3. Računarske mreže

3.1. UvodRačunarsku mrežu čine dva ili više računara koji su međusobno povezani telekomunikacionim linijama. Svrha ovog povezivanja jeste da bi se omogućio prenos podataka kao i upotreba zajedničkih, deqenih resursa. U resurse spadaju baze podataka, aplikacije i periferni uređaji. Periferni uređaji su štampači, diskovi, modemi..

Drugi razlog umrežavanja jeste omogućavanje komunikacija umreženih računara.

Slanje podataka je složen postupak koji se može raščlaniti na sledeće poslove:

prepoznavanje podataka,

podela podataka na pakete (datagrame),

dodavanje informacija u svaki paket da bi se ustanovio položaj podataka i da bi se identifikovao primalac,

dodavanje podataka za proveru greške i

slanje podataka kroz mrežu.Postoje dve osnovne grupe računarskih mreža i to:

lokalne računarske mreže LAN (Local Area Netnjork)-mreže i

globalne računarske mreže WAN (Wide Area Netnjork)-mreže.Prve su lokalizovane na manjem prostranstvu kao što je kancelarija, sprat ili čitava zgrada.

Druge su rasprostranjene na širim geografskim područijima kao što je oblast nekog grada, države, kontinenta...

Računarska mreža se sastoji od računara, druge opreme koja omogućava prenos podataka i od prenosnih puteva kroz koje se odvija protok podataka.

Svaka računarska mreža ima neke svoje karakteristike kao što su:

topolgija,

arhitektura,

prenosni kablovi,

kontrola pristupu medijima...Topologija definiše prostorni raspored računara u mreži. Arhitektura propisuje način funkcionisanja uređaja, način povezivanja uređaja i protokole koji omogućavaju komunikaciju.

Prenosni medijumi predstavljaju različite materijale i vrste kablova koji se koriste u mreži za fizičko povezivanje računara.

Kako računarsku mrežu čini više računara koji mogu da pokušavaju da u isto vreme pošaqu podatke kroz isti prenosni medijum to moraju postojati različite metode koje treba da kontrolišu pristup tom medijumu.

Performanse računarske mreže su:

propusna moć,

raspoloživost,

sigurnost i

cena koštanja.Propusna moć mreže se definiše kao broj bita koji se prenose u jedinici vremena. Izražava se jedinicom broj bita u sekundi (b/s). Veće jedinice su kilo-bita u sekundi (Kb/s), mega-bita u sekundi (Mb/s), giga-bita u sekundi (Gb/s)...

Raspoloživost zavisi od srednjeg vremena između dva kvara u mreži i srednjeg vremena otklanjanja kvara u mreži. Što je vreme između kvarova veće a vreme oklanjanja kvarova manje raspoloživost mreže je veća.

Sigurnost je definisana merama koje su preduzete da se obezbedi sigurna isporuka podataka i da se otkloni mogućnost neovlašćenog korišćenja podataka.

3.2. Mrežne topologije

Topologiju mreže čini geometrijska raspoređenost čvorova mreže. Mogućnosti mreže zavise od njene topologije. Od izabrane topologije zavise:

vrsta potrebne opreme za mrežu,

mogućnosti te opreme,

razvoj mreže i

način upravqanja mrežom.Od izabrane topologije zavisi koji se kablovi koriste umreži kao i na koji način se ti kablovi postavqaju.

Od topologije zavisi kako računari međusobno komuniciraju, a metod komunikacije ima veliki uticaj na mrežu.

Osnovne topologije računarskih mreža su:

zvezda,

prsten,

topologija magistrale (stabla) i

rešetka.Ove topologije su prikazane na slikama

Kod topologije zvezde komuniciranje između bilo koja dva čvora mreže mora proći kroz centralni uređaj koji se zove hab (hub). Signal se prenosi od računara koji ga šaqe, kroz hab, do svih računara u mreži. Hab mora da bude pouzdan i treba da obezbedi izolaciju signala između portova.

Topologija zvezde omogućava centralizovane resurse i upravqanje. Pošto je svaki računar povezan sa centralnim mestom ta topologija zahteva dosta kablova kod velikih mreža. Ukoliko hab otkaže, otkazaće čitava mreža. Ako otkaže jedan računar, onda samo on neće moći da prima i šaqe podatke.

Topologija prstena se sastoji od kabla u obliku petqe sa stanicama prikqučenim na nju. Signal putuje po petqi u jednom smeru i prolazi kroz svaki računar. Svaki računar prima signal, pojačava ga i šaqe ga sledećoj stanici. Ako otkaže jedan računar, cela mreža postaje neupotrebqiva.

Topologija magistrale se sastoji od linearnog kabla na koji su stanice priključene.

Topologija rešetke se sastoji od većeg broja računara koji među sobom povezani u obliku rešetke.

3.3. Mrežni protokoli

Svi skupovi pravila za umrežavanje nazivaju se mrežnim protokolima. Koncept mrežnog protokola zasniva se na pretpostavci da dva računara moraju da se zajednički pridržavaju jednog protokola (skupa pravila) da bi mogli da komuniciraju.

Ceo proces prenosa podataka u mreži može da se podeli na nekoliko odvojenih, sistematičnih koraka. Na svakom koraku obavlja se određena radnja:

Na računaru koji šalje podatke protokol:

rastavlja podatke na pakete,

dodaje podatke o adresi u paket i

priprema podatke za prenos.Na računaru koji prima podatke protokoli rade iste radnje ali obrnutim redosledom:

uzima podatke sa kabla,

dovodi podatak u računar,

oslobađa pakete svih podataka o prenosu koji je dodao računar pošiqalac,

sklapa pakete u celinu i

Predaje tako sređene podatke aplikacijiStek protokola je niz više međusobno zavisnih protokola. Svaki nivo traži drugačiji protokol za rukovanje određenom funkcijom.

Protokoli i mrežne kartice mogu da se mešaju i da se uparuju po potrebi. Na primer dva različita protokola mogu da se vežu za jednu mrežnu karticu. Od redosleda vezivanja zavisi kojim će redosledom operativni sistem pokretati te protokole.

Protokoli koji podržavaju komunikaciju LAN-ova preko više putanja nazivaju se usmerivi protokoli.

Najčešće korišćeni mrežni protokoli koji se koriste su:

DLC (Data Link Control)

IPX/SPX (Internetnjork Packet Exchange/SequencedPacketExchange)

NetBIOS/NetBEUI (Netnjork Basic Input/Output System/NetBIOS Extended User Interface)

TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol)

3.4. Vrste LAN-mreža prema metodi pristupa medijumu

Osim po topologiji LAN mreže se razlikuju i po metodi pristupa prenosnom medijumu. Prema metodi pristupa razlikujemo:

Ethernet,

Token Ring,

FDDI (Fiber distributed Data Interface)

3.4.1. Ethernet LAN mreže

Ethernet mrežni standard razvile su kompanije Xerox, DEC i Intel (1981 god.). On se zasniva na mehanizmu detekcije nosioca signala. Ove mreže su premošćivale razdaqinu do jednog kilometra i povezivale do 100 radnih stanica. Nakon standarizacije Ethernet postaje poznat kao standard IEEE802.3, mada se Ethernet donekle razlikuje od standarda IEEE 802.3

Funkcionisanje Ethernet-a se sastoji u sledećem: Pre nego što radna stanica pošaqe podatke ona osluškuje aktivnosti na prenosnom kanalu.

Ako stanica otkrije zauzetost kanala ona odlaže slanje podataka, a ako je kanal slobodan stanica šaqe podatke. Kako više stanica koriste mehanizam detekcije nosioca signala metod se zove CSMA/CD ( Carrier Sense with Multiple Access / Collision Detect ) odnosno višestruki pristup sa detekcijom nosioca signala i detekcijom kolizije. Detekciju signala obavqaju elektronski sklopovi u radnoj stanici (mrežna kartica).

Besmislena transmisija naziva se kolizija. Ako dve stanice šaqu istovremeno a nema aktivnosti na kanalu dešava se kolizija. Ethernet stanice smanjuju nežeqen efekat kolizije otkrivanjem kolizije čim se desi. Otuda i oznaka CSMA/CD. Kada se desi kolizija stanica koja to prva otkrije šaqe svim stanicama signal upozorenja. Tada sve stanice prekidaju slanje za određeni interval.

Postoje dve vrste Ethernet-a standardni i tanki Ethernet.

IEEE verzija standardnog Etherneta se zove 10BASE5. Broj 10 označava rad na 10Mb/s, BASE označava rad u osnovnom opsegu (baseband), a 5 označava 500 metara po segmentu. Broj stanica po segmentu može biti najviše 100 a maksimalni broj stanica ne može preći 1024.

IEEE verzija tankog Etherneta se zove 10BASE2. Broj 10 označava rad na 10Mb/s, BASE označava rad u osnovnom opsegu (baseband), a 2 označava približno 200 metara po segmentu (tačnije 185 metara). Koaksijalni kabl koji se koristi za tanki Ethernet je tanji pa otuda i ime. Broj stanica po segmentu je 30, a maksimalan broj stanica može biti 1024. Segmenti se mogu spajati uređajem koji se naziva ripiter. Na ove mreže obično se primenjuje topologija magistrale.

10BASET je novija verzija Ethernet-a koja koristi upredene parice za povezivanje. Broj 10 označava rad na 10Mb/s, BASE označava rad u osnovnom opsegu, a T označava povezivanje upredenim paricama (UTP). Većina mreža ovog tipa ima fizičku topologiju zvezde. Hab za 10BaseT mreže obično služi kao repetitor sa više prikqučaka. Svaki računar je povezan kablom sa HUB-om. Maksimalna dužina kabla je 100 metara. Minimalna dužina kabla je 2.5 metra.

100BASEX je oznaka za takozvani "Brzi Ethernet" (Fast Ethernet) koji je definisan standardom IEEE 802.3u. Fast Ethernet radi na brzini od 100 Mb/s, koristi fizičku topologiju zvezde, a kao prenosni medijum upotrebqavaju se optička vlakna i upredene parice.

Za 100BaseX mogu da se koriste tri vrste medijuma:

100BaseT4 (4 parice UTP),

100BaseTX (2 parice UTP ili STP) i

100BaseFX (optički kablovi sa dva provodnika).

3.4.2. Token Ring mreže

Token Ring LAN mreža opisana standardom IEEE 802.5 razvijena je u labaratorijama IBM-a. Token Ring mreža je spoj veza od tačke do tačke. Token Ring koristi protokol predaje tokena, posebnog signala koji neprekidno cirkuliše mrežom. Svaka stanica prima signal (token) pojačava ga i koriguje ako je potrebno i šaqe sledećoj stanici

Token mora da kruži neprekidno čak iako nema aktivnosti. Ako neka stanica želi da pošaqe podatak ona treba da sačeka dok token ne stigne do nje. Kada stigne stanica ga uzima i zadržava dok ne pošaqe podatke (čime rezerviše prenosni put) nakon slanja oslobađa token i dozvoqava drugim stanicama da šaqu podatke. Svi imaju ista prava pristupa tokenu. Postoje dve brzine prenosa. Sporija koja radi na brzini od 4 Mb/s i brža 16 Mb/s.

Najveća mana mu je upotreba skupih razvodnih kutija i dvosmernih kablova (obično se koristi kabal od oklopqenih parica) koji spajaju svaki računar sa razvodnom kutijom.

3.4.3. FDDI-mreže

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) je interfejs za distribuciju podataka optičkim vlaknima. Na početku je projektovan sa ciqem spajanja većeg broja mreža. Brzina prenosa podataka je 100 MB/s. FDDI koristi tehnologiju tokena, ima topologiju prstena (prečnika do 200 kilometra), stim što postoje dva prstena.

Jedan prenosi podatke u smeru kazaqke na satu a drugi u suprotnom smeru. Ako se desi prekid jednog prstena drugi automatski preuzima njegovu funkciju. Ako se oba prstena prekinu na istom mestu, dva prstena se automatski spajaju u jedan koji nastavqa sa radom.

FDDI se uglavnom koristi za spajanje drugih mreža, ali se može koristiti i kao LAN mreža.

3.5. Pitanja

1. Definisati distribuirani informacioni sistem?

2. Navesti nekoliko primera hardverskih i softverskih resursa koji mogu biti deljivi?

3. Objasniti razliku između fizičke i funkcionalne distribucije?

4. Navesti neke primere distribuiranih sistema?

5. Kako se dele distribuirani sistemi?

6. Navesti osobine distribuiranih sistema?

7. Šta je to heterogenost mreža, a šta heterogenost hardverske opreme?

8. Objasniti klijent-server metod deljenja resursa?

9. Šta se podrazumeva kada se kaže da su distribuirani sistemi otvoreni sistemi?

10. Objasniti transparentnost pristupa i transparentnost lokaliteta?

3.5. Uređaji za povezivanje računarskih mreža

Često je sreće potebno razmeniti podatake između računara koji se nalaze u različitim računarskim mrežama koje ne rade sa istim brzinama prenosa, koriste različite protokole ...

Da bi se raznorodne mreže međusobno povezale koriste se sledeći uređaji:

repetitor,

most,

ruter i

mrežni prolaz (gateway)

3.5.1. Repetitori

Služe za pojačanje signala i najčešće se koriste za spajanje dve jednake LAN mreže. Repetitor radi na fizičkom nivou OSI modela, regeneriše signal i šaqe ga drugom segmentu.

Da bi podaci prošli kroz repetitor u drugi segment u upotrbqivom obliku, paketi i LLC (Logical Link Control) protokoli moraju da budu isti u oba segmenta. To na primer znači da repetitor ne može da prenosi podatke između Ethernet i Token Ring mreža što znači da Ethernet paketi ne mogu da se prevedu u Token Ring pakete posredstvom repetitora.

Repetitori mogu da prenose pakete sa jednog na drugi fizički medijum. Na primer, repetitori mogu da prenose pakete sa tankog Ethernet koaksijalnog kabla na optički kabal.

3.5.2. MostNajčešće služi za povezivanje dve mreže različitih standarda. Most prihvata paket od fizičkog sloja i predaje ga sloju linka. Može da prenosi pakete samo preko nekomutiranih linija i to pod uslovom da obe mreže rade sa istim protokolima.

Most može da podeli mrežu da bi izolovao saobraćaj. Na primer ako obim saobraćaja sa jednog ili više računara usporava mrežu most može da izoluje te računare.

Most radi na nivou veze OSI modela.

Rad mosta se zasniva na činjenici da svaki čvor iz mreže (mrežni adapter) ima sopstvenu adresu. Most prosleđuje pakete na osnovu adrese odredišnog čvora. Dok saobraćaj prolazi kroz mrežu, podaci o adresama računara čuvaju se u RAM-u mosta. Na osnovu RAM-a mosta stvara se tabela usmeravanja pomoću koje most određuje kako će i gde da prosledi dati paket.

Ako se adresa odredišta nalazi u tabeli usmeravanja i na istom segmentu na kome se nalazi izvorna adresa, paket se odbacuje.

Ako je odredišna adresa u tabeli usmeravanja i nije na istom mrežnom segmentu, podataka se prosleđuje sa odgovarajućeg mrežnog prikqučka do odredišne adrese.

Ako se odredišna adresa ne nalazi u tabeli usmeravanja, most prosleđuje paket do svih mrežnih prikqučaka, osim do onog sa koga je paket stigao.

Most može da posluži i za povezivanje dva udaqena segmenta računarske mreže. To se postiže pomoću dva udaqena mosta povezana sinhronim modemima sa zakupqenom telefonskom linijom.

Mostovi su slični repetitorima po tome što regenerišu podatke, ali oni to rade na nivou paketa.

3.5.3. Ruter

U okruženju koje se sastoji od više mrežnih segmenata sa različitim protokolima i arhitekturama most ne može da obezbedi brzu komunikaciju. Tako kompleksna mreža zahteva uređaj koji ne samo da zna adrese svih segmenata nego može da omogući najboqu putanju za slanje podataka od izvora do odredišta. Takvi uređaji zovu se ruteri.

Ruter radi u trećem OSI sloju. Ako mreže rade sa istim protokolima ruter može da odredi optimalnu moguću putanju paketa do odredišta (slika 12.5.). Ako, na primer, ruter A treba da pošaqe podatke ruteru D on može da pošaqe podatke ruterima B i C a podaci će biti isporučeni ruteru C. Ruteri

imaju sposobnost da procene obe putanje i odrede koja putanja je najboqa za usmerenje saobraćaja.

Ruteri mogu da čitaju kompleksne mrežne adrese iz paketa tako da mogu da komutiraju i usmeravaju pakete preko više mreža. Hardver rutera može da bude mrežni server, poseban računar ili specijalan uređaj.

Kada ruter primi paket za udaqenu mrežu, on ga šalje ruteru koji upravqa odredišnom mrežom. Ruter ne komunicira sa udaqenim računarom, već samo usmerava mrežne pakete. Oni ne pregledaju adrese odredišnih čvorova nego pregledaju samo mrežne adrese. Tabela usmeravanja kod rutera sadrži mrežne adrese.

Ruteri mogu biti statički i dinamički.

Kod statičkih rutera administrator mora ručno da podešava tabelu usmeravanja.

Kod dinamičkih rutera, ruteri sami automatski otkrivaju putanje i zahtevaju najmanje podešavanja i konfigurisanja.

3.5.4. Mrežni prolazi-Gateway Mrežni prolaz spaja mreže sa različiti protokolima, strukturama i arhitekturama.

Mrežni prolaz je uređaj koji može ne samo da rutira pakete nego i da menja strukturu paketa. On može da prepakuje i konvertuje pakete koji iz jednog okruženja idu u drugo, tako da svako okruženje može da razume podatke koji potiču iz nekog drugog okruženja. Mrežni prolaz može da poveže heterogene mreže, na primer Microsoft Windows NT Server sa SNA (IBM-Systems Network Architecture).

Mrežni prolazi su specifični za određene poslove, što znači da su namenjeni samo određenoj vrsti prenosa.

Mrežni prolaz se često koristi da omogući povezivanje personalnih računara sa miniračunarima ili mainframe računarima.

Mrežni prolaz raspakuje ulazne podatke, koji potiču iz prve mreže, i upakuje te podatke u skladu sa protokolima druge mreže. Prolazi koriste svih sedam nivoa OSI modela, ali konverziju protokola obično izvršavaju na aplikacijskom nivou.

3.6. Pitanja

1. Šta su računarske mreže i kao se dele?

2. Koje su to karakteristike računarske mreže?

3. Kako se definiše topologija računarske mreže i koje topologije postoje?

4. Topologija zvezde?

5. Topologija prstena?

6. Šta su mrežni protokoli i koji su?

7. Šta radi protokol na računaru koji šalje podatke?

8. Šta radi protokol na računaru koji prima podatke?

9. Opisati rad Ethernet mreže?

10. Objasniti oznake 10BASE 5, 10BASE 2, 10BASE T.

11. Opisati rad Token Ring mreže?

12. Objasniti kako radi repetitor?

13. Objasniti kako radi ruter?

14. Koja je razlika između mosta i rutera?