1. ZNAČAJ I RAZVOJ RAČUNALNIH KOMUNIKACIJA

Informatički resursi predstavljaju bitan faktor razvoja društva. Njihovo distribuiranje na lokacije korisnika i direktno povezivanje putem telekomunikacijskih sustava znatno su povećali njihov značaj i ulogu. Razvoj sustava za komunikaciju podacima napredovao je u posljednje vrijeme divovskim koracima. Počeo je skromno prije oko dva i po desetljeća. Prvi sustavi imali su ogračničen broj terminala, bili su vrlo ograničenih mogućnosti i teško prilagodljivi zahtjevima korisnika. Suvremene mreže računala obuhvaćaju milione računala, prostorno su gotovo neograničene, pristup do mnogih moguć je iz gotovo cijelog svijeta, fleksibilne su i za nekadašnje pojmove neslućenih mogućnosti.

Značaj računalnih mreža

Od vremena izgradnje prvog računala do danas svjedoci smo nezadrživog prodora računala i njegove primjene u gotovo svim područjima ljudske djelatnosti. Velika moć obrade, mogućnost pohranjivanja ogromnog broja podataka i brzina pristupa do njih učinili su računala nenadomjestivim u obradi podataka i brzom pristupu do informacija potrebnim za odlučivanje od najnižih, operativnih razina, do najviših, strateških razina upravljanja poduzećima, industrijskim i drugim privrednim kompleksima i državama. Ona isto tako postaju nezamjenljiv dio uredske i laboratorijske opreme, opreme u zdravstvu i uređaja za upravljanje i vodjenje industrijskih procesa itd.

S porastom broja i moći računala rasla je i potreba distribucije mogućnosti njihovog direktnog korištenja iz jednog centra na velik broj dislociranih, često znatno udaljenih točaka, kao i potreba njihovog medjusobnog povezivanja na većim udaljenostima. To je ubrzo ostvareno i tako su nastale mreže računala. Danas je nemoguće zamisliti razvijeni svijet bez njih. Bitne su za upravljanje u stvarnom vremenu geografski disperziranim aktivnostima i organizacijama (avionski promet, bankarstvo, osiguravajuće ustanove, zdravstvo, trgovina itd). Vrlo su djelotvorno sredstvo za višestruko korištenje skupih informacijskih resursa i opreme za obradu podataka.

Omogućuju jednak pristup i mogućnost korištenja nezavisno od geografske lokacije kvalitetnih izvora informacija (banke podataka u zdravstvu, znanosti, financijama, tehnici). Velik broj organizacija koje trebaju pristup do specijaliziranih banaka podataka i skupe opreme koja ih podržava mogu do njih doći samo putem kompjutorskih mreža. U razvijenim zemljama osobna računala ili jeftini terminali vezani na mreže omogućuju praktički svakom znanstveniku, inženjeru ili poslovnom čovjeku i običnim građanima, pristup do ogromnog broja kvalitetnih informacija i podataka iz područja koja ih zanimaju, kao i do skupih informatičkih resursa potrebnih za složene obrade.

Mreže računala omogućuju djelotvorno i kvalitetno upravljanje malim i velikim poslovnim i društvenim sustavima, i bitan su uvjet razvoja postindustrljskog društva.

Razvoj sustava za komunikaciju podacima

Povećanjem moći računala i njihovom sve važnijom ulogom u društvu vrlo rano se javila potreba približavanja njegovih resursa korisniku. Logičan put bio je udaljavanje ulazno/izlaznih jedinica od računala.

Najjednostavnija kompjutorska mreža sastoji se od računala, nekoliko ulazno/izlaznih jedinica i kablova koji ih spajaju. U prvo vrijeme kablovi su bili relativno kratki. Kasnije su produženi a ulazno/izlazne jedinice smještene kod korisnika u istoj zgradi i tako su mreži dodani udaljeni terminalu. Prve obrade podataka bile su grupne. Podaci su ulazili u računalo putem bušenih papirnih traka i kartica, a rezultati obrade tiskali su se štampačima. Logično je bilo, da prvi terminali budu čitači papirnih traka i kartica s dodanim štampačem za lokalno tiskanje i operaterskom konzolom. Umjesto da nosi podatke do računala, korisnik ih je učitavao terminalom i slao komunikacijskim vodovima računalu na obradu. Rezultati obrade na isti su se način vraćali i lokalno tiskali.

Razvoj sustava omogućio je kasnije konverzacljski (dijaloški) način rada s računalima i on-line obrade u stvarnom (realnom) vremenu (rezervacije sjedišta u avionima, ažuriranje raznih baza podataka). Poseban oblik on-line rada u stvarnom vremenu je transakcijska obrada (bankarstvo, trgovina)

Broj terminala naglo je rastao, a razvijali su se i različiti tipovi za daljinsku obradu, podesni da zadovolje različite zahtjeve i potrebe korisnika. Današnja elektronička tehnologija omogućila je da terminalski podsustavi mogu obavljati funkcije svih ranijih tipova terminala, te da svojom obradnom (procesnom) moči i konfiguracijom preuzmu i dio funkcija centralnih računala. Postoje terminalski podsustavi s većom memorijom od mnogih nekadašnjih centralnih računala, vlastitim perifernim uređajima i vlastitim programskim resursima. U njihovim konfiguracijama može biti velik broj terminala, kojima upravljaju i čiji promet podataka po potrebi usmjeravaju prema centralnom računalu.

Početkom 1960-tih godina -resursi računala (memorija, diskovi, procesori) bili su vrlo

ograničeni. Obrada je u početku bila serijska. Kasnije su razvijeni operativni sistemi za grupne obrade (batch) koji su podržavali obradu više poslova istovremeno. S računalom je bilo u vezi (on-line) po nekoliko jednostavnih teleprinterskih i zaslonskih terminala, te po koji terminal za grupne obrade (udaljeni čitač/bušač kartica i štampač). Neka računala omogućavala su i vezu terminalima za unošenje podataka, pomoću kojih su se podaci unosili na magnetsku traku (kasnije disk i disketu) a po završenom unosu skupno su se prenosili računalu na obradu. Pod pritiskom korisnika, proizvođač opreme omogućuju priključenje sve većeg broja terminala na računala, što je-zahtijevalo razvoj posebnih programa za baratanje komunikacijama. Baze podataka postaju s vremenom, sve veće, a naglo raste broj korisnika koji žele imati brzi pristup putem terminala do njih. Zato se posvećuje posebna pažnja razvoju sistemskih programa za podršku komuniciranju. Posebni programi za komuniciranje opterećuju aplikacijske programe baratanja komunikacijama i, kada se smatralo da je problem komuniciranja riješen, usko grlo postaje procesor i memorija, koji su sve više zauzeti baratanjem komunikacijama, a sve manje vremena i prostora ostaje za obradu korisničkih zahtjeva.

Rješenje je u priključenju čelnog procesora (komunikacijski podprocesor, front end processor - FEP), čiji je isključivi zadatak baratanje komunikacijama. Baze podataka i dalje rastu eksponencijalno, a isto tako se povećava i broj terminala. Sistemi postaju vrlo veliki, a upravljanje njima sve teže. Rješenje je u distribuiranju procesorske moći i baza podataka na više lokacija, bliže neposrednim korisnicima određenog broja podataka, a veza svih korisnika jednog velikog sustava ostvaruje se mrežama za prijenos podataka.

Računalne mreže

Računalne mreže sastoje se od dva podsistema (sl. 1.2):

- podsistema računala i terminala gdje računala mogu biti centralna računala ogromnog kapaci-teta ili mala osobna računala, a terminali jednostavni "neinteligentni" pa sve do složenih inte-ligentnih terminalskih podsistema

- prijenosnog podsistema (transportni podsistem) čiji je osnovni zadatak osiguranje ispravnog prijenosa podataka između elemenata (računala i terminala) podsistema računala i terminala.

Sl. 1.3 Današnja mreža

Karakteristike prvog podsistema opisuje arhitektura mreža računala i terminala, kojom je određen način međusobnog povezivanja elemenata, način upravljanja čitavim podsistemom ili njegovim dijelovima, način razmjene podataka i slično.Karakteristike prijenosnog podsistema određene su njegovim tipom (mreža zakupljenih ili privatnih vodova, javna telefonska mreža, mreža s komutacijom paketa, mreža s komutacijom poruka, „lokalna mreža"). Složene mreže se u pravilu sastoje od dvije komponente:

- prijenosnih vodova- komutacljsklh (preklopnih) elemenata

Komutacijski elementi smješteni su u čvorovima mreže I to" su najčešće elektroničke računala specijalne namjene.Prema mogućnosti povezivanja u odnosu na geografsku udaljenost mreže (podsistem prijenosa) se dijele na:

- mreže s ograničenim dosegom- mreže s velikim dosegom

Prema ovoj klasifikaciji navedene mreže osim "lokalnih" i eventualno mreže privatnih vodova, su velikog dosega, a "lokalne mreže" su ograničenog dosega i često se protežu unutar neke zgrade.

Topologija mreža

Funkcijska jedinica (računalo ili terminal) može se s drugom funkcijskom jedinicom (računalo ili terminal) povezati tako da na svakoj strani veze bude po jedna jedinica (ukupno dvije po vezi). Ova jednostavna veza naziva se veza u spoju točka-točka (point-to-point) (sl. 1.3). U pogledu upravljanja razmjenom podataka vezom obje jedinice mogu biti ravnopravne, ili jedna može igrati vodeću ulogu (glavna jedinica ili engl. master) a druga podređena (podređena jedinica ili engl. slave).

Konfiguracija u kojoj je jedna centralna funkcijska jedinica (računalo) povezana s udaljenim jedinicama vezama u spoju točka-točka naziva se struktura zvijezde. Ona može biti jednostavna, sa jednom centralnom jedinicom (sl. 1.4) ili složena, sa više centara (sl. 1.5).Ako je nekom vezom spojena s jedne strane jedna glavna funkcijska jedinica (računalo) a s druge više jedinica (terminali, računalo), ona se naziva veza s višetočkastim spojem (multipoint ili multidrop) (sl. 1.6). Ovakva struktura naziva se struktura stabla. Složene strukture su razgranatije (sl. 1.7). U višetočkastom spoju glavna jedinica upravlja razmjenom podataka vezom. Ona proziva (polling) ostale jedinice i one se mogu javiti samo kada su prozvane.

Funkcijske jedinice se mogu povezivati u obliku petlje (prstena) (sl. 1.8). Ovaj oblik koristi se obično za povezivanje na manjim udaljenostima. Konfiguracija može biti složena, kada se više petlji povezuje u cjelinu (sl 1.9).Mreža može biti isprepletena (mesh) kada su pojedini čvorovi povezani sa više susjednih (sl. 1.10).Strukture mreža mogu biti složene i sastojati se od navedenih osnovnih struktura (sl. 1.11).

Način upravljanja mrežama

Upravljanje mrežom može biti:

-centralizirano-distribuirano-kombinacija centraliziranog i distribuiranog

U centraliziranoj (hijerarhijskoj) mreži sve komunlkacljske funkcije nadgledaju se ili upravljaju s jednog mjesta. Ovakvo upravljanje pogodno kada mnogo sistema u mreži treba koristiti resurse koji su na jednom mjestu.

Pri distribuiranom upravljanju funkcije upravljanja podijeljene su izmedju elemenata mreže. Ovako organiziranu mrežu često je teže djelotvorno kontrolirati i upravljati njome nego centraliziranom, ali ovakav način upravljanja može imati značajne prednosti pred centraliziranim zbog veće pouzdanosti i flekslbilnosti. Osobito je pogodno kada sistemi u mreži imaju približno jednake mogućnosti,

U slučaju kombiniranog centraliziranog i distribuiranog upravljanja pojedinim funkcijama,

postupcima i/ili resursima se upravlja centralizirano, a drugim distribuirana.

Podsistem računala i terminala

Računalo s pridruženim skupom terminala uobičajeno se naziva mrežom, a sam skup terminala terminalskom mrežom.

Drugi tip mreže je onaj, gdje su međusobno povezana sama računala koja komuniciraju u stvarnom vremenu. U užem smislu to je "prava“ kompjutorska mreža ili mreža računala. Prva mreža računala sastojala se od dva računala povezanih kratkim kablom. Kasnije je za udaljene veze kabel produžen ili nadomješten drugim telekomunikacijskim sredstvima

Računala u mreži mogu imati svoje mreže terminala, a čitavom mrežom može upravljati jedan operativni sistem, što omogućuje upotrebu dijela ili svih resursa mreže iz raznih udaljenih pristupnih točaka.

Prijenosni podsistem

Prve mreže bile su prostorno ograničene na područje od nekoliko stotina metara od, računala. Zapreka njihovom razvoju bilo je nepostojanje odgovarajućih spojnlh putava izmedju udaljenih terminala i računala, (odnosno izmedju samih računala, za mreže računala).arakteristika komunikacijskih kanala koji povezuju računalo i njegove periferne uređaje je velika širina pojasa koja omogućuje paralelan prijenos podataka velikim brzinama (nekoliko stotina Mb/s ili Gb/s.). Jedini komunikacijski putovi koji su bili na raspolaganju u vrijeme rađanja komunikacija podacima svim korisnicima, bili su telegrafska i telefonska mreža. Komunikacijski kanali ovih mreža imali su sasvim drugačije karakteristike od onih potrebnih računalima, prilagođene svrsi kojoj su služili telegrafiji za male brzine prijenosa podataka i informacija (nekoliko desetaka znakova u sek.) i telefoniji za prijenos govora. Zbog karakteristika ljudskog glasa koji ima mali frekvencijski opseg i veliku- redundanciju, frekvencijska širina telefonskog kanala je mala (3 - 4 kHz).Telegrafski kanali su se neko vrijeme dosta koristili za prijenos podataka, no uskoro su izbačeni zbog ograničenih brzina prijenosa (do 300 b/s).

Da bi se prevladale razlike izmedju zahtjeva potrebnih za komunikaciju digitalnim podacima iz računala i terminala i svojstava telefonskog kanala, izrađena je prilagodna oprema, modemi. Oni kod slanja digitalne podatke pretvaraju u analogne pogodne za prijenos telefonskim kanalom koristeći tehniku modulacije, odnosno kod prijema demoduliraju analogne signale pretvarajući Ih ponovno u digitalne demodulacljom. Telefonska mreža, kao široko rasprostranjen prijenosnik, omogućila je naglu ekspanziju terminala i razvoj računala s terminalskim mrežama.

Na početku ere informatizacije najveći dio troškova obrade podataka odnosio se na sklopovsku opremu (hardware). Kod sprege informatičkih i telekomunikacijskih resursa relativni trošak ovih posljednjih u okviru telematičkih sistema (telematika=informatika + telekomunikacije) postaje sve veći i nastavlja rasti. Stoga se efikasnom korištenju i razvoju telekomunikacijskih sistema za prijenos podataka posvećuje sve veća pažnja.

Iskorištenje veze sa spojem točka-točka kod koje je na jednom kraju veze računalo a na drugom jedan terminal, je vrlo mala. Ono se povećava kod višetočkastog spoja na vezi koja istovremeno povezuje više terminala s računalom. Efikasnost iskorištenja vodova znatno se povećava upotrebom koncentratora i multipleksora. Zbog relativno visoke cijene ova oprema se obično koristi kod prijenosa podataka na veće udaljenosti, gdje su troškovi korištenja prijenosnih vodova visoki.

Koncentrator je uređaj (najčešće malo računalo) koji barata s jedne strane velikim brojem veza (odn. terminala) male brzine (npr. 300 ili 600 b/s), sakuplja od njih podatke, privremeno ih pohranjuje (dok se ne oslobodi izlazni vod) i šalje ih kanalom (ili kanalima) velike brzine prema računalu ili drugom koncentratoru. Multipleksori povećavaju efikasnost korištenja prijenosnih putova tako, da dio njihovih resursa dodjeljuju pojedinim terminalima. Na taj način se putem jednog voda na računalo može spojiti više terminala. Statistički multipleksor s podjelom vremena dinamički dodjeljuje vrijeme ulaznim kanalima (terminalima) ovisno o njihovoj aktivnosti. To znači, da neaktivni terminali neće dobiti nikakvo vrijeme raspolaganja kanalom, a ostali će ga dobiti proporcionalno svojoj aktivnosti. Pa svojim karakteristikama ovaj uredjaj je kombinacija multipleksora i koncentratora pa se često naziva i multipleksor-koncentrator. Njegova upotreba omogućuje veliko iskorištenje komunikacijskih vodova.

Za prijenos podataka koristi se osim zakupljenih vodova, i javna telefonska mreža.Razvojem telekomunikacijskih informatičkih sistema i njihovom sve većom ulogom i značajem u društvu, javila se potreba za specijaliziranim prijenosnim sistemima, čija bi svrha bila što efikasnije i ekonomičnije povezivanje informatičke opreme. Tako su razvijene specijalizirane mreže za prijenos podataka:

- mreža za prijenos podataka s komutacijom vodova,- mreža s komutacijom paketa,uz koje se koristi i ranije razvijen tip mreže s komutacijom poruka.

Prednost ovih mreža u odnosu na zakupljene vodove je u efikasnom korištenju vodova za prijenos koji stoje na raspolaganju korisniku samo za vrijeme dok su stvarno potrebni za prijenos podataka, a u ostalo vrijeme ili mogu koristiti drugi. Kvaliteta prijenosa njima je u pravilu daleko veća nego pri korištenju telefonske mreže i zakupljenih vodova.

U mrežama za prijenos podataka s komutacijom vodova veza izmedju pojedinih točaka u mreži se uspostavlja biranjem, slično kao u javnoj telefonskoj mreži. Tehnike komutacije poruka i paketa su posebni oblici statističkog multiplekslrenja, kod kojih se multipleksira čitava poruka (komutacija ili prospajanje poruka) ili dijelovi poruka fiksne dužine, paketi, (komutacija ili prospajanje paketa). Poruke, odnosno paketi dolaze u komutacljski centar (mala računala) gdje se privremeno pohranjuju i zatim šalju prema odredištima na temelju adresa koje nose u zaglavljima Skup komutacijsklh centara tvori mrežu, čiji je isključivi zadatak kvalitetan prijenos podataka.

Poruke koje se šalju mrežom mogu biti različitih dužina što su duže, to u mreži s komutacijom poruka duže zauzimaju vod za prijenos, te izazivaju veća kašnjenja. Paketske mreže prenose poruke "izrezane" u male pakete, čime se znatno smanjuje vrijeme kašnjenja. Što su paketi manji, to su osobine čvorišta (komutatora paketa) sličnije statističkom multipleksoru. Svrha je ovih mreža pouzdan i kvatitetan prijenos podataka na većem geografskom području uz manje troškove.

Protokoli razmjene podataka vezom

Karakteristike razmjene podataka izmedju centralnog računala i njegovih perifernih. jedinica koje se nalaze u njegovoj blizini bitno su drugačije od razmjene podataka s terminalima. Razlika je u upravljanju komunikacijom i u pouzdanosti komunikacijskih kanala. Da se savladaju ove razlike i omogući kontrolirana i pouzdana komunikaciju podacima putem telefonskih (i telegrafskih) mreža razvijeni su protokoli razmjene podataka vezom koje spaja funkcijske jedinice (terminale i računala).

Protokol je skup pravila koja definiraju:

- način uspostavljanja, održavanja i prekidanja veze, te upravljanje njome dređivanjem podredjene jedinice ili jedinica, smjer početnog slanja podataka i način rada subjekata koji komuniciranju.

- oblik (format) skupova podataka koji se razmjenjuju (blokovi, okviri, poruke)- pravila upravljanja razmjenom tih skupova podataka

Svrha protokola je prllagođenje zahtjeva za prijenos podataka između udaljenih funcijskih jedinica (terminala i računala) karakteristikama prijenosnih putova koji stoje na raspolaganju (telefonski kanal, zakupljeni vod, mreža za. prijenos podataka). Cilj je razmjena ispravnih poruka i odbacivanje pogrešnih.Protokoli omogućuju asinhron i sinhron prijenos u poludupleksnom (naizmjeničnom dvosmjernom ) i dupleksnom (dvosmjernom) načinu rada.

Prvi protokoli bili su vrlo niske razine. Za svaki tip terminala razvijen je specifičan protokol. Pojedini veći proizvođači informatičke opreme razvili su i do nekoliko desetaka različitih protokola za svoje terminale. Ovakvo stanje bitno je otežavalo povezivanje različitih terminala u mreže. To se pokušalo prevladati-standardizacijom, no pokušaji su dugo vremena imali slabe rezultate. Tek u novije vrijeme usvojeni su standardi koji obećavaju ali još uvijek ne omogućuju u potpunosti prevladavanje razlika izmedju različitih tipova terminala i različitih proizvođača.

Arhitektura mreža

Veliki proizvođači informatičke opreme razvili su arhitekturu vlastitih mreža.Arhitektura mreža velikih računala razvijena je da bi efikasno podržala rad velikog broja terminala u vezi s računalom (on-line). Svaki veliki proizvodjač velikih računala razvio je vlastitu arhitekturu (IBM, UNIVAC, NCR). Ove mreže predstavljaju zatvorena rješenja zajedničkog rada terminala i centralnih računala. Manje pažnje je posvećeno zajedničkom korištenju periferne opreme pojedinih glavnih računala u mreži.

Suprotno ovim arhitekturama proizvođači manjih računala u svojim mrežama stavili su veći naglasak upravo na ovo posljednje i ostvarili mreže računala koje omogućuju jednostavno korištenje velikog dijela ili svih resursa mreža (računala sa programima, datoteke i baze podataka i periferne jedinice) iz bilo koje pristupne točke u mrežu. Medju prvim ovakve mreže razvili su Digital Equipment Corporation i Hewlett Packard.

Poseban doprinos razvoju arhitektura mreža računala dala je Međunarodna organizacija za standardizaciju (ISO) modelom sistema otvorenog za povezivanje (Open System Interconection- OSI model) koji funkcije računala i terminala, i mreže dijeli u sedam slojeva. Slojevi su nezavisni i medjusobno komuniciraju. Promjene u jednom sloju tako ne utječu na ostale slojeve. Za nekoliko nižih slojeva izrađeni su i prihvaćeni standardi, a za više se izrađuju.

5. MREŽE ZA PRIJENOS PODATAKA

U početku razvoja komunikacija podacima i računarskih mreža prijenosni podsistemi su bili jednostavni. Sastojali su se od fiksnih vodova (privatnih i zakupljenih) i telefonske mreže. Zbog visoke cijene komunikacijskih vodova počeli su se upotrebljavati uređaji za njihovo efikasnije iskorištavanje (npr. multipleksori i koncentratori). Oni često nisu mogli odgovoriti naraslim potrebama na zadovoljavajući način, pa su za prijenos

podataka razvijene i izgrađene složene specijalizirane mreže. Njihova je prednost u odnosu na fiksne vodove i mreže fiksnih vodova u tome, što omogućuju međusobnu komunikaciju svih subjekata spojenih na njih, poput telefonske mreže. Specijalne mreže za prijenos podataka na bilo koju udaljenost su mreže za prijenos podataka s komutacijom vodova i mreže s komutacijom paketa, te mreže s komutacijom poruka, iako se one u posljednje vrijeme manje upotrebljavaju za prijenos podataka, a više za prijenos informacija u drugom obliku (najčešće teksta).Za povezivanje računarske opreme i komunikacije podacima na ograničenim udaljenostima postoji više tipova mreža, koje su poznate pod zajedničkim nazivom lokalne mreže.

Mreže fiksnih vodova

Mreže fiksnih vodova su u pravilu privatne mreže. Računarska oprema povezana je fiksnim vodovima, vlastitim ili zakupljenim. Zakupljeni vodovi se najčešće ostvaruju poprečnim vodovima u javnoj telefonskoj mreži. Mreže fiksnih vodova su u pravilu kvalitetne ali im je cijena visoka. Troškovi su osobito visoki za mreže rasprostranjene na velikom prostoru, pa je potrebno njihovo intenzivno korištenje da budu ekonomične.

Za razmjenu podataka između stanica, potrebne su među njima veze. Ako su veze stalne, one omogućuju, komuniciranje svih stanica istovremeno, ali cijena prijenosnih putova postaje vrlo visoka. Broj spojnih putova (n) između N učesnika (stanica) je:

Mreže s komutacijom

Za veći broj učesnika mreže fiksnih vodova su neekonomične. Prikladnije je omogućiti privremene veze između učesnika u vrijeme kada žele međusobno komunicirati. Takav postupak naziva se komutacija (prespajanje). U mrežama s komutacijom spojni vodovi učesnika povezani su s komutacljskim centrom koji uspostavlja vezu između onih učesnika koji žele međusobno komunicirati. Broj spojnih vodova između učesnika i komutacijskog centra jednak je broju učesnika, što je za veliku mrežu daleko manje nego što je potrebno za mrežu bez komutacije, koja bi omogućila povezivanje svih učesnika.

Za prijenos podataka koristi se nekoliko tipova mreža s komutacijom. Postoje mreže s komutacijom vodova i mreže tipa poruka „spremi -i - otpremi".

Mreža s komutacijom vodova je javna telefonska mreža, a postoje i posebne mreže za prijenos podataka s komutacijom vodova.

Mreže "spremi - i - otpremi" dijele se u dvije skupine:

- mreže s komutacijom paketa- mreže s komutacijom poruka.

U mreži s komutacijom vodova uspostavlja se direktna fizička veza između učesnika koji žele komunicirati. Ova veza traje dok se ne završi komuniciranje, a zatim se prekida.

Mreža s komutacijom tipa "spremi - i - otpremi" ("Store-and-forward") u komutacijskom centru prima, pohranjuje i šalje podatke prema stanici kojoj su upućene, na temelju adrese stanice, koja se nalazi u zaglavlju bloka podataka.

Mreže s komutacijom vodova

Komutacija vodova (circuit switching) se najviše koristi u telefonskim sistemima. Komutacija može biti ručna (što je još slučaj kod starih kućnih centrala) ili automatska. U komutacijskom centru (telefonska centrala) vodovi se prespajaju tako da se dobije željena komunikacijska veza. Kad se veza između dva učesnika jednom uspostavi, ona je direktna i u pravilu stalna tako dugo dok se ne prenesu sve informacije u oba smjera. Ako je pozvani učesnik zauzet, ili ako je zauzet neki od spojnih portova do njega, učesnik koji poziva mora ponavljati poziv tako dugo dok se ne oslobodi spojni put, čime se gubi vrijeme na uspostavljanje veze. Učesnik koji poziva ne zna kada će pozvani učesnik biti slobodan Kada se veza jednom uspostavi, ne postoji vrijeme kašnjenja za poruke koje se razmjenjuju, jer je veza direktna. Kada se završi prijenos informacija, spojni putovi se oslobađaju i omogućuju nove veze.

Mreže s komutacijom vodova se mnogo koriste za prijenos informacija u analognom obliku (govor), a njima se prenose i informacije u digitalnom obliku (podaci).

U početku se komutacija vodova obavljala elektromehaničkim uređajima (relejna tehnika) uz elektromehaničko ili elektroničko upravljanje. Danas se koriste elektronička digitalna tehnika, često komunikacijski procesori.

Mreže s komutacijom vodova su telefonske mreže, telegrafske i posebne mreže za prijenos podataka. Sve one se koriste u prijenosu podataka (telegrafska ograničeno i sve manje zbog malih brzina prijenosa, koje se mogu njome ostvariti).

Telefonska mreža

Telefonska mreža se često koristi za povremeni prijenos manjih količina podataka. Pozivanje učesnika kod uspostavljanja veze može biti ručno, kada vezu uspostavlja i prekida operater, i automatsko putem posebnih sklopova u modemu, kada se postupak oko uspostavljanja ili prekidanja veze inicira programski iz računala ili inteligentnog terminala. Kvaliteta veza u toj mreži je u pravilu lošija od kvalitete stalnih vodova što onemogućuje postizanje velikih brzina prijenosa podataka. Ponekad je nezadovoljavajući i relativno velik broj pogrešaka koji se javlja u prijenosu. Nedostatak ovih mreža je i dugo vrijeme uspostavljanja veze (minimalno oko 5 sekundi).

Mreža za prijenos podataka s komutacijom vodova

Nedostatke mreža sa fiksnim vodovima (visoka cijena) i javne telefonske mreže (loša kvaliteta, skupa za prijenos većih količina podataka na veće udaljenosti) otklanjanju posebne mreže za prijenos podataka s komutacijom vodova.Mreže najčešće koriste postojeće resurse za prijenos (kanale telefonske mreže) uz upotrebu metoda za digitalni prijenos, kao što je PCM (impulsno kodna modulacija).

Tehnika koja se upotrebljava za višestruko korištenje prijenosnih kanala je multipleksiranje s podjelom vremena.Mreža je izgrađena od nekoliko osnovnih komponenata koje se mogu dodavati i time povećavati njen kapacitet. Upravljanje je najčešće centralizirano.

Centri za komutaciju (data switching exchanges - DSE) su elektronički uređaji koji koriste tehniku multipleksiranja s podjelom vremena. Oni nadgledaju rad mreže i uspostavljaju i raskidaju veze. Međusobno su povezani brzim vodovima (npr. 64kb/s). Zbog pouzdanosti, spojni vodovi između centara se udvajaju. Korisnički priključci kojih može biti do 10.000 po jednom centru vežu se na njih putem koncentratora i multipleksora.

Koncentratori (data circuit concentrators - DCC) povezuju veći broj korisničkih priključaka (manjih brzina) na centar za komutaciju (vodom veće brzine). Najčešće su pod kontrolom centra za komutaciju, ponekad s mogućnošću lokalnog prespajanja.

Multipleksori i udaljeni multipleksori (data and remote data multlplexers -DMX/RMX) povezuju udaljene korisnike na centre za komutaciju direktno ili putem koncentratora.

Krajnji međusklop za terminalsku opremu (data circuit terminating equipment - DCE) je standardiziran i on povezuje korisničku opremu (data terminal equipment - DTE) sa mrežom. Međusklop je povezan a koncentratorom ili multipleksorom vezom sa spojem točka - točka.

U svijetu je izgrađeno više mreža za prijenos podataka s komutacijom vodova. Zbog visokih početnih ulaganja one su građene na nacionalnoj ili nadnacionalnoj razini, kako bi velik broj priključaka omogućio ekonomičnu eksploataciju.

Mreže s komutacijom poruka

Mreže s komutacijom poruka (message switching) primaju poruke (koje mogu sadržavati podatke) u jednom ili više centara, gdje se oni privremeno pohrane, a zatim šalju prema konačnom odredištu. Između pošiljaoca i primaoca ne postoji direktna veza, kao kod komutacije vodova. Sva rukovanja porukama obavlja centar. Rukovanja se obavljaju na osnovu podataka o poruci, koji se nalaze u zaglavlju poruke. Centar šalje poruke prema njihovom odredištu, provjerava ispravnost prenijetog sadržaja i obavještava pošiljaoca o sudbini poruke.

Prijenos podataka komutacijom poruka ima prednost pred komutacijom vodova, jer uspostavljanje veze između pošiljaoca i primaoca nije stvar slučajnosti. Poruke se primaju u centru bez obzira da li je spojni vod do primaoca slobodan ili ne. Ne postoji ni potreba uspostavljanja fizičkog puta između pošiljaoca i primaoca, pa nije potrebna, ni posebna oprema za to.

Mreže sa više komutacijških centara obično nemaju centralizirano upravljanja. Takve mreže su najčešće otvorene za daljnja širenja. Što nije uvijek slučaj sa mrežama koje imaju jedan upravljački centar. Centar za komutaciju poruka projektiran je za prijenos digitalnih informacija između udaljenih lokacija.

Komutacija poruka je kombinacija opreme i tehnike za ispravan prijenos informacija višestrukim korištenjem prijenosnih putova. Namjena sistema je da izjednači (izgladi) tok prometa poruka. To je dinamička tehnika, za razliku od komutacije vodova.

Najvažnija značajka komutacije poruka je da stanice (terminali i računala) nisu međusobno direktno vezane spojnim putom, već indirektno, putem komutacijskih centara na koje su spojene sve stanice. Centri su odgovorni za slanje poruka primaocima i moraju uvijek biti u stanju prihvatiti poruke koje im šalju stanica Stanice mogu slati i primati podatke najvećom

brzinom, ne čekajući uspostavljanje veza s drugom stanicom s kojom komuniciraju.

Glavna funkcija komutacije poruka je slanje poruka na adresu koja se nalazi u zaglavlju poruka. Adresa može biti: jednostavna (određuje jednu stanicu), grupna (označuje grupu stanica) i višestruka (označuje više stanica).

Mreže za komutaciju poruka nisu novijeg datuma. Od nekada se koriste u telegrafiji. Pretplatnik takve mreže šalje poruke drugom pretplatniku putem komutacijskog centra. Ako primalac poruke nije u stanju primiti poruku u trenutku kada je pošiljalac šalje (zbog zauzetosti spojnog voda ili nekog drugog razloga), poruku zadržava komutacioni centar, pohranjuje je na neki medij (nekada je to bila papirna traka, sada je to magnetski medij) i šalje primaocu kada je on spreman za prijem.

Osnovna oprema komutacijskog centra je računalo. Ono prima poruke u stvarnom vremenu od udaljenih terminala i sprema ih na periferne memorije. Analizira zaglavlje poruka, mijenja ga po potrebi i zajedno s tekstom poruke šalje primaocu. Zaglavlja poruka moraju u svakoj mreži biti standardna, da bi računalo moglo razumijeti njihov sadržaj. Zaglavlja obično sadrže slijedeće podatke:

1) Znak za početak poruke (SOH) koji se nalazi na početku svake poruke. Potreban je jer poruke dolaze stohastički, pa se njime obavještava računalo o dolasku poruke. On inicira izvođenje programa za prijem poruka

2) Serijski broj poruke, koji omogućuje traženje poruka u datoteci, te za otkrivanje neisporučenih poruka.

3) Datum i vrijeme slanja poruke, koji su važni kod traženja starih poruka, datuma izbacivanja starih poruka iz sistema, analize zadržavanja poruka u sistemu, te određivanja prioriteta kod slanja poruka koje su zadržane duže vrljema

4) Podatak o dužini poruke, koji govori o dužini teksta poruke koji se šalje, a omogućuje slanje poruka različitih duljina. Ovaj podatak omogućuje da se otkrije da li je primljena čitava poruka, te rezerviranje potrebnog prostora za njezino pohranjivanje.Podatak je potreban samo komutacijskom centru i ne treba ga slati odredišnoj stanici.

5) Oznaku prioriteta poruke, koja omogućuje različit tretman poruka prema njihovoj važnosti.

6) Adresu primaoca, na osnovu koje centar određuje put kojim će je slati dalje. Put se određuje na osnovu tabela putova, nakon provjere da li je adresa ispravna. Za pojedine (ili sve) korisnike mogu postojati alternativni putevi, za slučaj ispada nekih veza, ili više putova zbog bržeg i/ili sigurnijeg slanja poruka. Provjera ispravnosti adrese osobito je važna u sistemima sa više komutacijskih centara, gdje se može lako dogoditi da se poruka s pogrešnom adresom izgubi u sistemu.

7) Adresu pošiljaoca koja je važna u slučaju kada je zaglavlje poruke pogrešno, da bi se poruka mogla vratiti pošiljaocu. U sistemima gdje se pošiljalac obavještava o tome da je poruka isporučena primaocu, adresa je potrebna za slanje ove informacija. Ovaj podatak važan je za statističke svrhe, jer se iz njega može dobiti podatak o aktivnosti pojedinih stanica.

8) Identifikaciju osobe (šifra za pristup mreži), koja osigurava mrežu od neovlaštenog pristupa. Šifra za pristup iz poruke uspoređuje se sa listom dozvoljenih šifara i u slučaju neovlaštenog ulaska u mrežu poruka se ne šalje dalje, a kontrolor mreže obavještava se o događaju.

Tekst poruke čine svi podaci koji dolaze iza zaglavlja poruka. Ispred teksta poruke se stavlja znak za početak sadržaja poruke (STX). I kraj poruke označuje poseban znak.

Računala za komutaciju poruka

Računalo za komutaciju poruka mora imati mogućnost brzog reagiranja na prekide i baratanja velikim brojem vremenski kratkih događaja u stvarnom vremenu. Za privremeno čuvanje poruka potrebna je periferna memorija sa vrlo brzim pristupom ( brzi diskovi), dok su za duže pohranjivanje poruka prikladne i memorije sa sporijim pristupom. Na ulazu mora imati multipieksore za priključivanje velikog broja vodova, te odgovarajuće međumemorije za pohranjivanje poruka koje stižu vodovima

Zbog pouzdanosti sistema računala se obično instaliraju u udvojenim konfiguracijama. Udvajati se mogu čitave konfiguracije ili samo pojedine vitalne komponente. Oba računala rade istovremeno, ali samo jedno je aktivno u mreži. U slučaju njegovog ispada, (zbog kvara ili čega drugog), paralelno računalo uključuje automatski preklopnik i ono nastavlja upravljanje mrežom bez zastoja. Automatski preklopnik kontrolira stanje oba računala i njihove periferije. On obavještava kontrolora mreže o kvaru pojedinih jedinica, a u slučaju ispada aktivne polovine sistema uključuje u mrežu paralelni sistem. Njegova uloga je i sinhronizacija rada oba računala, kako kod prekopčanja ne bi došlo do gubitka podataka Memorija se može podijeliti u tri razine:

1) glavna memorija za izvođenje programa,

2) brza vanjska memorija za pohranjivanje poruka prije njihovog ponovnog slanja. Ovdje se poruke pohranjuju dok se ne oslobodi vod kojim se prosljeđuju prema odredištu,

3) spora pomoćna memorija za dugotrajno pohranjivanje poruka nakon slanja pošiljaocu

Svako računalo može imati vlastite periferne uređaje potrebne za učitavanje programa i konzolu za upravljanje. Kontrolna jedinica mora biti zajednička, jer je jedan glavni operater odgovoran za oba sistema.

Programi u računalu za komutaciju poruka mogu se podijeliti u nekoliko grupa:

Programi za obradu ulaza - zadatak im je prozivanje stanica i priprema ulaznih poruka za obradu (promjene kodova i formata poruka, i sl.). Oni provjeravaju poruke, otkrivaju pogreške, obavljaju test sigurnosti. Analiziraju zaglavlje poruke i na osnovu toga iniciraju druge programe (čak i prije nego stigne čitava, poruka).

Programi za obradu izlaza pripremaju poruke za slanje vodom, slažu poruke i po potrebi mijenjaju kod i format, brinu se o brzini slanja poruka.

Programi za upravljanje prometom brinu se o svim prometnim problemima koji nisu u vezi sa samim porukama. Barataju međumemorijama i odabiru (selektiraju) stanice. Brinu se o promjenama brzina i sinhronizaciji, ispituju stanja stanica i vodova i upozoravaju na vodove loše kvaliteta. Obavještavaju operatera o ispadu vodova, te ažuriraju tabele stanja svih putova koji su na raspolaganju.

Program za obradu poruka je glavni program u sistemu, odgovoran za baratanje porukama u procesoru. On analizira zaglavilje poruka i određuje putove kojima će se proslijeđivati prema odredištu. Stvara izlazne redove poruka prema prioritetu. Ako treba, mijenja zaglavlja poruka, uključujući i izmjenu prioriteta Za poruke koje stignu sa pogreškama inicira njihovo ponovno slanje. Zbog relativno dugog vremena prolaska poruka kroz mrežu, koje je posljedica pohranjivanja poruka na perifernim memorijama čvornih računala, mreže s komutacijom poruka nisu pogodne za povezivanje terminala i računala koji koriste dijaloški način rada, niti za bilo koji drugi način, gdje je važno kratko vrijeme odziva.Mreže s komutacijom paketa

Osnove komutacije paketa

Prva mreža za komutaciju paketa razvijena je 1960.g. u korporaciji RAND u okviru vojnog projekta izrade pouzdanog sistema prijenosa govora. Govor je bio digitaliziran i prenošen u malim paketima digitalnih informacija mrežom. Ova mreža omogućavala je velik broj alternativnih putova između pojedinih čvorova, tako da je i u slučaju uništenja većeg dijela mreže komunikacija bila moguća još sačuvanim vodovima i čvorovima Svaki paket nosio je osim digitalne informacije i adresu odredišta, tim bi došao u čvor, paket bi bio proslijeđen prema odredištu bez zadržavanja. To je omogućavalo brzi prijenos informacija kroz mrežu, koja se ponašala kao vrlo brza mreža „Spremi - i – otpremi“.Tako je eksperimentalno dokazana mogućnost korištenja ovakve mreže za prijenos govora, no visoka cijena i neki tehnički problemi su onemogućili njenu komercijalnu primjenu u tom području. Za prijenos podataka pokazao se ovaj tip mreže vrlo pogodan.

Komutacija paketa nalikuje posebnom obliku komutacije poruka, prilagođenom baratanju prometom podataka. Ako se gleda površno, izgleda da je tako. No postoje vrlo važne razlike između komutacije poruka i komutacije paketa. Razlika između komutacije poruka i komutacije paketa počinje već kod samih poruka i paketa. Poruke razmjenjuju korisnici mreža. One su jedinice informacije, koje oni prepoznaju, pa su formatirane prema njihovim potrebama. Dužina im je varijabilna i može biti relativno velika. Mreža preuzima poruku i brine se o njenoj isporuci. Na poruku se ne očekuje uvijek odgovor. Vrijeme prijenosa može biti znatno.

Paketi su prilagođeni računalu, pa imaju fiksni format koji nije pogodan za upotrebu od strane čovjeka. Da se postigne kratko vrijeme prijenosa, oni su kratki. Ako prenijeta poruka prelazi veličinu paketa, ona se „reže" u manje dijelove koji se pakiraju i u pakete i tako se šalje kroz mrežu (sl. 7.4). Na odredištu se paketi ponovno slažu u poruku.

Korištenje paketa ima važne prednosti:

- fiksna struktura paketa omogućuje efikasno baratanje njima,- nepostojanje vrlo dugih paketa onemogućuje dugotrajno zauzimanje prijenosnihvodova,- omogućuje da redovi paketa u komutacijskim centrima budu kratki.

Paketi se ne pohranjuju poput poruka u periferne memorije, već samo u brzu glavnu memoriju. Rezultat toga je da je kašnjenje kroz mrežu sa komutacijom paketa znatno manje nego kroz mrežu sa komutacijom poruka, a brzina protoka informaclja može biti znatno veća. Vremena kašnjenja kroz mrežu mogu biti reda veličine nekoliko desetaka milisekundi, do nekoliko stotina mltisekundi, lako mogu doseći vrijeme reda veličine sekunde, dok su u mrežama s komutacijom poruka u pravilu daleko veća.

Namjena mreža s komutacijom paketa je dostava paketa s minimalnim kašnjenjem. Ove mreže ne zadržavaju pakete. Ako su pozvani terminal, ili računalo zauzeti, dijalog vjerojatno neće ni započeti. No ako dijalog počne, u toku njega će biti razmijenjene mnogo paketa prije nego što završi. Ako korisnik zahtijeva pohranjivanje poruka koje su stigle paketskim prijenosoma on ih ne može trenutno primiti, one se mogu pohraniti, ali izvan mreže, a ne u čvorovima mreže, kao što je slučaj kod komutacije poruka.

Svaka pristupna točka u mreži ima jedinstvenu adresa. Paketi podataka nose podatke o adresi, na osnovu kojih čvorovi određuju putove za prosljeđivanje paketa na odredišnu adresu. Tako su sistemi s komutacijom paketa,oblik statističkog muitipleksiranja, jer se kanal za prijenos stavlja na raspolaganje stanicama samo kada razmjenjuje podatke.Pouzdanost i propusnost mreža s komutacijom paketa znatno povećavaju alternativni putovi. Svaki čvor u mreži u pravilu se povezuje sa bar dva susjedna čvora. U slučaju ispada jednog voda, promet paketima se obavlja drugim vodom.

Posebnu pažnju pri projektiranju mreža treba obratiti na upravljanje prometom. Dođe li do zagušenja u jednom čvoru zbog nemogućnosti predaje pristiglih paketa nekom od susjednih čvorova ili odredišnih stanicama, može lako doći do pada čitave mreže. Usko grlo za izlaz podataka iz mreže stvorit će red čekanja u čvora. Prevelik red čekanja srušit će čvor, koji više neće primati pakete iz susjednih čvorova, što može dovesti do njihovog ispadanja iz rada i tako postepeno rušenja čitave mreže. Zato je glavni zahtjev svakom protokolu za razmjenu paketa, dobar mehanizam za kontrolu i upravljanje prometom paketa, koji može otkriti i reagirati na

navedeni problem.

Datagram i virtualni vod

Mreže s komutacijom paketa pružaju tri vrste osnovnih usluga prijenosa podataka:

- uslugu prijenosa datagramom,- uslugu prijenosa stalnim virtualnim vodom,- uslugu prijenosa komutiranim virtualnim vodom.

Kada se za prijenos podataka koristi usluga prijenosa datagramom, svaki paket s podacima sadrži potpunu adresu odredišta i prenosi se mrežom sasvim nezavisno od ostalih paketa Paketi mogu stizati; u odredište u slijedu koji se razlikuje od slijeda kojim su poslani. Ovaj način rada može biti pogodan za stanje kratkih poruka, ali nije pogodan kada se prenose poruke čija je dužina veća od dužine informacijskog polja paketa. Uređivanje redoslijeda paketa na prijemnoj stanici stvar je korisnika i njegove opreme, a ne mreže. Prednost prijenosa kratkih poruga datagramima je malo vrijeme kašnjenja, zbog malog vremena zadržavanja u mreži.

Kada se za prijenos podataka koristi usluga prijenosa virtualnim vodom, mreža se brine da paketi budu isporučeni u redoslijedu u kojem su primljeni. Korisnik doživljava vezu kao direktnu vezu vodom, pa otuda i naziv ovoj usluzi. Virtualni vod može biti stalan (permanent virtual circult - PVC) ili komutiran (switched virtual circuit - SVC).

Virtualni vod se može ostvariti na više načina. Ako se osnovna tehnika komutacije u mreži osniva na datagramima, podaci se šalju datagramima, a njihov redoslijed uređuje u komutacljskom čvoru na koji je povezano odredište. Druga tehnika koja je uobičajena zahtijeva da se uspostavi stalni put između izvora podataka i odredišta. Uređivanje nije potrebno, jer svi paketi prolaze istim putom, pa je njihov redoslijed sačuvan. Ovaj način omogućuje korištenje skraćene adrese u mreži. Međutim svaki čvor mora „pamtiti“ koji vod je pridružen svakoj adresi. Nedostatak ove druge tehnike je ovisnost o pojedinim čvorovima i spojnim putovima. Slika 7.7 prikazuje ova dva principa.

U slučaju pada ili zagušenosti jednog od njih dolazi do pada i virtualnog voda. Ako

postoji protokol za međusobnu vezu krajnjih točaka (protokol s-kraja-na-kraj - end-to-end), može se uspostaviti novi spojni put, no tada je potrebna razmjena informacija o stanju krajnjih točaka koje komuniciraju, kako bi se izbjegao gubitak paketa.

Osnovni problem koji nije riješen ni tehnikama multipleksiranja ni koncentriranja, koje su znatno povećale iskorištenost vodova je problem sigurnosti veza i alternativnih putova u slučaju pada voda. Multipleksiranje i koncentriranje još vize povećava ukupnu zavisnost čitavog sistema o pojedinim vezama. Mreža za komutaciju paketa rješava ovaj problem, jer su njeni čvorovi međusobno povezani sa više alternativnih putova.

Karakteristike tehnike komutacije paketa

Tehnici komutacije paketa inherentno je dinamičko multipleksiranje. Jedan pristupni vod u komutacijski čvor može se koristiti za puno veza (virtualne veze), što nije slučaj kod tehnike komutacije vodova, gdje je za svaku vezu potreban poseban vod do lokalnog komutacijskog centra, odnosno multlpleksora ili koncentratora. Na isti način mogu se multlpleksirati i međučvorni vodovi. Time se postiže; znatno bolje iskorištenje prijenosnih vodova Ako stanica može sudjelovati samo u jednoj vezi, prednost višestrukog korištenja pristupnog voda neće doći do izražaja.

Drugi efekt uklanjanja fizičke veze između stanica je omogućavanje razmjene podataka između stanica koje prenose podatke različitim brzinama To je moguće, jer su komutacijski čvorovi u biti sustavi „spremi-i-otpremi" sa međumemorijama. To zahtijeva mehanizam za upravljanje protokom podataka jer mora postojati odnos između količine podataka koji ulaze i izlaze iz mreže. U protivnom dolazi do zagušenja memorijskih kapaciteta koji su ograničeni.

Jedna od karakteristika ove tehnike prijenosa podataka je varijabilno kašnjenje. Kod komutacije vodova između ulaska podatka u mrežu i njegovog izlaska iz nje uvijek prođe isto vrijeme i to vrijedi za bilo koje dvije točke u mreži. To je vrijeme putovanja signala kroz vodič ili drugo prijenosno sredstvo. Međutim kod komutacije paketa uvodi se dinamičko dodjeljivanje vodova i pohranjivanje podataka u memorije, pa vrijeme prolaza paketa s jednog kraja mreže na drugi ovisi o opterećenosti mreže. To može uzrokovati nedopustiva kašnjenja za neke podatke, pa se uvodi jedan ili više prioriteta u prijenosu paketa, da bi se podacima s kritičnim vremenom

kašnjenja omogućilo kraće vrijeme zadržavanja u mreži. Provjera ispravnosti prenijetih podataka osigurava kvalitet prijenosa. Da bi se smanjilo vrijeme zadržavanja paketa u mreži zbog pogrešnog prijenosa i retransmisije, koriste se vodovi velike kvalitete (relativan broj pogrešno prenijetih bitova 10-9 ) za međusobno povezivanje čvorova.

Funkcija čvora za komutaciju paketa i njegova izvedba

Upravljanje mrežom za prijenos podataka s komutacijom paketa može biti centralizirano, distribuirano ili kombinacija jednog i drugog načina. U pogledu upravljanja funkcije pojedinih čvorova mogu biti:

- nadgledanje mreže (ili njenog dijela) i upravljanje njome (ili njime),- inicijalizacija i oporavak mreže (ili njenih dijelova),- prikupljanje i po potrebi slanje u neki centar podataka o prometu paketa, radi statističkog praćenja rada mreže i/ili obračuna troškova korištenja mreže.

Na mreže, s komutacijom paketa se mogu priključivati računala koje rade paketskim načinom (paketske stanice), koje šalju podatke u obliku paketa. Mogu se priključiti i računala koje ne podržavaju paketski način rada (nepaketska računala), no u tom slučaju čvorovi mreže ili posebni uređaji - PAD-ovi (packed assembly/disassembly) na koje se spajaju takve stanice, obavljaju funkciju paketiranja (za podatke koji ulaze u mrežu) odnosno, depaketiranja (za podatke koji izlaze iz mreže).

Osnovne funkcije čvorova su procesuiranje paketa:

- prijem podataka u paketima (ili drukčijem obliku) sa vodova prema raznim protokolima,-provjera ispravnosti primljenih paketa (ili podataka u drukčijem obliku),- po potrebi slaganje podataka u pakete (paketiranje) ili razlaganje paketa (depaketiranje),- privremeno kratkotrajno pohranjivanje paketa- obrada zaglavlja paketa- određivanje puta i komutacija paketa- predaja paketa (ili podataka u drugačijem obliku) po vodovima susjednim čvorovima ili korisničkim stanicama prema raznim protokolima.

Funkcije čvorova obavlja komunikacijski procesor (jedan ili više njih). Pojedine kritične komponente se udvajaju, radi pouzdanosti. Tipična konfiguracija se sastoji od procesora (obično minimalno dva), memorije, modula za upravljanje spojnim vodovima, vanjske memorije i podataka potrebnih za inicijalizaciju i rad čvora, te njegov oporavak. Manji čvorovi mogu biti bez periferne memorije(programe. i podatke za rad mogu dobiti i prijenosom vodovima iz nakog većeg čvora). Jedan ili vise većih čvorova mogu biti opremljeni trakama ili diskovima, gdje se uz programe i tabele potrebne za inicijallzaciju i oporavak mreže mogu pohranjivati i statistički podaci, te podaci potrebni za obračun troškova korištenja mreže. Za komunikaciju s operaterom čvorovi mogu biti snabdjeveni upravljačkim konzolama (npr. zaslon s tastaturom) I štampačem, za tiskanje raznih izvještaja.

Programi u čvorovima služe ostvarenju funkcija čvorova. Postoje skupine programa za:

- upravljanje mrežom- upravljanje čvorom- nadzor vodova- upravljanje prometom (posebno za određivanje puta i komutaciju paketa).

Oni se služe tabelama, u kojima su podaci o mreži (tabele putova, tabele adresa priključenih stanica itd).

Čvorovi su međusobno povezani u pravilu vodovima velikih brzina. Radi pouzdanosti često se udvajaju, pa se čvorovi često povezuju sa dva i više vodova. Radi pouzdanosti u pravilu je svaki čvor mreže povezan s bar dva susjedna čvora. Korisnički priključci mogu biti raznih brzina. Korisničke stanice spajaju se na čvorove direktno ili putem udaljenih koncentratora i multlpleksora. U javnim mrežama postoje strogi standardi za fizičko i logičko spajanje na mreže i povezivanje putem njih. Mreže s komutacijom paketa ne zahtijevaju velike početne investicije. Mogu se u poretku izgraditi s nekoliko stotina (pa čak i desetaka) priključaka, a kasnije se proširivati prema potrebi.

Način rada čvora za komutaciju paketa

Svakom vodu koji je spojen na čvor pridružene su dvije funkcije - prijem i predaja paketa i tri reda čekanja:

- red paketa za slanje u susjedni čvor- red poslanih paketa (red za retransmislju) koji čekaju .potvrdu da su ispravno primljeni- red potvrda za ispravno primijene pakete

Svi paketi pohranjuju se u međumemorije. One nisu fiksne, veći se u trenutku kada stigne ili se formira paket, dodjeljuju paketu međumemorija iz skupa medumemorija. Kada paket više nije potrebno čuvati, oslobađa se njegova međumemorija i stavlja na raspolaganje skupu slobodnih međumemorija.

Kada čvor može primiti novi paket iz susjednog čvora, dodjeljuje odgovarajućem vodu i ulaznu međumemoriju. Paket ulazi u nju, ako je ispravan (prenijet bez pogreške) prelazi u red podataka za slanje na odgovarajući izlazni vod. Istovremeno se stvara paket potvrde (ACK), koji ulazi u red potvrda (ACK red) voda s kojeg je primljen paket podataka i tu čeka da bude poslan. Nakon što je poslan paket podataka iz reda podataka za slanje u slijedeći čvor, njihova kopija se

pohranjuje u red za retransmislju, gdje čeka potvrdu ispravnosti prijema iz čvora u koji je poslan. Ako je potvrda pozitivna, on se izbacuje iz reda retransmisije, a ako je negativna, vraća se u red podataka za slanje.

Ulazni paketi potvrde (ACK) se odmah obrađuju i njihov međumemorljski prostor se brzo oslobađa. Izlazni paketi potvrde su u međumemoriji dok čekaju na slanje, a nakon slanja njihov prostor se oslobađa. Kratkim zadržavanjem paketa u čvorovima mreže postiže se njihov brz prolaz kroz mrežu, što omogućuje da se ovaj tip mreže koristi za dijaloški način rada.

Lokalne mreže

Lokalne mreže (local area networks - LANs) predstavljaju posebnu skupinu mreža za prijenos podataka i informacija u digitalnom obliku. Ima ih više tipova, obzirom na topologiju, način pristupa, prijenosna sredstva i način prijenosa. Svima je zajednička ograničeno područje na kojem djeluju (tipično nekoliko km do nekoliko desetaka km). U pravilu su ograničene na jednu ili nekoliko susjednih zgrada. Svrha im je povezivanje velikog broja različitih uređaja koji trebaju međusobno komuniciratiEkspanzija izgradnje i korištenja ovih mreža dolazi zbog potrebe korisnika računarske opreme, da s jednog mjesta imaju brz i jednostavan pristup do što većeg broja različitih aplikacija i drugih resursa.

Osnovne topološke strukture koje se primjenjuju kod lokalnih mreža su:

- zvijezda- prsten (petlja)- zajednička magistrala (ili sabirnica, engl. bus)

One opisuju način povezivanja uređaja na mrežu. Kod strukture zvijezde uređaji se povezuju s centralnim čvorom, koji je obično preklopnik (komutacijskl čvor). Kod višestrukih zvijezda postoji nekoliko međusobno povezanih čvorova, najčešće hijerarhijski, koji omogućuju proširenje broja priključaka u odnosu na osnovni čvor.Kod prstena stanice su priključene na prsten. Ispad jednog od njih najčešće onemogućuje rad ostalima (svima ili dijelu).

Kod konfiguracije zajedničke magistrale stanice su priključene na zajedničku magistralu putem međusklopa. Ispad jednog uređaja ne utječe na rad ostalih.I kod petlje i kod zajedničke magistrale stanice se adresiraju. Poruku koja joj je namijenjena stanica prepoznaje na temelju adrese koju ona nosi.

Sredstva za prijenos koja se koriste u ovim mrežama su:

- žična parica- koaksijalni kabel ;- svjetlovod.

Brzine prijenosa kreću se od 100 Mb – 100 Gb.

Pristupi do resursa mreže realiziraju se u osnovi na dva načina:

- komutacijom vodova (lokalna centrala, čvor komutacije)- putovanjem poruka (paketa, okvira) s adresom kroz mrežu, gdje ih adresanti preuzimaju kada prepoznaju svoju adresu.

Postoje dva rasprostranjena načina pristupa resursima lokalnih mreža drugog tipa. To su:- način pristupa prelazom "znaka" (token), koji se koristi kod prstena (token ring) i kod zajedničke

magistrale (token bus)- „višestruki pristup otkrivanjem nosioca putem otkrivanja sudara" (CSMA/CD - carrier sense multiple access with collision detection), koji se koristi kod zajedničke magistrale. "Znak" je sredstvo kojim se stječe pravo na slanje podataka. To je jednoznačna kombinacija bitova koja se posebnim formatom (prsten) ili u okviru (zajednička magistrala) prenosi prijenosnim sredstvom i prelazi od stanice do stanice.

Prsten se sastoji od skupa komunikacijskih upravljačkih jedinica spojenih serijski prijenosnim sredstvom. Stanice (terminali i računala) su spojeni na te jedinice, čija je svrha povezivanje stanica s prstenom, kako bi tim putem one mogle međusobno komunicirati. Informacija, se prenosi u slijedu, bit po bit, od jedne aktivne upravljačke jedinice do slijedeće. Svaka jedinica do koje stignu bitovi obnovi (regenerira) svaki bit i ponovo ga šalje u prsten. Informaciju šalje stanica priključena, na upravljačku jedinicu koja u tom trenutku ima pravo upravljanja prijenosom, (pravo pristupa do sredstva za prijenos), jer je „u posjedu" znaka Informacije se prenose u okvirima. Okvir kruži prstenom od jedne jedinice do slijedeće. Adresirana jedinica kopira informaciju i zadržava "kopiju“ a "original" proslijeđuje dalje. Konačno, upravljačka jedinica koja je poslala, okvir s informacijom, povlači ga iz prstena, kada stigne do nje.

Upravljačka jedinica stječe pravo na slanje informacija prstenom kada detektira znak (token) koji kruži prstenom nakon svakog prijenosa informacija. Ona ga može zadržati, mijenjajući ga u početni dio informacijskog okvira, dodavanjem odgovarajućih upravljačkih i statusnih polja, adresnih polja, informacijskog polja, zaštitnih bitova i kraja okvira. Nakon završetka prijenosa informacije i nakon odgovarajuće provjere ispravnosti, upravljačka jedinica šalje novi znak (token), koji omogućuje pristup do prstena ostalim jedinicama.

Način pristupa prelazom znaka zajedničkom magistralom primjenjuje se na sličan način kao kod prstena. Stanice (računala i terminali) priključeni na zajedničku magistralu tvore logički prsten. Stanice na istoj zajedničkoj magistrali koje nisu uključene u logički prsten mogu primati podatke, ali ne mogu započeti njihovo slanje. Znak se prenosi u okviru. Kada stanica primi okvir upućen njoj (prepoznaje ga po adresi) koji sadrži znak, stječe pravo na slanje okvira s podacima Nakon što je završila slanje okvira s podacima, stanica predaje znak slijedećoj stanici u logičkom prstenu.

Višestruki pristup otkrivanjem nosioca putem otkrivanja sudara (CSMA/CD - carrier sense multiple access with collision detection) je način pristupa prijenosnom sredstvu, kojim dvije ili više stanica zajednički koriste zajedničku magistralu. Prije slanja podataka stanica čeka na tiho razdoblje (kada niti jedna od preostalih stanica ne šalje) i tada šalje željenu poruku u obliku niza bitova. Ako nakon početka prijenosa dode do sudara s porukom druge stanice, tada svaka stanica koja šalje, namjerno pošalje još nekoliko znakova, da bi se osiguralo širenje sudara čitavim sistemom. Nakon toga stanica utihne i ostaje u tom stanju slučajno određeno (random) vrijeme, prije nego pokuša ponovo slati. Kada se odašiljanje podataka sa dvije stanice preklapa, sukob do kojeg dolazi naziva se sudar (collision). Stanica može osjetiti sudar za vrijeme početnog dijela odašiljanja („prozor sudara"), prije nego odaslani signal stigne do svih stanica. Neko što prođe određeno vrijeme (prozor sudara), stanica koja šalje zadobiva pravo upravljanja prijenosom. Kasniji sudari su izbjegnuti, jer su sve stanice uočile signal (otkrivanjem nosioca) i prihvatile pravo na upravljanje prijenosom stanice koja šalje.

Pojedini tipovi lokalnih mreža su razvijeni i izgrađeni sa različitom podrškom povezivanja različite oprema Dok su neke samo transportno sredstvo (omogućuju samo priključak), poput javnih mreža za prijenos podataka, druge imaju razvijene više slojeve komunikacijskih protokola i omogućuju ne samo povezivanje već i direktno komuniciranje različite opreme putem konverzije protokola. Na primjer, PBX može imati ugrađene konvertore protokola i kod spajanja različitih terminala s raznim računalima, pridružuje odgovarajući

konvertor protokola i omogućuje komuniciranje između inače nekompatibilne opreme.Posebnu vrstu predstavljaju mreže s razvijenim protokolima vrlo visoke razine, koje

omogućuju povezivanje više velikih računala i njihove moćne periferije (tzv. mreže stražnjeg kraja-back end mreže) koje prenose podatke vrlo velikim brzinama i omogućuju brz prijenos datoteka i zajedničko korištenje svih resursa svim učesnicima. Takve mreže služe povezivanju velikih računala različitih proizvođača. Komuniciranje u njima je na razini operativnih sistema povezanih računala.

Razni tipovi lokalnih mreža s raznim karakteristikama koriste se za razne namjene. Pojedini tipovi više odgovaraju jednoj namjeni (npr. povezivanju uredske opreme), drugi nekoj drugoj (povezivanje terminala s velikim računalima). One međusobno koegzistiraju. Mnoge od njih se mogu povezivati s lokalnim mrežama istog ili različitog tipa, ili sa javnim mrežama pa tako nastaju hibridne mreže.

Usporedba raznih tipova mreža

Za prijenos podataka koriste se danas privatne mreže fiksnih vodova, telefonska mreža, mreže za prijenos podataka s komutacijom vodova i mreže s komutacijom paketa, mreže s komutacijom poruka i lokalne mreže. Pojedini tip mreže ima određene prednosti i nedostatke i niti jedan od njih ne rješava optimalno sve potrebe svih korisnika za prijenos podataka.

Fiksni vodovi su ekonomični za prijenos velikih količina podataka. Javna telefonska mreža može biti pogodna ako se povremeno na relativno malim udaljenostima prenose male količine podataka a ne zahtijeva se velika kvaliteta prijenosa. Mreže za prijenos podataka s komutacijom vodova posebno su pogodne za prijenos većih količina podataka u kraćim vremenskim intervalima, kao i za sve vrste prijenosa u slučaju velikog broja potrebnih priključaka u određenom geografskom području.

Mreže za prijenos, podataka komutacijom paketa posebno su pogodne za prijenos manjih količina podataka u većim vremenskim intervalima (interaktivan rad). Mreže s komutacijom poruka pretežno se koriste u telegrafskom prometu, te javnim i privatnim sustavima za prijenos poruka (npr. elektronička pošta). Pogodne su za prijenos većih količina.podataka, kada nije važno vrijeme odziva. Lokalne mreže se koriste za povezivanje informatičke opreme na malim udaljenostima.

Mreže za prijenos podataka komutacijom paketa zbog nekih prednosti pred ostalim tipovima mreža su najznačajnije. Prednosti su im, da se mogu izgraditi s relativno malim početnim investicijama i kasnije po potrebi jednostavno proširivati, da podržavaju sinhrone i asinhrone terminale i omogućuju ne samo priključke raznih brzina prijenosa podataka, već i konverziju brzina, da nameću korisnicima standardne protokole komuniciranja i time ,otvaraju mogućnost povezivanja svih. učesnika u mreži međusobno, da su široko međunarodno prihvaćene te da tako omogućuju ekonomično povezivanje učesnika ne samo u nacionalnim granicama, već i međunarodno.