3. Transfer de date, rețele, protocoale și standarde

1. 3.Transfer de date, rețele, protocoale și standarde

2. 3.1.Transferul de date Termenul de date se refera la caractere alfabetice, numerice, sau cu destinaţie specială care sunt grupate în mod corespunzător în formă binară pentru a constitui cuvinte, mesaje, sau informaţii. Comunicaţiile de date se referă în primul rând la transferul de date de la un aparat dintr-o locaţie la un aparat aflat într-o altă locaţie. Două sau mai multe dispozitive care comunică unul cu celălalt formează un sistem şi dispozitivele se spune că sunt în reţea. Reţele pot fi cablate, wireless, sau o combinaţie a celor două. Transferul de date de la un dispozitiv la altul este măsurată ca și baud rate sau rată de biţi (bit rate). Rata baud (baud rate) indică numărul de simboluri transmise într-o unitate de timp, de obicei, pe secundă. Rata de biţi indică numărul de biți transmiși pe secundă.

3. 3.1.Transferul de date Rata baud şi rata de biţi sunt aceleaşi doar atunci când pentru fiecare simbol este alocat un singur bit. Dar simbolurile sunt de obicei exprimate ca o serie de biţi care formează cuvinte, fluxuri şi coduri. De exemplu codul Murray, care este utilizat pentru numere şi caractere alfanumerice, conţine cinci biţi pentru fiecare simbol. Informaţiile digitale sunt deseori transmise în secvențe de date. O secvență de date este o colecţie de caractere pentru transmiterea unui mesaj complet și care poate fi înţeleasă de dispozitivul transmițător şi de cel de recepție. O secvență tipică de date este se arată în figură.

4. 3.1.Transferul de date Când se utilizează secvențele de date, rata de informaţie nu este la fel cu rata de biţi sau rata baud, deoarece el conţine în plus date de adrese, controale de eroare, precum şi informații de start și stop. Tipul de informaţii din secvențe este reglementat de protocoalele şi standardele utilizate în aplicaţii speciale. Protocoale sunt configurate în cadrul unor modele de referință (de exemplu, modelele de referință ale The Institute of Electrical and Electronics Engineers [IEEE] 802șiOpen Systems Interconnection [OSI]). Este de înţeles că atunci când sunt utilizate protocoale, rata de informaţii poate fi mult mai mică.

5. 3.1.Transferul de date Teoria, protocoalele, precum şi implementarea sistemelor de comunicație digitale şi a reţelelor asociate care se bazează pe conexiuni fizice, cum ar ca fire sau cabluri optice sunt bine stabilite şi au fost folosite de mai mulți ani. Cu toate acestea, în comparaţie cu tehnicile cablate, transmiterea de date wireless şi crearea de reţele de instrumente şi senzori este relativ nouă şi poate oferi multe facilităţi suplimentare. Este suficient de spus că, în acest stadiu, componentele wireless din cele mai multe rețele wireless se comportă ca și omoloagele lor din rețelele cablate. Astfel, principiile de funcţionare a reţelelor wireless și a rețelelor cablate au multe puncte comune, dar reţele wireless sunt în curs de dezvoltare ca o entitate separată în evoluţiile tehnologice şi în aplicaţii. În ambele tipuri de sisteme de comunicații, cablate şi wireless, datele pot fi transmise fie paralel sau serie, cu flux de informație sincron sau asincron, în formă de transport simplex, semi-duplex, sau full-duplex. Prin urmare, discuţiile prezentate pe aceste concepte sunt aplicabile atât sistemelor de comunicație cablate cât și rețelelor wireless.

6. 3.1.1. Transmisia de date serială și paralelă Datele pot fi transmise de la un dispozitiv la altul în formă serială sau paralelă. În transmisiile de date seriale, fiecare bit al unui cod este trimis succesiv, după cum se arată în figură. În consecinţă, transmiterea serială poate fi realizată de către o singură pereche de conductoare care conectează împreună un receptor şi un emiţător.

7. 3.1.1. Transmisia de date serială și paralelă În transmisia paralelă a datelor, toți biţii sau un număr de biţi a unui cod sunt transmiși simultan. Prin urmare, numărul de fire necesar este egal cu numărul de biţi de transmis plus firul de retur. De exemplu, pentru un cod de opt biţi este necesar ca cel puțin opt fire să se conecteze între emiţător şi receptor, astfel cum este ilustrat în figură.

8. 3.1.2. Transmisia sincronă și asincronă Transmisia serială poate fi realizată în două forme: în mod asincron sau sincron. În transmisia asincronă, mesajele sunt transmise sub formă de blocuri. Această formă de transmitere poate conţine perioadele de repaus semnificative între blocuri şi este adesea utilizată în cazul în care nu este necesară o viteză mare de transmisie a datelor. Transmisia asincronă a datelor utilizează caractere de date care conţin informaţii cu privire la procesul de sincronizare, natura şi lungimea datelor, precum şi locaţiile primului şi ultimului bit din blocul de date, astfel încât receptorul să ştie caracteristicile informaţiei ce provine de la transmiţător. De vreme ce receptorul ştie bitul de start și bitul de stop al blocului, acesta poate fi trimis oricând şi cu orice rată. Fiecare bloc între emiţător şi receptor este sincronizat cu drepturi proprii prin utilizarea elementelor de start și stop. Lungimea fluxului de date si decalajul de timp dintre blocuri nu sunt de obicei fixe, dar sunt decise pe baza sincronizării. Fireşte, modul de transmisie asincron este mai lent decât modul de transmisie sincron din cauza adăugării elementelor de sincronizare.

9. 3.1.2. Transmisia sincronă și asincronă Figura ilustrează un caracter binar tipic transmis în mod asincron. Când caracterul este transmis, acesta este precedat de un bit de start (binary 0), urmat de un bit de paritate opţional şi unul sau mai mulți biţi de stop. Bitul stop are de obicei valoarea binară 1.

10. 3.1.2. Transmisia sincronă și asincronă În modul de transmisie asincron, receptorul detectează bitul de start prin sesizarea tranziţiei de la un marker la un spaţiu, apoi decodează următorii şapte biţi ca un caracter. În cazul în care trebuie transmise mai multe caractere, acest proces este repetat. Receptorul şi transmiţătorul au fiecare ceasul intern propriu, ambele fiind la aproximativ aceeaşi rată, dar aceste ceasuri nu sunt neapărat sincronizate. De asemenea, modul de transmitere asincron permite intervale de timp variabile între caractere transmise. Transmisia sincronă este o tehnică de transmisie bazată pe mesaj; acesta nu utilizează biţi de start și stop la fel ca transmisia asincron. Aceasta necesită un tact comun de ceas la cele două capete, de transmisie şi recepție pentru a realiza sincronizarea. Utilizarea unui ceas comun ajută de asemenea la identificarea frecvenței caracterelor.

11. 3.1.2. Transmisia sincronă și asincronă Receptorul este capabil să recunoască un cod unic în biţii primiți ca și flux de date de intrare.  Acest cod permite receptorului să blocheze fluxul de biţi de intrare. Receptorul trebuie să fie setat la exact acelaşi ritm de ceas ca și transmiţătorul. Sincronizarea ceasului este cunoscută ca și sincronizare de biţi (bit synchrinization). Funcţionarea sincronă poate fi caracterizată după cum urmează: • Nu există biți de start sau de stop pentru a sincroniza fiecare caracter. • Fiecare bit la emiţător şi la receptor trebuie să fie sincronizat la un ceas comun. • Datele sunt trimise în blocuri care constau din mai multe elemente, fără separare între ele. • Blocul în întregime este încadrat de codurile care indică începutul şi finalul. • Receptorul trebuie să cunoască codurile, lungimea de bloc, şi alte informații relevante şi de control. • Nu este sensibil la posibila denaturare a semnalelor transmise, deoarece cronometrarea se face într-un mod sincronizat. Cu transmisia sincronă, sincronizarea este tratată mai degrabă pe bază de mesaj decât pe bază de caracter. Odată sincronizate, nu se mai permite nici o pauză sau un interval între caractere. Acest lucru poate limita o comunicare eficientă între dispozitivele care nu au un flux continuu de informație sau dispozitive care nu au tampoane (buffere) pentru a stopa mesajele în cazul în care transmisia continuă nu poate fi menţinută.

12. 3.1.2. Transmisia sincronă și asincronă

13. 3.1.2. Transmisia sincronă și asincronă Transmisiile sincrone şi asincrone sunt realizate cu dispozitive dedicate, cum ar fi universal synchronous-asynchronous receiver/transmitters (USARTs) și universal asynchronous receiver/transmitters (UARTs). USARTs şi UARTs sunt părți importante în transmisia serială a datelor. Un USART este un dispozitiv care transformă biţii paraleli într-o un flux de date continuu serial, sau invers. Un USART poate funcţiona în formă sincronă sau asincronă. Un UART este un dispozitiv care se ocupă de comunicația serială asincronă. Un UART tipic este un dispozitiv programabil cu 40 de pini care transmite şi primeşte date în mod asincron fie în mod semi-duplex fie în mod full duplex. Un UART acceptă date paralele şi le converteşte în mod asincron pentru a le pregăti pentru o transmisie serială.

14. 3.1.3. Transmisia de date simplex, half-duplex și full duplex Transmiterea de date între două dispozitive poate fi caracterizată ca: simplex, semi-duplex sau duplex complet, după cum se arată în figură.

15. 3.1.3. Transmisia de date simplex, half-duplex și full duplex Operarea simplex indică faptul că transmisia poate avea loc într-o singură direcţie de la un aparat la altul. În acest mod, unul dintre dispozitivele poate transmite, dar nu poate recepționa, sau recepționează dar nu transmite. Operarea half-duplex se referă la o transmisie în orice direcţie, dar aceasta poate avea loc într-o singură direcţie la un moment dat. Operarea full-duplex indică faptul că operaţiunea de transport are loc în ambele direcții simultan. În reţelele unde sunt implicate în comunicare multe dispozitive, transmisia utilizează mai multe canale. Un canal este definit ca o singură cale pe o linie prin care circulă semnalele. Liniile sunt definite ca și componentele şi părţile care se extind între terminalele dispozitivelor de comunicare.

16. 3.1.3. Transmisia de date simplex, half-duplex și full duplex Un exemplu de operare simplex este un sistem de paging. În paging, mesaje sunt primite, dar nu neapărat confirmate. Un exemplu de operare semi-duplex este un walkie-talkie. În walkie-talkie, operatorul apasă un buton pentru a vorbi şi eliberează butonul pentru a asculta. Ambii operatori nu pot să comunice în acelaşi timp. Un sistem full-duplex oferă simultan, dar separat canale prin tehnici cum ar fi duplexarea divizării de frecvenţă (FDD) sau duplexarea divizării de timp (TDD). FDD utilizează canale de frecvenţă diferite şi TDD folosește intervale de timp adiacente pe un singur canal.

17. 3.1.4 Transmisia de date wireless Dispozitivele pot comunica prin conexiuni wireless sau cablate formând reţele locale de zonă (LAN). Componentele wireless ale celor mai multe reţele locale se comportă la fel ca și omoloagele lor cablate, dar ele utilizează spaţiul ca și mediu de transmisie. Principiile operaționale ale rețelelor cablate și wireless sunt asemănătoare: este necesar să se anexeze o interfaţă de reţea pentru dispozitivele care transmit respectiv recepționează. În cazul reţelelor wireless, interfaţa este mai degrabă un transciever de radiofrecvenţă (RF) decât cabluri. În multe cazuri, sistemele cablate şi sistemele wireless sunt folosite împreună, într-o formă mix-and-match. În cazul interfaţării sistemelor wireless cu sisteme cablate, sunt utilizate dispozitivele numite puncte de acces (access point) pentru a realiza această conexiune. Acest lucru permite transferul traficului de date între componentele cablate şi wireless.

18. 3.1.4 Transmisia de date wireless • În sistemele de comunicaţii wireless, frecvenţele utilizate pentru transmiterea datelor afectează cantitatea de date şi de viteza la care datele pot fi transmise. • Tăria sau nivelul de putere a semnalului de transmisie determină distanţa la care datele pot fi trimise şi primite, fără erori şi de corupţie. În general, principiul care reglementează transmisiile wireless stipulează că o frecvenţă mai mică de canal poate transporta mai puține date, mai lent, dar pe distanţe mai lungi. • Pe de altă parte, frecvenţele mai mari pot transporta mai multe date, la rate mai rapide, dar distanţa de transport eficient devine mai scurtă. • Sistemele moderne de comunicaţii wireless utilizează în mare măsură partea de mijloc a spectrului electromagnetic. Partea de mijloc a spectrului electromagnetic este împărţită în mai multe game de frecvenţe, sau benzi, pentru scopuri de comunicare. • Aceste benzi de frecvenţă sunt: • spectrul de frecvenţe radio (10 kHz până la 1 GHz); • spectrul de frecvenţe cu microunde (1 GHz la 500 GHz); • frecvența vizibilă și în infraroşu (500 GHz până la 1 THz).

19. 3.1.5 Transmisia de date prin radiofrecvență • Există o relaţie de proporționalitate inversă între frecvenţa şi distanţa pe care o undă electromagnetică poate transporta date. • De asemenea, există o relaţie de proporționalitate directă între frecvenţa şi rata de transfer de date şi lăţimea de bandă. • În transferul de date, reţelele wireless fac uz de trei benzi de frecvenţă primare: • RF(de bandă îngustă, spectru împrăştiat, de bandă largă) • infraroşii şi laser • microunde. • Sisteme de comunicații prin radiofrecvenţă sunt proiectate să funcţioneze ca bandă îngustă, spectru împrăştiat sau sisteme de bandă largă, atât în pe distanţe lungi şi scurte. Cu toate acestea, utilizarea acestei benzi de frecvenţă şi puterile care pot fi transmise la aceste frecvenţe sunt strict reglementate. În Statele Unite, agenţiile guvernamentale, cum ar fi Federal Communications Commission (FCC) reglementează aproape toate frecvențele radio. • Orice organizație comercială sau guvernamentală care doreşte să utilizeze o bandă de frecvenţă specială, trebuie să obțină permisiunea. Autorizaţia poate fi acordată pentru a utiliza această frecvenţă pentru difuzarea într-o locaţie specifică, de obicei, cu o limită maximă de putere pentru transmisie. Cu toate acestea, FCC a aprobat anumite frecvenţe pentru utilizare nereglementată și la un nivel de putere specificat pentru transmisie. • Intervalele de frecvenţe tipice nereglementate sunt 902-928 MHz, 2.4 GHz, şi 5.72-5.85 GHz, cu distanţele maxime de radiodifuziune, de obicei de aproximativ 70 m.

20. 3.1.5 Transmisia de date prin radiofrecvență Rețelele radio de bandă îngustă de frecvență unică utilizează putere scăzută și sisteme de comunicație radio bidirecționale în format half-duplex. Exemple ar fi aparate de comunicație radio în mașini de taxi şi staţiile de bază. În aceste sisteme, atât receptorul şi transmiţătorul trebuie să fie reglate la o anumită frecvență pentru a putea gestiona apelurile primite şi expediate. Unele sisteme pe o frecvență unică sunt făcute să funcţioneze la un nivel de putere mai mare. Sisteme de acest tip pot transmite de obicei pe distanţe lungi şi utilizează repetoare pentru a creşte distanţa de acoperire. Sisteme radio cu spectru împrăștiat elimină inconvenientele utilizării unei singure frecvenţe, atât în transmisiunile de mare putere cât și în cele de mică putere. Spectrul împrăştiat utilizează mai multe frecvenţe simultan, îmbunătăţind astfel fiabilitatea şi reduce susceptibilitatea la interferenţe. Utilizarea unui spectru de frecvențe multiplu face ca interceptarea datelor mult mai dificilă, dacă nu imposibilă.

21. 3.1.5 Transmisia de date prin radiofrecvență • Sunt două tipuri principale de comunicare cu spectru împrăştiat: • saltul de frecvenţă • modularea directă a secvenței. • Saltul de frecvență (frequency hopping) se bazează pe comutarea datelor între mai multe frecvenţe la intervale regulate. Emiţătorul şi receptor trebuie să fie sincronizate cu atenţie pentru a menţine comunicarea. În multe sisteme, hardware-ul manevrează programarea salturilor şi alege următoarea frecvenţă de transmisie. Frecventele disponibile sunt grupate in canale, numite salturi (hops).Deși anumite implementări ale acestei realizări pot oferi viteze de 4 Mbps pedistanțe de 3.22 km, in exterior, și 244 m, în interior, viteza tipică de 256kbps face această tehnologie mult mai înceata decât alte soluții wireless. • Modularea directă a secvenţei împarte datele în segmente de o lungime fixă, numite chips-uri, şi transmite datele pe mai multe frecvenţe diferite în acelaşi timp. Echipamentului de recepţie poate identifica frecvenţe pe care se transmit datele. Odată ce datele sunt primite pe frecvenţele identificate, receptorul reasamblează chips-urile care sosesc în secvenţe de informaţii aranjate corespunzător la fel cum au fost trimise de emiţător. Din motive de securitate, unele sisteme transmit date false pe pe unul sau mai multe canale împreună cu date reale pe un alt canal pentru a face mai dificilă intercepția.

22. 3.1.6 Transmisia de date în infraroșu • Emiţătoare în infraroşu wireless utilizează fasciculele de lumină, la frecvenţe infraroşu pentru a trimite semnale de comunicare de la emiţător la receptor. • Emiţătoare infraroşu generează semnale puternice pentru a preveni interferenţele de la, alte surse uşoare. • Sistemele de comunicare lucrează bine în principal din cauza lățimii mari de bandă. Aceste sisteme pot furniza date la viteze de 10 Mbps la 100Mbps. • Există patru tipuri principale de sisteme de infrarosu: • • Sisteme în linie dreaptă (Line-of-sight infrared systems), • • Sisteme infraroșu reflexive (Reflective infrared systems) • • Sisteme infraroșu cu împrăștiere (Scatter infrared systems). • • Sistemele optice de bandă largă (Broadband optical telepoint syetems)

23. 3.1.6 Transmisia de date în infraroșu • • Sisteme infraroșu în linie dreaptă (Line-of-sight infrared systems), care necesită o linie clară de vedere, sau o vedere neobstrucţionată între emiţător şi receptor. • • Sisteme infraroșu reflexive (Reflective infrared systems) unde semnalele IR sunt generate intermitent de un dispozitiv numit nod central. Nodul central trimite mai departe mesajele către destinatari. • • Sisteme infraroșu cu împrăștiere (Scatter infrared systems). In această tehnologie, semnalul difuzat este reflectat de pereti și tavane și ajunge eventual la receptor. Ea este efectivă într-o arie limitată la cca. 30 m. sau mai puţin, în funcţie de puterea semnalului transmis, de sensibilitatea receptorului, şi de prezenţa de interferenţei cu alte surse. Această tehnologie introduce întârzieri în transmisia semnalului, și prin urmare, sistemele funcţionează pe lățimi de bandă mai mici decât sistemele în linie dreaptă. • • Sistemele optice de bandă largă (Broadband optical telepoint syetems) furnizează servicii de bandă largă. Sistemele de bandă largă operează cu viteze mari şi lățimi mari de bandă. În unele aplicaţii, ele pot ajunge la capacităţile celor mai moderne sisteme cablate (cu fir). • Dezavantajele retelelor wireless in infrarosu sunt: • •sunt greu extensibile peste 30 m. • •sunt susceptibile la interferențe din partea surselor puternice de lumină.

24. 3.1.6 Transmisia de date în infraroșu Transmisia bazată pe tehnologia laser impune, de asemenea o linie clară de vedere între expeditor şi receptor. În multe aplicaţii, bazate pe tehnologia de comunicare laser, sistemele sunt supuse unor limitări, deoarece utilizarea radiaţiei excesive poate afecta vederea şi sănătatea umană.

25. 3.1.7 Transmisia de date prin microunde Transmisia de date prin microunde este o tehnologie stabilă care este folosită pe scară largă în întreaga lume. Cu toate acestea, infrastructura pentru sistemele cu microunde este relativ scumpă. Transmisia de date prin microunde nu poate fi practică pentru sisteme de mici dimensiuni, cu transfer de date pe distanțe scurte, dar tehnologia este disponibilă. Este folosită în industria aerospaţială de comunicare, de difuzare a programelor de televiziune, precum şi în unele aplicații militare şi civile pe distanţă lungă şi de mare viteza de transmisie a datelor.

26. 3.2. Securitatea în fluxul de date Securitatea între emiţător şi receptor este foarte importantă în toate tipurile de sisteme de comunicare. Datele trebuie să fie transferate fără a fi corupte (bruiaj), care pot fi provocate în mod intenţionat de către alte părţi şi fără a fi interceptate şi ascultate de către terţi. Informaţiile furnizate între emiţător şi receptor trebuie să fie fiabile, fără pierderi, ştersături, zgomot aditivi sau fading, şi nu ar trebui să fie interceptate de părţi neautorizate. Există multe metode eficiente pentru furnizarea fiabilă de informaţii, cum ar fi de codare de canal, spectru împrăştiat, multiplexare, şi de criptare. Securitatea împotriva posibilității de interceptare a datelor de către părţi neautorizate este o mare preocupare atât pentru utilizatorii de sisteme cablate cât și pentru utilizatori ide sisteme wireless. Ultimul lucru pe care companie îl dorește este ca datele să fie interceptate si astfel să fie compromise. Teoretic oricine cu un receptor adecvat, poziţionat în locul potrivit, poate asculta. Acest lucru este valabil mai ales pentru transmisiunile în bandă îngustă, cu un sistem unic de frecvenţă. Utilizarea unor metode de criptare şi de aplicare a tehnicilor de spectru împrăştiat face aproape imposibilă interceptarea și ascultarea mesajelor.

27. 3.2.1. Codarea canalului Pentru transferul cu succes al informației între două dispozitive, receptorul trebuie să fie capabil de a recupera semnalul original dintr-un semnal primit care ar fi putut trece printr-o serie de modificări în timpul transmisiei. Unde electromagnetice care transportă mesajele sunt supuse la numeroase efecte negative, cum ar fi fading, interferenţă, perturbații de canal, pauzele în legăturile de transmisie şi zgomotul aditiv. Codarea canalului, de asemenea, cunoscută sub numele codarea erorii de control, este o metoda de a proteja semnale de mesaj de semnalul de insuficienţă prin adăugarea de redundanțe în semnalul de mesaj, după cum se ilustrează în figură.

28. 3.2.1. Codarea canalului Codarea canalului pot reduce substanţial probabilitatea de a erorilor prin paza datelor împotriva celor mai probabile erori sau erorilor cunoscute care pot să apară în timpul transmisiei. În codarea canalului, utilizarea redundanței ajută să se distingă mesajul dorit, chiar dacă ar fi existat corupţie semnificativă în timpul transmisiei. Introducerea redundanței controlate creează subseturi care conţin porţiuni din mesajul original, astfel, într-un sens, ascunzând astfel mesajul. Subsetul care conţine porţiunea redundantă se numeşte cod şi mesajele valide sunt numite cuvinte de cod sau vectori de cod. Un cod bun conţine cuvinte de cod protejate, astfel încât probabilitatea de eroare din cauza corupţiei în timpul transmisiei este minim. Utilizarea codării canalului reduce probabilitatea de eroare pe măsură ce redundanța în cod crește. Cu toate acestea, adăugând redundanţa, creşte numărul de biţi de transmisie de la n biţi la n + k biţi. Acest lucru duce la ineficienţa în sistemului prin reducerea ratei de transmitere a informaţiei utile.

29. 3.2.1. Codarea canalului În aplicaţii, codurile sunt notate cu n şi k , rata de cod este dată de raportul n/k , și creşterea ratei de date este k/(n+k). Cu toate acestea, deşi erorile sunt reduse, utilizarea codării canalului nu garantează eliminarea tuturor erorilor. Există două tipuri de bază de codificare a canalului: coduri bloc şi coduri convoluționale. Codarea bloc partiționează datele sursă în blocuri de n biţi. Encoderul adaugă redundanţa şi converteşte blocurile în n+k biţi. Encoderul adaugă, de asemenea, informaţii cu privire la modul în care este adăugată redundanța, care să permită decodorului de pe partea de receptie să recupereze informaţii utile din codurile primite. Există mai multe tipuri de coduri de corectare a erorilor, cele mai cunoscute fiind Coduri Hamming, coduri de verificare ciclică a redundanței (CRC), coduri Bose-Chaudhuri - Hochquenghem (BCH), codurile Reed-Solomon, şi codurile Goley. Codificarea convoluțională se bazează pe funcţionarea continuă a encoderului care acceptă date utile în blocuri şi folosind registrele de deplasare care să genereze secvenţe de date la o rată mare.

30. 3.2.1. Codarea canalului Deşi această metodă este utilă şi convenabilă pentru detectarea erorilor, corectarea erorilor este mult mai complexă decât în codarea bloc. Metodele de convoluţie foloseasc tehnici, cum ar fi decodarea probabilistică şi probabilitatea de apropiere pentru corecţii de eroare. Tehnicile de codare bloc şi codare convoluțională pot fi aplicate simultan, în special în situaţii în care apar erori de canal în pachete. Ambele folosesc o tehnică cunoscută sub numele de interleaving, care raspândește fiecare mesaj într-un interval de timp şi minimizează efectul zgomotului. Interleaving sortează fluxul de date într-o serie de rânduri şi se aplică codarea în coloane pentru a găsi şi elimina erorile. În această metodă, erorile de spargere devin erori aleatoare astfel că ele pot fi tratate ca și erori normale de către coduri corectoare de erori. O eroare de spargere este o secvenţă continuă de simboluri, primită pe un canal de transmisie de date, astfel încât primul și ultimul dintre simboluri sunt în eroare şi nu există nici o subsecvență continuă de m simboluri primite corect.

31. 3.2.1. Codarea canalului Metode de corecție a erorilor În ARQ (Automatic Repeat Request), receptorul îi cere emiţătorului să retransmită partea din mesaj care conţine erori. ARQ este o tehnică puternică şi eficientă, dar necesită un canal suplimentar de feedback şi adaugă întârzieri în fluxul de date. În FEC (Forward Error Correction), receptorul corectează eroarea fără a se referi la emiţător. Se foloseşte de informaţii suplimentare transmise, împreună cu datele şi are la dispoziție una sau mai multe dintre metodele de codificare de canal. În unele sisteme de comunicare, atât erorile aleatoare cât și erorile de spargere poate fi severe şi pot apărea simultan. În astfel de cazuri este utilizată concatenarea. Concatenarea foloseşte două tipuri de coduri, unul pentru corectarea erorilor aleatorii şi cealalt pentru corectarea erorilor de spargere..

32. 3.2.2. Criptarea Criptarea este folosită pentru protejarea informaţiilor transmise de interceptare sau de corupţie de către părţi neautorizate. Criptarea converteşte mesajul text original într-o formă codată, cunoscută sub numele de text cifrat. În cazul în care datele de sunt codate (criptate) la transmiţător, textul cifrat rezultat apare ca un flux aleator de simboluri care nu are nici un sens. La receptor, datele criptate trec printr-un proces de decriptare care recuperează informaţiile originale. Criptarea şi decriptarea sunt ambele controlate de informaţii secrete, numite cheie, cunoscute numai de emițător și receptor. Structura de bază a procesului de criptare şi de decriptare este ilustrată în figură.

33. 3.2.2. Criptarea Datele sunt criptate folosind cifruri, care sunt procese matematice şi fizice pentru criptarea datelor. Cifrurile pot fi alterate sau modificate prin schimbarea cheii care le generează. În sistemele cifrate convenţionale este utilizată aceeași cheie atât la emiţător cât şi la receptor. Acest lucru face ca procesele de criptare şi de decriptare să fie simetrice. Există două tipuri majore de cifruri: cifru pe bloc şi cifrul pe flux. Un cifru pe bloc codifică un anumit număr de biţi în blocuri prestabilite. Un exemplu tipic de mărime a blocului este de 64 biți; datele originale de 64 de biţi sunt criptate, pentru a forma un bloc de text cifrat de 64 de biţi. Un cifru pe flux codifică fiecare bit în mod individual în aşa fel încât fiecare bit din textul original, este convertit în text cifrat. Un text cifrat ideal ar trebui să fie complet aleator și imprevizibil. Dar acest lucru nu este practic posibil, deoarece este dificil să se sincronizeze cheile emiţătorului şi receptorului în orice moment în timpul transmisiei. În schimb, cele mai multe cifruri utilizează fluxuri de chei pseudoaleatoare generate de emiţător.

34. 3.2.2. Criptarea Receptorul este de bazează pe o cheie comună, care este aceeaşi ca la transmiţător. Utilizarea de fluxuri de chei face ca informaţiile transmise să apară ca un semnal complet aleator, și, prin urmare, nu există practic nici o relaţie observabilă între textul cifrat şi textul original. Fluxurile de chei pseudoaleatoare pot fi generate în mai multe moduri. O metodă convenabilă de generare este utilizarea de registre de deplasare liniară care constau din elemente de memorie. Elementele de memorie sunt aranjate ca registre de deplasare şi elementele de memorie ale registrelor se deplasează o poziție la dreapta în fiecare ciclu de ceas.

35. 3.2.2. Criptarea Cifrurile pe blocuri iau la intrare un bloc de text clar şi o cheie, şi produc la ieşire un bloc de text cifrat de aceeaşi dimensiune. Deoarece mesajele sunt aproape mereu mai lungi decât un singur bloc, este necesară o metodă de unire a blocurilor succesive. S-au dezvoltat câteva astfel de metode, unele cu securitate superioară într-un aspect sau altul decât alte cifruri. Acestea se numesc moduri de operare şi trebuie luate în calcul cu grijă la folosirea unui cifru pe blocuri într-un criptosistem. Data Encryption Standard(DES) şi Advanced Encryption Standard (AES) sunt cifruri pe blocuri care sunt considerate standarde de criptografie de guvernul american (deşi DES a fost în cele din urmă retras după adoptarea AES). În ciuda decăderii ca standard oficial, DES (mai ales în, varianta triple-DES mult mai sigură) rămâne încă popular; este folosit într-o gamă largă de aplicaţii, de la criptarea ATM la securitatea e-mail-urilor şi accesul la distanţă securizat. Multe alte cifruri pe blocuri au fost elaborate şi lansate, cu diverse calităţi. Multe au fost sparte. Cifrurile pe flux de date, în contrast cu cele pe blocuri, creează un flux arbitrar de material-cheie, care este combinat cu textul clar, bit cu bit sau caracter cu caracter. Într-un cifru pe flux de date, fluxul de ieşire este creat pe baza unei stări interne care se modifică pe parcursul operării cifrului. Această schimbare de stare este controlată de cheie, şi, la unele cifruri, şi de fluxul de text clar. RC4 este un exemplu de binecunoscut cifru pe flux.

36. 3.2.2. Criptarea Standardul de Criptare a Datelor (în engleză Data Encryption Standard, DES) este un cifru (o metodă de criptare a informaţiei), selectat ca standard federal de procesare a informaţiilor în Statele Unite în 1976, şi care s-a bucurat ulterior de o largă utilizare pe plan internaţional. Algoritmul a fost controversat iniţial, având elemente secrete, lungimea cheii scurtă şi fiind bănuit că ascunde de fapt o portiţă pentru NSA. DES a fost analizat intens de către profesionalişti în domeniu şi a motivat înţelegerea cifrurilor bloc şi criptanaliza lor. DES este astăzi considerat nesigur pentru multe aplicaţii. Acest lucru se datorează în principiu cheii de 56 de biţi, considerată prea scurtă; cheile DES au fost sparte în mai puţin de 24 de ore. De asemenea, există unele rezultate analitice care demonstrează slăbiciunile teoretice ale cifrului, deşi nu este fezabilă aplicarea lor. Se crede că algoritmul este practic sigur în forma Triplu DES, deşi există atacuri teoretice şi asupra acestuia. În ultimii ani, cifrul a fost înlocuit de Advanced Encryption Standard (AES). În unele documentaţii, se face distincţie între DES ca standard şi algoritmul de la baza lui, numit DEA (Algoritmul de Criptare a Datelor - în engleză, Data Encryption Algorithm).

37. 3.2.2. Criptarea

38. 3.2.2. Criptarea AES (de la Advanced Encryption Standard - în limba engleză Standard Avansat de Criptare), cunoscut şi sub numele de Rijndael, este un algoritm standardizat pentru criptarea simetrică, pe blocuri, folosit astăzi pe scară largă în aplicaţii şi adoptat ca standard de organizaţia guvernamentală americană NIST. Standardul oficializează algoritmul dezvoltat de doi criptografi belgieni, Joan Daemen şi Vincent Rijmenşi trimis la NIST pentru selecţie sub numele Rijndael. În propunerea avansată NIST, cei doi autori ai algoritmului Rijndael au definit un algoritm de criptare pe blocuri în care lungimea blocului şi a cheii puteau fi independente, de 128 de biţi, 192 de biţi, sau 256 de biţi. Specificaţia AES standardizează toate cele trei dimensiuni posibile pentru lungimea cheii, dar restricţionează lungimea blocului la 128 de biţi.

39. 3.3. Elemente de rețele și topologii Reţelele sunt aranjamente de componente hardware şi software care comunică între ele într-o manieră coordonată. Pentru o comunicare eficientă, dispozitivele componente trebuie să fie reciproc compatibile. Schimbul de resurse şi schimbul de informaţii între mai mulţi utilizatori şi dispozitive pe într-o reţea se numeşte comunicare în reţea (networking). Cea mai elementară reţea este formată din două dispozitive care sunt conectate împreună pentru a transmite informaţii de la unul la celalalt. Chiar dacă conceptul de reţea pare simplu, sunt necesare o foarte mare de coordonare şi este nevoie de multe tehnologii complexe pentru a permite comunicarea între dispozitive. În plus, există multe posibile opţiuni pentru realizarea conexiunilor fizice între elementele reţelei şi software-ul asociat.

40. 3.3. Elemente de rețele și topologii • Reţele sunt utilizate pentru diverse motive: • schimbul de date, care permite unui grup de utilizatori pentru schimbul de informaţii între ele în mod periodic sau regulat • rutarea datelor de la un element de reţea la altul • partajarea resurselor software, care permite ca mesajele, documentele, precum şi alte fişiere să fie partajate de mai mulţi utilizatori. • partajarea dispozitivelor periferice, care permite unui grup de utilizatori să partajeze resursele hardware comune. • coordonarea activităţilor echipamentelor şi aparatelor în companii şi medii de producţie. • monitorizarea stării echipamentelor şi dispozitivelor. • monitorizarea şi adoptarea de măsuri corective la problemele de siguranţă. • planificarea producției, configurarea şi reconfigurarea. • cercetare şi dezvoltare, operaţiuni pilot, funcţionarea sistemului unificat, etc

41. 3.3. Elemente de rețele și topologii Există diferite tipuri de reţele, în funcţie de numărul elementelor de reţea şi distribuţia lor spaţială. O reţea locală (LAN) este un sistem de interconectare a componentelor de comunicaţii de date într-un spaţiu relativ limitat. Reţelele LAN sunt cel mai frecvent cuprinse într-una sau mai multe clădiri, cum ar fi unităţi de producţie industrială, universităţi, departamente ale guvernului, precum şi alte organizaţii. O colecţie (rețea) de reţele locale este numit un Internetwork, cum ar fi în cazul reţelelor interdepartamentale în universităţi şi organizaţii. LAN poate să crească în reţele de arie largă (WAN), care acoperă distanţe geografice mai mari, care leagă două sau mai multe rețele LAN distincte. În medii mari, complexe, numărul de utilizatori şi dispozitive dintr-un WAN poate crește până la mii sau mai mult. De exemplu, Internetul este un WAN Internetwork care include milioane de maşini şi utilizatori la nivel mondial. Există multe alţi termeni utilizaţi pentru a descrie reţelele, cum ar fi rețele metropolitane de zonă (MAN), reţele de zona cu caracter personal (de bucătărie), şi aşa mai departe, dar aceste sunt practic LAN sau WAN de diverse dimensiuni. Specificaţiile reţelei globale (GAN) au fost în curs de dezvoltare de către multe grupuri de specialişti. În general, reţeaua globală GAN defineşte un model de asigurare a comunicaţiilor mobile între un număr arbitrar de reţele WLAN, zone de acoperire prin satelit, etc

42. 3.3. Elemente de rețele și topologii • Scopul principal al reţelelor este de a partaja resursele prin conectarea elementelor de rețea, numite noduri. Pentru ca nodurile să se poată conecta, sunt necesare patru elemente: • mediul de transmisie • topologie de reţea • protocoale • sistemul de operare al reţelei. • Mediul de transmitere poate fi definit ca fiind calea fizică între nodurile de reţea care se conectează nodurile reciproc. Fizic căile pot fi cabluri, fibre, dispozitive de RF, dispozitive cu microunde, etc • Topologia se referă la aspectul fizic al dispozitivelor. Topologia este legată de metodele de comunicare folosite între dispozitive şi modul în care resursele sunt partajate. Topologia de reţea poate avea un efect semnificativ asupra performanței si eficienței reţelei, precum şi creşterea potențialului său în viitor. • Protocoalele reprezintă un set de reguli care permit comunicarea între dispozitive. În cazul cel mai simplu, pentru ca două dispozitive să comunice între ele, ele trebuie să aibă un set de reguli care definesc în mod clar modul în care ele vor comunica. • Sistemul de operare este software-ul care rulează în fundal, și gestionează partajarea echipamentelor şi a datelor între nodurile de reţea. Sistemele de operare sunt importante, deoarece chiar dacă cele două dispozitive ar putea partaja un mediu comun şi protocoale de reţea comune, ele încă nu pot fi în măsură de a comunica cu un altul cu excepţia cazului în care ele rulează software-ul necesar pentru accesul la reţea şi pentru a permite de comunicare.

43. 3.3.1. Software de rețea Dispozitivele au nevoie de software de reţea pentru a putea emite solicitări şi răspunsuri care să le permită să comunice unul cu celălalt. Un proces de comunicare între două dispozitive este ilustrat în figura. În acest caz, comunicarea este realizată în formă simplex: un aparat (A) trimite informaţii la aparat un alt aparat (B).

44. 3.3.1 Software de rețea În multe rețele, dispozitivele care comunică invoca un strat de coduri, care se numește sistemul de operare de reţea (Network Operating System - NOS). Sistemul de operare de rețea controlează accesul la resursele reţelei. Exemple de NOS comune, utilizate în calculatoare sunt Windows.NET, Windows XP şi Novell NetWare. Cele mai multe pachete de software de reţea veni cu module pentru procesul de intrare și ieșire din rețea (log-on respectiv log-off). Modulele de reţea pentru procesul de intrare și ieșire din rețea pot include caracteristici de securitate, cum ar fi parola, validarea accesului utilizatorilor la fişiere și programe specifice opțiune de intrare automată la unele dispozitive, meniuri de ajutor, mesaje de eroare, şi aşa mai departe.

45. 3.3.2. Topologii de rețele Topologia reţelelor este studiul de aranjament sau cartografiere a elementelor (legături, noduri, etc) dintr-o reţea, în special interconexiunile fizice (reale) şi logice (virtuale) dintre noduri. O reţea locală (Local Area Network) este un exemplu de reţea care reprezintă atât o topologie fizică cît şi o topologie logică. Orice nod în reţeaua locală va avea una sau mai multe link-uri către unul sau mai multe noduri din reţea. Pentru determinarea topologiei fizice a reţelei, toate nodurile şi link-urile sunt reprezentate în formă de graf. De asemenea, reprezentarea fluxului de date dintre noduri în formă de graf determină topologia logică a reţelei. Se poate menţiona că topologia logică şi fizică pot fi identice în orice reţele particulare, dar de asemea ele pot fi diferite. Prin urmare tehnologia reţelei locale este bazată pe teoria grafului.

46. 3.3.2. Topologii de rețele

47. 3.3.2. Topologii de rețele Topologia Point-to-Point Cea mai simplă topologie din această categorie este o legătură permanentă între două terminaţii (endpoint). Topologiile de tip switched point-to-point sunt modelele de bază a telefoniei convenţionale. Valoarea definitivă a reţelelor point-to-point este o valoare garantată dinte cele două terminaţii. Valoarea a conexiunilor de tip on-demand point-to-point este proporţională cu numărul de perechi de potenţiali abonaţi.

48. 3.3.2. Topologii de rețele Topologia BUS Tipul de topologie de reţea în care toate nodurile de a reţelei sunt conectate la un mediu comun de transmisie care are exact două terminaţii (endpoints), toate datele care sunt transmise între noduri în reţea sunt transmisede-a lungul acestei parti comune de transport şi de mediu în aşa măsură ca să fie primite de către toate nodurile din reţea, aproape simultan (fără a ţine seama de întârzieri răspîndite). Cele două terminaţii care fac parte din magistrala comuna de transport sunt oprite în mod normal, cu un dispozitiv care se numeşte terminal. (terminator). Dispozitivul respectiv absoarbe energia care rămâne în semnal astfel prevenind reflectarea sau propagarea semnalului în direcţia opusă, care poate provoca interferenţă sau poate duce chiar la degradarea semnalului. Topologiile BUS sunt cel mai simplu mod de a conecta mai mulţi clienţi, dar au adesea probleme cînd doi clienţi doresc simultan să transmită date pe aceiaşi magistrală. Astfel sistemele care folosesc arhitectura de reţea de tip magistrală au proiectate nişte scheme pentru evitarea coliziunilor de date pe magistrala comună, cel mai des este folosită metoda Carrier Sense Multiple Access care controlează resursele partajate a magistralei comune. Carrier Sense Multiple Access (CSMA) este un protocol Media Access Control (MAC) în care un nod înainte de a transmite informaţia pe magistrala comună verifică prezenţa altui trafic de pe mediul comun de transmisie.

49. 3.3.2. Topologii de rețele • Topologia BUS • Avantaje • Uşor de implementat şi de extins • Necesită mai puţină lungime de cablu decît reţelele stea • Sunt bine adaptate pentru reţele temporare şi mici care nu necesită viteze mari, în plus se poate uşor de configurat • Sunt mai puţin costisitoare deoarece se foloseşte numai un cablu • Dezavantaje • Lungimea cablului este limitată şi la fel numărul de staţii • Dacă există probleme cu cablul, toată reţeaua se „prăbuşeşte” • Costurile de întreţinere pot fi mari pe o perioadă lungă de timp • Performanţa degradează dacă sunt conectate prea multe calculatore • Este necesar terminaţia corectă a semnalului • Capacitatea de încarcare semnificativă (fiecare tranzacţie trebuie să ajungă la destinaţie) • Lucrează mai bine cu un număr limitat de noduri • Este mai lentă decît alte topologii • Dacă un calculator se defectează atunci toată reţeaua se „prăbuşeşte”

50. 3.3.2. Topologii de rețele Topologia Stea (Star) Este tipul de topologie de reţea în care fiecare din nodurile de reţea este conectat la un nod central, numit hub sau switch. Toate datele care sunt transmise dintre nodurile din reţea este transmis în acest nod central, care apoi sunt retransmise la unele sau la toate celelalte noduri în reţea. Această conexiune centralizată permite o conexiune permanentă chiar dacă un dispozitiv de reţea iese din funcţie. Singura ameninţare este ieşirea din funcţie a nodului central, care duce la pierderea legăturii cu toată reţeaua.