Resum

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: les xarxes entre ordinadors han resolt aquests contratemps.

La missió fonamental de les xarxes és que la informació es pugui transmetre entre elements terminals, és a dir, entre un sistema que s’anomena transmissor i que posseeix o genera la informació, i un altre sistema anomenat receptor que requereix aquesta informació.

El progrés tecnològic ràpid i a la vegada la disminució dels preus d’aquesta tecnologia fan que aquest àmbit evolucioni ràpidament i que els progressos en les xarxes d’ordinadors siguin més grans. També hi ajuda l’ús que se’n fa, ja que fa que hi creixi l’interès. Aquests usos es poden classificar en els tipus següents: a) ús en negocis: qualsevol empresa té els ordinadors connectats per xarxa, ja que els dóna molts avantatges econòmics i d’eficiència en el treball; b) ús domèstic: cada cop més estès, facilita la cerca d’informació, la comunicació, la formació i el comerç; c) ús mòbil: cada cop hi ha més dispositius mòbils amb accés a Internet.

Les xarxes estan compostes per diferents elements que formen part de la comunicació entre els ordinadors per a la transmissió de la informació. A continuació concretarem quins són aquests elements.

El medi de transmissió, que és el suport físic a través del qual l’emissor i el receptor es poden comunicar. Es classifiquen en guiats i no guiats: en els primers els senyals que transporten la informació circulen confinats dins el medi, per exemple, els senyals elèctrics en els cables; en els segons els senyals es propaguen sense estar limitats, per exemple, les ones electromagnètiques de ràdio en la propagació per l’aire. Pel que fa als medis guiats, hi ha el sistema de cablat metàl·lic: el cable metàl·lic és el medi de transmissió més utilitzat quan es tracta de distàncies no gaire grans i/o es necessiten capacitats no gaire elevades. Normalment aquests cables formats per elements metàl·lics són de coure. També hi ha medis fets de fibra òptica, que s’usen habitualment quan es necessita cobrir distàncies més grans en xarxes i/o quan es requereixen capacitats més elevades. Quant als medis no guiats hi ha les ones de ràdio, que són fàcils de generar, poden viatjar distàncies llargues i penetrar edificis sense dificultats, però tenen problemes d’interferències, s’usen en les xarxes domèstiques, les WI-FI; les ones infraroges, que s’utilitzen per a distàncies curtes, per exemple el comandament a distància; i les microones, que passen fàcilment a través de l’atmosfera amb menys interferència, ús limitat a zones sense obstacles, per exemple el Bluetooth.

L’ús de medis no guiats provoca l’existència de les xarxes sense fil. N’hi ha de diversos tipus: WLAN, xarxa local sense fil, per ex., xarxa domèstica; PAN, xarxes per comunicar terminals a petita distància, per ex., Bluetooth; WMAN, per a extensions més grans, per ex., per unir en una sola xarxa diverses xarxes d’oficina.

Segons els nombre de dispositius que comparteixen el medi, hi ha un tipus de transmissió o una altra. En la transmissió punt a punt el medi guiat proporciona un enllaç directe entre els dos únics dispositius que comparteixen el medi. En la transmissió multipunt el medi guiat és compartit per més d’un dispositiu. Es diu símplex quan els senyals només es poden transmetre en un sol sentit simultàniament i es diu que la transmissió és dúplex quan els senyals poden ser transmesos en tots dos sentits simultàniament.

Els hostes són els ordinadors connectats a una xarxa, el dispositiu terminal. Una interfície de xarxa o NIC és el dispositiu electrònic que comunica l’ordinador amb el medi de xarxa. S’instal·len en l’ordinador mitjançant les targetes d’expansió. El mòdem és un aparell electrònic capaç de convertir un senyal d’un tipus (per exemple, un senyal digital) en un altre d’analògic que pugui ser transmès per un medi dissenyat per a senyals analògics, i a l’inrevés.

Per tal d’interconnectar dos o més ordinadors en una xarxa, es necessiten dispositius que fan d’enllaç entre ells. El repetidor permet tornar el senyal present en una de les dues interfícies als seus valors primitius, amplificant i reconstruint el senyal original, i transmetre’l per l’altra interfície. El senyal s’ha degradat en propagar-se pel medi de transmissió. El concentrador té funcions similars al repetidor, però té més d’una interfície i retransmet el senyal per totes les interficies. Un pont (bridge) és un dispositiu que s’utilitza per segmentar una xarxa local. Un commutador (switch) és un dispositiu semblant a un concentrador (hub) que gestiona la comunicació entre diferents dispositius terminals, però només transmet el senyal per la interfície on hi ha el terminal de destinació. Un encaminador (router) és un dispositiu que permet interconnectar dues xarxes o més i dirigeix la informació d’una xarxa a una altra xarxa des d’on es pugui accedir al dispositiu terminal de destinació.

El programari necessari per dur a terme la comunicació serà responsabilitat del sistema operatiu també serà l’encarregat de configurar el sistema receptor/emissor (adaptador de xarxa) del terminal.

Les xarxes es poden classificar en els tipus següents: per abast (segons l’extensió geogràfica coberta); per configuració física o topologia (és la manera com estan connectats els diferents dispositius de xarxa); per tecnologia, i distingim entre les xarxes per difusió (els paquets que envia un dels terminals són rebuts per tots els altres, només tenen un canal de comunicació per a tots) i les xarxes punt a punt (es tria el camí més adequat per transmetre el paquet, basat en moltes connexions entre parelles úniques d’ordinadors); per relació entre els dispositius, segons els rols assumits pels dispositius a la xarxa: client/servidor, entre iguals o col·laborativa.

Conèixer al detall com funciona tecnològicament una xarxa implica tenir-ne uns conceptes bàsics. Un protocol de comunicacions és el conjunt de regles normalitzades per a la representació, la senyalització, l’autenticació i la detecció d’errors necessari per enviar informació mitjançant un canal de comunicació. L’arquitectura és la composició, l’estructura, la manera com són encaixades i distribuïdes les diverses parts d’un organisme o d’una obra. Un servei és el conjunt d’eines i utilitats de què són proveïts.

Internament, els ordinadors codifiquen la informació en binari. Per convertir la informació de decimal a binari hi ha el mètode de les divisions successives i la descomposició en potències de dos; per fer la conversió a la inversa, de binari a decimal, s’usa el teorema fonamental del càlcul.

La descripció total del procés de la comunicació per xarxa és força complexa si s’entén com un tot. Amb aquest punt de vista hi ha diferents maneres de descriure els processos de comunicació, els anomenats models de xarxes. L’arquitectura fa aquesta descripció, especifica els models, concretament l’arquitectura per capes. Una capa és cada un dels diferents nivells independents en què està estructurada l’arquitectura, on cada capa ofereix uns serveis a la capa superior i rep de la inferior una altra sèrie de serveis. L’encapsulació és el procés d’anar empaquetant les dades i que cada capa afegeixi la seva informació de control (les capçaleres). Per tant, les capes donen serveis a les capes veïnes. Aquests serveis poden ser orientats a connexió, on primer s’estableix el canal de comunicació, després es transmeten les dades, i al final s’acaba la connexió; o no orientats a connexió, on la comunicació s’estableix de manera menys formal. Quan una entitat té informació per transmetre senzillament l’envia en forma de paquets, confiant que arribaran a la destinació més d’hora o més tard.

Les dues arquitectures de xarxa més importants de l’actualitat són les que corresponen als protocols OSI i TCP/IP. Habitualment per a cada capa d’una arquitectura hi haurà un o diversos protocols, i per a cada protocol múltiples implementacions. Les implementacions canvien contínuament; els protocols ocasionalment es modifiquen o n’apareixen altres de nous que coexisteixen amb els anteriors o els deixen antiquats; però un cop definida una arquitectura, roman essencialment intacta i molt estranyament es modifica.

L’arquitectura OSI està formada per set capes: capa física, que defineix les especificacions elèctriques, mecàniques, procedimentals i funcionals per activar, mantenir i desactivar l’enllaç físic entre dos terminals; la capa d’enllaç de dades, que proporciona un trànsit de dades fiable a través d’un enllaç físic; la capa de xarxa, que controla l’encaminament dels paquets de comunicació, és a dir, la selecció de la ruta que seguiran els paquets des del terminal origen fins al terminal destinació; la capa de transport, que segmenta les dades del sistema emissor perquè siguin més fàcilment transportables, i les uneix i reorganitza en el sistema receptor; la capa de de sessió, que estableix, administra i finalitza les sessions de comunicació entre dos equips terminals; la capa de presentació, que assegura que la informació transmesa per la capa d’aplicació podrà ser utilitzada per la capa d’aplicació del receptor; la capa d’aplicació, que és la més propera a l’usuari i proporciona serveis de xarxa a les aplicacions de l’usuari.

L’arquitectura TCP/IP té quatre capes: capa d’aplicació, on es tracten els aspectes de representació, codificació i control del diàleg, és a dir, els protocols de les aplicacions que generen les dades que es transmeten per la xarxa; capa de transport, que és l’encarregada de tractar els aspectes relacionats amb la qualitat del servei des del punt de vista del control del flux i la correcció dels errors; capa d’Internet, que té el propòsit de permetre que es puguin enviar paquets de dades des de qualsevol punt independentment del tipus de xarxa i de la ruta utilitzada; accés a la xarxa, que permet que la informació es pugui transmetre per una xarxa d’àrea local (XAL) i defineix el mètode que utilitzaran les estacions per accedir al mitjà de comunicació.

Aquests dos models es poden comparar, fent equivalència entre les capes d’un i l’altre: la capa de xarxa del TCP/IP equival a les d’enllaç i física del model OSI; la capa Internet del TCP/IP correspon a la xarxa del model OSI; la capa de transport és la mateixa per als dos models i la capa d’aplicació del TCP/IP equival a les de sessió, presentació i aplicació del model OSI. Ambdós models usen la commutació per paquets, una tècnica que permet enviar la informació d’un punt a un altre dividint el missatge en paquets. Així, si un missatge té una errada en un bit d’informació, només cal sol·licitar que es torni a enviar el paquet del bit afectat.

La tecnologia Ethernet va ser dissenyada per Robert Metcalfe, qui, durant la seva feina en el disseny de l’oficina del futur, va elaborar l’estàndard Ethernet. Quan s’esmenta el terme Ethernet es fa referència a tota una família de tecnologies de xarxa que inclouen l’Ethernet: el Fast Ethernet (o Ethernet ràpid), el Gigabit Ethernet (o GigE) i l’Ethernet a 10 GB (o 10G). És important destacar el volum d’informació que proporciona la nomenclatura de les diferents tipologies de l’Ethernet. Per exemple, prenent com a base la nomenclatura de l’Ethernet original (10BASE-T), es pot veure tota la informació que proporciona. En aquest cas, la paraula BASE fa referència a la modulació del senyal utilitzat (banda base) i la lletra indica el tipus de medi utilitzat (T vol dir cable de parell trenat sense pantalla protectora ) i el valor numèric 10 indica la velocitat de transferència (10 Mbps són 10 megabits per segon).

Per permetre la distribució local de trames a l’Ethernet, hi ha d’haver un sistema d’adreçament, això és, una modalitat per anomenar els ordinadors i les interfícies. De fet, cadascun dels ordinadors té una única manera d’identificar-se i, pel que fa a la xarxa, té una adreça física que s’ubica en la targeta d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) amb el nom control d’accés al medi (MAC, medium access control).

Hi ha tres tipus d’adreces: d’unidestinació, que identifica un sol ordinador i es fa servir per fer un enviament a un ordinador concret; de multidestinació, que referencia un grup d’ordinadors i s’usa per enviar a un grup dels ordinadors de la xarxa; i de difusió, que referencia tots els ordinadors i s’utilitza per fer un enviament a tots els ordinadors.

El control d’accés al medi (MAC, medium access control) fa referència als protocols que decideixen a quin ordinador es permet transmetre dades. Els protocols MAC deterministes utilitzen una modalitat basada en la creació de torns. Un exemple d’aquests torns es fonamenta en la transmissió de testimonis. Els protocols MAC no deterministes utilitzen la premissa “el primer que arriba és el primer a ser servit” (FCFS, first-come, first-served) com, per exemple, l’accés múltiple amb detecció de portadora i detecció de col·lisions (CSMA/CD, carrier sense multiple access/collision detect).

Anar a la pàgina següent:
Resultats d'aprenentatge