Računalni praktikum 2

Računalni praktikum 2

Mreže računala

Fakultet prirodoslovno-matematičkih i odgojnih znanosti

Sveučilište u Mostaru

Tehnologija kroz stoljeća

18. stoljeće - veliki mehanički sustavi, industrijska revolucija

19. stoljeće - parni stroj 20. stoljeće - informacijska tehnologija

(skupljanje, obrada i raspodjela informacija)

Računalna mreža

Dva računala su povezana ako mogu razmjenjivati informacije. Računalna mreža je skup računala povezanih nekom tehnologijom.

Veza se može ostvariti pomoću bakrene žice, optičkog vlakna, mikrovalnom, radijskom, infracrvenom, bluetooth, satelitskom vezom, ...

Distribuirani sustav

Distruibuirani sustav - postojanje više računala je skriveno od korisnika. Za to je odgovoran "middleware" - dio OS-a.

Najpoznatiji model je WWW - svi sadržaji imaju oblik dokumenta.

Kod računalne mreže postojanje više računala je jasno i ogleda se kroz prijave, lozinke, ...

Razlike

Distribuirani sustav je softverski sustav implementiran nad mrežom. Softver daje mreži visok stupanj kohezije i transparentnosti.

Dakle, razlika između računalne mreže i distribuiranog sustava je u softveru (naročito u OS-u), a ne u hardveru.

Povijesni razvoj

Stari model uključivao je veliko, glavno računalo (mainframe), dok se noviji modeli sastoje od više odvojenih, ali međusobno povezanih računala koja mogu razmjenjivati informacije i među kojima nema "glavnog" nego su svi "ravnopravni".

Povijesni razvoj

kasne 60-e/rane 70-e: mainframe i mreža terminala

70-e: umrežena radna računala (hosts) u klasičnu mrežu računala

80-e: PC računala uz lokalnu mrežu i mrežni OS

kasne 80-e/rane 90-e: zajednički podaci/zajednička procesna moć, arhitektura klijent-poslužitelj

Povijesni razvoj

kasne 90-e: 3-redna i n-redna varijacija arhitekture klijent-poslužitelj

novi milenij: informacija raspodijeljena između više poslužitelja, partnersko umrežavanje(P2P networking)

Funkcionalnost i struktura

Osnovna zadaća je pružiti povezivost u skupu računala. Razlikujemo: direktno povezivanje

jednospojna veza od-točke do točke

višespojna veza

indirektno povezivanje

Č Č

Č Č Č

Prospajane mreže

U prospajanoj mreži računala dijelimo na: sklopke – implementiraju mrežu, pohranjuju i

prosljeđuju podatke radna računala – koriste mrežu, podržavaju

korisnike i izvršavaju aplikacijske programe.

Ovisno o organizaciji sklopki razlikujemo: mreže sa prospajanjem linija mreže sa prospajanjem paketa

Prospajane mreže

Shematski prikaz prospajane mreže

H

S

S

S S

S S

H

H

H

H H

H

S - sklopkaH - host

Komunikacija računala

Svaki čvor ima svoju adresu. Usmjeravanje – proces sustavnog

utvrđivanja načina prosljeđivanja poruka ka odredišnom računalu, na osnovu adrese.

Razlikujemo unicast prijenos difuzijski prijenos (broadcast) difuziju u grupi (multicast)

Logički kanali

Logički kanal služi za komunikaciju procesa aplikacijske razine

Č Č

A

Č

A

kanal

A

Č

A

Razlikujemo: kanale zahtjev-odziv kanale s protokom poruka

Funkcionalne cjeline mreže

Sa stajališta aplikacija, mrežu dijelimo na: informacijske arhive (baze podataka) računalne proizvodne snage (radna

računala) sustav za povezivanje računala (čvorna

računala) mrežu kanala za prijenos podataka

Zadnje dvije cjeline čine komunikacijsku podmrežu.

Klasifikacija računalnih mreža

Kriteriji podjele mreža su: djelokrug rasprostiranja topologija mreže tehnologija prijenosa podataka

Klasifikacija računalnih mreža

Po djelokrugu rasprostiranja: lokalna mreža (Local Area Network - LAN) gradska mreža (Metropolitan Area Network

- MAN) globalna mreža (Wide Area Network - WAN)

Klasifikacija računalnih mreža

Topologija je način na koji su umreženi čvorovi međusobno povezani.

Definirana je rasporedom komunikacijskih linkova i prospojnih elemenata.

Utvrđuje staze podataka koje se mogu koristiti između bilo kojeg para čvorova.

Klasifikacija računalnih mreža

Topologije temeljene na indirektnom povezivanju čvorova mogu biti nepravilne (mahom WAN) pravilne (LAN i MAN - zvijezda, prsten ,stablo,

mreža)

Klasifikacija računalnih mreža

Topologije temeljene na direktnom povezivanju čvorova su uglavnom pravilne (LAN, MAN i WAN - sabirnica, satelitska/radio veza, prsten)

Klasifikacija računalnih mreža

Po tehnologiji prijenosa: "žična" veza - bakreni vod, optički kabel, ... bežična mreža - radijski, infracrveni

valovi, ...

Povezivanje mreža

Usmjernik (router, gateway) je čvor povezan sa jednom ili više mreža i koji prosljeđuje poruke iz jedne mreže u drugu.

Karakteristične povezane mreže su: Internet intranet ekstranet

Performanse prijenosa podataka

Parametri prijenosa podataka su: propusni opseg propusnost propagacija vrijeme povrata kašnjenje

KAŠNJENJE = PROPAGACIJA + SLANJE + ČEKANJE NA IZLAZNU LINIJU

kašnjenje

propusniopseg

Prospajanje prometa

U prospajanoj mreži svaki par čvorova je povezan jednom ili više privatnih linija.

Prospajanje prometa

Veza između susjednih čvorova može se uspostaviti: prospajanjem linija prospajanjem poruka/paketa

Prospajanje prometa

Vre

men

ski od

nosi

ra

zlič

itih

nači

na

pro

spaja

nja

pro

meta

:

Prospajanje prometa

Ako u mreži postoji jedinstveni komunikacijski kanal koji dijele svi čvorovi, tada se paketi koje šalje jedan čvor primaju u u svim ostalim čvorovima.

Osnovni problem je mehanizam dodjele resursa mreže koji može biti: statički dinamički (arbitraža kod sukoba)

Osnove telekomunikacijskih mreža

Globalne mreže uglavnom koriste postojeće telekomunikacijske mreže.

Telefonska mreža se sastoji od: lokalne petlje kanala i snopova kanala telefonskih centrala

Telefonska mreža

Suvremena telefonska mreža je najvećim dijelom digitalna.

Prednosti su: integrirani prijenos govora, podataka, muzike,

slike, ... prijenos po značajno višim brzinama jeftinije korišteno sklopovlje

Nedostaci su: jači utjecaj prigušenja i distorzija

Multipleksiranje

Jedan fizički spojni put može se iskoristiti za prijenos više logičkih kanala. Taj postupak se naziva multipleksiranje.

Osnovne kategorije su frekvencijski multipleks - FDM vremenski multipleks - TDM

Multipleksiranje

Kod frekvencijskog multipleksa raspoloživi frekvencijski spektar dijelimo između kanala.

Varijanta za optička vlakna - valni multipleks - WDM

Multipleksiranje

Kod vremenskog multipleksa svaki kanal posjeduje cijeli raspoloživi spektar kratki dio vremena.

Nedostatak obje metode je loša iskorištenost kapaciteta fizičke veze. Donekle ga rješava metoda statističkog multipleksa - SM

Kvalitet prijenosa

Kvalitet prijenosa govornog signala ostvaruje se uklanjanjem odjeka i povećanjem frekvencijskog opsega.

Odjek je refleksija na diskontinuitetima, koja nastaje zbog neprilagođene impendancije.

Problem rješevamo pomoću potiskivača odjeka poništavača odjeka.

Digitalna mrežaintegriranih usluga - ISDN

ISDN je telekomunikacijski sustav za integriranje govornih i negovornih usluga.

ISDN predstavlja bitovni cjevovod između korisnika i davaoca telekomunikacijskih usluga.

Može biti niskopojasan i šireg propusnog opsega.

Digitalna mrežaintegriranih usluga - ISDN

Bitovni cjevovod radi na principu vremenski multipleksiranih kanala i razlikujemo osnovni pristup primarni pristup

Širokopojasni ISDN trebao bi podržavati brzinu prijenosa do 622 Mbit/s, kombinirati različite mrežne servise te koristiti ATM tehnologiju prijenosa.

Mrežna arhitektura - koncept uslojavanja -

Komunikaciju između dva računala možemo zamisliti kao apstraktni distribuirani stroj

Dva entiteta komuniciraju putem virtualnog komunikacijskog medija

Mrežna arhitektura - koncept uslojavanja -

Entitet je "aktivni element u sloju" Unutar istog sloja partnerski procesi

komuniciraju partnerskim protokolima Horizontalna komunikacija je virtualna, a

vertikalna stvarna

Mrežna arhitektura - koncept uslojavanja -

Mrežu dijelimo na više slojeva radi smanjenja složenosti projektiranja

Mrežna arhitektura - koncept uslojavanja -

Sloj pruža izvjesne usluge višim slojevima, skrivajući detalje implementacije usluge

Protokol predstavlja pravila i konvencije koje se koriste u komunikaciji

Sučelje definira primitivne operacije i usluge koje niži sloj pruža višem

Mrežna arhitektura - mreža ARPA -

Viši protokoli koriste usluge nižih slojeva, a uslojavanje je tipa "slojeva luka"

Referentni model za povezivanje otvorenih

sustava Komunikacijaki model mreže

računala je standardizirankod ISO kao OSI RM(Open Systems InterconnectionReference Model)

Model ima 7 slojeva Principi za izbor broja

slojeva

Referentni model za povezivanje otvorenih

sustava

Treba uočiti razliku između termina komunikacijski model - uslojavanje

komunikacijske funkcionalnosti mreže računala mrežna arhitektura - dodjela odgovarajućih

protokolima slojevima komunikacijskog modela

OSI RM nije mrežna arhitektura jer ne specificira usluge i protokole za svaki sloj, nego samo kaže što bi koji sloj trebao raditi.

Referentni model za povezivanje otvorenih

sustava Standardi za slojeve (slojne usluge i

protokoli) nisu dio modela.

Slojevi RM-a u mreži računala

Fizički sloj obavlja prijenos "sirovih bitova" preko komunikacijskog kanala, tj. osigurava ispravan prijem 0/1, kada je poslana 0/1.

Kao prijenosni mediji koriste se: parica

Slojevi RM-a u mreži računala

koaksijalni kabel

optičko vlakno

višenačinsko jednonačinsko

Slojevi RM-a u mreži računala

Karakteristični problemi fizičkog sloja su: odabir naponske razine za 0/1, trajanje 0/1, način prijenosa, uspostavljanje i raskidanje veze, upravljački signali i njihova funkcija, ...

Slojevi RM-a u mreži računala

Podatkovni sloj obavlja pretvorbu "sirovog prijenosnog medija" u komunikacijsku liniju.

Postupak prijenosa: predajnik razbija ulazni niz podataka u blokove predajnik šalje okvire sekvencijalno preajnik obrađuje "okvire potvrde" prijemnika

Karakteristične funkcije su: stvaranje i organiziranje granica okvira, otkrivanje pogrešaka pri prijenosu, upravljanje protokom, ...

Slojevi RM-a u mreži računala

Mrežni sloj upravlja radom komunikacijske podmreže

Ovaj sloj obavlja: usmjeravanje paketa od izvora do odredišta, sprječavanje zakrčenja, povezivanje heterogenih mreža.

Osnovna funkcija mrežnog sloja je prijenos paketa kroz cijelu mrežu.

Slojevi RM-a u mreži računala

Prijenosni sloj osigurava odvajanje sjedničkog sloja od neizbježnih promjena u tehnologiji mreže

Prihvata podatke od sjedničkog sloja , dodaje ih mrežnom i osigurava njihovo ispravno prispjeće.

Uobičajeno na jedan mrežni sloj dolazi jedan prijenosni sloj. Za veću propusnost multipleksira se više mrežnih na jedan prijenosni sloj, a za uštedu jedan mrežni na više prijenosnih. Sjednički sloj to ne vidi.

Slojevi RM-a u mreži računala

Funkcije ovog sloja su analogne funkcijama podatkovnog sloja, s tim što podatkovni sloj upravlja protokom podataka između susjednih računala a prijenosni protokom od-kraja-do kraja.

Slojevi RM-a u mreži računala

Sjednički sloj obavlja zajedničke funkcije sinkronizacije aplikacijskih procesa, za koje se isplati naći općenito rješenje

Uspostavlja spoj između aplikacijskih procesa te pruža usluge prijenosa podataka, poslovanja dijalogom, upravljanjem smjerom prijenosa, sinkronizacijom procesa, ...

Slojevi RM-a u mreži računala

Predodžbeni sloj obavlja zajedničke funkcije usklađivanja prikaza i predstavljanja informacija aplikacijskih procesa, za koje se isplati naći općenito rješenje

Ovo nije vezano za prijenos podataka, već za sintaksu i semantiku prenošene informacije.

To uključuje: kodiranje podataka, kompresiju podataka, kriptiranje/šifriranje podataka.

Slojevi RM-a u mreži računala

Aplikacijski sloj obavlja one aspekte aplikacijskih procesa koje se odnose na povezivanje otvorenih sustava.

Zbog različitosti protokola javlja se horizontalna i vertikalna uslojenost procesa.

Primjeri aplikacija: e-mail, udaljeno izdavanje naloga, prijenos datoteka, virtualni mrežni terminal, ...

Slojevi RM-a u mreži računala

Prijenos podataka je u stvari vertikalan

Drugi komunikacijski modeli

Protokolni sloj Internet - IPS U OSI interpretaciji ovo je petoslojni model. Funkcionalnost slojeva OSI 1 i 2 obuhvaćena

slojem "priključka na mrežu" četveroslojni model

Jedinstveni "aplikacijski sloj" sadrži sve više protokole.

U nekim primjenama funkcije aplikacijskog sloja su raspodijeljene (npr. NFS).

Drugi komunikacijski modeli

IPS je zasnovan na TCP/IP arhitekturi. Standardizirani su protokoli IP, TCP te niz

aplikacijskih protokola.

Drugi komunikacijski modeli

Peteroslojni hibridni model (OSI+IPS) ovaj model zadržava OSI-RM model osim slojeva

5 i 6 uz korištenje protokola TCP/IP arhitekture. TCP/IP protokoli su široko

rasprostranjeni i efikasni. OSI protokoli su komplicirani i

rezultat niza konsenzusa, na tržište stigli sa zakašnjenjem ineprimjerene su tehnologije.

Drugi komunikacijski modeli

Arhitektura pojačanih performansi (EPA) karakteristični troslojni model razvijen za

povezivanje numerički upravljanih strojeva u sklopu računalom integriraneproizvodnje.

Eliminirani su OSI slojevi3-6 zbog karakterističnihsvojstava ovakve mreže.

Drugi komunikacijski modeli

Novi komunikacijski modeli Očekuju se kao rezultat pojave novih

pijenosnih medija (npr. optičko vlakno). Novi modeli trebaju iskoristiti pogodnosti:

smanjenje brojaslojeva mreže

pojednostavljivanjeslojeva

Drugi komunikacijski modeli

Model Otvorene mreže podataka (ODN) Okvir za lociranje i usporedbu telefonskih,

računalnih i CATV mreža. Treba pomoći pri razumijavanju načina

međusobnog povezivanja unatoč razlici u tehnologijama.

Slojevi Nosač je "usko grlo"

ovog modela

Koncept usluga

Entitet - aktivni element u sloju softverski entitet - proces hardverski entitet -inteligentni U/I integrirani

sklop partnerski entiteti - entiteti u istom sloju, na

različitim strojevima

Komunikacija:(N+1)-sloj koristi uslugu (povezivanja)

koju mu pruža (N)-sloj

Koncept usluga

korisnici usluga - entiteti koji komuniciraju davalac usluge -virtualni komunikacijski

medij (tj. niži sloj) usluge su na raspolaganju u točki pristupa

usluzi

Koncept usluga

Razmjena informacija između slojeva obavlja se po pravilima sučelja

Primitivi usluga

Primitivi usluge SP: request indication response confirm

Parametri primitiva su: adresa izvora i odredišta, maksimalna veličina podataka, tip usluge, upravljačke informacije

Parametri se utvrđuju pregovaranjempartnerskih entiteta

Primitivi usluga

Primitivi se između susjednih slojeva prenose kao informacije za upravljanje sučeljem (ICI)

Vrste usluga

S obzirom na kvalitetu povezivanja i komunikacije razlikujemo dvije vrste usluga: spojnu uslugu bespojnu uslugu

Spojna usluga

Kod spojne usluge uspostavlja se virtualni cjevovod između partnerskih entiteta.

Usluga je modelirana u 3 faze (prema modelu telefonskog sustava): uspostavljanje spoja prijenos podataka raskidanje spoja

Spojna usluga

Spojna usluga

Svojstva spoja su: javno istaknuto vrijeme života spoja spoj nastaje kao dogovor 3 stranke parametri usluge se određuju dogovorom spoj ima svoj identifikator

Vrste spojnih usluga: pouzdani protok poruka pouzdani protok okteta nepouzdani spoj

Bespojna usluga

Bespojna usluga je modelirana prema poštanskom sustavu.

Svaka jedinica podataka nosi punu adresu odredišta.

Moguće je nezavisno usmjeravanje jedinica podataka kroz mrežu (oprez zbog mogućeg gubitka redoslijeda).

Bespojna usluga

Svojstva bespojne komunikacije su: komunikacija je dogovor 2 stranke nema pregovaranja jedinice podataka su međusobne nezavisne jedinice podataka su samostalne

Bespojna usluga

Vrste bespojnih usluga: nepouzdani datagram potvrđeni datagram prijenos tipa "zahtjev-odgovor"

Protokolarni slog TCP/IP Internet je zasnovan na slogu TCP/IP. Protokoli iz skupine TCP/IP rade na svim slojevima IPS-a

osim na najnižem. Na najvišoj razini izvršavaju se aplikacijski protokoli koji

su tio TCP/IP, ali i ostali aplikacijaki protokoli.

Protokolarni slog TCP/IP

aplikacijski sloj

prijenosni sloj

mrežnisloj

pristup mreži

fizički načini povezivanjatelefonska linija, modem, ISDN, ATM, Ethernet,

...

ARP,RAR

P

IP ICMP

TCP UDP

FTP Telnet

SMTPdrugi apl. prot.

TFTP DNS SNMP

NFS

Protokolarni slog TCP/IP

IP (Internet Protocol) - obavlja osnovno povezivanje računala, tj. šalje poruku na određenu mrežnu adresu.

ICMP (Internet Control Message Protocol) - sastavni dio IP-a, otkriva probleme u povezivanju računala.

ARP (Address Resolution Protocol) - pronalazi udaljeno računalo na osnovu IP adrese.

RARP (Reverse Address Resolution Protocol) - određuje IP adresu računala koje nam nešto šalje.

Protokolarni slog TCP/IP

TCP (Transmission Control Procedure) - brine se da podaci stignu na pravu adresu, da su ispravno preneseni te ispravno rekonstruirani nakon primanja.

UDP (User Datagram Protocol) - koristi se kada nam nije potreban pouzdan nego brz prijenos jer nema mogućnost provjere pogreške ili numeracije paketa.

Protokolarni slog TCP/IP

FTP (File Transfer Protocol) - prenosi binarne i tekstualne datoteke mrežom.

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) - koristi UDP za prijenos datoteka, tj. nema sigurnosnih opcija.

SMTP (Simpe Mail Transfer Protocol) - prenosi elektroničku poštu između računala zasnovanih na Unix-u. POP3 (Post Office Protocol 3) - pristupa e-mailu s korisničke

strane.

Protokolarni slog TCP/IP

SNMP (Simple Network Menagement Protocol) - protokol za administratore koji omogućava prikupljanje informacija o radu mrežnih uređaja.

NFS (Network File System) - omogućava dijeljenje datoteka na mreži, zbog učinkovitosti komunicira preko UDP-a, ali ima ugrađena sredstva za povećanje pouzdanosti.

Osnovne mrežne usluge

Rad na udaljenom računalu (Telnet) Omogućava povezivanje sa udaljenim

računalom i korištenje njegovih usluga. Naše računalo postaje terminal koji na

ekranu prikazuje rezultate izvršavanja programa na udaljenom računalu, a sve što otipkamo šalje se udaljenom računalu.

Za pristup nekim računalima potrebno je unijeti korisničko ime i lozinku.

Osnovne mrežne usluge

Elektronička pošta (E-mail) Najbrži, najsigurniji i najelegantniji način

komunikacije s cijelom svijetom. Primatelj se doseže gotovo trenutno, a on

može komunikaciju odgoditi koliko to želi. Potpuno je automatizirana. Za slanje poruke nekom potrebno je znati

njegovu e-mail adresu u obliku korisničko_ime@domena.

Osnovne mrežne usluge

Prenošenje datoteka (FTP) Ova usluga omogućava prenošenje datoteka

između dva računala na kojima imamo korisnički račun ali i pristup arhivima besplatnog softvera i datoteka širom svijeta.

Kod povezivanja potrebno je unijeti korisničko ime i lozinku, a neki FTP poslužitelji dopuštaju i anonimno povezivanje.

Osnovne mrežne usluge

Novinske grupe (Usenet) Novinska grupa je skupina članak aili poruka na

određenu temu. Prenosi se na sva računala u svijetu koja

zatraže pristup. Za razliku od e-maila preko Useneta odjednom

možemo potencijalno komunicirati sa cijelim svijetom.

Nazivi grupa su u pravilu znakoviti: comp.os.ms-windows

Osnovne mrežne usluge

World Wide Web (WWW) Hipertekstualni sustav koji omogućuje

jednostavnu razmjenu svih informacija dostupnih na mreži.

Hipertekst - sustav elektroničkih dokumenata koji su međusobno povezani.

Multimedija - naziv za kombinaciju različitih medija.Hipertekst + Multimedija = Hipermedija