RAČUNARSKE MREŽE Osnovni pojmovi Digitalni računari su uređaji koji služe za obradu informacija koje se predstavljaju pomoću cifara binarnog brojnog sistema 0 i 1. Prema tome digitalni računari operišu diskretnim veličinama, tj. brojevima. Binarna cifra se naziva bit. Informacija predstavljena na neki formalizovani način koji omogućava čuvanje, prenos i obradu, naziva se podatak. Binarno predstavljeni podaci u računarima se sastoje od binarnih riječi. Binarna riječ je uređeni niz binarnih cifara 0 i 1 koji ima određeno značenje. Predstavljanje podataka na način koji se razlikuje od uobičajenog naziva se kodovanje. Tačnije rečeno kodovanje je operacija kojom se simboli jedne azbuke predstavljaju simbolima druge azbuke. Da bi se u računaru obavila neka obrada informacija, mora se prethodno definisati algoritam te obrade. Pod pojmom algoritam podrazumjeva se tačno određeni tok izvođenja nekog postupka koji se primjenjuje na skup podataka radi dobijanja rezultata. U računaru se algoritmi takođe predstavljaju pomoću binarnih riječi koje se u ovom slučaju nazivaju naredbama, instrukcijama ili komandama. Uređeni niz naredbi kojima je definisan neki algoritam obrade informacija naziva se program.
Struktura računara Računar se sastoji iz dva dijela: hardverskog i softverskog. Hardver predstavlja fizičke dijelove računara. Softver predstavlja programski dio, odnosno onaj dio koji upravlja obradom podataka i objedinjuje rad svih dijelova računara. Najopštije rečeno rad računara se odvija u tri etape, a to su: -unošenje podataka u računar -izvršavanje naredbi nad unijetim podacima prema programu koji je prethodno već unijet u računar -izlaz dobijenih rezultata iz računara. U funkcionalnom pogledu računar se sastoji iz tri osnovna modula: -procesora -operativne memorije -ulazno/izlaznih uređaja. Procesor i operativna memorija su obično smješteni na jednoj ploči sa štampanim vezama koja se naziva matična ploča. Ulazni i izlazni uređaji nazivaju se jednim imenom periferne jedinice (periferije). Procesor predstavlja osnovni dio računara. U njemu se izvršavaju naredbe, odnosno u njemu se realizuje obrada informacija. Često se naziva centralnom procesorskom jedinicom (CPU). Procesor se sastoji od operacione jedinice (aritmetičkologičke jedinice) i upravljačke jedinice. U operacionoj jedinici se izvršavaju aritmetičke i logičke operacije nad podacima koji se uzimaju iz operativne memorije. Up0ravljačka jedinica ispituje signale logičkih uslova i na osnovu toga generiše upravljačke signale koje šalje u operacionu jedinicu. Upravljačka jedinica organizuje i usaglašava rad svih jedinica u računarskom sistemu i to u skladu sa programom koji se nalazi u operativnoj memoriji. U upravljačkoj jedinici se nalazi i generator takta koji određuje svaki elementarni korak računara. Operacija koja se realizuje u jednom taktu naziva se mikrooperacija. Operativna memorija služi za smještanje podataka koji se obrađuju, programa po kome se obavlja obrada, kao i rezultata obrade. Sastoji se od skupa adresno organizovanih ćelija. Osnovni parametri operativne memorije su dužina adresabilne ćelije, kapacitet i vrijeme pristupa. Dužina adresabilne ćelije izražava se u broju razreda, odnosno broju bitova koji se mogu u nju smjestiti. Adresabilne ćelije su obično dužine 8, 16, ili 32 razreda, a mogu 1
biti i duže. Zato se govori o osmobitnim, 16-stobitnim i 32-bitnim računarima. Danas se najčešće koriste 32-bitni računari. Uobičajeno je da se memorijska ćelijadužine 8 razreda naziva bajt. Kapacitet operativne memorije se izražava ili brojem adresabilnih ćelija ili brojem bajtova. Veće jedinice su kilobajt, megabajt, gigabajt itd. Svaka naredna jedinica je veća od prethodne za 1024 puta. Vrijeme pristupa operativnoj memoriji definiše se kao vrijeme pristupa adresabilnoj ćeliji. Vrijeme pristupa bilo kojoj lokaciji tj. ćeliji u operativnoj memoriji uvijek je isto. Zato se kaže da operativne memorije spadaju u klasu memorija sa ravnopravnim pristupom. U okviru operativne memorije razlikuju se dvije vrste memorija: -RWM memorije -ROM memorije. RWM memoriju karakteriše mogućnost da korisnik neograničeno mnogo puta mijenja sadržaj ove memorije upisivanjem novih informacija. Često se ova memorija naziva RAM memorija. Nedostatak RWM memorije je što je izbrisiva. Odlika ROM memorije je da ima fiksan sadržaj, odnosno podaci koji su unijeti još u vrijeme njene izrade mogu se samo čitati, ali ne mogu se više brisati, niti mijenjati. Postoji vrsta ROM memorije tzv. PROM memorija u koju korisnik može sam da unese podatke. PROM memorija poslije upisivanja sadržaja postaje ROM memorija. Dalji razvoj je doveo do EPROM memorije gdje postoji mogućnost brisanja i ponovnog upisivanja podataka, a brisanje podataka se postiže posebnim putem i to kod UEPROM memorije sadržaj se briše pomoću ultraviolentne svjetlosti, dok se danas sve više koristi EEPROM memorija sa brisanjem električnim putem.
Ulazno-izlazna jedinica Komunikacija računara sa drugim sistemima ili sa čovjekom ostvaruje se putem ulazno-izlaznih jedinica. Ulazno-izlazna jedinica se sastoji od periferijskog uređaja i kontrolera. Periferijski uređaji se koriste za konverziju informacije iz oblika kojim se služi čovjek ili koji koriste drugi sistemi u oblik koji je pogodan za obradu na računaru. Kontroleri ili interfejsi služe za vezu između periferijskog uređaja i procesora, odnosno operativne memorije. U njemu se nalazi upravljačka jedinica i skup registara koji se u odnosu na funkciju dijele u tri grupe: registre naredbi, registre stanja i registre podataka. Da bi se na monitoru računara mogao predstaviti neki grafički prikaz, mora postojati odgovarajući adapter koji se naziva grafička kartica. Da bi računar mogao da vrši obradu zvuka i dinamičke slike, neophodno je u računar ugraditi odgovarajuće adaptere, tj. zvučnu karticu i video karticu. Računar se sa drugim jedinicama (tastaturom, mišem, štampačem...) ili na mrežu povezuje preko priključaka koji se nazivaju portovi.
Softver Softver, odnosno programi koje izvršava računar mogu se podijeliti u dvije osnovne grupe: -aplikativni ili korisnički softver, odnosno program -sistemski softver, odnosno program. Aplikativnim programima se nazivaju programi koje korisnik upotrebljava za rješavanje problema kojima se bavi. Aplikativne programe u principu definiše i izrađuje sam korisnik ili ih kupuje od specijalizovanih firmi za izradu softvera. Sistemski softver predstavlja skup programa koji olakšavaju vezu između korisnika i hardvera računara. U sistemske programe spadaju svi oni programi koji su stalno prisutni u računaru te korisniku omogućavaju lakše, jednostavnije i efikasnije korišćenje računara. U zavisnosti od funkcije koju obavlja sistemski softver se dijeli na: -operativni sistem ili upravljački softver -uslužni softver. Skup upravljačkih programa naziva se operativni sistem. Zadatak operativnog sistema je da korisniku omogući lako i efikasno korišćenje računara. U principu računar može da radi bez 2
operativnog sistema. Prvi računari nisu posjedovali operativni sistem, pa je zbog toga rad na tim računarima bio ekstremno složen i težak. Operativni sistem ima slojevitu, modularnu strukturu, a osnovni dio se naziva jezgro ili nukleus. Na jezgro se logički nadograđuju ostali moduli. Operativni sistemi se stalno razvijaju, čime se obezbijeđuje korisnicima sve komforniji rad i efikasniju eksploataciju računara. Uslužni softver se obično dijeli u tri grupe programa: -jezičke procesore -servisne programe -pomoćne programe i potprograme. U jezičke procesore spadaju programi-prevodioci, tj. kompajleri i interpreteri. Kompajleri i interpreteri predstavljaju programe koji prevode izvorni program u objektni program, tj. u program koji je preveden na mašinski jezik. Prilikom prevođenja izvornog programa u izvršni program koriste se uslužni programi tzv. linkeri. Čiji je zadatak da u objektni program unesu potprograme ili rezultate rada potprograma koji su navedeni u izvornom programu. U servisne programe spadaju između ostalih tzv. editori koji omogućavaju pisanje programa, programi za sortiranje podataka, programi za rukovanje datotekama, programi za prenos podataka sa jednog medijuma na drugi itd. U pomoćne programe svrstavaju se programi koje korisnik može da pozove iz neke biblioteke programa. Današnji računari se zasnivaju na fon Nojmanovoj koncepciji koju karakteriše: -programsko upravljanje, pri čemu je program smješten u operativnu memoriju -definisanje adresa operanada -sekvencijalno izvršavanje naredbi -da su naredbe i podaci istog oblika.
Pojam mreže Za dva računara se kaže da su međusobno povezana ako mogu da razmjenjuju informacije. Mreža za prenos podataka predstavlja bilo kakvu konfiguraciju više računara ili jednog računara i njegovih terminala u kojoj je moguća razmjena podataka. Povezivanjem računara u mrežu omogućava se korisniku da brzo pristupi izvorima informacija bez obzira koliko su oni fizički udaljeni od korisnika. Računarska mreža predstavlja grupu samostalnih računara koji su međusobno povezani, tj. koji mogu međusobno da razmjenjuju podatke. Kada se kaže da su računari samostalni (autonomni), to znači da između njih ne postoji odnos nadređeni-podređeni. Postavlja se pitanje da li konfiguracija koja se sastoji od jednog velikog računara i više udaljenih terminala i štampača predstavlja računarsku mrežu? Ako ovi terminali ne mogu međusobno direktno razmjenjivati informacije, već samo posredstvom centralnog računara, to znači da je ovakva konfiguracija zasnovana na principu nadređenipodređeni pa iz definicije računarskih mreža zaključujemo da ovakva konfiguracija nije računarska mreža. S druge strane u ovoj konfiguraciji, kao i u računarskoj mreži se obavlja prenos podataka što znači da se radi o mreži za prenos podataka. Dakle mreža za prenos podataka predstavlja širi pojam od računarske mreže. Svaka računarska mreža je mreža za prenos podataka, ali svaka mreža za prenos podataka nije računarska mreža. Mreža u kojoj je jedan računar centralni, tj. nadređeni dok su ostali računari podređeni naziva se prosta mreža. Mreža samostalnih računara (tj. računarska mreža) često se naziva složena mreža. Računar koji se u odnosu na centralni računar ponaša kao podređeni računar obično se zove terminal. Prosta mreža sadrži jedan centralni računar i više terminala. Centralni računar upravlja podacima koji se razmjenjuju između centralnog računara i terminala, odnosno podređenih računara. Zbog toga terminali ne mogu međusobno direktno da komuniciraju, već samo posredstvom centralnog računara. Svaki terminal u mreži predstavlja udaljenu ulaznoizlaznu jedinicu posmatranog računara. Za razliku od ulazno-izlaznih jedinica koje se nalaze
3
neposredno uz računar, te se mogu direktno uključiti u odgovarajuće interfejse, fizički udaljeni terminali se povezuju pomoću dodatne opreme. Najjednostavniji način povezivanja terminala na centralni računar je da se svaki terminal veže za po jedan ulazni port računara. Ovakva veza se naziva veza u zvijezdu ili zvjezdasta veza i predstavlja najstariji način povezivanja mreža za prenos podataka i prikazana je na sledećoj slici:
Za prostu mrežu u kojoj više udaljenih terminala koriste istu komunikacionu liniju kaže se da je višetačkasta odnosno difuzna mreža. Terminala se povezuju na zajednički kanal preko tačaka grananja kao što je prikazano na slici:
Iako ovdje veći broj terminala dijeli istu liniju veze, ovdje nije riječ o multipleksnom prenosu. Zbog toga se mora stalno voditi računa da se ne bi dogodilo istovremeno emitovanje dvije ili više poruka jer bi to izazvalo izobličenje prenošenih poruka. Zbog toga terminal smije da šalje samo kada mu centralni računar dozvoli, tj. kada ga prozove. Dva osnovna načina prozivanja su cirkularno i centralno prozivanje. U slučaju cirkularnog prozivanja centralni računar redom pita svaki terminal da li želi nešto da emituje. Prozvani terminal obavezno odgovara: ili potvrđuje da želi da emituje i emituje poruku, ili javlja da nema šta da emituje. Prozivanje se vrši u krug po listi prozivanja terminala i unaprijed utvrđenom redoslijedu. Kada treba neki terminal da se češće prozivaod drugih terminala, njegova adresa se unosi u listu prozivanja dva ili više puta. Prednost cirkularnog prozivanja je što se jednostavno realizuje. Nedostatak je što centralni računar mora da pošalje poziv terminalu i da čeka na njegov odgovor i onda kada terminal nema ništa za predaju. Centralno prozivanje omogućava da prozvani terminal, pošto potvrdi centralnom računaru da prihvata poziv i pošalje ono što ima za slanje, prozove sledeći terminal. Na taj način se štedi vrijeme, ali se sistem usložnjava jer između terminala treba obezbijediti dodatni kanal za prozivanje. Glavni nedostatak prostih mreža je to što računari u toj mreži ne mogu direktno da komuniciraju između sebe, već isključivo posredstvom centralnog računara. Ovo se riješava upotrebom složene mreže, tj. računarske mreže(ili samo mreže).
Klasifikacija računarskih mreža Računarske mreže se najčešće dijele prema: -načinu povezivanja računara u mrežu -načinu prenosa -načinu ostvarivanja putanje pri prenosu podataka (konekcione i beskonekcione mreže) -rastojanju koje premošćavaju.
4
Povezivanje računara u mrežu Način na koji je više računara međusobno povezano naziva se topologija povezivanja. Najjednostavniji način da se povežu dva računara je da se oni direktno spoje fiksnom linijom po principu veze od tačke do tačke. Ako treba međusobno povezati više računara, na prvi pogled izgleda da je najprostije da se svaki računar direktno poveže sa svim ostalim računarima. Ovakav način povezivanja naziva se topologija sa potpunim povezivanjem, a nekoliko primjera ovakve topologije je prikazano na sledećoj slici:
Direktno, odnosno potpuno povezivanje računara je često nepraktično. -ako su računari međusobno veoma udaljeni, na primjer nekoliko stotina ili hiljada kilometara, onda je izuzetno skupo postaviti fizičku liniju između njih. -sa prethodne slike se vidi da u slučaju potpunog povezivanja sa porastom broja računara naglo raste ukupan broj potrebnih linija veze. Za potpuno povezivanje pet računara potrebno je 10 linija veze, u slučaju 6 računara broj potrebnih linija veze već je 15, a za 10 računara broj linija je 45. U oipštem slučaju za direktno povezivanje N računara potrebno je 0,5N(N-1) komunikacionih linija, a svaki računar mora da ima N-1 ulazno-izlaznih portova. Zbog potrebnih kablova i zbog ulazno-izlaznih portova cijena sistema raste srazmjerno kvadratu broja povezanih uređaja, pa je jasno da topologija sa potpunim povezivanjem predstavlja neekonomično rješenje. -računar rijetko komunicira istovremeno sa svim ostalim računarima u mreži, čak u datom trenutku posmatrani računar najčešće komunicira sa jednim računarom što znači da je tada zauzeta samo jedna linija, a da su sve druge linije slobodne. Problem se može riješiti tako što će se svaki računar priključiti na telekomunikacionu mrežu. Na sledećoj slivi je prikazan način povezivanja računara preko telekomunikacione mreže:
U daljem tekstu računari koji mogu međusobno da komuniciraju nazivaju se stanice. Svaka stanica povezana je na mrežni čvor. Čvorovi se ne bave sadržajem podataka, njihov zadatak je da omoguće povezivanje kako bi se podaci od izvorišne stanice kroz mrežu prenijeli do odredišne stanice. Mreža omogućava da više stanica zajednički koriste transmisione uređaje, pa se tako znatno smanjuju troškovi u odnosu na slučaj kada svaki par stanica ima posebne transmisione uređaje. Takođe, sada je u svakoj stanici potreban samo po jedan ulazno-izlazni port. 5
Načini prenosa podataka Kada se govori o načinu prenosa podataka, potrebno je znati: -kakav je smjer prenosa (dupleksni, poludupleksni ili simpleksni prenos) -da li se prenos podataka obavlja kroz jedan kanal ili više kanala (serijski ili paralelni prenos) -kako se usaglašava rad predajnika i prijemnika (sinhroni ili asinhroni prenos) -kakva je tehnika prenosa (difuzni ili komutirani prenos)
Smjer prenosa Svaki komunikacioni sistem u najopštijem obliku sastoji seod tri osnovna elementa: -izvora informacija -prenosnog medijuma -korisnika informacija U opštem slučaju komunikacija se obavlja u oba smjera. To znači da izvor i korisnik informacija prema potrebi mjenjaju uloge. U telekomunikacijama, pa prema tome i pri prenosu podataka razlikuju se tri vrste veze: simpleksna, poludupleksna i dupleksna veza. Simpleksna veza omogućava prenos samo u jednom smjeru. Jedan uređaj je uvijek predajnik, a drugi uvijek prijemnik i oni ne mogu da zamjene uloge. Primjeri simpleksnih veza su TV programi i radio programi. Poludupleksna veza omogućava prenos u oba smjera ali ne u isto vrijeme. U jednom vremenskom intervalu jedan uređaj radi isključivo kao predajnik, a drugi kao prijemnik. U narednom intervalu oni mijenjaju svoje uloge. Primjer ovakve veze je veza policajca pozornika preko ručnih radiostanica sa policijskom centralom. Dupleksna veza omogućava istovremeno i slanje i prijem podataka. Na primjer standardna telefonska veza predstavlja primjer dupleksne veze, oba korisnika mogu istovremeno da govore. Bolji primjer ovakve veze je video telefon. Za ostvarivanje dupleksne veze u principu je potrebno imati dva para provodnika, što znači da se može smatrati da je dupleksna veza realizovana pomoću dvije simpleksne veze. Dupleksnu vezu je moguće realizovati i sa jednim parom provodnika, ali uz odgovarajuće modifikacije u odnosu na klasičnu vezu.
Paralelni i serijski prenos podataka Tokom rada digitalnih sistema informacije, predstavljene nizovima bitova stalno se kreću između pojedinih dijelova digitalnog sistema. Svi elementi digitalnog sistema moraju biti međusobno povezani kako bi se omogućio protok podataka. Prenos podataka može da bude serijski i paralelan. Ako se između predajnog i prijemnog mjesta prenos podataka vrši kroz samo jedan kanal, onda se impulsi (bitovi) moraju slati sukcesivno jedan za drugim, pa je riječ o serijskom prenosu. U današnjim telekomunikacijama prenos podataka je gotovo uvijek serijski. U računarskoj tehnici prenos je obično paralelan, radi postizanja veće brzine. To podrazumjeva da između predajnog i prijemnog mjesta postoji više kanala, što omogućava istovremeni prenos onoliko bitova koliko ima kanala. Pošto su u digitalnim sistemima podaci predstavljeni binarnim riječima, odnosno uređenim nizovima bitova, najbrži način prenošenja binarne riječi iz jednog u drugi element sistema je da se cijela riječ jednovremeno prenese.Na primjer ako su podaci dužine 1 bajt, tj. 8 bitova, za paralelan prenos između dva uređaja je potrebno da su uređaji međusobno povezani magistralom sa po 8 linija veze, odnosno sa po 8 provodnika.Paralelan prenos se koristi unutar računara. Na taj način računar može da postigne veliku brzinu obrade. Međutim paralelni prenos je veoma skup da bi se često koristio pri prenosu podataka između geografski udaljenih uređaja. 6
U slučaju serijskog prenosa podataka binarna riječ se prenosi jednom linijom veze bit po bit. Očigledno je da je serijski prenos znatno sporiji. Na primjer u navedenom prenosu riječi dužine 1 bajt, serijski prenos će trajati 8 puta duže od paralelnog prenosa podataka. Prenos podataka između terminala i računara ili između dva računara obično se vrši serijski. Da bi se binarna riječ predstavljena u obliku diskretnog električnog signala prenijela iz terminala u računar, između terminala i računara mora da postoji kanal veze. Prenos se obavlja na sledeći način: Svaki naponski nivo koji predstavlja binarnu cifru traje neko određeno uvijek isto vrijeme. Na prijemnoj strani mjeri se napon u svakom vremenskom intervalu i zavisno od vrijednosti napona, interpretira se kao binarna cifra 0 ili 1. To znači da otpremni i prijemni uređaj moraju biti sinhronizovani (koristeći generator takta) kako bi se ispitivanje napona vršilo u odgovarajućim trenucima.
Sinhroni i asinhroni prenos Predajnik može da počne da šalje podatke tek kada je prijemnik spreman da ih prima. Ako bi se prenosila samo jedna binarna riječ poznate dužine, prenos bi se uz poštovanje dogovora o brzini prenosa obavio bez problema. Međutim u stvarnosti se rijetko prenosi jedna binarna riječ već se sekvencijalno prenose nizovi binarnih riječi. Ako bi u takvom prenosu prijemnik započeo prijem samo za jedan interval vremena trajanja bita kasnije, u računar bi bili unijeti potpuno pogrešni podaci. Da bi se ovaj problem riješio koriste se dva načina prenosa podataka i to asinhroni i sinhroni. Asinhroni prenos Pri asinhronom prenosu se u grupu binarnih cifara određene dužine ubacuju dodatni bitovi i to na početku niza obično jedan bit, tzv. početni ili startni bit i na kraju niza jedan ili više bitova, tzv. krajnji ili stop-bit. Broj stop-bitova zavisi od slučaja do slučaja i obično iznosi jedan ili dva. Početni bit u slučaju asinhronog prenosa obavještava prijemnik da slijedi podatak. Startni bit je uvijek 1. Stop bit u slučaju asinhronog prenosa obavještava prijemnik da je binarna riječ završena. Pošto je startni bit 1, stop-bit će biti 0 jer on ima suprotnu vrijednost od startnog bita. Pri asinhronom prenosu ne vrši se striktna sinhronizacija rada predajnika i prijemnika, već se sinhronizacija ostvaruje putem start i stop-bita. U binarne riječi koje predstavljaju podatke u predajniku utiskuju se start i stop bitovi i prenose do prijemnika zajedno sa bitovima podataka. Na prijemu start i stop bitovi ukazuju na početak i kraj informacionih podataka.Pri asinhronom prenosu raste broj bitova koje treba prenijeti. Na primjer ako se koristi po jedan start i jedan stop bit po osmobitnoj binarnoj riječi, umjesto 8 treba prenijeti 10 bitova. Zbog toga se asinhroni prenos koristi kada se prenos obavlja na mahove, u vremenskim intervalima različitog trajanja, i kada je količina podataka koja se prenosi mala. U periodu kada nema prenosa napon koji odgovara stop-bitu biće sve vrijeme prisutan na liniji. Do promjene napona dolazi u trenutku započinjanja prenosa nove binarne riječi. I u periodu kada nema prenosa podataka i predajnik i prijemnik redovno ispituju stanje u kolu kako bi mogli da prenesu odnosno prime novu binarnu riječ čim se za tim ukaže potreba. Ovo neprekidno redovno ispitivanje kola radi otkrivanja eventualne pojave start bita obezbjeđuje sinhronizaciju između predajnika i prijemnika. Sinhroni prenos U slučaju sinhronog prenosa bitovi podataka se kontinualno prenose. Problem kako da prijemnik prepozna prvi bit prve binarne riječi je riješen dovođenjem prijemnika u korak, odnosno u sinhronizaciju sa predajnikom prije početka prenosa podataka. Brzina prenosa je fiksna, a preko linije veze obezbjeđuje se da oba uređaja rade u istom taktu. Na taj način se može identifikovati svaki pojedinačni bit. Da bi se mogla u datoj grupi primljenih podataka identifikovati na primjer neka osmobitna binarna riječ prijemnik se mora podesiti na nizove od osam bitova. Podešavanje se postiže tako što se prije započinjanja prenosa podataka vrši
7
neprekidno prenošenje znaka za sinhronizaciju. Znak za sinhronizaciju u ASCII kodu je 10010110. Predajnik neprekidno šalje ovaj znak i kada je prijemnik podešen on zna da svaki niz od osam bitova predstavlja neku poslatu binarnu riječ. Da bi se obezbijedilo da generatori takta predajnika i prijemnika ostanu u sinhronizaciji, poruka se dijeli u određeni broj blokova podataka. U svaki blok se unose dodatne upravljačke informacije, pa se ovakva struktura sastavljena od podataka i upravljačkih informacija naziva ram. Format rama zavisi od toga da li se radi o bitski orijentisanom prenosu ili o znakovno orijentisanom prenosu. Razlika između bitski i znakovno orijentisanog pristupa ogleda se u formatu rama i u interpretaciji upravljačkih informacija. U slučaju bitski orijentisanog prenosa blokovi podataka posmatraju se kao nizovi bitova. Nijedan podatak niti upravljačka informacija ne interpretiraju se u obliku osmobitnih znakova. Početak rama se označava specijalnom kombinacijom od osam binarnih cifara koja se naziva indikator. Kraj rama se označava istim indikatorom. Iza indikatora početka rama nalazi se određeni broj polja koja sadrže upravljačke informacije, potom slijedi polje podataka koje je promjenljive dužine, zatim još nekoliko upravljačkih polja i konačno ponavlja se indikator koji označava kraj rama. U slučaju znakovno orijentisanog prenosa blokovi podataka se posmatraju kao nizovi znakova i to obično osmobitnih znakova. Sinhronizacioni ili sinhro znak je specijalna binarna riječ koja prijemniku signalizira početak rama. Dužina rama može se definisati na dva načina. U jednom slučaju ram se završava takođe sinhro znakom i tada je završni sinhro znak drugačiji od sinhro znaka za početak rama. U drugom slučaju u okviru upravljačkih informacija nalazi se podatak o dužini rama izražen brojem znakova. Kad prijemnik ulovi sinhro znak saznaje kolika je dužina rama i očitava naznačeni broj znakova. Sinhroni prenos je neefikasan kada se radi o kratkim i neredovnim porukama zbog vremena koje je potrebno da se predajnik i prijemnik dovedu u sinhronizaciju. Međutim sinhroni prenos ne zahtijeva unošenje dodatnih bitova u svaku binarnu riječ. U sinhronom prenosu podataka vremensko usaglašavanje znakova između predajnika i prijemnika potpuno je sinhronizovano. Znak za sinhronizaciju se periodično prenosi preko linije veze i obezbjeđuje da oba uređaja budu u koraku jedan sa drugim. Sinhroni prenos može da ima mnogo veću propusnu moć nego asinhroni prenos zato što ne postoji potreba za slanjem startnih i stop bitova između grupa (paketa) podataka.
Difuzne mreže Difuzne mreže imaju jedan komunikacioni kanal koji koriste sve računari u mreži a dva primjera te mreže su data na sledećoj slici:
Poruke koje šalje jedan računar primaju svi ostali računari. U adresnom polju poruke naznačava se kome je poruka namjenjena. Po prijemu poruke stanica, tj. računar provjerava adresno polje i ako je poruka namjenjena nekoj drugoj stanici u mreži on je odbacuje. Difuzni sistem omogućava da se poruka istovremeno uputi svim stanicama u mreži ili određenoj grupi stanica. Način rada u kome se poruka proslijeđuje svim odredištima naziva se difuzni prenos (brodkasting). Realizuje se tako što stanica koja šalje unosi u adresno polje poruke odgovarajuću šifru na osnovu koje sve stanice u mreži znaju da je poruka njima upućena, pa 8
je prihvataju i obrađuju. Način rada u kome se poruka istovremeno upućuje jednoj grupi stanica u datoj mreži naziva se multikasting. Multikasting se realizuje tako što se u adresnom polju poruke jedna bitska pozicija rezerviše za naznaku multikastinga. Svaka stanica u mreži može da pripada jednoj ili većem broju grupa ili svim grupama koje su definisane u toj mreži. Kada se poruka pošalje određenoj grupi, ona se isporučuje svim stanicama koje pripadaju toj grupi.
Komutirane mreže Komutirane mreže su tipa od tačke do tačke. One sadrže mnoge veze između pojedinih parova računara, tj. podaci se prenose od izvorišta do odredišta kroz niz međučvorova kao što je prikazano na slici:
Zadatak čvorova je da izvrše komutaciju, tj. povezivanje kako bi se podaci iz izvorišne stanice prenijeli, idući od čvora do čvora do odredišne stanice. Čvorovi su međusobno povezani linijama kroz koje se obično prenosi multipleksovani signal. Čvorovi su u stvari specijalizovani računari koji se koriste za povezivanje dvije ili više linija (kanala) za prenos. U komutiranim mrežama poruka na svom putu od izvorišta do odredišta obično mora da posjeti više čvorova i pri tome može da koristi različite putanje. Zato komutacioni element ima zadatak da za poruke koje stižu na njegov ulaz odredi liniju po kojoj će ih uputiti dalje do sledećeg čvora. Drugim rječima, zadatak komutacionih elemenata je da izaberu putanju (rutu) po kojoj će se poruka kretati kroz mrežu. Zbog toga se ovi specijalizovani računari obično nazivaju ruteri. Pri prenosu podataka komutacija se može realizovati na tri osnovna načina i to: -komutacijom linija (kanala) -komutacijom poruka -komutacijom paketa.
Komutacija linija (kanala) U ovom slučaju se u mrežu postavlja jedna komutaciona stanica ili više njih, čiji je zadatak da poveže liniju koja dolazi od predajnika sa linijom koja ide ka prijemniku. Povezivanje se vrši na zahtijev predajnika i kada se veza uspostavi, ona traje sve dok se komunikacija između ove dvije jedinice ne završi. Na taj način se uspostavlja tzv. virtuelna linija. Najčešći primjer mreže sa komutacijom linija je telefonska mreža. Na sledećoj slici je prikazana mreža sa četiri stanice i jednom komutatorskom jedinicom.
9
Ako stanica A želi da komunicira sa stanicom B, stanica A šalje zahtjev komutatorskoj jedinici da se uspostavi željena veza. Komutatorska jedinica povezuje liniju AK sa linijom BK i tako uspostavlja liniju AB. Ova linija postoji sve dok se odvija komunikacija između stanice A i stanice B. Komutator je elektronski ili elektromehanički uređaj koji nema mogućnost pamćenja poruke i njenog kasnijeg otpremanja. Ako su sve izlazne linije zauzete, zahtjevana veza se ne može uspostaviti. Mreža sa komutacijom linija je sigurno manje pouzdana od mreže sa permanentnim linijama, tj. od mreže u kojoj je izvršeno potpuno međusobno povezivanje svih stanica. Drugi problem je da dok na primjer stanica A komunicira sa stanicom B, nema mogućnosti da stanica A primi poruku od stanice B ili stanice G, jer je linija AK jedina linija preko koje se sa stanicom A može komunicirati, a ona je zauzeta. Ipak jedan od najvećih nedostataka metode komutacije linija predstavlja dužina vremena koje je potrebno da se veza uspostavi. U odnosu na brzinu kojom računari razmjenjuju informacije, vrijeme uspostavljanja veze je suviše dugo. Čak je i u slučaju digitalne komutacije vrijeme čekanja na uspostavljanje veze veoma dugo. Određeni gubitak vremena predstavlja i vrijeme potrebno za raskidanje veze. U slučaju dugotrajne komunikacije metoda komutacije linija ima i jednu prednost a to je da kada se veza uspostavi ona se proteže s kraja na kraj prenosnog puta bez uskih grla, što znači da je brzina prenosa podataka upravo onolika koliko to linija veze dozvoljava. Linijska komutacija se rijetko koristi u mrežama sa više računara jer su komutacija poruka i komutacija paketa pogodnije.
Komutacija poruka Kada se radi o velikom broju računara koji međusobno razmjenjuju podatke, napušta se ideja o uspostavljanju i raskidanju individualnih linija, već se zahtijeva da se komunikacija obavi sa manjim brojem stalnih linija. Tehnika komutacije poruka upravo to omogućava. Ona se oslanja na određenu mogućnost obrade u svakom čvoru, pri čemu se: -prevodi, odnosno interpretira adreesa na početku poruke -pojedinačna poruka smješta u bafer, tj. privremeno se memoriše -šalje cijela poruka u računar koji je priključen na taj čvor ili se ako je potrebno šalje u drugi čvor. Prema tome svaki čvor u mreži je sposoban da memoriše i proslijedi poruku dalje. Na sledećoj slici je prikazana mreža sa četiri stanice kada je primjenjena komutacija poruke:
10
Čvor i stanica su razdvojeni. Ovo je učinjeno da bi se podvukla činjenica da sami čvorovi moraju da budu sposobni da vrše određenu obradu. Pored memorisanja i predaje, čvorovi mogu da obavljaju i još neke funkcije kao što su: -odlučivanje kojim putem će poruka da se kreće. Softver u čvoru mora da odabere putanju. U složenijim mrežama poruka se može kretati kroz veći broj čvorova, a odluka o daljem putu mora se donositi u svakom čvoru -osiguranje da svaka poruka koja se prenosi u drugi čvor u mreži tamo stiže ispravno i da prijemni čvor to potvrdi -formiranje reda čekanja -izbor alternativnih puteva kada se u mreži pojave tačke zagušenja, kako bi se izbjeglo dalje zagušenje. Čvorni procesori treba da obezbijede ravnomjeran protok poruka kroz mrežu. Problem se javlja jer su poruke različite dužine. Mogućnost prenošenja poruke bilo koje dužine dovodi do smanjenja efikasnosti mreže, posebno kada se saobraćaj sastoji od znatnog broja dugačkih poruka. Ovakve poruke mogu da blokiraju jednu ili više linija u mreži za duže vrijeme. Isto tako dugačke poruke mogu da zaguše memorijski prostor čvora, tako da čvor ne može da prihvata druge poruke. Kada čvorni računari nemaju potreban kapacitet prihvatne memorije da memorišu neku veoma dugačku poruku, takva poruka ne može da se prenese. U odnosu na komutaciju linije komutacija poruke ima mnogo prednosti kao: -smanjenje broja potrebnih linija -memorisanje poruka u čvorovima što omogućava da matične stanice koriste različite brzine prenosa podataka -mogućnost da se koriste različiti nivoi prioriteta poruka -mogućnost da čvor čuva poruku sve dok prijemnik ne bude spreman da je primi. Tehnika koja zadržava navedene prednosti, ali i premošćuje probleme izazvane dužinom poruke je tzv. komutacija paketa.
Komutacija paketa Sistemi sa komutacijom paketa memorišu i dalje šalju male pakete podataka. Svaka poruka koju matična stanica šalje u čvorni procesor dijeli se na određeni broj manjih jedinicablokova. Ove jedinice obično imaju fiksnu veličinu za datu mrežu. Ovako dobijene jedinice potom se proširuju tako što se na početak date jedinice unosi zaglavlje, a ponekad se i na kraj jedinice unosi tzv. rep, tj. završni podaci. Zaglavlje sadrži kontrolne kodove i informacije o izvoru, odredištu i nivou zaštite paketa, dok se u polju podataka nalaze korisnički podaci koje treba prenijeti. Dužina polja podataka može da varira od sistema do sistema. U nekim sistemima se dodaju završni podaci, tj. kontrolni bitovi koji se obično koriste za provjeravanje tačnosti podataka u paketu. Da bi sistem sa komutacijom paketa mogao da radi, svaki paket mora da ima odgovarajuće zaglavlje.Pošto se paketi formiraju, njihovo prenošenje kroz mrežu obavlja se na isti način kao i u sistemima sa komutacijom poruke. Čvor prima paket koji 11
dolazi i ispitivanjem zaglavlja utvrđuje da li je paket adresovan na matičnu stanicu tog čvora ili je odredište paketa neki drugi čvor. Kada je odredište drugi čvor, paket se šalje odgovarajućom putanjem koju određuje softver čvornog procesora. U čvorovima se obavljaju mnogi poslovi koji se odnose na upravljanje protokom podataka, na određivanje putanje prenosa i na sam prenos. Komutacija paketa znatno olakšava korišćenje bafer memorije u čvorovima, pošto se prenose samo male jedinice podataka. Ako treba da se prenese dugačka poruka iz matične stanice jednog čvora u drugi čvor, pošto se poruka dijeli na pakete fiksne dužine neće doći do zagušenja poi linijama za prenos, ni u čvorovima. Prednosti koje pruža komutacija paketa imaju i svoju cijenu. Prije svega ovom tehnikom mora se prenijeti veći broj podataka, jer se polje podataka proširuje informacijama smještenim u zaglavlje. Povećanjem ukupnog broja podataka koje treba prenijeti povećava se i vrijeme koje je potrebno da se poruka iz predajnika prenese u prijemnik. Pored toga tehnika komutacije paketa zahtijeva da se u čvorovima obavlja znatno više poslova.
Konekcione i beskonekcione mreže U računarskim mrežama mogu se realizovati dvije vrste usluga: -konekciono orijentisane usluge, tj. usluge sa uspostavljanjem veze -beskonekcione usluge, tj. usluge bez uspostavljanja veze. Konekciono orijentisana usluga zasniva se na principu koji se koristi u organizaciji telefonskog saobraćaja. I u slučaju mreže kada se koristi konekciono orijentisana usluga, korisnik usluge prvo uspostavlja vezu, koristi vezu i na kraju raskida vezu. Podaci dolaze u prijemnik po redosljedu po kom su poslati od predajnika. S druge strane beskonekciona usluga je modelovana prema principu poštanskog saobraćaja. Ovdje svaka poruka nosi potpunu adresu odredišta i upućuje se kroz sistem nezavisno od svih ostalih poruka. U ovom tipu usluga moguće je da poruka koja je prva poslata iz nekog razloga duže putuje, te da poruka koja je kasnije poslata prva stigne na odredište. U slučaju konekcione usluge to se ne može dogoditi. Svaku uslugu karakteriše i odgovarajući kvalitet usluge. Za neke usluge se kaže da su pouzdane jer ne dolazi do gubitka podataka. U slučaju pouzdanih usluga obično je ugrađena procedura kojom prijemnik potvrđuje dolazak svake poruke. Zbog toga dolazi do povećanja vremena prenosa, a tako i do povećanja troškova prenosa. U mnogim slučajevima se negativni efekti procesa potvrđivanja isplate, ali su u drugim nepoželjni. Prenos fajlova je dobar primjer slačaja kada je poželjna pouzdana konekciono orijentisana usluga. Nijedan ozbiljan korisnik ne bi pristao da se zbog postizanja veće brzine prenosa pri prenosu fajlova neki bitovi izgube ili da njihov redoslijed bude ispreturan. U nekim slučajevima nije prihvatljivo kašnjenje do kojeg dolazi uslijed potvrđivanja poruka. Kao primjer može da posluži prenos digitalizovanog govora. Za telefonske korisnike je bolje da čuju malo šuma sa linije ili s vremena na vrijeme po neku iskvarenu riječ nego da dođe do kašnjenja zbog čekanja potvrde. Ista je situacija u slučaju prenosa video slike kada bi zbog potvrđivanja moglo da dođe do povremenog zamrzavanja slike. Sve primjene ne zahtijevaju konekciono orijentisanu uslugu. Jedan ovakav primjer je elektronska pošta. Beskonekciona usluga se često naziva datagramska usluga. U nekim situacijama poželjna je mogućnost da ne mora da se uspostavi spoj da bi se poslala kratka poruka, ali je bitna pouzdanost. Za ove slučajeve može se obezbijediti datagramska usluga sa potvrđivanjem. Kada dobije potvrdu o prijemu pošiljalac je potpuno siguran da je pismo isporučeno onome kome je upućeno i da nije izgubljeno u putu. Postoji i tzv. usluga zahtjeva sa odgovorom kada pošiljalac šalje jedan datagram koji sadrži zahtjev (pitanje) na koji on dobija povratnu poruku sa odgovorom na svoj zahtjev (na primjer takva vrsta usluge je kada korisnik šalje pitanje nekoj biblioteci da li posjeduje određenu knjigu).
12
Telekomunikaciona mreža može da bude organizovana kao konekciona i beskonekciona. U konekcionim mrežama se prije početka prenosa poruke uspostavlja linija veze od predajnikovog čvora i kroz nju se prenosi cjelokupna poruka. Ova uspostavljena linija se zove virtuelna linija. Korišćenjem virtuelnih linija izbjegava se da se za svaki poslati paket mora ponovo odrediti putanja. Kada se veza prekine, raskida se i virtuelna linija. U beskonekcionoj mreži (naziva se i datagramska mreža) ne uspostavlja se jedinstvena linija veze, već dijelovi poruke stižu u odredište različitim putevima. U datagramskoj mreži se u čvorovima obavlja više posla nego u mreži sa virtuelnim linijama jer se za svaki paket ponaosob izračunava najpovoljnija putanja. Međutim, datagramska mreža je robusnija od konekcione mreže. Kvar nekog čvora ili prekid neke linije između dva čvora dovodi u konekcionoj mreži do prekida veze, dok se u datagramskoj mreži veza ne prekida jer se paketi u tom slučaju usmjeravaju ka odredištu nekom alternativnom putanjom koja zaobilazi mjesto kvara. U mreži sa virtuelnim linijama rjeđe dolazi do zagušenja nego u datagramskoj mreži jer se unaprijed, tj. tokom uspostavljanja veze rezervišu potrebni resursi. Kada dođe do zagušenja datagramska mreža brže reaguje. Brzina prenosa se u datagramskim mrežama smanjuje sa smanjenjem dužine paketa i to brže nego u slučaju konekcionih mreža. U svakom paketu koji prolazi kroz datagramsku mrežu mora se nalaziti kompletna adresa odredišta, a ne samo broj virtuelne linije kao u slučaju konekcione mreže. To znači da je količnik informacionih bitova i ukupnog broja bitova koje treba prenijeti manji u datagramskim mrežama nego u mrežama sa virtuelnim linijama. Smanjenjem veličine paketa smanjuje se broj informacionih bitova, a broj kontrolnih bitova ostaje isti. Zbog toga prenos date poruke traje duže što je dužina paketa manja.
Podjela mreža u zavisnosti od njihove veličine Jedan od kriterijuma za klasifikaciju mreža je i njihova veličina, pri čemu se pod veličinom podrazumjeva rastojanje koje mreža premošćava, a ne broj uređaja koji su povezani u mrežu. Po ovom kriterijumu mreža se dijele na: -lokalne mreže (Local Area Network- LAN) -gradske mreže (Metropolitan Area Network- MAN) -globalne mreže (Wide Area Network- WAN). Često je potrebno da se dvije ili više računarskih mreža međusobno povežu. Dvije ili više međusobno povezanih mreža nazivaju se internet. Najpoznatiji internet je globalna svjetska računarska mreža, tj Internet (sa velikim slovom I).
Lokalne mreže Računarska mreža koja povezuje računare međusobno udaljene najviše do nekoliko kilometara naziva se lokalna mreža. Lokalna mreža se obično formira u okviru jednog objekta i nije u javnom vlasništvu. Koristi se za povezivanje računara i radnih stanica u okviru fabrike, preduzeća, škole, zdravstvene ustanove itd. kako zbog međusobne razmjene informacija, tako i radi zajednočkog korišćenja pojedinih periferija, npr. Štampača. Lokalne mreža se razlikuju od drugih vrsta računarskih mreža po tri karakteristike: veličini, tehnici prenosa i topologiji. U lokalnim mrežama obično se prenos obavlja preko jednog kabla na koji su priključeni svi računari. Standardne lokalne mreže rade brzinama od 10 do 100 megabita u sekundi, imaju malo kašnjenje reda nekoliko desetina mikrosekundi i prave veoma malo grešaka. Novije lokalne mreže mogu da rade brzinama nekoliko stotina megabita u sekundi. Pošto su lokalne mreže obično ograničene veličinom, to je i vrijeme prenosa unaprijed poznato i za najnepovoljniji slučaj. Zbog toga je upravljanje, tzv. mrežni menadžment, lokalnom mrežom jednostavnije. 13
Gradske mreže Gradske računarske mreže u osnovi su veća verzija lokalnih računarskih mreža, pa je i njihova tehnologija slična. Gradska mreža pokriva grupu susjednih kompanija ili cijeli grad i može da bude privatna ili javna. Ona može da podržava i podatke i govor, pa čak i da bude povezana sa lokalnom kablovskom TV mrežom. Gradska mreža ne sadrži prekidačke komutacione elemente što pojednostavljuje njenu konstrukciju. Glavni razlog zbog kojeg se gradske mreže posmatraju kao posebna kategorija mreža je taj što je za njih usvojen standard koji se i primjenjuje. Taj standard je poznat kao IEEE 802.6 ili DQDB -Distributed Queue Dual Bus-. Prema ovom standardu svi računari se povezuju preko dvije jednosmjerne magistrale, odnosno kabla.
Globalne računarske mreže Globalna računarska mreža pokriva veliku geografsku oblast, često državu ili kontinent, i povezuje skup računara koji izvršavaju korisničke programe. U literaturi se ovako umreženi računar naziva host ili krajnji uređaj, a mi ćemo najčešće koristiti termin stanica. Umrežene stanice su povezane komunikacionom podmrežom. Zadatak podmreže je da prenosi poruke od stanice do stanice, slično kao što telefonski sistem prenosi riječi od govornika do slušaoca. Podmreža je u stvari drugi naziv –sinonim- za telekomunikacionu mrežu. U većini globalnih računarskih mreža podmreža se sastoji od dvije odvojene komponente: -transmisionih linija -prekidačkih, odnosno komutacionih elemenata. Kroz transmisione linije, odnosno kanale prenose se bitovi između računara. Komutacioni elementi su ustvari specijalizovani računari koji se koriste za povezivanje dvije ili više transmisionih linija. U većini WAN-ova mreža sadrži gomilu kablova ili telefonskih linija, pri čemu svaki povezuje par rutera. Ako dva rutera koji nisu međusobno povezani kablom žele da međusobno komuniciraju, očigledno je da oni to moraju uraditi indirektno, tj. preko drugih rutera. Povezivanje unutar globalne mreže može da se realizuje pomoću zemaljskih ili satelitskih radio veza. U tom slučaju svaki ruter ima antenu preko koje može da emituje i da prima poruke. Svi ruteri mogu da čuju izlazne signale iz satelita, a u nekim slučajevima mogu da čuju signale koje susjedni ruteri emituju uvis, tj. ka satelitu. Ponekad su ruteri povezani na podmrežu tipa od tačke do tačke, pri čemu samo neki od njih imaju satelitsku antenu.
Bežične mreže Danas mobilni računari predstavljaju u industriji računara segment koji ima trend najbržeg rasta. Bežična mreža ima mnogo primjena. Na primjer ljudi često žele da tokom putovanja koriste svoju portabl elektronsku opremu za slanje i primanje telefonskih poziva, faksova, elektronske pošte, za priključivanje na udaljene računare radi čitanja /pregledanja/ fajlova koji se na njima nalaze i sl. Bežične mreže i mobilni računari često su u određenoj vezi. Međutim, između njih se ne smije stavljati znak jednakosti, jer mobilni računari nisu obavezno priključeni u bežične mreže. Mobilni računari se često uključuju u žične mreže. Bežični računari nisu obavezno i portabl odnosno mobilni. Primjer za ovo je firma koja posjeduje staru zgradu koja nije kablirana /tj. u kojoj nije izvedena telefonska instalacija/, a treba umrežiti računare u toj zgradi. Instaliranje bežične LAN mreže može da bude jeftinije od izvođenja žične instalacije. Mada je lako instalirati bežičnu LAN, ona ima i određene nedostatke. Tipičan kapacitet ovih mreža je 1 do 2 Mbps, što je mnogo sporije nego u slučaju žičanih LAN-ova. Broj grešaka je znatno veći, a može doći i do interferencije poruka kada
14
dva ili više računara istovremeno emituju. Bežične mreže se javljaju u različitim oblicima, a danas se najčešće bežična mreža primjenjuje u mobilnoj telefoniji.
Komunikacioni uređaji Pored računara, u računarskim mrežama su prisutni i određeni pomoćni uređaji koji imaju zadatak da omoguće ili da učine efikasnijim prenos podataka kroz mrežu. Takvi uređaji su modem, multiplekser, koncentrator, most, preklopnik, ruter, vratnice, interfejs, kao i medijumi za prenos podataka.
Modem Pošto je računar po svojoj prirodi digitalni uređaj koji operiše digitalnim podacima, to on na izlazu generiše digitalne signale. Međutim, kroz mrežu se često prenose analogni signali. Najpoznatiji primjer je prenos digitalnih podataka kroz javnu telefonsku mrežu. Telefonska mreža jeste projektovana za prijem, komutaciju i prenos analognih signala u opsegu od 300 Hz do 3400 Hz. Standardna telefonska mreža nije podesna za prenos digitalnih signala koji dolaze iz pretplatničkih lokacija. Zbog toga se digitalni uređaji, pa prema tome i računari, povezuju na mrežu preko modema, tj. modulatora/demodulatora koji konvertuje digitalne signale u analogne signale. U slučaju telefonske mreže modemi proizvode signale u opsegu učestanosti govora. Iste osnovne tehnike služe i za modeme koji proizvode signale na višim učestanostima. Za transformisanje digitalnih podataka u analogne signale u opštem slučaju se koriste tri osnovne modulacione tehnike: -digitalna amplitudna nodulacija ili ASK -digitalna frekvencijska modulacija ili FSK -digitalna fazna modulacija ili PSK. U sva tri slučaja rezultujući signal zauzima opseg učestanosti oko nosećeg signala. ASK je osjetljiva na iznenadne promjene pojačanja i predstavlja nedovoljno efikasnu modulacionu tehniku. Na standardnim telefonskim linijama služi samo za male brzine prenosa, najviše do 1200 bps. FSK je manje podložna greškama od ASK. Na standardnim telefonskim linijama koristi se za brzine prenosa do 1200 bps. Često se koristi u radio prenosu na visokim učestanostima od 3 MHz do 30 MHz. PSK ima prednost i nad ASK i FSK, pa se koristi za prenos digitalnih podataka i to brzinama do 2400 bps. Međutim najčešće se koristi tzv. višefazna PSK. Danas se koriste modemi čije se brzine prenosa od 14,4 kbps, 28,8 kbps, 33,6 kbps ili 56 kbps.
Multiplekser Multiplekser je uređaj koji omogućava povezivanje više ulaznih linija na jednu izlaznu liniju. Njegova funkcija je da izvrši raspodjelu komunikacione linije između većeg broja korisnika te linije na unaprijed definisan način. Multiplekser se postavlja na otpremnoj strani, što znači da se pri prenosu u oba smjera sa svake strane komunikacione linije nalazi po jedan multiplekser. Uloga multipleksera je da omogući da svaki korisnik ima utisak kao da ima sopstvenu liniju veze odgovarajućeg kvaliteta. S obzirom na to da su moguća dva načina realizovanja multipleksnog prenosa, postoje i dva osnovna tipa multipleksera, kojima se vrši multipleksovanje signala: -multiplekser za frekvencijsku raspodjelu kanala -multiplekser za vremensku raspodjelu kanala. Poseban tip multipleksera za vremensku raspodjelu kanala je statistički multiplekser. Multiplekseri se obično koriste u parovima: na otpremnoj strani više signala poruka se spaja u jedna zajednički signal, a na prijemnoj strani izvodi se obrnuti postupak, tj.
15
demultipleksovanje signala: iz jedinstvenog dolazećeg signala izdvajaju se originalni signali poruka.
Multiplekser za frekvencijsku raspodjelu kanala U slučaju multipleksa sa frekvencijskom raspodjelom kanala, širokopojasna linija koja zbog veće širine propusnog opsega omogućava veliku brzinu prenosa podataka, dijeli se na niz kanala znatno užeg propusnog opsega u kojima se zbog toga prenos podataka odvija znatno sporije. Svakom korisniku se dodjeljuje jedan dio opsega učestanosti linije tako da on svoje podatke prenosi uvijek u sopstvenom frekvencijskom opsegu. Ukupan zbir pojedinačnih širina opsega svih kanala uvijek je manji od ukupne širine propusnog opsega linije. To je razumljivo jer između kanala mora postojati razmak, tzv. zaštitna zona, da ne bi došlo do miješanja signala u susjednim kanalima. Multiplekser na otpremi moduliše dolazeći signal tako da spektar modulisanog signala “upadne“ u dodjeljeni frekvencijski opseg, odnosno u dodjeljeni kanal. Prema tome, frekvencijski multiplekser vrši konverziju (pretvaranje) ulaznih signala u analogni signal, koji se prenosi do odredišta gdje se obavlja inverzna operacija: signal se demoduliše, odnosno demultipleksuje. Ako se terminali čiji se izlazi frekvencijski multipleksuju, nalaze fizički blizu onda se izlazi terminala direktno dovode na ulaz lokalnog multipleksera. Međutim, ako su terminali čiji se izlazi frekvencijski multipleksuju fizički znatno udaljeni, veza terminala sa multiplekserom se često ostvaruje preko telefonskih linija. U računarskim sistemima se koriste digitalni signali, a standardne telefonske linije su predviđene za prenos analognih signala, pa znači da se mora izvršiti digitalno-analogna konverzija signala na izlazu svakog terminala, a na ulazu u multiplekser inverzna operacija tj. analogno-digitalna konverzija signala. To znači da se u ovom slučaju u svaki kanal ponaosob mora postaviti po par modema.
Multiplekser za vremensku raspodjelu kanala U slučaju multipleksa sa vremenskom raspodjelom kanala svakom korisniku se dodjeljuje fiksni interval vremena, tzv. vremenski prozor ili slot. Podaci iz pojedinačnih vremenskih prozora se skupljaju u neprekidni niz podataka koji se prenosi kroz liniju do prijemnika. Kapacitet, tj. brzina prenosa izlazne linije mora da bude jednaka sumi kapaciteta ulaznih linija. Otpremni i prijemni multiplekser moraju da budu međusobno podešeni (tj. sinhronizovani) kako bi prijemnik u svakom trenutku znao na koji kanal, odnosno u koji dio vremenskog rama, treba da uputi prispjele podatke. Multiplekseri za vremensku raspodjelu kanala se koriste u sinhronom i asinhronom prenosu podataka. Trajanje vremenskih prozora se tako bira da može da se izvrši prenos podataka određene dužine. Nedostatak multipleksera za frekvencijsku i za vremensku raspodjelu kanala je što oni dodjeljuju kanale korisnicima bez obzira na to da li su aktivni ili ne. Jasno je da će pri slabijem saobraćaju znatan dio kapaciteta izlazne linije ostati neiskorišten.
Koncentrator Kada je stvarni saobraćaj mnogo manji od maksimalno mogućeg saobraćaja, najveći dio vremena na izlaznoj liniji je izgubljen. Prema tome, ako bi se linija dodjeljivala samo onim izvorima koji su u tom trenutku aktivni, često bi bilo moguće koristiti izlaznu liniju manjeg kapaciteta od sume kapaciteta ulaznih linija. Problem je međutim, kako da prijemnik zna iz kojeg izvora potiče prispjeli podatak. U slučaju multipleksera sa vremenskom raspodjelom kanala prijemna strana zna redoslijed ulaznih kanala, pa nije potrebno da sami podaci nose informaciju o tome iz koga izvora potiču. Upravo se zbog ove osobine multiplekser sa vremenskom raspšodjelom kanala ponekad naziva i sinhroni multiplekser. Sada se prijemniku mora na neki način proslijediti i informacija odakle, iz kog izvora potiče svaki podatak. Jedno rješenje je kada se uz svaki ulazni podatak proslijedi na izlaznu liniju i informacija o izvoru tog podatka. Drugo rješenje je da se emituje jedan dodatni vremenski prozor koji obavještava 16
prijemnik o raspodjeli sledećih n vremenskih prozora. Ovu funkciju obavlja koncentrator. Prema tome koncentrator kao i multiplekser predstavlja uređaj koji omogućava povezivanje više ulaznih linija na jednu izlaznu liniju. Osnovna razlika je u tome što koncentrator dinamički dodjeljuje liniju u skladu sa stvarnim potrebama izvora. Problem nastaje kada većina izvora, ili svi izvori počnu da emituju podatke maksimalnom brzinom, jer tada može da se dogodi da kapacitet izlazne linije ne bude dovoljan pa dolazi do gubitka nekih podataka. Zbog toga koncentrator uvijek mora da ima dodatni memorijski prostor kako bi mogao da u obično kratkim vremenskim intervalima kada na njegov ulaz stiže više podataka nego što može da se dalje emituje, privremeno memoriše podatke prije nego ih otpremi na liniju. Funkcija koncentratora je složenija od funkcije multipleksera pa zbog toga koncentrator mora da ima mogućnost memorisanja i procesiranja (obrade). Jedan tip koncentratora je tzv. multiplekser sa statističkom vremenskom raspodjelom, koji koristi i princip rada multipleksera i princip rada koncentratora.
Most i preklopnik Most je uređaj koji povezuje dvije homogene paketske mreže. On prima sve pakete iz svake mreže i kontroliše adresna polja paketa kako bi utvrdio da li se izvorišna i odredišna stanica nalaze u istoj lokalnoj mreži ili u različitim lokalnim mrežama. Ako je paket adresovan na stanicu u drugoj lokalnoj mreži, most ga privremeno memoriše i kada se za to stvore uslovi, prenosi u odredišnu mrežu, odnosno proslijeđuje odredišnoj stanici. Pomoću mosta moguće je povezati više homogenih lokalnih mreža. Preklopnik je uređaj koji obavlja istu funkciju kao i most. Most i preklopnik se međusobno razlikuju samo po broju i vrstama mreža koje mogu da povežu.
Ruter To je komunikacioni uređaj, tačnije komutacioni uređaj koji ima zadatak da izabere putanju ili rutu po kojoj će se poruka kretati kroz mrežu nastalu povezivanjem više lokalnih mreža, zbog čega je ovaj specijalizovani računar i dobio naziv. U stvari ruteri služe za povezivanje više mreža koje koriste isti skup protokola, ali koriste različite protokole u sloju pristupa mreži. Poruka na svom putu od izvorišta do odredišta prolazi kroz više mreža i njima pripadajućih rutera. Ruteri se često nazivaju i čvorovima. Zbog toga što služe za spajanje lokalnih mreža ruteri su računari koji su fizički povezani u više lokalnih mreža, pa zato imaju i više adresa. Računar koji pripada dvijema ili većem broju mreža naziva se višestruko povezan računar. Nije svaki višestruko povezani računar istovremeno i ruter. Da bi predstavljao ruter, on mora da vrši proslijeđivanje, odnosno rutiranje poruka.
Vratnice Vratnice su uređaj tj. računar koji omogućava uspostavljanje veze između dvije različite nekompatibilne mreže koje koriste različite protokolske skupove. Povezivanje se u ovom slučaju može obaviti samo u najvišem tj. u aplikacionom sloju jer ne postoji kompatibilnost protokola ni u jednom nižem sloju. Ovaj računar ima relativno malu memoriju zato što određuje putanju paketa u odnosu na odredišnu mrežu, a ne u odnosu na odredišnu stanicu. Vratnice se mogu i softverski realizovati. U tom slučaju se funkcija vratnica obavlja u okviru nekog uobičajenog hardvera: rutera, mosta ili preklopnika.
17
Interfejs Interfejs je opšti naziv kojim se označava neko rješenje, hardversko ili softversko, koje omogućava spajanje sistema različitih karakteristika radi njihovog spregnutog funkcionisanja. Na primjer posmatrajmo neki digitalni sistem A koji treba da snadbjeva podacima digitalni sistem B. Ako je brzina kojom sistem A generiše podatke veća od brzine kojom sistem B može te podatke dalje da obradi, onda se između ova dva sistema mora postaviti neki adapter, odnosno interfejs. U ovom primjeru zadatak interfejsa je da prilagodi brzinu kojom sistem A šalje podatke na brzinu kojom sistem B može te podatke da prihvati i obradi. Pošto karakteristike koje treba usaglasiti mogu da budu raznovrsne, to su i interfejsi i strukturno i funkcionalno veoma različiti. Svi uređaji o kojima je bilo riječi u ovom poglavlju predstavljaju interfejse, ali svaki ima specifičnu namjenu. Na primjer modem takođe predstavlja interfejs jer prilagođava digitalni izlaz ili ulaz nekog uređaja na analognu liniju. Nabrojani interfejsi često se označavaju kao mrežni adapteri. Kako je većina mrežnih adaptera u obliku kartica koje se umeću u odgovarajuće utično mjesto na matičnoj ploči, tzv.slot, često se nazivaju mrežne interfejs kartice.
Medijumi za prenos podataka Kao medijum u mrežama se najčešće koristi upredena parica. Ona se sastoji od dvije izolovane spiralno uvijene bakarne žice. Parica može da bude oklopljena kako bi se signal koji se prenosi zaštitio od elektromehaničkih uticaja i od uticaja radio talasa. Oklopljene upredene parice moraju da se koriste u mrežama sa velikim brzinama prenosa. Neoklopljene upredene parice češće se koriste zato što su jeftinije i zato što su obično već instalirane u poslovnim zgradama kao telefonske instalacije. Pored para žica koje se najčešće koriste kao kanal veze, u sistemima za prenos podataka koriste se i drugi medijumi sa vođenim elektromagnetnim talasom zbog toga što imaju znatno širi propusni opseg koji omogućava veći kapacitet, odnosno veću brzinu prenosa. Koaksijalni kabl se sastoji od bakarnog jezgra, bakarne mreže koja omotava jezgro i omotača. Jezgro i mreža su međusobno galvanski odvojeni, odnosno izolovani. Manje je osjetljiv na elektromagnetne smetnje od upredene parice, ali je teži za postavljanje. Talasovodi su šuplje metalne cijevi, najčešće pravougaonog presjeka, kroz koje se efikasno prenose radio-talasi različitih talasnih dužina. Optički kablovi su kablovi napravljeni od staklenih vlakana ili u optičkom smislu sličnog materijala. Signali se prenose u obliku svjetlosnih impulsa. Optički kabl ima izuzetno veliki kapacitet, imun je na spoljašnje elektromagnetne uticaje i nema preslušavanja, pa se koristi pri prenosu podataka u brzim mrežama i u telefonskim sistemima. Ima malo slabljenje u odnosu na prethodne medijume i zato omogućava premošćavanje većih rastojanja. Treba imati u vidu da pri postavljanju optičkih veza jedno vlakno služi za odašiljanje podataka, a drugo za njihov prijem. Priključivanje uređaja na optički kabl nije tako jednostavno kao kada se koriste drugi medijumi. Prenos kroz slobodan prostor – Osim kroz fizičke linije, prenos podataka se sve češće obavlja i bežičnim putem, kroz slobodan prostor. Kao bežični medijumi koriste se radio talasi, mikrotalasi, laser i infracrveni talasi. Osnovna predsnost radio talasa je da omogućavaju prenos u svim smjerovima, a krajnje stanice, tj predajnik i prijemnik, ne moraju da budu direktno vidljivi. Za globalne sisteme se koriste kratki radio talasi, dok lokalni sistemi koriste VHF ili UHF opsege. Prenos radio talasima je izuzetno osjetljiv na elektromagnetne smetnje i podložan je prisluškivanju.
18
Mikrotalasi su vrlo kratki radio talasi čija je učestanost veća od 890 MHz. Obično koriste učestanost od 2 GHz do 40 GHz. Upotrebljavaju se za veze između dvije tačke na zemlji ili za satelitske veze. Pri prenosu mikrotalasima neophodno je da predajna i prijemna tačka budu optički vidljive, tj između njih ne smije da postoji fizička prepreka. Osnovna prednost mikrotalasne tehnike je velika širina propusnog opsega. Korišćenje lasera se zasniva na mogućnosti da se uski snop svjetlosti moduliše u impulse koji predstavljaju signale podataka. Laserska tehnika omogućava korišćenje daleko šireg frekvencijskog opsega nego što imaju mikrotalasi. Laseri su osjetljivi na loše vrijeme, ali su otporni na elektromagnetne smetnje, ometanje prijema i prisluškivanje. Zahtjevaju veoma precizno usmjeravanje zraka između predajne i prijemne tačke i imaju kratak domet. Za komunikaciju se sve češće koristi i infracrvena svjetlost. Zbog velike širine frekvencijskog opsega moguće su velike brzine prenosa, ali je domet mali, najviše do nekoliko desetina metara. Infracrvena svjetlost je pogodna za komunikaciju unutar jedne prostorije, pri čemu se mora voditi računa da između otpremne i prijemne tačke nema fizičke prepreke.
PROTOKOLI Da bi dva ili više subjekata mogli međusobno da komuniciraju, neophodno je da se pridržavaju određenih pravila. Kakva će ta pravila biti zavisi od načina kako se komunikacija obavlja. Na primjer, ako razgovaraju dva policajca pozornika preko ručnih radio stanica sa poludupleksnom vezom, svaki učesnik mora da vodi računa o tome da kada šalje poruku prebaci prekidač u položaj otprema, a kada poruku prima da prekidač prebaci u položaj prijem. I pri prenosu podataka kroz mrežu neophodno je da postoji određen skup pravila ponašanja koja moraju biti poznata svim učesnicima u saobraćaju i kojih se svi moraju pridržavati. Ova pravila obuhvataju, između ostalog, način uspostavljanja, održavanja i raskidanja veze, oblik u kome se podaci prenose, određivanje prioriteta prenošenih poruka itd. Dogovorena pravila ponašanja nazivaju se protokoli. Protokolima moraju biti predviđene sve situacije do kojih može doći tokom prenosa podataka, i određeni postupci u svakoj situaciji ponaosob.
Hijerarhija protokola Zadaci upravljanja mrežom struktuirani su na sličan način kao i zadaci koje treba da izvršava operativni sistem savremenog računara. Operativni sistem predstavlja skup programa koji su tako napravljeni da olakšaju korišćenje hardvera računara. Prenos korisničkog softvera između diska i operativne memorije takođe je zadatak koji izvršava operativni sistem. Uloga operativnog sistema je da upozna korisnika sa prividnim virtuelnim računarom koji je na neki način bolji od fizičkog računara. Na sličan način mrežni, odnosno komunikacioni softver ima za cilj da poveže korisnički program sa virtuelnom računarskom mrežom koja ima više tehničkih mogućnosti od izvornog komunikacionog hardvera. Vidjeli smo da se poruka iz jednog matičnog računara u drugi računar može prenositi kroz mrežu preko različitih međučvorova u obliku paketa. Međutim, mehanizam prenosa podataka je znatno složeniji: -poruka se mora podijeliti u pakete -u svaki paket mora se unijeti zaglavlje -paketi se moraju dovesti na komunikacionu liniju kojom se prenosi niz bitova -može da bude potrebno da se izvrši modulacija -u međučvoru mora da se izvrši prijem paketa -obavezno se provjerava da nije pri prenosu došlo do greške -čvor koji je primio paket mora da potvrdi prijem čvoru iz kojeg je paket stigao itd. 19
Znači, mrežni softver odgovoran je za obavljanje mnogih poslova. Sličnost sa operativnim sistemom nalazi se u ideji slojeva. Jezgro operativnog sistema obično se sastoji od softvera za rukovanje prekidima, upravljanje indikatorima i procesima transporta. Jedan spoljašnji nivo koristi ove funkcije u sistemu upravljanja memorijom. Ovo se koristi u sledećem spoljašnjem nivou na kome se vrši ulaz u računar i izlaz iz računara. Mrežni softver je sačinjen na sličan način. Broj, sadržaj i nazivi slojeva različiti su u različitim mrežama. Aktivni elementi u svakom sloju nazivaju se entiteti. Entitet može da bude softverski ili hardverski. Entiteti koji se nalaze u istom sloju, ali na različitim računarima, nazivaju se entitetski parovi.
TROSLOJNI MODEL Najuopštenije govoreći može se reći da komunikacije obuhvataju tri elementa: aplikacije (programe), računare i mreže. Jedan primjer aplikacije je prenos fajlova. Aplikacije se izvršavaju na računarima koji često mogu da podržavaju ne jednu, već više istovremenih aplikacija. Računari su povezani u mreže, a podaci koji treba da se razmjene prenose se pomoću mreže od izvora do odredišta. Tako transfer podataka iz jedne aplikacije u drugu uključuje dolazak podataka u računar u kome se nalazi aplikacija i onda njihov unos u namjeravanu aplikaciju unutar računara. Imajući na umu ovakav koncept, izgleda prirodno da se komunikacioni zadatak organizuje u tri relativno nezavisna sloja. To su: -sloj pristupa mreži -sloj transporta -sloj aplikacija. Sloj pristupa mreži se bavi razmjenom podataka između računara i mreže na koju je računar priključen. Otpremni računar mora da dostavi mreži adresu odredišnog računara kako bi mreža mogla da odredi putanju podataka do odgovarajućeg odredišta. Otpremni računar može da želi da traži izvjesne pogodnosti, kao što je na primjer, prioritet, koje mreža može da pruža. Specifični softver koji se koristi u ovom sloju zavisi od tipa mreže koja se koristi. Različiti standardi su razvijeni za mreže komutirane linijama, porukama, paketima, za lokalne mreže i za druge mreže. Zbog toga ima smisla odvojiti ove funkcije koje se bave pristupom mreži u poseban sloj. Na taj način preostali dio komunikacionog softvera koji se nalazi iznad sloja pristupa mreži ne mora da vodi računa o osobinama mreže koja se koristi. Često je prisutan zahtijev da razmjena podataka bude pouzdana. To znači da bismo htjeli da budemo sigurni da će svi podaci stići u odredišnu aplikaciju i da će stići po istom redoslijedu po kome su i poslati. Mahanizmi koji obezbjeđuju pouzdanost suštinski su nezavisni od prirode aplikacija. Zbog toga ima smisla skupiti ove mehanizme u zajednički sloj koji koriste sve aplikacije, a to je sloj transporta. Konačno, sloj aplikacija sadrži logiku koja je potrebna za podržavanje različitih korisničkih aplikacija. Za svaku različitu vrstu aplikacije, na primjer za prenos fajlova, potreban je poseban modul koji je svojstven toj aplikaciji. Funkcija svakog sloja je da obezbijedi usluge za sloj iznad sebe. Usluga je skup operacija koje posmatrani sloj izvršava za sloj iznad sebe. Entiteti u sloju N obezbjeđuju usluge sloju N+1. Sloj N se tada naziva isporučilac usluge, a sloj N+1 korisnik usluge. Radi izvršenja svoje usluge sloj N može da koristi usluge sloja N-1. Naravno, jedan sloj može da obavlja ne samo jednu uslugu, već više vrsta usluga. Na sledećoj slici su prikazana tri računara povezana u mrežu: SLIKA 4.1 iz knjige
20
Radi uspješne komunikacije svaki entitet u ukupnom sistemu mora da ima svoju jedinstvenu adresu. U stvari potrebna su dva nivoa adresovanja. Svaki računar u mreži mora da ima svoju mrežnu adresu kako bi mreža mogla da isporuči podatke onom računaru kome su upućeni. Takođe svaka aplikacija u računaru mora da ima svoju adresu koja je jedinstvena unutar računara, kako bi sloj transporta mogao da isporuči podatke onoj aplikaciji kojoj su namjenjeni. Ove adrese aplikacija smještaju se u posebno polje zaglavlja i nazivaju se tačke pristupa uslugama odnosno SAP. Znači svaka aplikacija pojedinačno pristupa uslugama u sloju transporta. Generalno viši sloj može da pristupi uslugama koje mu nudi niži sloj na određenim mjestima u sloju N, a to su SAP tačke, odnosno tačke pristupa uslugama. Na sledećoj slici je prikazan način na koji uzajamno komuniciraju moduli koji se nalaze u istom sloju, ali na različitim računarima.
Oni to čine pomoću protokola. Protokol je skup pravila ili konvencija koji upravlja načinom na koji dva entiteta sarađuju pri razmjeni podataka. Protokoldetaljno definiše upravljačke funkcije koje treba da se obave, formate i upravljačke kodove koji se koriste u ovim funkcijama i procedure koje dva entiteta moraju da slijede. Pratimo korak po korak jednu jednostavnu operaciju. Pretpostavimo da jedna aplikacija (tj program), povezana sa SAP1 na računaru A želi da pošalje poruku drugoj aplikaciji, koja je povezana sa SAP2 na računaru B. Aplikacija u računaru A uručuje poruku svom sloju transporta sa naredbom da je pošalje u SAP2 na računaru B. Sloj transporta uručuje poruku sloju pristupa mreži koji naređuje mreži da pošalje poruku u računar B. Da bi se moglo upravljati ovom operacijom, moraju se pored korisničkih podataka, prenijeti i upravljačke informacije. Radi lakšeg rukovanja blokom podataka sloj transporta mora da izlomi ovaj blok u manje dijelove. Svakom od ovih dijelova sloj transporta dodaje transportno zaglavlje koje sadrži protokolske upravljaćke informacije. Kombinacija podataka iz prethodnog višeg sloja i upravljačkih informacija naziva se protokolska jedinica podataka ili PDU. Sledeći korak sloja transporta je da proslijedi svaku protokolsku jedinicu podataka u sloj mreže uz instrukciju da je prenese u odredišni računar. Između svakog para susjednih slojeva nalazi se po jedna interfejs. Interfejs određuje koje operacije i usluge nudi niži sloj višem nivou. Kada se prilikom projektovanja mreže odluči koliko će mreža imati slojeva ili šta će svaki sloj da obavlja, jedan od najvažnijih zadataka je definisanje međuslojnih interfejsa. Interfejsi treba da omoguće što bezbolniju zamjenu postojeće implementacije datog sloja nekom potpuno drugačijom implementacijom. Skup slojeva i protokola predstavlja arhitekturu mreže. Arhitektura mreže ne obuhvata specifikaciju interfejsa, kao ni detalje implementacije, jer oni nisu spolja vidljivi, tačnije, skriveni su unutar računara. Nije neophodno da interfejsi na svim računarima u mreži budu isti, dovoljno je da svaki računar može korektno da koristi svoje protokole. Skup protokola koje koristi određeni sistem naziva se protokolski stek. Ne treba pomisliti da se neki problem obavezno rješava samo u jednom sloju. Ima problema koji su prisutni u nekoliko, pa čak i u svim slojevima, što znači da se rješavaju u svakom sloju.
21
OSI REFERENTNI MODEL Ovaj model se bazira na prijedlogu koji je razvila Međunarodna organizacija za standarde ISO kao prvi korak ka međunarodnoj standardizaciji protokola koji se koriste u različitim slojevima. Zadatak referentnog modela je da omogući da svi računari, bez obzira na tip i operativni sistem, mogu međusobno da komuniciraju ako se pridržavaju definisanih standarda. Model je nazvan ISO OSI referentni model jer se bavi povezivanjem tzv. otvorenih sistema, tj. sistema koji su otvoreni za komunikaciju sa drugim sistemima. Obično se radi kratkoće naziva OSI model. OSI model ima sedam slojeva: 1-fizički sloj 2-sloj veze 3-sloj mreže 4-transportni sloj 5-sloj sesije 6-sloj prezentacije 7-korisnički sloj. Do toga da model ima sedam slojeva došlo se primjenom sledećih principa: -slojeve treba napraviti na mjestima na kojima je potreban različit nivo apstrakcije -svaki sloj treba da izvršava dobro definisanu funkciju -pri izboru funkcije svakog sloja treba voditi računa o međunarodno standardizovanim protokolima -granice slojeva treba odabrati tako da se minimizuje informacioni protokol kroz interfejs -broj slojeva treba da bude dovoljno veliki da se različite funkcije ne moraju bez potrebe nalaziti u istom sloju, a dovoljno mali da arhitektura ne postane glomazna. FIZIČKI SLOJ je zadužen za transport „sirovih“ bitova kroz komunikacioni kanal. Zadatak projektanta je da obezbjedi da kada se sa jednog kraja pošalje bit 1, da se na drugom kraju i primi bit 1, a ne bit 0. Ovdje se postavljaju pitanja: koliko volti treba koristiti za predstavljanje logičke jedinice, a koliko za predstavljanje logičke nule, koliko mikrosekundi treba da traje svaki bit, da li prenos može simultano (jednovremeno) da se odvija u oba smjera, kako se uspostavlja inicijalna (početna) veza, kako se veza raskida, koliko pinova (konektorskih iglica) ima mrežni konektor i kako se koristi koji pin. Dakle, ovdje se radi sa mehaničkim, električnim i proceduralnim interfejsima i sa fizičkim transmisionim medijumom koji leži ispod fizičkog sloja. Primjeri protokola ovog sloja su RS-232 protokol i neki dijelovi X.21 protokola. SLOJ VEZE obavlja svoj zadatak tako što predajnik rastavlja ulazne podatke u ramove podataka, čija je tipična veličina od nekoliko stotina do nekoliko hiljada bajtova, sekvencijalno (tj serijski) prenosi ove ramove i obrađuje ramove potvrđivanja kojima prijemnik javlja predajniku da je primio poslati ram podataka. Pošto fizički sloj samo prihvata i prenosi mlaz bitova bez obzira na značenje ili strukturu, to sloj veze ima zadatak da formira i prepoznaje granice rama. To se može postići tako što se na početak i na kraj rama dodaje specijalna kombinacija bitova. Kako ova kombinacija bitova može da se slučajno javi i unutar podataka, to se mora voditi posebna briga da se ona u tom slučaju ne interpretira kao granica rama. Prema tome, sloj veze se bavi prenosom blokova podataka duž jedne linije, tj. između dva susjedna čvora. On koristi tehničke mogućnosti sloja 1 (fizički sloj) i uz to rastavlja poruku u manje segmente (blokove), umeće oznake za početak i za kraj bloka, detektuje i koriguje greške pri prenosu bloka i obezbjeđuje da se nijedan blok „ne izgubi“ na liniji.Erupcija šumana liniji može u potpunosti da uništi ram. U tom slučaju softver sloja veze na izvorišnom računaru može da retransmisuje (da ponovo pošalje) ram. Višestruki prenos
22
istog rama stvara mogućnost da se ramovi dupliraju. Sloj veze je taj koji razrješava probleme koji su prouzrokovani oštećenjem, gubitkom ili dupliranjem ramova. Drugi problem koji se javlja u sloju veze je kako obuzdati brzi predajnik da ne preplavi podacima sporiji prijemnik. Mora se upotrijebiti neki mehanizam za regulisanje saobraćaja koji bi omogućio da predajnik zna koliko u tom trenutku ima u prijemniku slobodnog memorijskog prostora. Ako linija može da se koristi za prenos u oba smjera, dolazi do nove komplikacije sa kojom mora da se bavi softver sloja veze. Difuzne mreže imaju u sloju veze dodatni zadatak: kako kontrolisati pristup kanalu koji se dijeli između više korisnika, tj. koji koristi više računara. Ovim problemom se bavi poseban podsloj sloja veze, tzv. podsloj za pristup medijumu. SLOJ MREŽE se bavi upravljanjem i kontrolom rada podmreže. Podmreže je sastavljena od više različitih mreža. Ključni zadatak pri projektovanju ovog sloja je da se odredi način kako da se paketi „rutiraju“, tj. kako da se paketima odredi putanja od izvorišta do odredišta. To može da se radi na više načina. Putanje, odnosno rute, mogu da se baziraju na statističkim tabelama koje su „ožičene“, tj. unaprijed unijete u mrežu i rijetko se mijenjaju. One takođe mogu da se determinišu (određuju) na početku svake komunikacije. Konačno, određivanje putanja može da bude visoko dinamičko tako da se putanja determiniše iznova za svaki paket u zavisnosti od trenutnog opterećenja mreže. Kada je u podmreži istovremeno prisutno previše paketa, oni u prenosu smetaju jedan drugom i stvaraju usko grlo. Zadatak sloja mreže je i da upravlja ovako nastalim zakrčenjem. Često se u sloj mreže ugrađuje obračunska funkcija. Softver mora da broji koliko je paketa ili slovnih znakova ili bitova poslao svaki korisnik kako bi mogao da napravi račun. Kada paket na putu do odredišta mora da prođe kroz dvije ili više mreža, pojavljuje se mnogo problema. Na primjer druga mreža može da koristi drugačiji način adresovanja od prethodne. Takođe, druga mreža može da uopšte ne prihvati paket jer je suviše veliki. Da bi se omogućilo povezivanje mreža, očigledno je da sloj mreže mora da prevaziđe sve ove probleme. U difuznim mrežama problem određivanja putanja je jednostavan, pa je sloj mreže često „tanak“ ili čak i ne postoji. Kada se računari nalaze u istoj lokalnoj mreži, što znači da između njih postoji fizička veza, sve zadatke ovog sloja mreže preuzima sloj veze. TRANSPORTNI SLOJ – Osnovna funkcija transportnog sloja je da: -prihvati podatke iz sloja sesije -podijeli ih, ako treba, na manje jedinice -propusti ih u sloj mreže -osigura da svi dijelovi tačno stignu na drugi kraj, tj na odredište. Sve ovo mora da se efikasno obavi, i to na način koji izoluje gornje slojeve od neizbježnih promjena hardverske tehnologije. U normalnim uslovima transportni sloj stvara, pravi posebnu mrežnu konekciju za svaku transportnu konekciju koju zahtijeva sloj sesije. Ako transportna konekcija zahtijeva veliku propusnu moć, transportni sloj može, međutim da napravi višestruke mrežne konekcije i da raspodjelom podataka na više mrežnih konekcija poboljša prtok podataka. Transportni sloj, takođe, određuje koju vrstu usluge pruža sloju sesije i konačno korisnicima mreže. Najpopularnija vrsta transportne konekcije je tačka-tačka kanal bez grešaka, koji isporučuje poruke ili bajtove po redoslijedu po kome su poslati. Međutim, druge moguće vrste transportnih usluga su transport izolovanih poruka bez garancije o redoslijedu isporuke i difuzni prenos poruka većem broju odredišta. Transportni sloj je istinski sloj od kraja do kraja, od izvora do odredišta. Drugim riječima, program na izvorišnom računaru vodi konverzaciju sa istim programom na odredišnom računaru koristeći zaglavlja poruka i upravljačke poruke. Mnoge stanice su multiprogramirane, što ima za posljedicu da iz svake stanice ulazi i izlazi više konekcija. Zbog toga je potrebno da postoji način da može da se kaže koja poruka pripada kojoj konekciji. Transportno zaglavlje je jedino
23
mjesto u koje može da se smjesti ta informacija. Radi multipleksovanja više poruka u jedan kanal transportni sloj mora da vodi računa o uspostavljanju i raskidanju konekcija duž mreže. Takođe mora da postoji mehanizam za regulisanje protoka informacija tako da brz računar ne može da preplavi odnosno zaguši sporiji računar. Takav mehanizam se naziva upravljanje protokom i ima ključnu ulogu u transportnom sloju. SLOJ SESIJE omogućava korisnicima na različitim računarima da između sebe uspostave sesiju (komunikaciju). Sesija omogućava običan prenos podataka, kao što čini i transportni nivo, ali i poboljšane usluge koje su korisne u nekim primjenama. Sesija se može koristiti da omogući korisniku da se prijavi i uključi u udaljeni sistem radi obrade na njemu ili radi prenosa fajla između dvije stanice. Jedna od usluga sloja sesije je vođenje (upravljanje) kontrole dijaloga. Sesije mogu da dozvole da se saobraćaj istovremeno odvija u oba smjera ili da u datom trenutku ide samo u jednom smjeru. Ako saobraćaj može da se u datom trenutku odvija samo u jednom smjeru, sloj sesije može da vodi računa o tome kada je čiji red emitovanja. Sloju sesije pripada i usluga koja se naziva upravljanje žetonom. Za neke protokole od suštinskog je značaja da obe strane ne pokušavaju istovremeno istu operaciju. Da bi upravljao ovim aktivnostima, sloj sesije obezbjeđuje takozvane žetone. Žeton je specijalni upravljački ram i samo ona strana koja posjeduje žeton može da izvrši kritičnu operaciju. Druga usluga koju pruža sloj sesije je sinhronizacija. Posmatrajmo situaciju do koje može doći kada se vrši prenos fajla između dva računara, ali je tokom prenosa došlo do prekida transfera zbog nekog kvara. Pošto je prenos prekinut, trebalo bi kompletan transfer fajla početi iz početka. Međutim, opet se može dogoditi da dođe do prekida prenosa. Da bi eliminisao ovaj problem (tj da ne bi moralo da se sve radi iz početka), sloj sesije omogućava da se unutar podataka ubace kontrolne tačke. Ako sada dođe do prekida, ne ponavlja se prenos podataka od početka fajla, već od posljednje kontrolne tačke. SLOJ PREZENTACIJE izvršava određene funkcije za koje ima opravdanja da se, pošto se dovoljno često zahtjevaju, pronađe opšte rješenje, a ne da svaki korisnik ponaosob rješava te probleme. Suprotno svim nižim slojevima koji se bave sigurnim kretanjem bitova od jedne do druge tačke, sloj prezentacije se bavi sintaksom i semantikom prenošene informacije. Tipičan primjer usluge sloja prezentacije predstavlja kodovanje na standardno usvojen način. Većina korisničkih programa ne bavi se slučajnim nizovima binarnih cifara, već konkretno na primjer imenima ljudi, datumima, količinom novca, fakturama itd. Ovi podaci su, dakle, predstavljeni kao nizovi slovnih znakova, cijeli brojevi, brojevi sa fiksnom ili pokretnom tačkom. Različiti računari koriste različite kodove za predstavljanje alfanumeričkih podataka, cijelih brojeva itd. Da bi se omogućila komunikacija između računara koji koriste različite kodove, struktura podataka koji se razmjenjuju može se definisati na apstraktan način zajedno sa standardnim kodovanjem koje se koristi na liniji. Sloj prezentacije upravlja ovim apstraktnim strukturama podataka i konvertuje ih iz oblika koji se koristi unutar računara u standardni oblik koji se koristi u mreži i obrnuto. U ovom sloju se obavlja kompresija i dekompresija podataka, kao i šifrovanje i dešifrovanje. Kompresija je tehnika koja omogućava da se data količina informacija predstavi manjom količinom podataka, tj da se originalni niz bitova predstavi kraćim nizom. Dekompresija je inverzni postupak kojim se komprimovani skup podataka konvertuje u originalni oblik. Šifrovanje je postupak zaštite podataka kojim se onemogućava da se razumije poruka ako se ne poznaje primjenjeni kod. Dešifrovanje je postupak konvertovanja šifrovane poruke u prvobitni razumljivi oblik. KORISNIČKI ILI APLIKACIONI SLOJ sadrži niz protokola koji se najčešće koriste. Uzmimo za primjer situaciju u kojoj se nalazi editor punog ekrana koji radi u mreži u kojoj
24
postoji mnogo različitih tipova terminala, svaki sa različitim izgledom ekrana, različitim kretanjem kursora, različitim naredbama za brisanje i umetanje teksta itd. Jedan od načina kako može da se riješi ovaj problem je da se definiše apstraktni „virtuelni mrežni terminal“ za koji mogu da se napišu editori i drugi programi koji će sa njim da rade. Da bi se rukovalo svakim tipom terminala, potrebno je napisati dio softvera koji će preslikavati funkcije virtuelnog mrežnog terminala u funkcije realnog, stvarnog terminala. Na primjer, kada editor pokreće kursor virtuelnog terminala u gornji lijevi ugao, ovaj softver mora da stvarnom terminalu zada ispravan niz komandi kako bi kursor na ekranu stvarnog terminala takođe otišao na traženu poziciju. Cijeli softver virtuelnog terminala nalazi se u korisničkom sloju. Druga funkcija aplikacionog sloja je prenos fajlova. Različiti sistemi fajlova koriste različite konvencije nazivanja (imenovanja) fajlova, različite načine predstavljanja redova teksta itd. Pri prenosu fajlova između dva različita sistema moraju se razrješiti problemi koji nastaju zbog navedenih, ali i drugihnekompatibilnosti. Taj zadatak rješava se u korisničkom sloju. Ovaj sloj se bavi i elektronskom poštom, ulazom u udaljeni posao, pregledom direktorijuma i drugim tehničkim mogućnostima opšte i posebne namjene. Fizički sloj, sloj veze, sloj mreže i sloj transporta su pod kontrolom operativnog sistema, dok su preostala tri viša sloja pod kontrolom projektanta aplikacije, odnosno programa. PROTOKOL SLOJA VEZE HDLC HDLC predtavlja jedan od najčešće korišćenih protokola sloja veze koji se koriste pri sinhronom prenosu. Primjenjuje se u mnogim mrežama. Svoju veliku popularnost ovaj protokol je stekao zato što zadovoljava široku lepezu zahtjeva. Koristi se kako u vezama tipa od tačke do tačke, tako i u višetačkastim vezama, u poludupleksnom i u dupleksnom radu, u slučajevima kada su računari u mreži ravnopravni i kada među računarima postoji odnos nadređeni-podređeni. Dozvoljava korišćenje svakog koda, tj korisnik može da koduje podatke koji se prenose na bilo koji način. Sadrži 48 bitova upravljačkih informacija što ga čini veoma efikasnim jer minimizuje odnos upravljačkih bitova i bitova poruke. Na primjer, ako je poruka koju treba prenijeti dugačka 1000 bitova, dužina HDLC rama je 1000 + 48 = 1048 bitova, što znači da se ukupno vrijeme prenosa podataka povećava za samo (48/1048) * 100 % = 4,58%. HDLC protokol, takođe obezbjeđuje visoku pouzdanost prenosa jer raspolaže moćnim procedurama za otkrivanje grešaka. Da bi zadovoljio različite nabrojane zahtjeve, HDLC protokol definiše: 1-tri vrste stanica -primarna stanica je odgovorna za upravljanje vezom i ona prdstavlja nadređenu stanicu. Ramovi koje proizvodi primarna stanica nazivaju se naredbe -sekundarna stanica radi pod kontrolom primarne stanice. Drugim rjećima, sekundarna stanica predstavlja podređenu stanicu. Ramovi koje proizvodi sekundarna stanica nazivaju se odgovori -kombinovana stanica kombinuje karakteristike primarne i sekundarne stanice, te može da proizvodi i naredbe i odgovore. Prema tome, kombinovana stanica predstavlja samostalnu, odnosno autonomnu stanicu. 2-dvije konfiguracije veze -nebalansirana konfiguracija sastoji se od jedne primarne stanice i jedne ili više sekundarnih stanica. Koristi se u vezama od tačke do tačke i u višetačkastim vezama. Podržava i poludupleksni i dupleksni prenos -balansirana konfiguracija se sastoji od dvije kombinovane stanice. Koristi se samo u vezama od tačke do tačke. Podržava i poludupleksni i dupleksni prenos 3-tri načina (moda) rada pri prenosu podataka
25
-normalni mod odgovora predstasvlja nebalansiranu konfiguraciju. Primarna stanica inicira prenos podataka u sekundarnu stanicu, ali sekundarna stanica može da prenese podatke samo kao odgovor na prozivku primarne stanice. Ovaj mod se koristi u slučajevima kada je na računar priključeno više terminala pri čemu računar proziva svaki terminal ponaosob -asinhroni balansni mod predstavlja balansiranu konfiguraciju. Bilo koja kombinovana stanica može da inicira prenos ne tražeći dozvolu od neke druge kombinovane stanice. Ovaj mod omogućava efikasnije korišćenje dupleksne veze od tačke do tačke pošto nema gubljenja vremena na prozivanje sagovornika -asinhroni mod odgovora predstavlja, kao i normalni mod odgovora, nebalansiranu konfiguraciju. Međutim, u ovom modu sekundarna stanica može da inicira prenos bez eksplicitne dozvole primarne stanice. To znači da sekundarna stanica može da pošalje odgovor ne čekajući naredbu za slanje odgovora. Primarna stanica zadržava odgovornost za kontrolu linije, otkrivanje grešaka i raskid logičke veze. Ovaj mod se rijetko koristi. Ovako širok spektar zahtjeva moguće je ostvariti zahvaljujući pozicionoj strukturi rama. HDLC protokol spada u grupu bitski orijentisanih protokola, čija je struktura rama prikazana na slici:
Ram je sastavljen od niza polja pri čemu svako polje ima posebno značenje i ima fiksan položaj u okviru rama. Početak i završetak rama definisani su posebnim osmobitnim indikatorom tj. binarnom kombinacijom 01111110. Adresno polje je od posebnog značaja na linijama na kojima ima više stanica. U slučaju veza tipa od tačke do tačke polje adrese, u stvari nije ni potrebno, ali se zbog jednoobraznosti strukture rama zadržava i ponekad se koristi za razlikovanje naredbi od odgovora. Upravljačko polje se koristi za redne brojeve, za potvrđivanje prijema i sl. U okviru upravljačkog polja mogu sae definisati potpolja u koja se smještaju odgovarajuće upravljačke informacije. Polje podataka može da bude proizvoljne dužine. Međutim, sa povećanjem dužine polja podataka opada efikasnost kontrolnog zbira jer se povećava vjerovatnoća pojave većeg broja grešaka. Polje indikatora početka rama, adresno polje i upravljačko polje se jednim imenom nazivaju zaglavlje, dok se polje kontrolnog zbira i polje indikatora kraja rama označavaju kao rep ili završni podaci. HDLC definiše tri vrste ramova: informacione ili I ramove, nadzorne ili S ramove i nenumerisane ili U ramove. Ove tri vrste ramova imaju upravljačka polja različitih formata. Ako je prvi bit u upravljačkom polju 0 riječ je o I ramu. Ako su prva dva bita 10 radi se o S ramu, a kombinacija 11 označava U ram. Informacioni ramovi sadrže korisničke podatke koje treba prenijeti. Nadzorni ramovi se koriste za kontrolu protoka i za kontrolu grešaka. Nenumerisani ramovi omogućavaju neke dodatne funkcije vezane za upravljanje vezom. Polje provjere tačnosti podataka omogućava da se na osnovu primjenjenog algoritma na prijemu sa znatnom vjerovatnoćom utvrdi da li je tokom prenosa došlo do pojave greške. PROTOKOL SLOJA MREŽE X.25 U mrežama sa komutacijom paketa stanice moraju da podatke koje žele da pošalju rastave u manje jedinice, u pakete. U paketima se pored korisničkih podataka, nalaze i upravljačke informacije koje služe za komunikaciju stanice sa mrežom. Kada dvije stanice međusobno komuniciraju, na otpremnoj strani mora da se obave dvije konverzije. Prvo se korisnikova informacija mora transformisati u signal podataka. Tu operaciju obavlja koder izvora. Potom se, prije izlaska na liniju signal podataka mora konvertovati u signal koji je pogodan za prenos
26
kroz dati medijum. Tu funkciju realizuje linijski koder. Na prijemnoj strani mora se obaviti inverzan postupak: signal koji dolazi sa linije mora se pretvoriti u signal podataka, a ovaj potom u korisnikovu informaciju. Ove operacije se realizuju u linijskom dekoderu i u dekoderu izvora. Komunikacija između stanice i mreže se odvija preko tri sloja: -protokola fizičkog sloja -protokola sloja veze -protokola sloja mreže. Protokoli fizičkog sloja i sloja veze regulišu kretanje podataka između stanice i mreže. Osnovni zadatak protokola sloja mreže je da obezbijedi prenos podataka između stanica. Ova usluga se može obaviti kao: -konekciono orijentisana usluga (prenos preko virtuelnih linija) -beskonekciona usluga (datagramska usluga). Pored ovog osnovnog zadatka, protokol sloja mreže mora da realizuje kontrolu protoka, kontrolu grešaka, multipleksovanje i još neke usluge. Kontrola protoka se mora obavljati u oba smjera. Mreža mora da se zaštiti od zagušenja, a da bi se to postiglo mora se omogućiti da se ograniči protok paketa iz stanice u mrežu. Međutim, potrebno je da i prijemna stanica može da kontroliše brzinu kojom joj mreža dostavlja pakete. Pošto stanica i čvor pored podataka razmjenjuju i upravljačke informacije, neophodno je da postoji neki oblik kontrole grešaka kako bi se osigurao korektan prijem upravljačkih informacija. Stanica je u opštem slučaju povezana sa mrežom jednom fizičkom linijom. Često stanica želi da u isto vrijeme ima vezu sa više drugih stanica. Da bi po jednoj fizičkoj liniji moglo da se održava više istovremenih konekcija, neophodno je koristiti postupak multipleksovanja. X.25 mreža može da bude javna ili privatna. Standard X.25 je konekciono orijentisan i podržava i virtuelne komutirane linije i virtuelne permanentne linije. Virtuelna komutirana linija se stvara onda kada jedan računar pošalje paket u mrežu tražeći da se pozove udaljeni računar. Korisnici koji razmjenjuju poruke imaju utisak kao da je virtuelna linija direktna fizička člinija koja ih spaja. Kada se jednom uspostavi veza, paketi se mogu slati i oni uvijek stižu na odredište po redoslijedu slanja. X.25 vrši kontrolu protoka kako bi obezbijedio da brzi predajnik ne preplavi, odnosno ne zaguši spori ili već zauzeti prijemnik. Permanentna virtuelna linija se koristi na isti način kao i komutirana linija, ali se ona unaprijed uspostavlja prema dogovoru između korisnika i davaoca usluge. Permanentna linija je uvijek prisutna, pa za njeno korišćenje nije potreban poziv. Ona je analogna iznajmljenoj liniji. Standard X.25 obuhvata tri sloja: fizički sloj, sloj veze i paketski sloj. X.25 standard je razvijen prije OSI modela i zato se ne uklapa u potpunosti u OSI model. Obično se tri sloja X.25 standarda izjednačavaju sa prva tri sloja OSI modela, što nije potpuno tačno. Istina, slojevi 1 i 2 u X.25 standardu potpuno odgovaraju slojevima 1 i 2 u OSI modelu. Međutim, paketski sloj obavlja i neke poslove od kraja do kraja mreže, a to više odgovara transportnom protokolu. S druge strane, paketski sloj ne obuhvata sve funkcije transportnog protokola da bi se mogao izjednačiti sa slojem transporta u OSI modelu. LOKALNE RAČUNARSKE MREŽE Lokalnim mrežama se nazivaju računarske mreže koje pokrivaju oblast čiji prečnik nije veći od nekoliko kilometara. Međutim, ovu uobičajenu definiciju lokalne mreže treba modifikovati. Danas se u nekim slučajevima lokalne mreže koriste za povezivanje računara koji su međusobno udaljeni i po nekoliko desetina kilometara. Prema tome rastojanja koja premošćuju lokalne mreže nisu njihova bitna karakteristika. Zbog toga je promjenjena i definicija lokalne mreže. Po novoj definiciji lokalnom mrežom se smatra svaka ona računarska mreža koja radi na drugom OSI sloju, tj. u sloju veze. Lokalne mreže su gotovo
27
uvijek paketske difuzne mreže, što znači da postoji jedan kanal veze i da svi računari u mreži imaju pristup tom kanalu. Mnogo rjeđe se lokalna mreža projektuje na principu prenosa od tačke do tačke. U tom slučaju svi računari su međusobno povezani posebnim linijama. U difuznoj mreži, tj. u kanalu koji ima više pristupa, osnovni problem je kako kada postoji više interesanata odrediti kome od njih da se dodjeli kanal. Zamislimo slučaj u kome je više telefona povezano tako da svako može da govori i da može svakog da čuje. Velika je vjerovatnoća da će kada jedan od učesnika prestane da govori, dvojica ili više sagovornika početi istovremeno da govore. Zbog toga mora među učesnicima da postoji neki dogovor ili kako se to u slučaju mreža kaže, mora postojati odgovarajući protokol. Postoji mnogo protokola, od kojih svaki ima i dobrih i loših strana, koji u slučaju kanala sa više pristupa određuju kome će se sledećem računaru dodjeliti kanal. Ovi protokoli se nalaze u sloju veze. Prirodu lokalne mreže određuju tri faktora: -medijum kroz koji se obavlja prenos -topologija mreže -protokol za pristup medijumu.
MEDIJUMI KOJI SE KORISTE U LOKALNIM MREŽAMA U lokalnim mrežama mogu se koristiti sve vrste medijuma. Upredena parica se često koristi zbog niske cijene i zbog toga što se obično instalira u objekte još u toku njihove izgradnje, što veoma pojednostavljuje i modifikovanje lokalne mreže. Mada se obično koristi za male brzine prenosa, sa upredenom paricom mogu se postići brzine do nekoliko megabita u sekundi. Koaksijalni kabl je znatno skuplji, ali ima mnogo bolje performanse od upredene parice. Prije svega, koaksijalni kabl ima veći kapacitet, što omogućava veći protok podataka, zatim dozvoljava da se u mrežu poveže veći broj stanica i omogućava prenos na veća rastojanja. Koaksijalni kabl omogućava prenos na veća rastojanja. Koaksijalni kabl omogućava dvije vrste prenosa: u osnovnom opsegu i u transponovanom, tj. širokopojasnom opsegu. Pri radu u osnovnom opsegu postoji samo jedan kanal veze, tj. cjelokupni propusni opseg kabla služi za prenos samo jednog signala, odnosno jedne poruke. Pri radu u transponovanom opsegu obično se, uz pomoć multipleksa sa frekvencijskom raspodjelom kanala, koristi veći broj kanala, a to omogućava istovremeni prenos više međusobno nezavisnih signala, odnosno poruka. Kada su potrebne vrlo velike brzine prenosa, koristi se optičko vlakno, jer ima daleko veći kapacitet od koaksijalnom kabla. Ono se sve više koristi i u lokalnim mrežama i pored određenih tehničkih ograničenja koja nisu još u potpunosti prevaziđena, zbog čega su i troškovi instaliranja još uvijek znatni. Optičko vlakno, odnosno optički kabl posebno je podesan za veze tipa od tačke do tačke. Medijum može da bude i slobodan prostor, tj. lokalne mreže mogu da budu i bežične. Tada se prenos obavlja slobodnim prostiranjem elektromagnetnih talasa. Lokalne mreže mogu da rade u osnovnom opsegu i u transponovanom opsegu. Lokalna mreža radi u osnovnom opsegu onda kada se za prenos koriste digitalni signali. Digitalni signali se na liniji pojavljuju u obliku naponskih impulsa. Bez obzira na kom mjestu se u medijum unosi, signal se prostire u oba smjera do krajeva linije, gdje biva apsorbovan. Lokalne mreže koje rade u osnovnom opsegu obično rade na brzinama od 1 do 10 megabita u sekundi. Mogu da pokriju samo kraća rastojanja, prečnika obično oko jednog kilometra. Maksimalni broj stanica u mreži se kreće zavisno od tipa medijuma, od nekoliko desetina do dvije-tri stotine. Za lokalnu mrežu se kaže da radi u transponovanom opsegu ako se za prenos digitalnih podataka koriste analogni signali. U ovom slučaju se može koristiti multipleks sa frekvencijskom raspodjelom kanala. Propusni opseg medijuma može se podijeliti na kanale određene širine. U poređenju sa prenosom u osnovnom opsegu, sada se prenos može obavljati 28
na znatno većim rastojanjima, reda desetina kilometara. Za razliku od prenosa u osnovnom opsegu, u slučaju prenosa u transponovanom opsegu signal u medijumu može da se prostire samo u jednom smjeru. To je zato što kod pojačavača ulaz i izlaz ne mogu da mjenjaju uloge, pa pojačavač propušta signale date učestanosti samo u jednom smjeru. Da bi se omogućilo da emitovani signal stiže do svih stanica u mreži, očigledno je potrebno obezbijediti dvije putanje. Problem se može riješiti na dva načina: 1-obe stanice emituju na jednoj učestanosti (na f1), a primaju na drugoj učestanosti (f2). Emitovani signal na učestanosti f1 prostire se u jednom smjeru linije na čijem kraju se nalazi „završni sklop“. U ovom slučaju to je uređaj koji konvertuje dolazeću učestanost f1 u učestanost f2 i reemituje u suprotnom smjeru signal učestanosti f2. Konvertor učestanosti može da bude analogan ili digitalan 2-sve stanice i emituju i primaju na istoj učestanosti f 1. Jasno je da su u ovom slučaju potrebne dvije linije veze, npr.dva kabla. Sve stanice emituju po jednoj otpremnoj liniji, a primaju po drugoj, prijemnoj liniji. Završni sklop je pasivni konektor koji povezuje otpremnu i prijemnu liniju. Lokalnme mreže koje rade u osnovnom opsegu su jeftinije i u tehničkom pogledu jednostavnije od mreža koje rade u transponovanom opsegu, ali imaju manji prečnik, i broj stanica koje se mogu uključiti u mrežu je manji. Širokopojasne lokalne mreže su tehnički složenije i teže se instaliraju i održavaju upravo zato što kroz njih može da se odvija veoma raznovrstan saobraćaj po mnogo kanala. Takođe treba imati na umu da u širokopojasnim sistemima signal od izvorišta do odredišta u prosjeku prelazi dva puta duži put, pa je i prosječno kašnjenje uslijed konačne brzine prostiranja signala u ovim mrežama dva puta veće, nego u mrežama koje rade u osnovnom opsegu.
TOPOLOGIJA LOKALNIH MREŽA Topologija u obliku prstena U slučaju topologije u obliku prstena mreža se sastoji od skupa repetitora, tj. interfejsova, spojenih linijama od tačke do tačke koje formiraju zatvorenu petlju (slika ispod ). Tako svaki repetitor pripada dvjema linijama u prstenu.
Repetitor je relativno jednostavan uređaj koji po jednoj liniji prima podatke, a po drugoj ih odmah šalje, bit po bit, istom brzinom kojom ih i prima. Prenos je simpleksan, tj. podaci se prenose samo u jednom smjeru. Sve linije unutar prstena su orjentisane u istom smjeru, tako da podaci kruže po prstenu ili u smjeru kazaljke na satu (kao na slici) ili u obrnutom smjeru. Svaka stanica povezana je na mrežu preko repetitora. Dakle, svaki repetitor, osim što predstavlja aktivni element prstena, služi i kao tačka priključivanja stanice na mrežu.
29
Da bi mreža u obliju prstena mogla da funkcioniše, mora se obezbjediti način kako da se podaci: -unesu u mrežu . –iz mreže prebace u odredišnu stanicu i -uklone iz mreže. Ove poslove obavljaju repetitori. Iz stanice koja emituje podaci se na mrežu unose kroz repetitor na koji je ta stanica priključena. Podaci se emituju u obliku ramova, odnosno paketa. Iz mreže se podaci prebacuju preko repetitora u odredišnu stanicu na sledeći način. Svaki ram sadrži polje izvorišta, polje odredišta, kao i polja za upravljačke informacije i za korisničke podatke. Ram kruži po prstenu i kada naiđe na repetito, kopira se sadržaj polja adrese odredišta. Stanica koja je vezana za taj repetitor ispituje prispjelu adresu odredištai, ako utvrdi da je ram njoj upućen, kopira preostali dio rama. Dakle, svaka stanica pored koje prolazi ram ispituju adresu odredišta rasma kako bi provjerila da li je ram njoj upućen. Samo ako utvrdi da je ram njoj upućen, tj. da je ona odredišna stanica, ona kopira sadržaj rama, tj. podatke, u svoju prihvatnu memoriju, a sam ram nastavlja dalje da putuje po prstenu. Pošto prsten predstavlja zatvorenu petlju, to bi ram, prema do sada rečenom, mogao neograničeno dugo da kruži po prstenu. Jasno je da se to ne smije dozvoliti, a jedini način da se sprječi jeste da se ram na neki način ukloni iz prstena. Na prvi pogled najlakše bi bilo da se ram apsorbuje u repetitoru odredišne stanice. Mađutim, ovo rješenje nije dobro. Uklanjanje rama može se obaviti i u repetitoru izvorišne stanice, pošto je ram obišao pun krug. Kada se utvrdi da se ram opet našao u repetitoru izvorišne stanice, ram se apsorbuje. Ali sada izvorišna stanica zna, ima potvrdu, da je taj ram, pošto je napravio pun krug, sugurno prošao i kroz odredište, tj. očigledno je da se ram nije zagubio negdje na putu. Da je ram apsorbovan u odredištu, izvorišna stanica ne bi imala ovakvu automatsku potvrdu prijema rama u odredištu: u tom slučaju odredišna stanica morala bi da pošalje izvorištu poseban ram—potvrdu o prijemu. Pošto je više računara povezano u prsten, jasno je da mora postojati neka logika upravljanja kako redosljedom po kome stanice mogu emitovati, tako i dužinom vremena emitovanja svake stanice. Drugim rječima, potrebna su neka pravila tj. protokoli koji definišu kada i kako se ramovi unose u prsten i koji presuđuju kada se istovremeno više stanica želi da emituje. Broj repetitora u prstenu ogrančen je upravo zbog kašnjenja koje unosi svaki repetitor. Zavisno od medijuma koji se koristi maksimalni broj repetitora iznosi nekoliko desetina do dvije tri stitine. U mrežama sa topologijom u obliku prstena mogu se koristiti sve vrste medijuma. Uporedna parica često se koristi zbog niske cijene i zbog toga što se obično instalira još tokom izgradnje zgrada. Kada su potrebne veće brzine prenosa i kada treba mreža da obuhvata veći broj repetitora, koristi se koaksijalni ili optički kabl. Od vrste korišćenog medijuma ne zavisi samo brzina prenosa, već i maksimalno dozvoljeno rastojanje između repetitora, kao i dozvoljeni broj repetitora. Negativna strana topologije u obliku prstena je što kada dođe do prekida jedne linije ili do kvara jednog repetitora, cijela mreža ispada iz rada. Ovaj problem može se riješiti odgovarajućom modifikacijom prstena. S obzirom na to da funkcionisanje prstena ne zavisi od stvarne trase linija koje povezuju repetitore, to se u prsten može ubaciti tzv. koncentrator linija prstena, preko koga sada idu sve linije između repetitora (slika). Na prvi pogled izgleda da se radi o topologiji u obliku zvijezde, pa se ova modifikacija ponekad naziva i topologija u obliku zvijezde-prstena. Sada se lokacija kvara u mreži lako otkriva: u mrežu se unosi poruka i prati se dokle ona stiže bez problema. Rele za premošćavanje koje se nalazi u svakom repetitoru obično se prebacuje u koncentrator linija. Ako dođe do kvara rele, automatski premošćava svoj
30
repetitor, a neispravni segment se može odvezati i popraviti. Na taj način prekid jedne linije, ili kvar jednog repetitora, ne prouzrokuje prekid rada cijele mreže, već samo dotičnog repetitora i njegove stanice. Lokalna mreža može se sastojati i od više prstenova, međusobno povezanih mostom. Most usmjerava ramove podataka iz jednog prstena u drugi prsten na osnovu adrese u ramu. Sa fizičke tačke gledišta svaki prsten radi nezavisno od ostalih prstenova koji su priključeni na most. Sa logičke tačke gledišta most obezbjeđuje putanju između dva prstena. U konfiguraciji sa mostom kvar na nekom prstenu dovodi do ispadanja iz rada samo djela mreže. Kvar u mostu ne ometa saobraćaj unutar prstenova. Upotreba mosta ima i svoju cijenu jer više nije moguće jednostavno automatsko potvrđivanje izvorištu da je poslati ram stigao u odredište.
Topologija u obliku magistrale Mreže sa topologijom u obliku magistrale predstavljaju višetačkaste mreže jer u njima više uređaja dijeli jednu komunikacionu liniju ( slika) . u ovoj topologiji je svaka stanica povezana preko odgovarajućeg hardverskog interfejsa direktno na medijum, tj. na magistralu. Emisija iz bilo koje stanice prostire se duž medijuma u oba smjera i mogu je primiti sve ostale stanice. Na krajevima linije nelaze se tzv. krajnje tačke, a u mreži sa topologijom u obliku prstena ne postoje te krajnje tačke.
Kao i kada se radi o topologiji prstena i ovdje je emisiona jedinica ram, odnosno paket koji sadrži adrese i korisničke podatke. Ram se kreće kroz medijum i stiže do svih stanica u mreži. Svaka stanica stalno posmatra medijum, odnosno ramove koji pored nje prolaze i kopira sadržaj rama koji je njoj upućen, dok ostale ignoriše. Kada ram stigne na kraj magistrale, on se jednostavno apsorbuje u krajnjoj tački. Uklanjanje rama iz mteže sa magistralom mnogo je jednostavnije nego u slučaju mreža sa topologijom u obliju prstena. Pošto sve stanice koriste zajedničku liniju za prenos, to je u datom trenutku moguće uspješno emitovanje samo jedne stanice. Zbog toga je neophodno regulisanje načina pristupa medijumu za prenos, odnosno mora da postoji neki mehanizam koji razrješava probleme nastale kada dvije ili više stanica u istom trenutku žele da emituju.
31
U lokalnim mrežama sa magistralom koriste se dvije tehnike prenosa: u osnovnom opsegu i u transponovanom opsegu. U osnovnom prenosu vrši se prenos digitalnih signala, a u transponovanom opsegu prenos analodnih signala. Zbog višetačkaste prirode topologije u obliku magistrale javlja se nekoliko problema: ako dođe do prekida linije u bilo kojoj tački, nijedna stanica u mreži ne može niti da emituje niti da prima podatke. Kompletna mreža je van funkcije. Navedimo još dva problema koja mora da se riješe u mrežama sa topologijom u obliku magistrale. Prva teškoća je kako da se odredi kada koja stanica može da emituje. U vezama tipa „od tačke do tačke“, tj. kada su na medijum priključene samo dvije stanice, to je prost zadatak. Ako je linija dupleksna, obje stanice mogu istovremeno da emituju. Ako je linija poludupleksna, potreban je jednostavan mehanizam koji obezbjeđuje da dvije stanice čekaju na svoj red za emitovanje. Druga teškoća odnosi se na uravnoteženje, odnosno balansiranje prenosa. Kada dva uređaja razmjenjuju podatke po kanalu, snaga signala u predajniku mora se podesiti da bude u nekim granicama. S jedne strane, emitovani signal mora biti dovoljno jak da, poslije slabljenja kroz kanal, do prijemnika stigne signal dovoljne snage. Signal, takođe, mora biti dovoljno jak kako bi se zadržao odgovarajući odnos signal/šum. Otuda se može pomisliti da je bolje ukoliko je snaga emitovamog signala veća, međutim, signal ne smije da bude ni suviše jak da ne bi preopterećivao kolo predajnika i tako doveo do pojave harmonika i drugih neželjenih signala. Uravnoteženje prenosa se lako postiže u vezama tipa „od tačke do tačke“, ali nije nimalo jednostavno u višetačkastim linijama.
Topologija u obliku stabla
Topologija u obliku stabla predstavlja generalizaciju topologije u obliku magistrale, pa sve što je rečeno za topologiju u obliku magistrale važi i ovdje. Stablo počinje u tački koja se naziva čeoni završetak. Iz čeonog završetka polazi jedna ili više grana, svaka grana može dalje da se grana pa topologija u obliku stabla može da bude dosta složena. I ovdje se emisija iz bilo koje stanice prostire kroz medijum, tako da mogu da je prime sve druge stanice u mreži. Kao i u slučaju mreže sa magistralom i ovdje se ramovi apsorbuju u krajnjim tačkama.
Topologija u obliku zvijezde U ovoj topologiji svaka stanica direktno je povezana sa zajedničkim centralnim preklopnikom. Primjer korišćenja ove veze je slučaj kada se koristi tehnika komutacije linija. Međutim, topologija u obliku zvijezde koristi se i u paketskim difuznim lokalnim mrežama. U ovom slučaju svaka stanica vezuje se na centralni čvor, tzv. zvjezdastu spojnicu, preko dvije veze od tačke do tačke, po jedne za prenos u svakom smjeru. Emisija iz bilo koje stanice ulazi u centralni čvor i odatle se retransmituje po svim izlaznim linijama. Mada ova topologija fizički predstavlja zvijezdu, ona je logički mreža sa magistralom jer emisiju iz bilo koje 32
stanice primaju sve druge stanice. Zbog toga u datom trenutku samo jednastanica smije da emituje. Jasno je zato da su tehnike upravljanja pristupom medijumu koje se koriste u topologiji paketskih mreža u obliku zvijezde iste kao i u slučaju mreža sa magistralom. Koriste se dva tipa zvjezdastih spojnica: pasivni i aktivni tip. Pasivna zvjezdasta spojnica jednostavno elektromagnetno spaja linije tako da se bilo koji dolazeći signal fizički prenosi na sve izlazne linije. U aktivnoj spojnici bitovi koji stižu po nekoj ulaznoj liniji prvo se regenerišu, a zatim šalju na sve izlazne linije. Mogu se koristiti bilo koji medijumi sa vođenim elektromagnetnim talasima bez obzira na tip spojnice. Pasivna zvjezdasta spojnica obično se primjenjuje kada se koristi uskopojasni koaksijalni kabl ili optičko vlakno, a aktivna zvjezdasta spojnica u slučaju prenosa po neoklopljenoj upredenoj parici.
PROTOKOLI ZA PRISTUP MEDIJUMU U difuznim mrežama ključni problem je kako u slučajevima kada postoji više interesanata odrediti kome od njih da se dodjeli linija, odnosno kanal. Pošto postoji samo jedan kanal zajednički za sve stanice u mreži, ako dvije stanice ili više stanica istovremeno emituju, doći će do oštećenja ramova, odnosno paketa prozrokovanog njihovim potpunim ili djelimičnim preklapanjem. Ova pojava se naziva kolizija. Vrijeme koje je potrebno da se prenese ram fiksne dužine naziva se vrijeme trajanja rama. Da ne bi došlo do kolizije, neophodno je da tokom vremena trajanja jednog rama nije poslat nijedan drugi ram. Kada god dva rama pokušaju da u isto vrijeme zauzmu kanal, dolazi do kolizije i oba rama će biti pokvarena. U zavisnosti od toga kako se obavlja dodjela kanala difuzne mreže se mogu podijeliti na: -mreže sa statičkom dodjelom kanala -mreže sa dinamičkom dodjelom kanala. U slučaju statičke dodjele kanala vrijeme se dijeli na diskretne intervale, pa se koristi tzv. algoritam u krug koji dozvoljava svakoj stanici da emituje samo onda kada dođe red na nju. Odmah se uočava osnovni nedostatak statičke dodjele kanala: ako tokom vremenskog intervala koji joj je dodjeljen stanica nema šta da emituje, kanal u tom vremenu ostaje neiskorišćen. Dinamička dodjela kanala može da bude: -centralizovana -decentralizovana. U slučaju centralizovane dodjele kanala postoji mehanizam koji, kada više stanica želi da emituje presuđuje koja će stanica dobiti pristup kanalu, tj. koja će steći pravo da emituje u sledećem vremenskom intervalu. Ovaj mehanizam radi tako što prihvata zahtjeve stanica koje traže dozvolu da emituju i onda na osnovu nekog internog algoritma, odlučuje kojoj stanici treba dodjeliti kanal. U metodi decentralizovane dodjele kanala ne postoji mehanizam za arbitražu, već svaki računar sam odlučuje da li će i kada će da emituje. Na prvi pogled izgleda da ovakav pristup uvijek dovodi do haosa, ali se pokazalo da to nije tako. Poznati su mnogi algoritmi za dodjelu kanala sa višestrukim pristupom, a najpoznatiji su: -Aloha -CSMA protokoli -protokoli bez kolizije -protokoli sa ograničenom konkurencijom -bežični LAN protokoli.
33
ALOHA Osnovna ideja sistema Aloha je pustiti korisnike da emituju kada god imaju šta da emituju. Pošto dolazi do kolizije, ramovi koji su u koliziji biće uništeni. Osobina difuznog prenosa je da postoji povratna veza: predajnik može da kao i svi ostali korisnici sluša kanal. Na taj način predajnik može osluškujući kanal saznati da li su njegovi ramovui uništeni ili nisu. U slučaju LAN-ova povratna veza je zbog malog rastojanja praktično trenutna, ali kada je prenos preko geostacionarnog satelita, postoji kašnjenje. Više od pola sekunde prođe od trenutka emitovanja do momenta kada predajniksazna da li je prenos uspio ili nije. Ako je ram uništen, predajnik čeka neko vrijeme, pa ga ponovo šalje. Vrijeme čekanja mora biti slučajno, a u protivnom isti ramovi će ponovo dolaziti u koliziju. Sistemi u kojima više korisnika dijeli zajednički kanal na način na koji može da dovede do konflikta nazivaju se sistemi sa konkurencijom. U ovakvim okolnostima broj kolizija je veliki a iskorišćenje kanala je ispod 20%. Ako se vrijeme razdjeli u diskretne intervale tzv. slotove, pri čemu svaki slot odgovara jednom ramu, udvostručava se kapacitet Aloha sistema. Iako stanice mogu da emituju kada god to one požele, ne vodeći računa o tome šta u tom trenutku rade ostale stanice u mreži, može se postići iskorišćenje kanala od gotovo 40%. Ovako modifikovani sistem se naziva diskretna Aloha. Diskretna Aloha zahtjeva da se korisnici slože o granicama slota, tj. da se obezbijedi sinhronizacija. Jedan od načina da se postigne sinhronizacija je da postoji posebna stanica, koja kao takt generator emituje poseban impuls tzv. „pip“ impuls na početku svakog intervala.
CSMA protokoli Ako se želi da se postigne bolje iskorišćenje kanala nego u slučaju Aloha sistema, mora se promijeniti strategija: stanice ne mogu da emituju kada to one požele, ne obazirući se šta ostale stanice u mreži rade. Drugim rječima svaka stanica mora da „osluškuje“ šta se događa u kanalu kako bi otkrila šta rade druge stanice i da svoje ponašanje usaglasi sa radom ostalih stanica u mreži. Ppostoji više ovih protokola a tri osnovna su: -perzistentni (stalni) CSMA -neperzistentni CSMA -CSMA sa detekcijom kolizije. Perzistentni CSMA protokol funkcioniše na sledeći način: Kada stanica želi da emituje ona prvo „osluškuje“ kanal kako bi utvrdila da li u tom trenutku emituje neka druga stanica. Ako je kanal zauzet, stanica čeka dok kanal ne bude prazan. Kada stanica ustanovi da je kanal prazan, ona emituje ram. Ako dođe do kolizije stanica čeka neko vrijeme i to slučajan interval vremena i sve počinje iznova. U slučaju neperzistentnog CSMA protokola stanica koja hoće da emituje takođe ispituje da li je kanal slobodan. Međutim, ako je kanal zauzet, perzistentni CSMA protokol neprekidno ispituje kanal dok ne utvrdi da je slobodan. Neperzistentni CSMA protokol ima drugačiji pristup: kada utvrdi da je kanal zauzet, čeka neki slučajni period vremena, pa tek potom ponovo ispituje da li je kanal slobodan. Dakle neperzistentni CSMA protokol ne ispituje neprekidno kanal kako bi ga prisvojio čim postane slobodan, već to radi u slučajnim vremenskim intervalima. U poređenju sa perzistentnim CSMA protokolom neperzistentni protokol omogućava bolje iskorišćenje kanala, ali se to plaća dužim kašnjenjem. CSMA/CD protokol, odnosno CSMA protokol sa detekcijom kolizije unosi još jedno poboljšanje: stanice prekidaju emitovanje čim otkriju koliziju. Ako dvije stanice utvrde da je kanal prazan i počnu istovremeno da emituju, one će vobe gotovo istovremeno otkriti koliziju. Međutim, umjesto da završe emitovanje svojih ramova koji su u svakom slučaju zbog kolizije oštećeni, obe stanice će u slučaju CSMA/CD protokola prekinuti onog trenutka kada otkriju koliziju. Na taj način se postiže ušteda u vremenu i kapacitetu, odnosno u količini prenijetih 34
podataka. CSMA/CD protokol se može nalaziti u jednom od tri stanja: u stanju konkurisanja, u stanju emitovanja ili u stanju praznog hoda.
IEEE standardi Standard IEEE 802.3 se odnosi na difuzne lokalne mreže koje koriste perzistentni CSMA/CD protokol. Eternet je jedan od perzistentnih CSMA/CD protokola. Dužina eternet rama je promjenljiva i kreće se u intervalu od 64 bajta do maksimalno 1564 bajta. Ram se sastoji od osam polja: preambule koja služi prijemniku za sinhronizaciju sa predajnikom, polja za oznaku početka rama, polja adresa odredišta i izvorišta, polja u kome se specifikuje dužina polja podataka, polja podataka koje je promjenljive dužine (0 -1500 bajtova), polja dopune pomoću kojeg se postiže da nijedan ram ne bude kraći od 64 bajta ni onda kada je polja podataka kraće od 46 bajtova i polja za provjeru ispravnosti primljenih podataka. Osnovni nedostaci standarda 802.3 su što se može dogoditi da stanica proizvoljno dugo čeka na dozvolu da pošalje ram i što ne može da se uspostavi prioritet saobraćaja. Standard IEEE 802.4 definiše lokalnu mrežu koja se naziva magistrala sa žetonom. Fizički ova mreža predstavlja mrežu sa magistralom, ali je logički organizovana u obliku prstena. Svaka stanica zna adrese svog lijevog i desnog „logičkog“ a ne fizičkog susjeda. Može da emituje samo stanica koja posjeduje žeton i zato u mreži ne može doći do kolizije. Žeton je specijalni upravljački ram koji stanica može da drži i da emituje samo neko određeno vrijeme, a potom mora da ga proslijedi dalje. Po završetku emisije ili po isteku dozvoljenog vremena stanica šalje žetonsvom neposrednom logičkom susjedu sa nižom adresom. Ako nema šta da emituje, stanica odmah šalje žeton dalje, svom logičkom susjedu. Magistrala sa žetonom omogućava četiri nivoa prioriteta saobraćaja. Format magistrale sa žetonom je drugačiji od formata rama 802.3. Ram 802.4 ima takođe osam polja, ali su njihove funkcije djelimično drugačije, a ni dužine polja koja imaju istu funkciju nisu iste. Pored polja preambule koje ima istu funkciju kao i u ramu 802.3, tu su polja početnog i završnog ograničavača (označavaju granice rama), polje upravljanja (služi za razlikovanje ramova podataka od upravljačkih ramova), polja adresa odredišta i izvorišta, polje podataka ( može biti dugačko od 0 do 8182 bajta) i polje za provjeru ispravnosti prispjelih podataka. Za razliku od protokola 802.3 u kome nema potrebe za upravljačkim ramovima, u protokolu 802.4 postoji više tipova upravljačkih ramova čije su osnovne funkcije: proslijeđivanje žetona, dozvola za ulazak nove stanice u logički prsten i dozvola stanici da napusti prsten. U IEEE standardu 802.5, tzv prstenu sa žetonom, žeton je dugačak tri bajta i kruži po prstenu dok ga ne prisvoji neka stanica koja želi da emituje. Pošto cijeli žeton mora da stane u prsten i da po njemu kruži, kašnjenje (koje je posljedica konačne brzine prostiranja signala i kašnjenja koje nosi svaka stanica) mora da bude toliko da to omogući. Prilikom prisvajanja žetona (tj njegovog uklanjanja iz prstena) invertuje se jedan bit u ramu žetona te se tako žeton transformiše u tri bajta rama podataka. Kada stanica emituje posljednji bit poruke, ona regeneriše žeton i vraća ga u prsten. Stanica može da drži žeton neko unaprijed ogranićeno vrijeme. U slučaju saobraćaja slabog intenziteta žeton u prstenu sa žetonom najveći dio vremena kruži duž prstena i samo ga povremeno prisvaja po neka stanica. U slučaju jakog saobraćaja dozvola za emitovanje ravnomjerno rotira duž prstena: čim jedna stanica završi emitovanje i regeneriše žeton, prva sledeća stanica ga prisvaja. Ram podataka prstena sa žetonom ima devet polja: polje početnog i polje završnog ograničavača označavaju početak i kraj rama, polje upravljanja pristupom, polje upravljanja ramom, polha adrese odredišta i izvorišta, polje podataka (čija dužina nije striktno ograničena izuzev time da se stanici omogući da emituje cijeli ram tokom vremena držanja žetona), polje za provjeru ispravnosti primljenih podataka i polje statusa rama. U prstenu sa žetonom obično prvi bit napravi pun krug i vrati se u izvorište prije nego što je emitovan cijeli ram. Zato otpremna stanica mora
35
tokom emitovanja i da prazni prsten. I u prstenu sa žetonom kao i u magistrali sa žetonom, može da se odvija saobraćaj različitog prioriteta. Za razliku od magistrale sa žetonom koja obezbjeđuje jednakost svih stanica bez obzira na stepen prioriteta ramova, prsten sa žetonom je pogodanza saobraćaj visokog prioriteta, dok stanice koje emituju ramove niskog prioriteta mogu neograničeno dugo da čekaju na dozvolu da emituju. Klijent-server lokalna mreža se sastoji od više personalnih računara ili programa, tzv klijenata i jednog ili više posebnih računara ili programa, tzv servera. Zadatak servera je da nadgleda funkcionisanje mreže i da pruža usluge klijentima, tj da za njih obavlja određene poslove. Zato server računar ima znatno jači procesor i veću memoriju od klijenata. Mrežni operativni sistemi omogućavaju da umreženi računari zajednički koriste postojeće resurse. Jedna grupa mrežnih operativnih sistema podržava mreže ravnopravnih računara, a druga grupa podržava mreže tipa klijent-server. Većina današnjih operativnih sistema sadrži i modul sa mrežnim operativnim sistemom. Lokalne računarske mreže se mogu međusobno povezivati. Homogene mreže se povezuju pomoću mostova ili prekidača. To su uređaji koji rade u OSI sloju veze odnosno u TCP/IP sloju pristupa mreži. Nehomogene mreže se povezuju pomoću rutera tj uređaja koji rade u OSI sloju mreže, odnosno u TCP/IP sloju interneta.
36
