Računarske mreže, interoperabilnost i standardi

PROTOKOLI

Prof. dr Milorad Banjanin April 2011

Komunikacija uvek uključuje najmanje dva entiteta, jedan koji šalje informacije i drugi koji ih prima.

Da bi komunikacija bila uspešna,

svi entiteti u mreži se moraju usaglasiti o tome kako će se informacije predstavljati i prenositi.

Dogovaranje oko toga uključuje mnoge detalje. Na primer, kada dva entiteta komuniciraju preko

žičane mreže, moraju poštovati dogovor o• Naponu koji će se koristiti, • Načinu predstavljanja podataka preko signala, • Procedurama za iniciranje i vođenje komunikacije, i • Formatu poruka.

Interoperabilnost Izraz interoperabilnost

podrazumeva sposobnost dva ili više entiteta da komuniciraju, i ako entiteti mogu da komuniciraju bez neslaganja, oni pravilno interoperišu.

Da bi se obezbedila pravilna interoperabilnost entiteta, pišu se pravila za sve aspekte komunikacije ili PROTOKOLI.

Interoperabilnost-protokoli

Izraz komunikacioni protokol, mrežni protokol, ili protokol predstavla specifikaciju pravila i detalja za sve

aspekte mrežne komunikacije.Komunikacioni protokol – komunikacioni postupak kojim se

ostvaruje razmena podataka, uklanjanje posledica kvarova, smetnji, kao i koordinacija u sistemu komunicirajućih procesa.

Delovanje smetnji i pojava grešaka i kvarova su realnost, tako da pri razvoju protokola treba sačuvati integritet podataka i operativnost sistema.

Posmatrajući stanja komunikacionih procesa, takav se zahtev može formulisati kao povratak u regularno stanje u konačnom vremenu (s konačnim brojem operacija) iz neregularnog stanja u koje je sistem prešao pod dejstvom greške (slika 1).

Ukljanjanje greške u sistemu komunikacionih procesa

gre kaš

Protokoli Komunikacioni protokol specifikuje detalje za

jedan aspekt računarske komunikcije, uključujući akcije koje treba preduzeti kada se pojave greške ili neočekivane situacije.

Određeni protokol može da specifikuje detalje

niskog nivoa, kao što je napon i signali koji se koriste, ili

visokog nivoa, kao što je format poruka koje aplikacioni programi razmenjuju.

Proverom protokola Proverom protokola potrebno je potrebno je ustanovitiustanoviti::

nepotpunost definicije neregularno upravljanje komunikacijom: - nepredviđena interakcija komunikacionih procesa, - delovi procesa koji se nikad ne izvode, - pogrešna inicijalizacija i sinhronizacija procesa, - blokiranje komunikacije. neregularni prenos informacionih jedinica: - gubitak informacione jedinice, - višestruki prijem informacione jedinice, - pogrešan prijem, - promena redosleda informacionih jedinica. neregularno upravljanje resursima: - prekoračenje kapaciteta kanala, - nemogućnost prijema, - pogrešna dodela. reakciju na kvarove i druge iznenadne situacije.

Paketi protokola i modeli slojeva Set protokola se mora pažljivo konstruisati da se obezbedi da

rezultujući komunikacioni sistem bude i kompletan i efikasan. Da bi se izbeglo dupliranje rada, na primer, svaki protokol treba da vodi deo komunikacije koga ne vodi neki drugi protokol.

Kako se može garantovati da će protokoli raditi dobro zajedno? Odgovor leži u sveukupnom planu dizajna:

umesto kreiranja svakog protokola posebno, protokoli se dizajniraju u kompletnim, kooperativnim setovima koji se nazivaju paketi ili familije.

Svaki protokol u paketu vodi jedan aspekt komunikacije; zajedno, protokoli u paketu pokrivaju sve aspekte

komunikacije, uključujući probleme sa hardverom i druge izuzetne slučajeve.

Pored toga, čitav paket je dizajniran da se omogući protokolima da efikasno rade zajedno.

Model slojeva (layering model). Osnovni pojam koji se koristi za postavljanje

protokola u jedinstvenu celinu Model slojeva opisuje kako se svi aspekti

komunikacionog problema mogu podeliti na delove koji rade zajedno.

Svaki deo je poznat kao sloj; Ovakva terminologija je posledica toga što su protokoli

u paketu organizovani u linearne sekvence. Deljenje protokola u slojeve pomaže i

dizajnerima i implementatorima da upravljaju kompleksnošću

tako što im omogućava da se koncentrišu na jedan aspekt komunikacije u jednom trenutku.

Model slojeva Internet protokola

Vizuelni prikaz za ilustrovanje slojeva je doveo do kolokvijalnog izraza stek (stack).

Ovaj izraz se koristi da se ukaže na protokolski

softver na kompjuteru, kao, na primer,

’da li kompjuter pokreće TCP/IP stek’?

IP-Sloj 1: Fizički SLOJ

Protokoli u fizičkom sloju specifikuju detalje o osnovnom prenosnom mediju i povezanom hardveru.

Sve specifikacije povezane sa električnim karakteristikama, radio frekvencijama i signalima pripadaju sloju 1.

IP-Sloj 2: SLOJ Mrežnog interfejsa

(neke publikacije koriste izraz link podataka (Data Link))

Protokoli u sloju mrežnog interfejsa specifikuju detalje o komunikaciji između viših slojeva protokola, koji su obično implementirani u SW, i osnovne mreže, koja je implementirana u HW

Specifikacije o adresama mreže i maksimalnoj veličini paketa koju mreža može da podrži,

protokoli koji se koriste za • pristup osnovnom mediju, i • hardversko adresiranje pripadaju sloju 2.

IP-Sloj 3: Internet SLOJ

Protokoli u sloju Internet formiraju fundamentalnu osnovu za Internet.

Specifikuju komunikaciju između računara preko Interneta (tj, preko više međusobno povezanih mreža).

Struktura Internet adresiranja, Format Internet paketa, Metod deljenja velikih Internet

paketa na manje pakete za prenos, i

Mehanizmi za izveštavanje o greškama pripadaju sloju 3.

IP-Sloj 4: SLOJ Prenosa Protokoli u prenosnom sloju

obezbeđuju komunikaciju od aplikacionog programa na jednom računaru do aplikacionog programa na drugom.

Specifikacije koje kontrolišu maksimalnu brzinu pri kojoj

primalac može da prima podatke, mehanizme za izbegavanje

zagušenja mreže, i tehnike za obezbeđivanje da se svi

podaci prime po pravilnom redosledu pripadaju sloju 4.

IP-Sloj 5: SLOJ Aplikacija Protokoli na najvišem sloju

TCP/IP steka specifikuju kako aplikacije interreaguje kada

komuniciraju. Protokoli sloja 5 specifikuju detalje o formatu i značenju poruka

koje aplikacije mogu da razmenjuju , kao i

procedure koje će se pratiti tokom komunikacije. Sloju 5 pripadaju specifikacije za email razmenu, prenos datoteka, web brauzing, telefonske usluge, i video telekonferencije

Kako podaci prolaze kroz slojeve ???

Implementacija protokola sledi model slojeva prosleđivanjem

izlaza iz protokola na jednom sloju

do ulaza protokola na

sledećem sloju

Pored toga, da bi se postigla efikasnost, umesto kopiranja celog paketa, par protokola u susednim slojevima prosleđuju oznaku za paket.

Tako podaci prolaze između slojeva efikasno.

Kako podaci prolaze kroz slojeve Slojevi nisu jednostavno apstraktan koncept koji pomaže da se

razumeju protokoli.

Slika prikazuje samo jednu mrežu sa dva računara.Svaki računar ima set slojevitih protokola, i

podaci prolaze kroz svaki sloj. Dva računara su

konektovana na mrežu sa slojevitim protokolima.

Kada aplikacija pošalje podatke, ti

podaci se smeštaju u paket, a

odlazeći paket prolazi niz svaki sloj protokola.

Kada prođe sve slojeve protokola na računaru koji šalje, paket napušta računar i

prenosi se preko fizičke mreže

Kada stigne do računara primaoca, paket prolazi uz slojeve protokola.

Ako aplikacija na računaru primaocu pošalje odgovor,

proces je reverzibilan.

Odnosno, odgovor prolazi niz slojeve na svom putu vani, i

uz slojeve na računaru koji prima odgovor.

Hederi i slojevi

Svaki sloj protokol ima softver koji obavlja operacije koje obezbeđuju da poruke stignu kako se očekuju.

Da bi obavili obradu, softveri protokola na dva računara mora da razmenjuju informacije.

Da bi to uradili, svaki sloj na računaru koji šalje dodaje dodatne informacije na početak paketa;

odgovarajući sloj protokola na računaru koji je primalac uklanja i koristi te dodatne informacije.

Dodatne informacije koje dodaje protokol su poznate kao heder (header).

Heder dodaje softver protokola kada podaci prolaze niz slojeve na računaru koji šalje. Odnosno, sloj prenosa na početak dodaje heder, a zatim Internet sloj dodaje na početak heder, itd.

. Na ovom dijagramu su prikazani, Ubačeni hederi protokola koji se pojavljuju na paketima dok paketi prolaze kroz mrežu između dva računarara Početak paketa (prvi bit koji se pošalje kroz mrežu) je prikazan na levoj strani

ISO i OSI referentni model sedam slojeva

U isto vreme kada se počelo sa razvojem Internet protokola, dva velika tela za standarde su zajedno formirali alternativni referentni model. Oni su takođe kreirali set internetworking protokola. Te organizacije su:

Međunarodna organizacija za standardizaciju (International Standardization Organization - ISO)

Međunarodna telekomunikaciona unija, telekomunikacioni sektor standardizacije (International Telecommunication Union, Telecommunication Standardization Sector - ITU-T) (kada je standard prvi put kreiran,

ITU je bio poznat kao Konsultativni komitet za međunarodni telefon i telegraf (Consultative Committee for International Telephone and Telegraph - CCITT))

ISO model slojeva je poznat kao

Open System InterconnectionSeven-LayerReferenceModel.

OSI model sedam slojeva standardizovan od strane ISO

Komparacija 5-slojnog i 7-slojnog modela

Unutrašnja petlja Kao i većina organizacija za standarde, ISO

i ITU koriste proces koji prilagođava što više gledišta kada kreira standard.

Kao rezultat, neki standardi se mogu pojaviti kao da su dizajnirani od strane komiteta koji čini političke kompromise, a ne od strane inženjera i naučnika.

Referentni model sedam slojeva je kontroverzan. On je zaista počeo kao politički kompromis. Pored toga,

ovaj model i OSI protokoli su bili dizajnirani kao takmičari za Internet protokole.

ISO i ITU su ozbiljna tela za standarde koji vode telefonski sistem čitavog sveta i druge globalne standarde. I

Internet protokol i referentni model je kreirala mala grupa od desetak istraživača.

Lako je videti zašto organizacije za standarde mogu biti uverene da bi mogle diktirati set protokola i svako bi se prebacio sa protokola dizajniranih od strane istraživača. U jednom momentu, čak je i vlada SAD bila ubeđena da TCP/IP treba zameniti OSI protokolima.

Na kraju, postalo je jasno da je TCP/IP tehnologija superioranija od OSI-a, i za nekoliko godina je rad na razvoju OSI protokola završen.

Tela za standarde su bila ostavljena sa modelom sedam slojeva, koji nije uključivao Internet sloj. Posledica je bila da su zagovornici modela sedam slojeva pokušali da prošire definicije da bi se približili TCP/IP.

Oni smatraju da bi se sloj tri mogao smatrati Internet slojem i da bi se nekoliko protokola za podršku moglo postaviti u slojeve pet i šest.

Mnogi inženjeri još uvek nazivaju aplikacije kao protokole sloja 7, iako znaju da su slojevi pet i šest nepopunjeni i nepotrebni.