seus usuaris la distribució de dades interconnectant les diferents XAL. Xarxes d’àrea estesa o WAN Node Les xarxes d’àrea estesa WAN normalment utilitzen línies de transmissió pu- Genèricament s’anomena node qualsevol element que té accés a bliques, propietat en molts casos de companyies telefòniques. Aquestes línies una xarxa. Un node és el punt final o d’unió, que és comú per a són compartides per molts usuaris, per això hi ha unes especificacions legals, dues o més línies d’una xarxa. Un node pot ser un processador, polítiques, econòmiques, etc. un controlador, o una estació de treball. Serveixen com a punts de control en una xarxa, s’interconnecten mitjançant enllaços i varien Les WAN estan dissenyades per donar connexió a equips en una àrea l’encaminament. geogràfica molt extensa. Exemples de xarxes de transmissió públiques son: XDSI –xarxa digital de serveis integrats–: és una xarxa de dades total- ment digital d’extrem a extrem. Permet connexions de fins a 2 Mbps. Les característiques principals d’aquesta tecnologia són la qualitat, la flexibilitat, i la velocitat de comunicació. Xarxes FDDI –fiber distributed data interface–: interfície de dades distri- buïda per fibra òptica. Aquesta tecnologia es basa en una estructura de xarxa de doble anell de fibra òptica, que permet alta velocitat, i grans distàncies. Quan la fibra òptica se substitueix per cables de parells trenats es parla d’IPDDI (twisted pair distributed data interface). Xarxes d’àrea local 24 Teoria i arquitectura de xarxes Xarxes Frame Relay: és un xarxa de commutació de paquets que es considera l’evolució de l’X25. Es caracteritza per transmetre dades a alta velocitat, la transparència en els protocols de comunicació, i la integració de veu i dades. Els usuaris la contracten mitjançant una tarifa plana de baix cost. Xarxes ATM –asynchronous transfer mode (mode de transferència asíncrona)–: les característiques principals són que integra veu, dades i imatge, sense restricció d’espais, és transparent als protocols, integra molt bé LAN i WAN, té una amplada de banda gran, fins a 2 Gbps, i té suport internacional. Una tecnologia lligada a l’ATM és l’xDSL (digital subscriber line), que dóna accés a Internet de banda ampla utilitzant les línies analògiques de les companyies telefòniques. Xarxes de satèl·lits: són satèl·lits artificials de comunicacions, que resolen problemes de distribució massiva de dades. El senyal electromagnètic va fins al satèl·lit i baixa de nou a la Terra. 1.5.2 Titularitat de la xarxa Segons les propietats de la xarxa, podem classificar les xarxes en: Xarxes dedicades o privades. Les línies de comunicacions de les xarxes dedicades són dissenyades i instal·lades per l’usuari o administrador del sistema, o bé llogades a les companyies de comunicacions que es dediquen a oferir aquests serveis. Xarxes compartides o públiques. En aquestes xarxes les línies de comuni- cació suporten informació de diferents usuaris. Es tracta de xarxes de servei públic ofertes per companyies de telecomunicacions, per les quals s’ha de pagar una quota depenent de la utilització que se’n fa. Un exemple és la xarxa de telefonia fixa, la xarxa de telefonia mòbil, XDSI, ADSL, xarxes de fibra òptica, etc. 1.5.3 Topologia de la xarxa En una xarxa simple, composta per només algunes computadores, és senzill visualitzar cóm es connecten els diferents components. A mesura que les xarxes creixen, és més difícil recordar la ubicació de cada component i com està connectat a la xarxa. Quan s’instal·la una xarxa, es crea un mapa de la topologia física per enregistrar on està ubicat cada ordinador i com està connectat a la xarxa. El mapa de la topologia física també mostra per on passen els cables i les ubicacions dels dispositius de la xarxa que connecten els ordinadors. En aquests mapes, Xarxes d’àrea local 25 Teoria i arquitectura de xarxes s’utilitzen icones per representar els dispositius físics reals. És molt important mantenir i actualitzar els mapes de la topologia física per facilitar futures tasques d’instal·lacions i resolucions de problemes. A més del mapa de la topologia física, a vegades és necessari tenir també una representació lògica de la topologia de xarxa. Un mapa de la topologia lògica agrupa els ordinadors segons l’ús que fan de la xarxa, independentment de la ubicació física que tinguin. Al mapa de la topologia lògica es poden registrar els noms dels ordinadors, les adreces, la informació dels grups i les aplicacions. La figura 1.12 i la figura 1.13 mostren la diferència entre una topologia lògica i física: Figur a 1. 12. Topologia física Figur a 1. 13. Topologia lògica Xarxes d’àrea local 26 Teoria i arquitectura de xarxes La topologia d’una xarxa ens defineix l’estructura de la xarxa, com és la forma física, com es disposen els ordinadors i com accedeixen al medi. A la taula 1.3 es detallen algunes de les característiques de la topologia lògica i física. La topologia física ens diu com és la distribució del cablatge. La topologia lògica ens diu com accedeixen al medi els diferents dispositius. Taul a 1. 3. Característiques de les diferents topologies Topologia física Estrella Organització del cablatge Bus Jeràrquica Anell Malla Topologia lògica Transmissió per difusió: Accés al medi Cada element de la xarxa emet les seves dades al medi, sense cap ordre establert Transmissió de testimonis: Controla l’accés a la xarxa passant seqüencialment un testimoni elèctric a cada ordinador Topologia física El cablatge determina el disseny físic d’una xarxa. Segons l’estructura física del cablatge i la seva distribució geogràfica, tindrem una topologia diferent de xarxa. Les distàncies entre nodes, les interconnexions físiques, les velocitats de transmis- sió o els tipus de senyals no tenen importància a l’hora de definir la topologia. Si una xarxa utilitza diferents tipus de topologies s’anomena mixta. Cada topologia té avantatges i inconvenients que es detallen a la taula 1.4. 1. Xarxa en anell: És una topologia de xarxa en què cada node té una única connexió d’entrada i una altra de sortida. Cada node es connecta amb el següent fins a l’últim, que s’ha de connectar amb el primer. Un exemple de topologia en anell és la xarxa en anell de testimoni (token ring). El dispositiu encarregat de fer la connexió física a l’anell s’anomena MAU Topologia física en anell (multistation access unit). 2. Xarxa en bus: És una topologia de xarxa en què els nodes estan connectats a un medi de comunicació comú, el bus. Ethernet amb cable coaxial és un exemple d’aquesta topologia. 3. Xarxa jeràrquica: És una extensió de la topologia d’extrella, en què cada Topologia física en bus node pot estar connectat a un node superior i del qual poden penjar diversos nodes Xarxes d’àrea local 27 Teoria i arquitectura de xarxes inferiors que formen un arbre. 4. Xarxa en estrella: és una topologia de xarxa en què els nodes estan connectats a un node central o commutador que actua d’encaminador per transmetre els missatges entre nodes. El node és l’extrem final d’una connexió de xarxa o unió de dues o més línies de la xarxa. Els nodes poden ser processadors, controladors i estacions de Topologia física jeràrquica treball. Els nodes s’interconnecten per mitjà d’enllaços i actuen com a punts de control a la xarxa. 5. Xarxa en malla: És una topologia de xarxa en què cada node està interconnec- tat amb un o més nodes. D’aquesta manera, quan s’ha d’enviar un missatge entre dos nodes es buscarà la ruta més adient. Aquesta ruta pot dependre dels costos econòmics, la càrrega de les altres rutes, la velocitat o qualsevol altre paràmetre. Topologia física estrella Taul a 1. 4. Avantatges i desavantatges dels diferents tipus de xarxes Avantatges Desavantatges Xarxa jeràrquica Senzilla d’implementar i estendre. Difícil d’administrar La fallada d’un node deshabilita Normalment és econòmica. tot el que en penja. Xarxa en bus És senzilla d’implementar i Longitud de cable i nombre d’estendre. d’estacions limitats. Normalment és la més Cost d’administració car a llarg econòmica termini. El rendiment disminueix en afegir-hi nodes. Si falla algun enllaç, tots els nodes queden aïllats. Xarxa en estrella És senzilla d’implementar i Longitud de cable i nombre estendre, fins i tot en grans d’estacions limitats. xarxes. Cost d’administració car a llarg Normalment és la més econòmica. termini. El rendiment disminueix en La fallada d’un node no afecta la afegir-hi nodes. resta. La fallada del node central Fàcil d’administrar. deshabilita tota la xarxa. Xarxa en malla Alta disponibilitat. És més cara que altres topologies. Si falla un node, hi pot haver rutes alternatives Topologia lògica Una topologia lògica de xarxa es refereix a la manera com els elements de la xarxa es comuniquen amb el medi. Els dos tipus més comuns de topologies lògiques són difusió i transmissió de testimoni. Es tracta de establir una sèrie de regles que regeixen com els dispositius que Xarxes d’àrea local 28 Teoria i arquitectura de xarxes comparteixen medi, poden enviar o rebre dades. Els dos mètodes bàsics de control d’accés al medi per a medis compartits són: Transmissió de testimoni o controlat: Cada node té el seu temps propi per utilitzar el medi. Difusió o basat en la contenció: Tots els nodes competeixen per l’ús del medi. A continuació farem una explicació més detallada de cada mètode: 1. Transmissió de testimoni o controlat. En utilitzar aquest mètode els dispositius de xarxa agafen torns, en seqüència, per accedir al medi. Aquest mètode també s’anomena determinista. Si un dispositiu no necessita accedir al medi, l’oportunitat d’utilitzar el medi passa al dispositiu en línia següent. Quan un dispositiu col·loca una trama en els medis, cap altre dispositiu no ho pot fer fins que la trama no hagi arribat a la destinació i hagi estat processada per la destinació. Aquest mètode es representa en la figura 1.12. Encara que l’accés controlat està ben ordenat, els mètodes deterministes poden ser ineficients perquè un dispositiu ha d’esperar el seu torn abans de poder utilitzar el medi, com podem veure en la figura 1.14. F igu r a 1. 1 4. Control d’accés al medi per mitjans compatits 2. Transmissió per difusió o basada en la contenció. Aquest mètode per difusió o no determinista permet que qualsevol dispositiu intenti accedir al medi Xarxes d’àrea local 29 Teoria i arquitectura de xarxes sempre que hi hagi dades per enviar. Per evitar el caos complet en els medis, aquest mètodes usen un procés d’accés múltiple per detecció de portador (CSMA) per detectar primer si els medis estan transportant un senyal. Si es detecta un senyal portador al medi des d’un altre node, vol dir que un altre dispositiu està transmetent. Quan un dispositiu està intentant transmetre i nota que el medi està ocupat, esperarà i ho intentarà després d’un període de temps curt. Si no es detecta un senyal portador, el dispositiu transmet les seves dades. Les xarxes Ethernet i sense fil utilitzen control d’accés al medi per contenció. És possible que el procés CSMA falli si dos dispositius transmeten al mateix temps. Això s’anomena col·lisió de dades. Si ocorre, les dades enviades per tots dos dispositius es faran malbé i s’haurien d’enviar novament. El mètodes de control d’accés al medi per difusió no tenen la sobrecàrrega dels mètodes d’accés controlat. No es requereix un mecanisme per analitzar qui posseeix el torn per accedir al medi, tal com es detalla en la figura 1.15. Però a mesura que l’ús i el nombre de nodes augmenta, la probabilitat d’accedir als medis amb èxit sense col·lisió disminueix. F igur a 1. 15. Control d’accés al medi per mitjans compartits CSMA és generalment implementat juntament amb un mètode per resoldre la contenció del medi. Els dos mètodes més comuns utilitzats són: CSMA/detecció de col·lisió. En CSMA/detecció de col·lisió (CSMA/CD), el dispositiu monitora els medis per detectar la presència d’un senyal de dades. Si no hi ha un senyal de dades, cosa que indica que el medi està Xarxes d’àrea local 30 Teoria i arquitectura de xarxes lliure, el dispositiu transmet les dades. Si després es detecten senyals que mostren que un altre dispositiu estava transmetent al mateix temps, tots els dispositius deixen d’enviar i ho intenten després. Les formes tradicionals d’Ethernet usen aquest mètode. CSMA/prevenció de col·lisions. En CSMA/prevenció de col·lisions (CS- MA/CA), el dispositiu examina els medis per detectar la presencia d’un senyal de dades. Si el medi està lliure, el dispositiu envia una notificació, a través del medi, sobre la seva intenció d’utilitzar-lo. El dispositiu després envia les dades. Aquest mètode és utilitzat per tecnologies de xarxes sense fil 802.11. 1.5.4 Client-servidor o d’igual a igual Quan la gent intenta accedir a informació en els seus dispositius, ja siguin un ordinador personal o portàtil, una PDA, un telèfon o qualsevol altre dispositiu connectat a la Xarxa, les dades poden estar o no emmagatzemades físicament als seus dispositius, i depenent d’això trobem xarxes client-servidor o xarxes d’igual a igual. Model client/servidor Una xarxa client-servidor és aquella on tots els clients estan connectats a un servidor on es centralitzen els diferents recursos. Aquests recursos estan a disposició dels clients cada cop que els sol·liciten. Això fa que totes les gestions que es realitzen es concentren en el servidor, que disposa dels requeriments dels clients amb prioritat, els arxius que són d’ús públic i els restringits, els arxius de només lectura, els que poden ser modificats, etc. Aquest procés es detalla en la figura 1.16 i en la figura 1.17. En el model client/servidor, el dispositiu que sol·licita informació es denomina client i el dispositiu que respon la sol·licitud es denomina servidor. Els processos de client i servidor es consideren una part de la capa d’aplicació. El client comença l’intercanvi sol·licitant les dades al servidor, que respon enviant un o més blocs de dades al client. Els protocols de capa d’aplicació descriuen el format de les sol·licituds i respostes entre clients i servidor. A més de la transferència real de dades, aquest intercanvi pot requerir informació addicional, com l’autentificació de l’usuari i la identificació d’un arxiu de dades per transferir. Un exemple d’una xarxa client/servidor és un entorn corporatiu en què els empleats utilitzen un servidor de correu electrònic de l’empresa per enviar, rebre i emmagatzemar correu. El client de correu electrònic en l’ordinador d’un empleat emet una sol·licitud al servidor de correu per un missatge no llegit. El servidor respon enviant el correu sol·licitat al client. Xarxes d’àrea local 31 Teoria i arquitectura de xarxes Encara que les dades generalment es descriuen com un flux del servidor al client, algunes dades sempre flueixen del client al servidor. El flux de dades pot ser el mateix en les dues direccions o fins i tot ser major en la direcció que va del client al servidor. Per exemple, un client pot transferir un arxiu al servidor amb finalitats d’emmagatzemament. La transferència de dades d’un client a un servidor es coneix com a pujada i la de les dades d’un servidor a un client, baixada. F ig ur a 1. 16. Els arxius passen del servidor al client Figur a 1. 17. Els arxius passen del client al servidor Xarxes d’àrea local 32 Teoria i arquitectura de xarxes Xarxes d’igual a igual En una xarxa entre iguals, dos o més ordinadors estan connectats per mitjà d’una Les xarxes d’igual a igual també es denominen xarxes xarxa i poden compartir recursos (per exemple, impressora i arxius) sense tenir punt a punt (peer to peer ). un servidor dedicat. Cada dispositiu final connectat (conegut com a punt) pot funcionar com un servidor o com un client. Un ordinador pot assumir el paper de servidor per a una transacció mentre funciona de manera simultània com a client per a una altra transacció. Els papers del client i del servidor es configuren segons les sol·licituds. Un exemple d’una xarxa entre iguals és una simple xarxa domèstica amb dos ordi- nadors connectats que comparteixen una impressora. Cada persona pot configurar el seu ordinador per compartir arxius, habilitar jocs en xarxa o compartir una connexió d’Internet. Un altre exemple sobre la funcionalitat de la xarxa punt a punt són dos ordinadors connectats a una gran xarxa que utilitzen aplicacions de programari per compartir recursos a través de la Xarxa. A diferència del model client/servidor, que utilitza servidors dedicats, les xarxes punt a punt descentralitzen els recursos en una xarxa com es detalla en la figura 1.18. En lloc d’ubicar informació per compartir en els servidors dedicats, la informació es pot col·locar en qualsevol part d’un dispositiu connectat. La majoria dels sistemes operatius actuals admeten compartir arxius i impressores sense requerir programari addicional del servidor. Ja que les xarxes punt a punt generalment no utilitzen comptes d’usuaris centralitzats, permisos ni monitors, és difícil implementar les polítiques d’accés i seguretat en les xarxes que contenen més quantitat d’ordinadors. Cal establir comptes d’usuari i drets d’accés de manera individual per a cada dispositiu. F igu r a 1. 1 8. Model Client-servidor Xarxes d’àrea local 33 Teoria i arquitectura de xarxes 1.6 Organismes reguladors en matèria de telecomunicacions Les primeres xarxes que es van construir van utilitzar les seves pròpies normes de disseny i funcionament. Fins i tot, l’empresa IBM va arribar a utilitzar normes de comunicacions diferents per als seus productes. Quan les empreses volien interconnectar sucursals o edificis, es trobaven amb incompatibilitats i l’única solució passava per desfer-se de les xarxes actuals i crear-ne una de nova que fos capaç d’enllaçar les sucursals o edificis. A partir d’aquí, neix la necessitat de definir un conjunt de normes que estandarditzin tot aquest món. Aquests estàndards van possibilitat la comunicació entre ordinadors, elements de xarxa, i cables. Les normes es divideixen en dues categories: Estàndards de facto (de fet). Són estàndards que s’imposen en el mercat perquè s’utilitzen àmpliament. Un exemple el tenim en l’ordinador PC d’IBM, a partir del qual van néixer els clònics, ja que altres marques van canviar les normes de fabricació per ser compatibles amb el PC d’IBM. el camp del programari va passar el mateix amb Unix, que es va convertir en un estàndard en ser copiat per Linux i altres fabricants. Estàndards de lliure (per llei). Són els estàndards formals i legals, acordats per algun organisme internacional d’estàndards autoritzat. Aquests organismes són de dos tipus: els creats entre diversos països i les organitza- cions voluntàries. Hi ha diverses organitzacions dedicades a tasques de normalització i estandar- dització com les que apareixen en la figura 1.19. La norma europea CEN/- CENELEC EN50173 està traduïda a l’espanyol com a norma UNE per Aenor, tant la primera edició com l’esmena, amb les denominacions UNE-EN 50173 i UNE-EN 50173/A1. Una decisió de la Unió Europea és d’aplicació directa, obliga al seu compliment i té prioritat en la seva aplicació, sobre les normatives nacionals. Complir totes les normes en una xarxa facilita el manteniment i posteriors ampliacions de la xarxa. F ig ur a 1. 19. Organismes reguladors Xarxes d’àrea local 34 Teoria i arquitectura de xarxes Normatives d’ús general Les normes i els estàndards referents al cablatge estructurat són els següents: Internacionals - Estàndard EIA/TIA-568 Europees - Norma Europea CEN/CENELEC Espanyoles - Estàndard UNE-EN 50173 1. Internacionals - Estàndard EIA/TIA-568 L’estàndard TIA/EIA568 es va desenvolupar gràcies a la contribució de més de 60 organitzacions, incloent-hi fabricants, usuaris finals i consultores. TIA/EIA-568 intenta definir estàndards que permeten el disseny i la implementació de sistemes de cablejat estructurat per edificis comercials i entre edificis en entorns de campus. Dintre dels organismes internacionals troben el següents: BiCSi: és una entitat que compila i dóna cos a diversos estàndards de telecomunicacions, com TDMM i TCIM. TDMM: estableix guies detallades que s’han de considerar per al disseny correcte d’un sistema de cablatge estructurat. TCIM: estableix les guies tècniques, d’acord amb estàndards, per a la instal·lació física d’un sistema de cablatge estructurat. Els estàndards principals d’ANSI, TIA i EIA que regulen el cablatge de telecomu- nicacions en edificis són: Estàndard ANSI/TIA/EIA-568A, i 568B. Estàndard ANSI/TIA/EIA-569-A. Estàndard ANSI/TIA/EIA-598-A. Estàndard ANSI/TIA/EIA-606. Estàndard ANSI/TIA/EIA-607. Estàndard ANSI/TIA/EIA-758. Butlletí de Sistemes Tècnics ANSI/TIA/EIA TSB-68. Butlletí ANSI/TIA/EIA TSB-72. Butlletí ANSI/TIA/EIA TSB-75. ANSI/TIA/EIA TSB-95. El NEC 1996 (NEC), ANSI/NFPA-70, publicat per l’NFPA, proporciona els estàndards de seguretat elèctrica que protegeixen les persones i les propietats del foc i els riscos elèctrics. Xarxes d’àrea local 35 Teoria i arquitectura de xarxes El 1994 l’ISO (International Organizatio for Standarizatio) i la IEC (International Electrotechnical Commission), utilitzant com a punt de partida l’estàndard dels Estats Units l’EIA/TIA-568, van aprovar l’estàndard ISO/IEC 11801, Generic cabling for costumers premises. Un grup de treball SC25/WG3 de l’ISO va publicar l’any 2002 la segona edició de l’estàndard ISO/IEC 11801:2002. Les normes ISO/IEC 11801 (que es detallen en la taula 1.5) i la norma ANSI/TI- A/EIA 568A són molt similars, però l’ISO/IEC 11801 es diferencia en el fet que defineix diferents classes d’aplicacions per al seu ús. Taul a 1. 5. Categoria 5e/6 Aplicacions suportades categoria 5e/6 (ISO/IEC 11801) 10 BaseT XDSI 100 BaseT TokenRing 1.000 BaseT ATM 155 TP PDM 2. Europees - Norma europea CEN/CENELEC El 1995 el CENELEC va aprovar la norma europea sobre cablatge estructurat: Performance requeriments of generic cabling schemes. Aquesta norma es va basar en l’estàndard internacional ISO/IEC 11801 i conté una sistematització més clara en allò que fa referència a la definició i classificació dels subsistemes. Aquesta norma és d’ús obligatori per a tots els estats membres de la Unió Europea, des de l’1 de març de 1996. L’any 2000 es van publicar unes notes addicionals. 3. Espanyoles - Estàndard UNE-EN 50173 Les normes CEN/CENELEC han estat traduïdes com a norma UNE per l’AENOR. Espanya va crear l’organisme AENOR (Associació Espanyola de Normalització i Certificació) amb la finalitat de traduir les normes europees i adaptar-les al territori espanyol. Els estàndards d’AENOR en temes de comunicacions s’anomenen estàndard UNE- EN 50173 i són els que apareixen en la taula 1.6. Taul a 1. 6. Normes UNE UNE-EN 50173 Tecnologies de la informació. Sistemes de cablatge genèric. Any 1997 UNE-EN 50173/A1 Tecnologies de la informació. Sistemes de cablatge genèric. Any 2000 Xarxes d’àrea local 36 Teoria i arquitectura de xarxes Tau la 1. 6 (continuació) UNE-EN 50173 Tecnologies de la informació. Sistemes de cablatge genèric. Any 1997 UNE-EN 50167 Especificació intermèdia per a cables amb pantalla comuna per a la utilització en cablatges horitzontals per a la transmissió digital. Any 1996. UNE-EN 50168 Especificació intermèdia per a cables amb pantalla comuna per a la utilització en cablatges d’àrees de treball per a la transmissió digital. Any 1996. UNE-EN 50169 Especificació intermèdia per a cables amb pantalla comuna per a la utilització en cablatges troncals (campus i verticals) per a la transmissió digital. 1996. UNE-EN 50174-1 Tecnologia de la informació. Instal·lació del cablatge. Part 1. Especificació i certificació de la qualitat. Any 2001. UNE-EN 50174-2 Tecnologia de la informació. Instal·lació del cablatge. Part 2. Mètodes i planificació de la instal·lació a l’interior dels edificis. Any 2001. UNE-EN 50098-1 Cablatge de l’edifici del client per a l’ús d’equipaments de tecnologia de la informació. Part 1. Accés bàsic a l’XDSI. Any 1999. UNE-EN 50098-2 Cablatge de l’edifici del client per a l’ús d’equipaments de tecnologia de la informació. Part 2. Interfície de xarxa per a línies especialitzades i accés primari a l’XDSI de 2.048 kbps. UNE-EN 50098-1/A1 Cablatge de l’edifici del client per a l’ús d’equipaments de tecnologia de la informació. Part 1. Accés bàsic a l’XDSI. Any 2003. Xarxes d’àrea local 37 Teoria i arquitectura de xarxes 2. Estàndards de xarxa Les xarxes, igual que els carrers i les carreteres, necessiten establir un ordre per assegurar-se que tothom té la possibilitat de comunicar-se correctament. Si els carrers i les carreteres tenen unes normes de circulació, el món de les comunicacions té uns estàndards. Malgrat que hi ha molts tipus d’estàndards –per a busos, CPU, ports, teclats, etc.–, nosaltres ens centrarem en els estàndards de comunicacions. Els estàndards de xarxes proporcionen la base per a la transmissió de dades, per a la fabricació d’equips de xarxa compatibles, i per al disseny de sistemes operatius de xarxa. Aquests estàndards defineixen el següent: Com han de ser els mitjans de comunicació i les seves especificacions. Com s’han d’establir i mantenir les comunicacions entre nodes. Com es determina quan es produeix una fallada en la comunicació. Com cal actuar davant una fallada de comunicació. Com s’ha de dissenyar una xarxa per poder garantir les comunicacions. Etc. La descripció total del procés de la comunicació per xarxa és força complexa si s’entén com un tot. Amb aquest punt de vista es presenten diferents maneres de descriure els processos de comunicació, els anomenats models de xarxes. Per a una comprensió correcta de la totalitat d’un sistema de comunicació, cal dividir-lo en un conjunt de parts o capes, de tal manera que cada una d’aquestes parts estigui centrada en un aspecte concret de la comunicació per xarxa. Cada una de les capes és responsable d’un segment del procés total i només interactua amb les capes immediatament adjacents, és a dir, amb la capa immediata anterior i amb la capa immediatament posterior. En aquesta interacció hi ha els límits de la seva responsabilitat. La divisió per capes facilita el disseny d’aplicacions basades en xarxes o per a les xarxes, i soluciona problemes de compatibilitats, ja que la definició i la descripció d’aquestes capes normalitza les interfícies entre elles. Hi ha dos tipus bàsics de models de xarxes: models de protocol i model de referència. Un model de protocol proporciona un model que coincideix fidelment amb una estructura d’un conjunt de protocols en particular, i un model de referència Xarxes d’àrea local 38 Teoria i arquitectura de xarxes proporciona una referència comuna per mantenir consistència en tots els tipus de protocols i serveis de xarxa. Hi ha dos models de comunicació principals que utilitzen capes: el model de referència OSI (Open System Interconnection, ‘interconnexió de sistemes oberts’) i el model de protocol TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol,’ protocol de control de transport/protocol d’Internet’) o model d’Internet. Els dos models utilitzen un sistema d’especificacions obert, és a dir, públic no patentat, en contraposició dels sistemes de propietat o patentats, en què una empresa o un petit grup d’empreses controla tota l’evolució i l’ús de la tecnologia. Obert significa l’ús lliure de la tecnologia disponible per a tothom. 2.1 Protocols L’arquitectura d’una xarxa es fonamenta en la seva topologia física i lògica i en els protocols de comunicacions. Els protocols de comunicació són conjunts de normes i procediments emprats per fer una comunicació. Controlen tots els aspectes de la comunicació de dades: Com es construeix la xarxa física. Com es connecten els ordinadors a la xarxa. Com es dóna format a les dades per transmetre-les. Com es controlen els errors. Etc. Els protocols són conjunts de regles i convencions que regeixen la manera en què els dispositius d’una xarxa intercanvien informació. Classifiquem els protocols en els tipus següents: ISO i OSI · ISO: Organització Internacional per a l’Estandardització Protocols d’alt nivell, que defineixen com es comuniquen els hosts. · OSI: interconnexió de sistemes oberts. És un entorn teòric per entendre les comunicacions en una xarxa. Va ser desenvolupat Protocols de nivell intermedi, que estableixen i mantenen sessions de per l’ISO i l’ANSI. comunicacions. · ANSI: Institut Americà de Normes Nacionals. Organisme nord-americà de normalització, Protocols de baix nivell, que defineixen com es transmeten els senyals per membre de l’ISO, amb seu a Nova York. cable. Xarxes d’àrea local 39 Teoria i arquitectura de xarxes 2.2 Models de xarxa OSI, TPC/IP (el model Internet) L’organització ISO (International Organization for Standarization, Organització Internacional per a l’Estandardització), per tal de solucionar els problemes d’in- compatibilitat i incapacitat de comunicació entre xarxes, deguts a les diferents especificacions i implementacions dels diferents sistemes, va fer als anys vuitanta del segle passat un estudi de l’esquema dels sistemes de xarxes existents, com ara DECnet (digital equipment corporation), SNA (system networks architecture) i TCP/IP, per tal de trobar un conjunt de normes comunes. Com a resultat de l’estudi, l’ISO va crear un model de xarxa que podia ajudar els fabricants a crear xarxes que fossin compatibles i operables entre si i amb altres xarxes. 2.2.1 Model OSI El model de referència OSI, llançat el 1984, és l’esquema descriptiu que va crear l’ISO. Aquest model proporciona als fabricants un conjunt de normes que faciliten més compatibilitat i operabilitat entre els diferents tipus de tecnologies de xarxa produïdes per diferents empreses de tot el món. Serveis Un servei és un conjunt de Fi g ura 2.1. Capes OSI tasques, de funcions, d’operacions... que subministra un sistema i que serveixen per a un ús determinat. El model de referència OSI defineix les funcions de xarxa de cada capa i configura l’esquelet que ajuda a entendre com viatja i es comporta la informació per la xarxa. Xarxes d’àrea local 40 Teoria i arquitectura de xarxes A més, ajuda a visualitzar com la informació i els paquets de dades viatgen des de les aplicacions origen (fulls de càlcul, documents...) pels dispositius i els medis de xarxa fins a un altre sistema ubicat en la xarxa que els utilitza, encara que aquest altre sistema tingui diferents tipus de medis d’accés a la xarxa. El model de referència OSI es defineix en set capes numerades, i cada una defineix Protocol una funció especifica de la xarxa (figura 2.1): Tota comunicació, ja sigui cara a cara o per una xarxa, està regida per regles predeterminades Capa 7: capa d’aplicació. denominades protocols. Aquests protocols són específics de les característiques de la Capa 6: capa de presentació. conversació. Capa 5: capa de sessió. Capa 4: capa de transport. Capa 3: capa de xarxa. Capa 2: capa d’enllaç de dades. Capa 1: capa física. El fet de dividir en capes proporciona els avantatges següents: Divideix la comunicació en parts més petites i senzilles. Facilita la normalització dels components de la xarxa, amb la qual cosa permet el desenvolupament i el suport de diferents fabricants. Permet que diferents tipus de maquinari (hardware) i programari (software) es comuniquin entre ells. Impedeix que els canvis en una capa afectin les altres, cosa que permet un desenvolupament més accelerat. Divideix la comunicació de la xarxa en parts més petites i en fa més fàcil la comprensió. En la taula 2.1 es fa una breu descripció de la tasca que fa cada capa. Taul a 2. 1. Definició de cada capa OSI Número de capa Nom de la capa Tasca que desenvolupa Capa 7 Aplicació Processos de xarxa en aplicacions Capa 6 Presentació Representació de dades Capa 5 Sessió Comunicació entre ordinadors Capa 4 Transport Connexió d’extrem a extrem Capa 3 Xarxa Encaminament i recerca de la millor ruta Capa 2 Enllaç de dades Accés al medi Capa 1 Física Transmissió binària Xarxes d’àrea local 41 Teoria i arquitectura de xarxes A continuació definirem cada capa amb les seves funcions: Capa 7. Aplicació. La capa d’aplicació és la capa del model OSI més pròxima a l’usuari, ja que proveeix de serveis de xarxa les seves aplicacions. És l’única capa que no proporciona serveis a cap altra capa OSI, sinó només a aplicacions que es troben fora del model OSI. Són exemples d’aplicacions els programes de client de correu, navegador web, client FTP, aplicacions de videoconferència, etc. Capa 6. Presentació. La capa de presentació garanteix que la informació que envia la capa d’aplicació d’un sistema la pugui llegir la capa d’aplicació d’un altre. La capa de presentació també pot traduir entre diversos formats de dades, utilitzant un format comú. Capa 5. Sessió. Les missions principals de la capa de sessió són: – Iniciar, administrar i finalitzar les sessions entre dos ordinadors que es comuniquen. – Proporcionar els seus serveis a la capa de presentació. – Sincronitzar el diàleg entre les capes de presentació dels dos ordina- dors. – Regular la sessió. Capa 4. Transport. La capa de transport segmenta les dades originals en l’ordinador emissor i les assembla dins del sistema de l’ordinador receptor. Capa 3. Xarxa. La capa de xarxa proporciona connectivita