UmrezavanjeRacunara Kurose 1 Poglavlje

POGLAVLJE 1Raunarske mree i Internet

1

Sveopta prisutnost raunarskih mrea neprekidno se poveava pronalaenjem novih atraktivnih aplikacija primeri su mnogobrojni itai Weba u mobilnim telefonima, kafei sa javnim beinim pristupom Internetu, kune mree irokopoja-snog pristupa, zatim tradicionalna IT radna infrastruktura sa umreenim raunarom na svakom stolu svake kancelarije. Umreavaju se automobili, ali i senzori za pra-enje stanja ivotne sredine. Konano, Internet sada ve ima interplanetarni znaaj. Izgleda da su raunarske mree svuda oko nas! Ova knjiga pruie vam savremeni uvod u veoma dinamino polje umreavanja raunara i ponuditi principe i praktina znanja koji e vam pomoi da razumete ne samo aktuelne mree, ve i one koje e postojati u budunosti.

Ovo prvo poglavlje zamiljeno je kao svojevrstan prikaz umreavanja raunara i Interneta. U njemu smo eleli da iscrtamo konture umreavanja i da ovu pojavu posmatramo uopteno. Videete da smo u ovom uvodnom poglavlju obradili mnogo tema, neke ak i veoma detaljno, a da pri tome nismo gubili iz vida optu sliku. Zahvaljujui tome, ovo poglavlje predstavlja osnovu na koju se nadovezuju sva naredna poglavlja.

Evo kako e izgledati na prikaz raunarskih mrea u ovom prvom poglavlju. Nakon to vam predstavimo neke osnovne termine i koncepte, ispitaemo osnovne hardverske i softverske komponente koje ine raunarsku mreu. Poeemo od periferije raunarske mree i prikazati vam krajnje sisteme i mrene aplikacije

1.1 TA JE INTERNET? 3

koje se izvravaju u okviru mree. Govoriemo takoe o transportnim uslugama koje ove aplikacije koriste. Nakon toga prei emo na jezgro raunarskih mrea i ispitati linkove i komutatore kojima se podaci prenose, zatim pristup mreama i same fizike medijume koji krajnje sisteme povezuju sa jezgrom mree. Videete da Internet predstavlja mreu koja objedinjuje mnogo drugih mrea i nauiti na koji nain su sve te mree povezane.

Nakon prikaza periferije i jezgra raunarskih mrea, zauzeemo poziciju koja e nam omoguiti sagledavanje neto uoptenije slike. Ispitaemo uzroke kanje-nja i gubitka podataka u raunarskim mreama i ponuditi vam jednostavne kvantita-tivne modele za odreivanje kanjenja od jednog do drugog kraja mree. Ovi modeli prilikom izraunavanja u obzir uzimaju kanjenje u prenosu, putovanju i formiranju redova. Potom emo vam predstaviti i neke kljune principe u arhitekturi umreava-nja raunara kao to su, na primer, slojevitost protokola ili modeli usluga. Konano, ovo poglavlje emo zavriti kratkim istorijskim prikazom raunarskih mrea.

1.1 ta je Internet?U ovoj knjizi kao osnovno sredstvo za razmatranje naina funkcionisanja mrenih protokola koristimo javni Internet konkretnu raunarsku mreu. Ali ta je Inter-net? Zaista bismo eleli da vam pruimo odgovor u jednoj reenici definiciju koju biste mogli da koristite u razgovoru sa lanovima porodice i prijateljima. Naalost, Internet je, u pogledu hardverskih i softverskih komponenti, kao i usluga koje prua, veoma sloen, tako da jednostavno nije mogue dati toliko kratku definiciju.

1.1.1 Osnovne komponente InternetaUmesto da pokuamo da definiemo Internet u jednoj reenici, opredelili smo se za neto deskriptivniji pristup, u kome postoje dva razliita puta. Prvi bi podrazumevao opisivanje onoga to se nalazi ispod haube Interneta, a to su osnovne hardverske i softverske komponente od kojih se on sastoji. Iz druge perspektive, Internet moe da se opie u smislu mrene infrastrukture koja obezbeuje usluge distribuiranim aplikacijama. Poeemo od prvog opisa i kao ilustraciju upotrebiti sliku 1.1.

Javni Internet predstavlja svetsku raunarsku mreu koja se sastoji od miliona raunara rasporeenih irom sveta. Donedavno su veinu ovih ureaja inili tradi-cionalni stoni PC raunari, UNIX radne stanice i tzv. serveri koji uvaju i prenose informacije kao to su veb stranice i elektronska pota. Meutim, osim njih, danas se sa Internetom povezuje i sve vei broj netradicionalnih krajnjih sistema (ureaja), kao to su PDA (Personal Digital Assistant) raunari , televizori, prenosivi raunari, mobilni telefoni, automobili, senzori za praenje stanja ivotne sredine, okviri za slike, kuni elektronski i bezbednosni sistemi, veb kamere, pa ak i tosteri [BBC 2001]. tavie, imajui u vidu broj netradicionalnih ureaja koji se danas povezuju sa Internetom, termin raunarska mrea ve poinje da zvui pomalo arhaino. U internetskom argonu, svi ovi ureaji nazivaju se raunari ili krajnji sistemi.

2 POGLAVLJE 1 RAUNARSKE MREE I INTERNET

U januaru 2003. godine Internet je koristilo oko 233 miliona krajnjih sistema i taj broj se veoma brzo poveava [ISC 2004].

Krajnji sistemi su izmeu sebe povezani komunikacionim linkovima. U odeljku 1.4 videete da postoji veliki broj tipova komunikacionih linkova koji se prave od razliitih fizikih medijuma, kao to su koaksijalni kablovi, bakarni provo-dnici, optiki kablovi i spektar radio talasa.

1.1 TA JE INTERNET? 32 POGLAVLJE 1 RAUNARSKE MREE I INTERNET

Slika 1.1 Neki elementi Interneta


Razliiti linkovi imaju i razliitu brzinu prenosa podataka koja se izraava brojem bitova u sekundi.

Krajnji sistemi obino nisu direktno meusobno povezani jednim komunika-cionim linkom. Ta veza najee je indirektna i vodi preko posrednikih ureaja za komutiranje koji se nazivaju komutatori paketa. Komutator paketa preuzima odre-enu koliinu informacija koje stiu nekim od ulaznih komunikacionih linkova i prosleuje ih nekim od svojih izlaznih komunikacionih linkova. U argonu raunar-skog umreavanja za ovu odreenu koliinu informacija koristi se termin paket. Danas ima mnogo razliitih oblika i modela komutatora paketa, a najrasprostra-njeniji su ruteri i komutatori sloja veze. Zajednika karakteristika obe ove vrste komutatora jeste to da pakete prosleuju do njihovih konanih odredita. O ruterima emo detaljnije govoriti u poglavlju 4, a o komutatorima sloja veze u poglavlju 5.

Put kojim paket putuje od krajnjeg sistema koji ga je poslao, kroz niz komuni-kacionih linkova i rutera, do krajnjeg sistema kome je namenjen, naziva se ruta ili putanja. Umesto da za komunikaciju krajnjih sistema obezbedi namensku putanju, Internet koristi tehniku komutiranja paketa, koja omoguava da vei broj krajnjih sistema u isto vreme i zajedniki koristi celu putanju ili neki njen deo. Prve mree sa komutiranjem paketa koje su se pojavile 1970-ih godina predstavljaju najranije pretke dananjeg Interneta. Taan iznos obima saobraaja dananjeg Interneta pre-dmet je sporenja [Odylsko 2003], ali po nekim konzervativnim procenama meseno kroz amerike meugradske mree proe oko 100 000 terabajta informacija. Ovome treba dodati i podatak da se obim saobraaja svake godine udvostruava.

Krajnji sistemi pristupaju Internetu preko posrednika za Internet usluge (Internet Service Provider, ISP) i to mogu biti kuni posrednici, kao to su AOL ili telefonske kompanije i kablovski operateri, zatim korporativni posrednici, univer-zitetski posrednici, kao i posrednici kakav je, na primer, kompanija T-Mobile koja obezbeuje beini pristup na aerodromima, u hotelima, kafeima i na drugim javnim mestima. Svaki posrednik za Internet usluge, u stvari, predstavlja mreu rutera i komunikacionih linkova. Razliiti posrednici obezbeuju krajnjim korisnicima i razliite naine za pristup mrei, kao to su, primera radi, modemski pristup brzine 56 Kb/s, rezidencijalni irokopojasni pristup kablovskom ili DSL vezom, zatim LAN pristup velike brzine ili beini pristup. Ovi posrednici takoe obezbeuju pristup Internetu onim kompanijama koje obezbeuju sadraje, povezujui veb lokacije direktno sa Internetom. Da bi omoguili komunikaciju korisnika Interneta i pristup sadrajima irom sveta, ovi posrednici nieg reda povezani su sa nacionalnim i inter-nacionalnim posrednicima vieg reda, kao to su AT&T ili Sprint. ISP-ovi vieg reda, u stvari, predstavljaju odreeni broj rutera velike brzine koji su izmeu sebe pove-zani takoe veoma brzim optikim kablovima. Svakom ISP mreom, bez obzira na to da li je vieg ili nieg reda, upravlja se nezavisno i u svakoj se koriste protokol IP (videti u produetku), kao i odreene konvencije imenovanja i adresiranja. U odeljku 1.5 detaljnije emo ispitati posrednike za Internet usluge i njihove meusobne veze.

Krajnji sistemi, ruteri, kao i ostali delovi Interneta, koriste protokole koji kon-troliu slanje i prijem informacija u okviru Interneta. TCP (Transmission Control Protocol) i IP (Internet Protocol) predstavljaju dva najvanija Internet protokola.


Protokolom IP precizira se format paketa koje razmenjuju ruteri i krajnji sistemi. Glavni Internet protokoli kolektivno se nazivaju TCP/IP. Ve u ovom uvodnom poglavlju pozabaviemo se mrenim protokolima, ali to je samo poetak. U nastavku ove knjige emo se veoma esto vraati ovoj temi.

Imajui u vidu znaaj protokola na Internetu, veoma je vano da postoji opti konsenzus o tome za ta je svaki od tih protokola zaduen. Upravo zato i postoje standardi. Internet standarde je razvila Tehnika radna grupa za Internet (Internet Engineering Task Force, IETF) [IETF 2004]. Dokumenti sa standardima grupe IETF nazivaju se RFC (request for comments, zahtevi za komentarima) dokumenti. RFC dokumenti pojavili su se kao uopteni zahtevi za komentarima (otuda i njihov naziv) koji bi omoguili reavanje problema u vezi sa arhitekturom mree koja je pret-hodila Internetu. Ovi dokumenti su puni tehnikih pojedinosti, veoma su detaljni, i definiu protokole kao to su TCP, IP, HTTP (za Web) i SMTP (za elektronsku potu). Tehnika radna grupa za Internet takoe je standardizovala protokole koji se izvravaju na matinim raunarima [RFC 1122; RFC 1123] i ruterima [RFC 1812]. Trenutno ima vie od 3500 razliitih RFC dokumenata. Postoje jo neka tela koja se bave standardizacijom mrenih komponenti, posebno kada su u pitanju mreni linkovi. Primera radi, grupa IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee [IEEE 802 2004] bavi se standardizacijom Ethernet i beinih Wi-Fi standarda.

Javni Internet (dakle, globalna mrea koja povezuje mnogo drugih mrea, kako smo ga nedavno definisali) jeste mrea za koju ljudi obino vezuju termin Inter-net. Meutim, ima jo mnogo drugih privatnih mrea kao to su razne korporativne ili vladine mree, iji raunari ne mogu da razmenjuju poruke sa raunarima izvan njih (osim ukoliko te poruke ne prou kroz tzv. mrene barijere koje kontroliu tok poruka ka mrei i iz nje). Budui da se u ovim privatnim mreama koriste iste vrste raunara, rutera, linkova i protokola kao i u javnom Internetu, za njih se esto vezuje termin intranet.

1.1.2 Opis iz aspekta uslugaU prethodnom odeljku identifikovali smo mnoge delove od kojih se sastoji Internet. Za trenutak emo napustiti ovaj pristup i pokuati da ga sagledamo iz perspektive usluga.

Internet omoguava razmenu podataka izmeu distribuiranih aplikacija koje se izvravaju na krajnjim sistemima. Meu ovim aplikacijama su daljinska prijava, elektronska pota, krstarenje Webom, trenutna razmena poruka, protok audio i video signala u realnom vremenu, internetska telefonija, distribuirane igre, deoba datoteka izmeu ravnopravnih korisnika (P2P) i mnoge druge. elimo da nagla-simo da Web nije posebna mrea, ve pre jedna od mnogih distribuiranih apli-kacija koje koriste komunikacione usluge koje Internet obezbeuje.

Internet obezbeuje dve usluge svojim distribuiranim aplikacijama: pouzdanu uslugu sa konekcijom i nepouzdanu uslugu bez konekcije. Uopteno govo-rei, pouzdana usluga sa konekcijom garantuje da e podaci koji se prenose od poiljaoca do primaoca u krajnjoj liniji biti isporueni primaocu i to u potpunosti. Kod nepouzdanih usluga bez konekcije nema nikakvih garancija u vezi sa kona-



nom isporukom. Distribuirane aplikacije obino koriste jednu (nikada obe) od ove dve usluge.

U ovom trenutku Internet ne obezbeuje uslugu kojom bi mogao da garantuje trajanje putovanja paketa od poiljaoca do primaoca. Izuzev poveanja propusne moi kod vaeg posrednika za Internet usluge, trenutno ne postoji drugi nain za obezbeivanje boljih usluga (recimo, u smislu ogranienja kanjenja), ak ni dodatnim plaanjem, to je mnogim ljudima (naroito Amerikancima) prilino udno. Ipak, u poglavlju 7 emo vam prikazati vrhunsko istraivanje o Internetu koje bi moglo da promeni ovu situaciju.

Ovaj drugi nain definisanja Interneta u smislu usluga koje obezbeuje distri-buiranim aplikacijama nije uobiajen, ali je veoma vaan. Napredak sastavnih delova Interneta u sve veoj meri proistie iz potreba novih aplikacija. Stoga je veoma vano imati u vidu da je Internet svojevrsna infrastruktura u kojoj se nove aplikacije neprekidno pronalaze i putaju u rad.

Upravo smo vam ponudili dve mogue definicije Interneta jednu iz aspekta hardverskih i softverskih komponenti i drugu, iz aspekta usluga koje Internet prua distribuiranim aplikacijama. Ipak, sasvim je mogue da se jo uvek pitate ta Inter-net, u stvari, predstavlja. ta su komutiranje paketa, TCP/IP i usluge sa konekci-jom? ta su ruteri? Koje vrste komunikacionih linkova postoje u ovoj mrei? ta je distribuirana aplikacija? Ukoliko jo nemate odgovore na ova pitanja, ne brinite. Cilj ove knjige jeste da vam predstavi i sastavne delove Interneta i principe koji njime upravljaju. U poglavljima koja slede, objasniemo vam sve ove vane termine i dati odgovore na pitanja koja vas moda jo uvek mue.

1.1.3 ta je protokol?

Sada, kada ste stekli makar osnovnu predstavu o tome ta je Internet, razmotriemo jo jednu veoma vanu re u oblasti umreavanja raunara protokol. ta je proto-kol? ta on radi? Kako biste ga prepoznali kada biste se suoili sa njim?

Analogija sa ljudima

Verovatno najjednostavniji nain za objanjenje pojma mrenog protokola jeste razmatranje nekih analogija sa ljudima, budui da kod nas uvek postoje nekakvi protokoli. Zamislite situaciju u kojoj nekoga treba da pitate koliko je sati. Uobia-jena razmena rei prikazana je na slici 1.2.

Ljudski protokol (ili makar, dobri maniri) nalae da se komunikacija sa drugom osobom zapone pozdravom (prvo Zdravo). Tipian odgovor bi takoe glasio Zdravo, s tim to bi ova poruka imala srdaan prizvuk, to je znak da prva osoba moe da nastavi i postavi pitanje. Drugaiji odgovor na inicijalno Zdravo (recimo, Ostavi me na miru! ili Ne govorim srpski!, ili moda neto nepristojno) ukazi-vao bi na to da druga osoba ne eli ili ne moe da odgovori na komunikaciju. U tom


sluaju, u skladu sa ljudskim protokolom, prva osoba ne bi upitala koliko je sati. Deava se da na svoj pozdrav prva osoba ne dobije nikakav odgovor i u tom sluaju ona takoe ne nastavlja sa svojim drugim pitanjem. Skreemo vam panju na to da u ljudskom protokolu postoje konkretne poruke koje aljemo i konkretne akcije koje su odgovor na primljene poruke ili druge dogaaje (kao to je ignorisanje). Jasno je da poslate i primljene poruke, kao i akcije koje se preduzimaju nakon slanja i prijema tih poruka imaju kljunu ulogu u ljudskom protokolu. Ukoliko ljudi imaju razliite protokole (na primer, jedna osoba ima dobre manire, a druga ne, ili jedna razume pojam vremena, a druga ne), njihova interakcija nije mogua, to znai da se ne moe postii nita korisno. Isti principi vae i u umreavanju za postizanje bilo ega i izvravanje bilo kakvog zadatka potrebno je da dva (ili vie) ureaja u meusobnoj komunikaciji koriste isti protokol.

Razmotrimo sada drugu analogiju sa ljudima. Pretpostavimo, primera radi, da se nalazite u jednoj studijskoj grupi (to moe da bude i kurs o umreavanju!) i da predava na veoma nezanimljiv nain govori o umreavanju. Nakon zavretka svog predavanja, on postavlja uobiajeno pitanje: Ima li nekih pitanja? (poslatu poruku


Slika 1.2 Poreenje ljudskog i raunarskog protokola

1.2 PERIFERIJA MREE 9

primaju svi studenti koji nisu zaspali). Vi diete ruku (aljui implicitnu poruku pre-davau), on se nasmei, izgovarajui: Da... (poruka koja vas ohrabruje da posta-vite pitanje), vi postavljate pitanje (aljete svoju novu poruku) i, konano, on slua vae pitanje (prima poruku) i odgovara na njega (alje vam svoj odgovor). I iz ovog primera moete da zakljuite da kljuni segment protokola pitanja i odgovora pred-stavljaju prenos i prijem poruka, ukljuujui i sve one akcije koje se preduzimaju nakon prijema ili slanja poruka.

Mreni protokoli

Mreni protokol je veoma slian primeru sa ljudima, osim to su entiteti koji razme-njuju poruke i preduzimaju akcije u ovom sluaju hardverske i softverske kompo-nente nekog ureaja (recimo, raunara, rutera ili nekog drugog ureaja koji moe da se umrei). Svakom aktivnou na Internetu koja podrazumeva komunikaciju dva ili vie udaljenih entiteta upravlja protokol. Na primer, protokoli u ruterima odreuju putanju paketa od njegovog izvora pa do njegovog odredita; hardverski implemen-tirani protokoli u mrenim interfejsima dva fiziki povezana raunara kontroliu tok bitova kroz icu izmeu ova dva interfejsa; protokoli za kontrolu zaguenja sao-braaja u krajnjim sistemima kontroliu brzinu prenosa paketa izmeu poiljaoca i primaoca. Internet je prepun protokola i upravo zato je dobar deo ove knjige i posveen protokolima raunarskih mrea.

Kao primer protokola koji vam je verovatno poznat, zamislite ta se deava kada poaljete zahtev veb serveru, odnosno, kada u svoj ita upiete URL neke veb strane. Ova situacija opisana je u desnoj polovini slike 1.2. Dakle, va raunar naj-pre alje zahtev za povezivanje veb serveru i zatim eka njegov odgovor. Server u krajnjoj liniji prima ovaj zahtev i odgovara porukom da je povezivanje mogue. Znajui da moe da zatrai dokument, va raunar zatim u poruci tipa GET alje ime veb stranice koju eli da preuzme sa veb servera. Na kraju, veb server alje tra-enu stranicu vaem raunaru.

Imajui u vidu i primer sa ljudima i primer iz prave mree, kljuni elementi koje definie svaki protokol jesu razmena poruka i akcije koje se preduzimaju nakon slanja ili prijema ovih poruka:

Protokol definie format i redosled poruka koje se razmenjuju izmeu dva ili vie komunicirajuih entiteta, kao i akcije koje se preduzimaju nakon slanja ili prijema poruke ili nekog drugog dogaaja.

U okviru Interneta, ali i svih drugih raunarskih mrea, protokoli se koriste u znaajnoj meri i to za postizanje razliitih zadataka u sferi komunikacije. itajui ovu knjigu saznaete da postoje sasvim jednostavni, ali i veoma sloeni protokoli. Ovladavanje oblau umreavanja raunara praktino bi moglo da se poistoveti sa razumevanjem svih aspekata mrenih protokola.


1.2 Periferija mree U prethodnim odeljcima predstavili smo vam Internet i mrene protokole na uop-teniji nain, a sada sledi detaljniji prikaz komponenti raunarske mree (i posebno Interneta). Poeemo od periferije mree i od onih komponenti koje su nam svima najpoznatije, a to su raunari koje svakodnevno koristimo. Nakon toga emo od periferije mree da se uputimo ka njenom centru i objasnimo pojmove komutiranja i rutiranja u raunarskim mreama. Konano, u odeljku 1.4 pozabaviemo se i samim fizikim linkovima koji prenose signale izmeu raunara i komutatora.

1.2.1 Krajnji sistemi klijenti i serveri

U terminologiji umreavanja, za raunare koji su povezani sa Internetom esto se koristi i termin krajnji sistemi. Oni se smatraju krajnjim sistemima zato to se nalaze na samom obodu Interneta (slika 1.3). Kategorija krajnjih sistema Interneta obuhvata nekoliko razliitih tipova raunara. Krajnji korisnici nalaze se u neposre-dnom kontaktu sa ovim raunarima u koje spadaju stoni (PC, Mac ili UNIX radne stanice) i prenosivi raunari (laptop i PDA raunari i telefoni sa beinim pristupom Internetu). Pored toga, sve je vei broj alternativnih ureaja poput jednostavnih kli-jenata i ureaja za domainstvo [Thinplanet 2002], veb televizora, ureaja koji se povezuju sa televizorima [Nesbitt 2002], digitalnih kamera, ureaja za domainstvo, fabrikih postrojenja ili senzora za praenje stanja ivotne sredine, koji se kao kraj-nji sistemi povezuju sa Internetom (obavezno proitajte i istorijski osvrt koji sledi).

Za krajnje sisteme koristi se termin matini raunari, ili domaini (engl. hosts), zato to se na njima izvravaju aplikacije kao to su programi za itanje vebova, , itai elektronske pote, programi za prosleivanje elektronske pote i veb serveri. U nastavku ove knjige emo ravnopravno koristiti termine (matini) raunar i kraj-nji sistem, to znai da im je znaenje identino. Matini raunari se esto dalje dele na kategorije klijenata i servera. Uopteno govorei, klijenti su stoni, laptop i PDA raunari, dok su serveri neto monije maine koje se koriste za skladitenje i distribuiranje veb strana, protok video materijala u realnom vremenu, prosleivanje elektronske pote i slino.

U kontekstu mrenog softvera postoji jo jedna definicija klijenta i servera na koju emo se pozivati u ovoj knjizi. Klijentski program se izvrava na jednom krajnjem sistemu koji zahteva i dobija usluge od serverskog programa koji se izvr-ava na drugom krajnjem sistemu. Ovakav klijentsko/serverski model (koji emo detaljno ispitati u poglavlju 2) nesumnjivo predstavlja najrasprostranjeniju strukturu kada su u pitanju aplikacije za Internet. Web, elektronska pota, transfer datoteka, daljinsko prijavljivanje (na primer, Telnet), elektronske konferencije..., samo su neki od primera aplikacija u kojima je primenjen model klijent/server. S obzirom na to da se klijentski program po pravilu izvrava na jednom raunaru, a serverski na dru-gom, klijentsko/serverske Internet aplikacije su, po definiciji, distribuirane. Kli-jentski i serverski program ostvaruju interakciju uzajamnim slanjem poruka putem Interneta. Na ovom nivou apstrakcije, ruteri, linkovi i ostali delii Interneta imaju ulogu crne kutije za prenos poruka izmeu distribuiranih komponenti internetskih

1.2 PERIFERIJA MREE 98 POGLAVLJE 1 RAUNARSKE MREE I INTERNET


aplikacija, koje su u meusobnoj komunikaciji. Upravo ovaj nivo apstrakcije moete uoiti na slici 1.3.

Meutim, nemaju sve savremene Internet aplikacije iste klijentske programe koji ostvaruju interakciju sa istim serverskim programom. Primera radi, kod apli-kacija za razmenu datoteka u mreama ravnopravnih raunara (kao to je KaZaA) aplikacija na oba krajnja sistema ponaa se i kao klijentski i kao serverski program. Kada zahtevaju podatke sa drugog raunara ovi programi se ponaaju kao klijenti, a kada ih alju drugom raunaru onda imaju ulogu servera. U Internet telefoniji dve komunicirajue strane su takoe ravnopravne; drugim reima, ovde se ne dogaa da jedna strana zahteva neku uslugu od druge. U poglavlju 2 ove knjige nalazi se detaljno poreenje klijentsko-serverske i P2P arhitekture.


Slika 1.3 Interakcija krajnjih sistema

1.2.2 Usluge sa konekcijom i bez nje

Krajnji sistemi svoju meusobnu komunikaciju ostvaruju preko Interneta. Konkre-tno, programi na krajnjim sistemima koriste usluge Interneta za meusobno slanje poruka. Linkovi, ruteri i ostali sastavni delovi Interneta obezbeuju sredstva za tran-sport ovih poruka izmeu programa na krajnjim sistemima. Meutim, koje su kara-kteristike komunikacionih usluga koje Internet prua svojim krajnjim sistemima?

TCP/IP mree, a to znai i Internet, obezbeuju dve vrste usluga aplikacijama krajnjih sistema: usluge sa konekcijom i usluge bez konekcije. Programer koji


NEVEROVATAN SPEKTAR KRAJNJIH SISTEMA

Ne tako davno, jedini krajnji sistemi koji su se povezivali sa Internetom bili su tradi-cionalni stoni raunari i moni serveri. Meutim, krajem 1990-ih poeo je trend povezivanja najrazliitijih ureaja sa ovom globalnom mreom. Za sve ove ureaje zajednika je potreba razmene digitalnih informacija sa nekim drugim ureajima. Kada se uzmu u obzir sveopta prisutnost Interneta, zatim njegovi dobro definisani (i standardizovani) protokoli, kao i pristupanost ureaja koji se sa njim povezuju, sas-vim je prirodno to to se ova mrea koristi za povezivanje svih pomenutih ureaja. Za neke od ovih ureaja mogli bismo da kaemo da su napravljeni iskljuivo radi zabave. Tako, na primer, stoni ram za sliku koji podrava protokol IP [Ceiva 2004] preuzima digitalne fotografije sa udaljenog servera i prikazuje ih kao da su uramljene na klasian nain; Internet toster preuzima meteoroloke podatke sa ser-vera i odgovarajuu sliku dnevne vremenske prognoze (recimo, sliku promenljivog oblanog i sunanog vremena) vam prikazuje na ispeenom paretu hleba [BBC 2001]. Ipak, postoje i ureaji koji mogu da nam obezbede korisne informacije veb kamere na monitoru ili neem drugom prikazuju aktuelne saobraajne i vremenske uslove; razvijene su ak i maine za pranje vea koje su povezane sa Internetom. Rad ovakvih maina moe da se prati preko itaa Weba, a one same generiu elek-tronsku potu kojom obavetavaju korisnike o zavretku svog rada. Mobilni telefoni sa ugraenim protokolom IP doneli su novu dimenziju pretraivanja Weba, elek-tronske pote i trenutne razmene poruka. Nova klasa umreenih senzorskih sistema donosi revoluciju u nainu praenja ivotne sredine. Ovi umreeni senzori koji su ugraeni u fizike objekte omoguavaju praenje zgrada, mostova i ostalih objekata koje su ljudi napravili [Elgamal 2001], zatim praenje seizmike aktivnosti [CISN 2004], ivog sveta na Zemlji [Mainwaring 2002], estuara reka [Baptista 2003], bio-medicinskih funkcija [Schwiebert 2001], vetrova i meteorolokih opasnosti u donjim slojevima atmosfere [CASA 2004]. Sve prikupljene informacije dostupne su odmah svim zainteresovanim udaljenim korisnicima. Cilj centra CENS (Center for Embedded Networked Sensing) pri Univerzitetu UCLA upravo je primena tehnologije umreenih, ugraenih senzora, u vanim naunim i drutvenim oblastima.

KRATAK OSVRT


pravi aplikaciju za Internet (recimo, aplikaciju za elektronsku potu, aplikaciju za transfer datoteka, aplikaciju za Web ili za Internet telefoniju) mora da je napravi tako da koristi jednu od ove dve usluge. U nastavku emo ukratko da vam opiemo svaku od njih. (Vie informacija o ovim uslugama pronai ete u poglavlju 3 u kome emo se baviti protokolima transportnog sloja.)

Usluga sa konekcijom

Kada neka aplikacija koristi uslugu sa konekcijom, klijentski i serverski programi (koji se nalaze na razliitim krajnjim sistemima), pre slanja samih podataka (recimo, elektronske pote), najpre jedan drugom alju kontrolne pakete. Ovaj postupak sin-hronizacije upozorava klijenta i servera da treba da se pripreme za slanje paketa. Nakon zavretka procedure sinhronizacije kae se da je izmeu dva krajnja sistema uspostavljena konekcija.

Zanimljivo je da je ova procedura inicijalne sinhronizacije veoma slina pro-tokolu koji ljudi koriste u svojim odnosima. Razmena poruka Zdravo sa slike 1.2 predstavlja primer ljudskog protokola sinhronizacije rukovanja (mada izmeu dva oveka ne mora da doe i do samog ina rukovanja). U vebovskoj interakciji, koja je takoe prikazana na slici 1.2, prve dve razmenjene poruke takoe su poruke sinhronizacije. Dve naknadne poruke poruka GET i poruka sa odgovorom u kojoj se nalazi i datoteka smatraju se samim podacima i alju se tek nakon uspostavlja-nja konekcije.

Moda se pitate zbog ega se kae usluga sa konekcijom, a ne usluga kone-kcije. Ova terminoloka razlika proistie iz injenice da su dva krajnja sistema u stvari povezana veoma labavo. Konkretno, jedino smi krajnji sistemi znaju za postojanje ove konekcije komutatori paketa (ruteri) na Internetu nemaju pojma o njenom postojanju. tavie, konekcija preko Interneta nije nita vie od dodeljene privremene memorije i promenljivih stanja na krajnjim sistemima. Posredniki komutatori paketa ne odravaju nikakve informacije u vezi sa stanjem konekcije.

Usluga sa konekcijom obino dolazi u paketu sa nekoliko drugih usluga, kao to su pouzdani transfer podataka, kontrola toka podataka i kontrola zaguenja. Pod pouzdanim transferom podataka podrazumeva se to da aplikacija, u smislu ispo-ruke svih podataka bez greaka i njihovog pravilnog redosleda, moe da se osloni na konekciju. Pouzdanost se na Internetu postie korienjem potvrda i ponovnih pre-nosa. Da biste stekli najosnovniju predstavu o nainu na koji Internet implementira pouzdanu transportnu uslugu, zamislite aplikaciju koja je uspostavila vezu izmeu krajnjih sistema A i B.

Kada krajnji sistem B primi paket od sistema A, on mu alje poruku kojom to i potvruje. Zahvaljujui toj poruci, krajnji sistem A zna da je odgovarajui paket definitivno primljen. Ukoliko sistem A ne primi poruku o potvrdi, on pretpostavlja da krajnji sistem B nije primio poslati paket, pa ga zato alje ponovo. Kontrolom toka izbegava se da jedna strana preoptereti onu drugu prebrzim slanjem prevelikog broja paketa. U poglavlju 3 ete videti da se Internet usluga za kontrolu toka imple-


mentira korienjem privremene memorije za slanje i prijem na krajnjim sistemima. Usluga za kontrolu zaguenja Interneta pomae u spreavanju da ova mrea dospe u stanje potpunog zastoja. Kada na nekom ruteru doe do zaguenja, mogua su pre-koraenja njegove privremene memorije i gubitak paketa. Kada bi u ovakvim okol-nostima svaki par krajnjih sistema nastavio da upumpava podatke u mreu najbre to moe, dolo bi do zastoja i samo mali broj paketa bi zaista dospeo do svog odre-dita. Na Internetu se ovaj problem izbegava tako to se krajnji sistemi prinuuju na smanjivanje brzine emitovanja paketa u periodima zaguenja. Onog trenutka kada prestanu da primaju potvrde o prispeu paketa koje su poslali, krajnji sistemi postaju svesni postojanja ozbiljnijeg zaguenja.

Ovde elimo da naglasimo da, iako usluge sa konekcijom dolaze u paketu sa pouzdanim transferom podataka, kontrolom toka i kontrolom zaguenja, ove tri komponente ni u kom sluaju ne bi mogle da se nazovu osnovnim komponentama ove vrste usluga. Postoje raunarske mree koje svojim aplikacijama obezbeuju usluge sa konekcijom bez ijedne od ovih komponenti. S druge strane, svaki protokol koji pre prenosa podataka sinhronizuje entitete koji komuniciraju, pripada uslugama sa konekcijom.

Internetska usluga sa konekcijom ima svoje ime: TCP (Transmission Control Protocol). Osnovna verzija protokola TCP definisana je dokumentom RFC 793 [RFC 793]. U usluge koje protokol TCP obezbeuje aplikacijama spadaju apstra-kcija toka podataka, pouzdani transport, kontrola toka i kontrola zaguenja. Veoma je vano naglasiti da aplikacija treba da brine samo o obezbeenim uslugama; za nju uopte nije bitno na koji nain protokol TCP implementira pouzdanost, kontrolu toka ili kontrolu zaguenja. Naravno, za nas su ova pitanja vana, tako da emo vam u poglavlju 3 pruiti detaljne odgovore na njih.

Usluga bez konekcije

Kod usluge bez konekcije ne postoji procedura sinhronizacije (rukovanja). U ovom sluaju, kada jedna strana aplikacije eli da poalje pakete drugoj strani, program za slanje paketa to jednostavno i uini. S obzirom na to da ovde prenosu podataka ne prethodi procedura sinhronizacije, isporuka podataka je neto bra. S druge strane, ovde ne postoji ni pouzdani transfer podataka, tako da poiljalac nikada ne moe da bude siguran koji su paketi zaista stigli do svog odredita. tavie, u internetskoj usluzi bez konekcije nema mesta ni za kontrolu toka ni za kontrolu zaguenja. Inter-netska usluga bez konekcije naziva se UDP (User Datagram Protocol), a definisana je dokumentom RFC 768.

Najvei deo popularnih aplikacija za Internet koristi uslugu sa konekcijom (TCP). Meu ovim aplikacijama su Telnet (za daljinsko prijavljivanje), SMTP (za elektronsku potu), FTP (za transfer datoteka) i HTTP (za Web). Meutim, i uslugu bez konekcije (UDP) koristi sasvim solidan broj aplikacija, naroito neke novije multimedijalne aplikacije kao to su, na primer, internetska telefonija i video kon-ferencije.


1.3 JEZGRO MREE 15

1.3 Jezgro mreePoto smo ispitali krajnje sisteme Interneta i njihov transportni model usluga, u nastavku teksta prei emo na unutranjost ove mree. U ovom odeljku naa tema bie samo jezgro ove mree, odnosno mrea rutera koji povezuju krajnje sisteme. Na slici 1.4 jezgro mree je prikazano korienjem debljih zelenih linija.

1.3.1 Komutiranje vodova i komutiranje paketa

U formiranju mrenog jezgra postoje dva osnovna pristupa i to su komutiranje vodova i komutiranje paketa.


Slika 1.4 Jezgro mree

U mreama sa komutiranjem vodova, neophodni resursi koji obezbeuju komu-nikaciju izmeu dva krajnja sistema (privremena memorija, propusna mo linka) na celoj duini putanje paketa ostaju rezervisani sve vreme trajanja komunikacione sesije. U mreama sa komutiranjem paketa, pomenuti resursi nisu rezervisani ve ih poruke tokom sesije koriste na zahtev, i zato poneka moraju da ekaju (stanu u red) na pristup komunikacionom linku. Kao jednostavnu analogiju zamislite sada dva restorana jedan u kome su rezervacije neophodne i drugi u kome se one ne prihvataju. U restoranu u kome su rezervacije neophodne imamo jedino taj zahtev: da se najavimo pre nego to krenemo. Ali kada doemo u restoran, praktino istog trenutka moemo da komuniciramo sa konobarom i poruimo obrok. U restoranu koji ne prihvata rezervacije ne moramo prethodno da se najavljujemo i rezerviemo sto. Ali kada stignemo u restoran, najpre emo morati da saekamo na red za sto i tek potom moemo da komuniciramo sa konobarom.

Opteprisutne telefonske mree predstavljaju primere mrea sa komutiranjem vodova. Zamislite situaciju u kojoj jedna osoba telefonskom mreom eli da poalje informaciju (glasovnu ili faksimil) drugoj osobi. Da bi poiljalac mogao da poalje svoje informacije, telefonska mrea najpre mora da uspostavi vezu izmeu poi-ljaoca i primaoca. Nasuprot TCP vezi o kojoj smo priali u prethodnom odeljku, ovo je bona fide veza u kojoj komutatori na putanji izmeu poiljaoca i primaoca odravaju njen status povezanosti. U argonu telefonije ovakva veza naziva se vod (kolo). Kada uspostavi vod, mrea za datu vezu rezervie i konstantnu brzinu pre-nosa tokom celog njenog trajanja. S obzirom na to da ova veza izmeu poiljaoca i primaoca ima rezervisanu propusnu mo, poiljalac moe da prenosi podatke garan-tovanom konstantnom brzinom.

Dananji Internet u osnovi predstavlja mreu sa komutiranjem paketa. Zamislite sada situaciju u kojoj jedan raunar eli da poalje paket nekom drugom raunaru preko Interneta. Kao i kod mrea sa komutiranjem vodova, dati paket treba da proe kroz seriju komunikacionih linkova. Ali u mreama sa komutiranjem paketa, dati paket alje se kroz mreu bez ikakve rezervacije propusne moi. Ukoliko je neki od linkova zaguen zato to njime u tom trenutku ve prolaze drugi paketi, na paket e morati da saeka u privremenoj memoriji na predajnom kraju prenosnog linka, a to znai da je kanjenje neizbeno. Internet daje sve od sebe kako bi se obezbedila pravovremena isporuka paketa, ali ne postoje nikakve garancije u tom pogledu.

Konano, ne mogu sve telekomunikacione mree da se uklope u ovu podelu na mree sa komutiranjem vodova i mree sa komutiranjem paketa. Meutim, ovakva osnovna klasifikacija predstavlja odlinu polaznu taku za razumevanje tehnologije telekomunikacionih mrea.

Komutiranje vodova

Ova knjiga je posveena raunarskim mreama, Internetu i komutiranju paketa, a ne telefonskim mreama i komutiranju vodova. Ipak, veoma je vano da razumete zato Internet i ostale raunarske mree koriste komutiranje paketa, a ne postojeu

1.3 JEZGRO MREE 1514 POGLAVLJE 1 RAUNARSKE MREE I INTERNET

1.3 JEZGRO MREE 17

tehnologiju komutiranja vodova koja je prisutna u telefonskim mreama. Upravo zato sledi kratak prikaz tehnologije komutiranja vodova.

Na slici 1.5 prikazana je mrea sa komutiranjem vodova. U ovoj mrei etiri komutatora vodova meusobno su povezana putem etiri linka. Svaki od ovih lin-kova ima n vodova, to znai da svaki link moe da podri n simultanih veza. Svi raunari (PC-ji i radne stanice) direktno su povezani sa jednim od komutatora. Kada dva raunara ele da komuniciraju, mrea izmeu njih uspostavlja namensku vezu sa kraja na kraj. (Konferencijski pozivi izmeu vie od dva ureaja takoe su mogui, ali emo, da bi sve bilo to jednostavnije, pretpostaviti da u svakoj vezi postoje samo po dva raunara.) Prema tome, da bi raunar A mogao da poalje poruke raunaru B, mrea najpre mora da rezervie jedan vod na svakom od dva linka. S obzirom na to da svaki link ima n vodova, za svaki upotrebljeni link ova veza sa kraja na kraj dobija 1/n ukupne propusne moi linka i to tokom itavog trajanja veze.


Slika 1.5 Jednostavna mrea sa komutiranjem vodova koju ine etiri komutatora i etiri linka

Multipleksiranje u mreama sa komutiranjem vodova

U okviru linka, vod se realizuje ili frekventnim multipleksiranjem (Frequency-Division Multiplexing, FDM) ili vremenskim multipleksiranjem (Time-Division Multiplexing, TDM). U FDM tehnologiji, sve veze koje su uspostavljene du linka dele njegov frekventni spektar. Konkretno, link dodeljuje odreeni frekventni opseg svakoj vezi tokom itavog njenog trajanja. U telefonskim mreama ovaj frekventni opseg obino ima irinu od 4 kHz (4 000 herca ili 4 000 ciklusa u sekundi). irina ovog opsega se, nimalo iznenaujue, naziva propusni opseg (propusna mo). FM radio stanice takoe koriste tehnologiju FDM kako bi zajedniki mogle da koriste raspoloivi frekventni spektar izmeu 88 i 108 MHz.1

U TDM linkovima, vreme je podeljeno na okvire fiksne duine, a svaki od njih podeljen je na fiksni broj vremenskih odseaka. Kada mrea uspostavi vezu du odreenog linka, toj vezi se namenjuje po jedan vremenski odseak u svakom okviru. Ovi vremenski odseci su namenski moe da ih koristi samo data veza, a svaki od njih (u svakom okviru) moe da prenosi podatke.

Na slici 1.6 ilustrovane su tehnologije FDM i TDM na konkretnom mrenom linku koji podrava do etiri voda. U FDM pristupu, frekventni spektar podeljen je na etiri opsega od kojih svaki ima propusni opseg od po 4 kHz. U verziji TDM, vremenski spektar podeljen je na okvire sa po etiri slota u svakom od njih; svakom vodu dodeljuje se isti namenski vremenski odseak u rotirajuim TDM okvirima. U ovom sluaju, brzina prenosa voda jednaka je brzini prenosa okvira podeljenoj sa brojem bitova u odseku. Na primer, ukoliko link prenosi 8 000 okvira u sekundi, a svaki vremenski odseak ini osam bitova, brzina prenosa voda tada iznosi 64 kb/s.

Pristalice komutiranja paketa uvek su tvrdile da komutiranje vodova predstavlja rasipnitvo zato to su namenski vodovi u stanju mirovanja tokom tihih perioda. Na primer, kada jedna osoba u telefonskom razgovoru prestane da pria, druga aktvina veza ne moe da upotrebi mrene resurse koji tada prelaze u stanje mirovanja (fre-kventne opsege ili vremenske odseke u linkovima du putanje veze). Drugi primer neiskorienosti resursa bio bi, recimo, radiolog koji putem mree sa komutiranjem vodova dolazi do serije rendgenskih snimaka. Dakle, on uspostavlja vezu, zahteva snimak koji zatim analizira, i na kraju zahteva novi snimak. Tokom perioda analizira-nja snimaka mreni resursi su potpuno neiskorieni. Zagovornici komutiranja paketa takoe sa neskrivenim zadovoljstvom istiu da su uspostavljanje vodova od kraja do kraja i rezervisanje propusnog opsega komplikovani i za njih je neophodan sloen sof-tver za signalizaciju koji treba da koordinira radom komutatora du ovakve putanje.

Pre nego to zavrimo razmatranje komutiranja vodova, naveemo i jedan numeriki primer koji e vam dodatno ilustrovati razlike izmeu navedenih tehno-logija. Dakle, pogledajmo koliko je vremena potrebno za slanje datoteke od 6 400 00 bitova od raunara A do raunara B kroz mreu sa komutiranjem vodova. Pre-tpostavimo da svi linkovi u mrei koriste tehnologiju TDM i da imaju brzinu od 1,536 Mb/s. Takoe emo pretpostaviti da je za uspostavljanje voda od kraja do kraja potrebno 500 ms, nakon ega raunar A poinje emitovanje podataka. Koliko


1 Ovo koriste i AM stanice i to mnogo oiglednije, npr. TV. Generalno, FDM u ovom kontekstu je AM! (prim. rec.)

1.3 JEZGRO MREE 19

je vremena potrebno da datoteka stigne do svog odredita? Svaki vod ima brzinu prenosa od (1,536 Mb/s)/24 = 64 kb/s, to znai da je za prenos datoteke potrebno (640 000 bitova)/(64 kbps) = 10 sekundi. Kada ovome dodamo i vreme potrebno za uspostavljanje veze, dobijamo 10,5 sekundi. Skreemo vam panju na to da vreme prenosa ne zavisi od broja linkova prenos traje 10 sekundi bez obzira na to da li vod prolazi kroz jedan ili sto linkova. (Stvarno kanjenje u vezama od kraja do kraja zavisi od kanjenja usled propagacije; proitajte odeljak 1.6.)

Komutiranje paketa

U odeljku 1.1 videli ste da aplikacije svoje zadatke obavljaju razmenom poruka. U porukama moe da se nalazi sve to je dizajner protokola zamislio. One mogu imati kontrolnu funkciju (poruke Zdravo iz primera o sinhronizaciji) ili mogu da sadre podatke na primer, elektronsku potu, JPEG sliku ili MP3 muziku datoteku. U savremenim raunarskim mreama poiljalac dugake poruke razbija na manje sku-pine podataka koje se nazivaju paketi. Svaki od ovih paketa, od svog izvora pa do svog odredita, treba da proe kroz komunikacione linkove i komutatore paketa (ili kroz rutere, ili kroz komutatore sloja veze). Paketi se kroz svaki komunikaci-oni link prenose brzinom koja je jednaka njegovoj punoj brzini prenosa. Najvei broj komutatora paketa koristi prenos tipa memorisanje i prosleivanje. Pod ovim se podrazumeva da komutator poinje da prenosi prvi bit nekog paketa kroz svoj


Slika 1.6 U tehnologiji FDM svaki vod stalno ima na raspolaganju deo ukupne propusne moi. U tehnologiji TDM svaki vod periodino, tokom kratkih vremenskih intervala (odseaka), dobija celokupnu propusnu mo.

izlazni link tek kada primi itav taj paket. Stoga kod komutatora sa memorisanjem i prosleivanjem postoji izvesno kanjenje na svakom ulaznom linku i to na itavoj putanji datog paketa. Ovo kanjenje je proporcionalno duini paketa u bitovima. Konkretno, kada bi se paket sastojao od L bitova i kada bi trebalo da se poalje izlaznim linkom brzine R bitova u sekundi, kanjenje memorisanja i prosleivanja komutatora iznosilo bi L/R sekundi.

Svaki ruter je povezan sa veim brojem linkova. Za svaki od svojih linkova ruter ima izlaznu privremenu memoriju (naziva se i izlazni red ekanja) u koju se smetaju paketi koje ruter tek treba da poalje kroz dati link. Upravo ova izlazna privremena memorija ima kljunu ulogu u komutiranju paketa. Ukoliko je link kroz koji neki paket treba da se poalje trenutno zauzet, pristigli paket mora da saeka u izlaznoj privremenoj memoriji. Zbog toga, osim kanjenja usled memorisanja i pro-sleivanja, pakete pogaa i kanjenje usled ekanja u redu. Ova kanjenja variraju i zavise od nivoa zaguenosti mree. Budui da je koliina prostora u privremenoj memoriji konana, pristigli paket moe da se suoi i sa situacijom da je ova memo-rija ve popunjena drugim paketima koji ekaju u redu za prenos. U tom sluaju dolazi do gubljenja paketa isputa se ili upravo pristigli paket ili jedan od onih koji su ve u redu. Ako se za trenutak vratimo analogiji sa restoranom, ekanje u redu moglo bi da se poistoveti sa vremenom koje provedete ekajui da se neki sto oslobodi, dok bi gubljenje paketa bilo jednako obavetenju da morate da odete zato to previe ljudi ve eka na oslobaanje nekog od stolova.

Na slici 1.7 prikazana je jednostavna mrea sa komutiranjem paketa. Na ovoj, kao i na sledeim slikama, paketi su predstavljeni trodimenzionalnim ploicama. irina ploica predstavlja duinu paketa. Na ovoj slici sve ploice imaju jednaku irinu, to znai da su svi paketi jednake duine. Pretpostavimo da raunari A i B alju pakete raunaru E. Ovi paketi najpre putuju Ethernet linkovima brzine 10 Mb/s, a zatim ih komutator preusmerava na link ija je brzina 1,5 Mb/s. Ukoliko se dogodi da je brzina kojom paketi pristiu vea od one kojom komutator moe da ih prosledi kroz izlazni link brzine 1,5 Mb/s, paketi e, pre slanja kroz ovaj link, morati da stoje u redu u njegovoj izlaznoj privremenoj memoriji.

Pogledajmo sada koliko je vremena potrebno za slanje paketa od L bitova od jednog do drugog raunara, kroz mreu sa komutiranjem paketa. Pretpostavimo da izmeu njih postoji Q mrea od kojih svaka ima brzinu od R bitova u sekundi. Pre-tpostaviemo i da su kanjenja usled stajanja u redu, propagacije s kraja na kraj i uspostavljanja veze neznatna. Dakle, paket se, nakon izlaska iz raunara A, najpre prenosi kroz prvi link i za to je potrebno L/R sekundi. Nakon toga, paket mora da proe i kroz svaki od preostalih Q-1 linkova; odnosno, on mora da se memorie i prosledi Q-1 puta. Prema tome, ukupno kanjenje iznosi QL/R.

Poreenje komutiranja paketa i komutiranja vodova: statistiko multipleksiranje

Sada kada smo vam opisali i komutiranje vodova i komutiranje paketa, uporediemo ove dve tehnologije. Protivnici komutiranja paketa uvek su tvrdili da ono, zbog svog


1.3 JEZGRO MREE 21

nepredvidivog i promenljivog kanjenja izmeu krajnjih taaka (usled nepredvidivog i promenljivog trajanja ekanja u redu), nije podesno za usluge u realnom vremenu (na primer, za telefonske pozive i video konferencije). S druge strane, zagovor-nici komutiranja paketa tvrde da ova tehnika (1) obezbeuje bolju deobu propusne moi i da je (2) jednostavnija, efikasnija i jeftinija za implementiranje od komutira-nja vodova. Veoma zanimljivo poreenje komutiranja paketa i komutiranja vodova moete pronai kod autora [Molinero-Fernandez]. Uopteno govorei, ljudi koji ne vole da razmiljaju o rezervacijama u restoranu prednost daju komutiranju paketa.

Zato je komutiranje paketa efikasnije? Evo jednostavnog primera. Pretposta-vimo da korisnici zajedniki koriste link od 1 Mb/s i da svaki korisnik ima period vee aktivnosti u kome generie 100 kb/s i period mirovanja u kome ne generie nikakve podatke. Pretpostavimo, dalje, da je svaki korisnik aktivan oko 10 proce-nata vremena (ostalih 90 procenata pije kafu i ne generie nikakav saobraaj). Kod komutiranja vodova 100 kb/s mora da bude rezervisano za svakog korisnika i to sve vreme. Ukoliko bi, primera radi, u tehnologiji TDM komutiranja vodova okvir od 1 sekunda bio podeljen na 10 vremenskih odseaka od po 100 ms, svakom korisniku bi tada bio dodeljen jedan vremenski odseak po okviru.

To znai da link u jednom trenutku moe da podri samo 10 ( = 1 Mb/s/100 kb/s) korisnika. Kod komutiranja paketa verovatnoa da je odreeni korisnik akti-van iznosi 0,1 (ili 10 procenata). Kada bi u mrei bilo 35 korisnika, verovatnoa da njih 11 ili vie u istom trenutku budu aktivni iznosi 0,0004. (U domaem zadatku 8 videete na koji nain smo dobili ovaj rezultat.) Kada je istovremeno aktivno 10 ili manje korisnika (verovatnoa je 0,9996) prosena brzina prenosa jednaka je uku-pnoj propusnoj moi od 1 Mb/s, ili je neto manja od nje. Prema tome, kada je u


Slika 1.7 Komutiranje paketa

mrei aktivno 10 ili manje korisnika, njihovi paketi se kroz link kreu praktino bez ikakvog kanjenja, kao to je sluaj u komutiranju vodova. U situacijama kada je istovremeno aktivno 10 ili vie korisnika, prosean broj prispelih paketa prevazilazi izlazni kapacitet linka i red na izlazu poinje da raste. (On raste sve dok prosena ulazna brzina ne padne ispod 1 Mb/s, kada izlazni red poinje da se smanjuje.) Ima-jui u vidu to da je u ovom primeru verovatnoa da vie od 10 korisnika bude isto-vremeno aktivno izuzetno mala, komutiranje paketa obezbeuje praktino jednake performanse kao i komutiranje vodova, ali za tri puta vei broj korisnika.

Preimo sada na drugi jednostavan primer. Pretpostavimo da jedan od nekih deset korisnika iznenada generie hiljadu paketa od po 1 000 bitova, a da ostalih devet miruje i ne generie nikakav saobraaj. Kod TDM komutiranja vodova sa 10 slotova od po 1 000 bitova po svakom okviru, aktivni korisnik moe da koristi za prenos podataka samo jedan (svoj) vremenski odseak u okviru; preostalih devet vremenskih odseaka bie neiskorieno. Za prenos jednog miliona korisnikovih bitova bie potrebno 10 sekundi. Kod komutiranja paketa aktivni korisnik moe kontinuirano da alje svoje podatke kroz link koristei njegovu punu brzinu od 1 MB/s, s obzirom na to da nijedan drugi korisnik ne alje pakete koje bi trebalo mul-tipleksirati sa paketima aktivnog korisnika. U ovom sluaju svi korisnikovi podaci bili bi preneti za jedan sekund.

Prethodnim primerima pokuali smo da vam ilustrujemo dve situacije u kojima su performanse komutiranja paketa superiorne u odnosu na performanse komutira-nja vodova. Istovremeno, ovim primerima istakli smo i najznaajniju razliku izmeu ova dva naina deljenja propusne moi linka. Kod komutiranja vodova unapred se rezervie deo propusne moi linka, to znai da onaj deo koji nije rezervisan ostaje neiskorien. Nasuprot tome, kod komutiranja paketa link se koristi na zahtev. Pre-nosni kapacitet linka, u smislu paket po paket dele samo oni korisnici koji imaju pakete za prenos kroz link. Ovakva deoba resursa na zahtev (nasuprot dodeljivanju unapred) nekada se naziva i statistiko multipleksiranje resursa.

Iako u dananjim telekomunikacionim mreama postoji i komutiranje vodova i komutiranje paketa, trend se ipak sve vie okree ka komutiranju paketa. Mnoge telefonske mree sa komutiranjem vodova lagano prelaze na komutiranje paketa. Konkretno, mnoge telefonske kompanije esto koriste komutiranje paketa za skupe prekomorske telefonske veze.

1.3.2 Mree sa komutiranjem paketa: mree sa datagramima i mree sa virtuelnim kolima

Postoje dve vrste mrea sa komutiranjem paketa mree sa datagramima i mree sa virtuelnim kolima. Ove dve vrste mrea razlikuju se po tome da li njihovi komu-tatori za prosleivanje paketa do njihovog odredita koriste odredine adrese ili tzv. brojeve virtuelnih kola. Sve mree u kojima se za prosleivanje paketa koriste adrese odredinih raunara svrstaemo u kategoriju mrea sa datagramima. Ruteri prosleuju pakete upravo na ovaj nain dakle, Internet je mrea sa datagramima.


1.3 JEZGRO MREE 23

S druge strane, sve mree u kojima se za prosleivanje paketa koriste brojevi vir-tuelnih kola nazivamo mreama sa virtuelnim kolima. U tehnologije komutira-nja paketa u kojima se koriste virtuelna kola spadaju X.25, Frame Relay i ATM (Asynchronous Transfer Mode). Iako je razlika izmeu mrea u kojima se koriste odredine adrese i onih u kojima se koriste brojevi virtuelnih kola na prvi pogled gotovo beznaajna, od izbora jednog od ova dva standarda zavisi nain podeavanja i administriranja rutera.

Mree sa virtuelnim kolima

Kao to iz samog imena moete da zakljuite, virtuelno kolo (VC) predstavlja vir-tuelnu konekciju izmeu izvornog i odredinog raunara. Meutim, uspostavljanje i odravanje virtuelnog kola podrazumeva i odgovarajue podeavanje apsolutno sva-kog rutera na putanji izmeu ova dva raunara. Identifikator virtuelnog kola (VC ID) dodeljuje se virtuelnom kolu prilikom inicijalnog uspostavljanja veze izmeu izvora i odredita. Svaki paket koji je deo virtuelnog kola u svom zaglavlju mora imati VC ID broj. Svaki komutator paketa poseduje tabelu u kojoj su VC ID brojevi povezani sa odgovarajuim izlaznim linkovima. Kada neki paket stigne do komuta-tora paketa, komutator ispituje njegov VC ID broj, indeksira svoju tabelu i prosle-uje dati paket ka odgovarajuem izlaznom linku. Skreemo vam panju na to da se izvor i odredite virtuelnog kola samo indirektno identifikuju putem VC ID broja; za izvoenje komutiranja nisu neophodne stvarne adrese izvornog i odredinog kraj-njeg sistema. To znai da komutiranje paketa moe da se izvede brzo (kontrolom VC ID broja pristiglog paketa u maloj tabeli za VC prevoenje, umesto da se odredi-na adresa trai u potencijalno velikoj tabeli sa adresama).

Ukoliko se u nekoj mrei koriste virtuelna kola, njeni komutatori moraju da odr-avaju informacije o stanju aktivnih veza. Konkretno, kad god se u nekom komu-tatoru uspostavi nova veza, dodaje se novi zapis njegovoj tabeli prevoenja VC brojeva; svako prekidanje veze povlai brisanje odgovarajueg zapisa iz ove tabele. Skreemo vam panju i na to da je neophodno evidentirati informacije o stanju koje povezuju VC brojeve sa brojevima izlaznih interfejsa, ak i kada ne postoji nika-kvo prevoenje VC ID brojeva. Evidentiranje informacija o stanju u komutatorima paketa predstavlja kljuni aspekt ove tehnologije i na njega emo se ubrzo vratiti.

Mree sa datagramima

Mree sa datagramima po mnogo emu podseaju na potansku slubu. Kada poi-ljalac eli da poalje pismo na odreenu adresu, on ga najpre stavlja u kovertu na kojoj pie adresu primaoca. Ova odredina adresa ima hijerarhijsku strukturu. Pri-mera radi, na pismima koja se alju u Sjedinjene Amerike Drave potrebno je napi-sati naziv zemlje (SAD), drave (recimo, Pensilvanija), grada (recimo, Filadelfija), ulice (Volnat Strit) i broja kue u datoj ulici (na primer, 421). Potanska sluba koristi adresu na koverti za usmeravanje pisma ka njegovom odreditu. Na primer, ukoliko se pismo alje iz Francuske, onda e potanska sluba ove zemlje najpre da ga pro-sledi do potanskog centra u SAD, koji e, dalje, da ga prosledi potanskom centru u


Filadelfiji, da bi ga potar koji radi u ovom gradu na kraju doneo do njegovog kona-nog odredita.

U mreama sa datagramima, svaki paket koji putuje kroz mreu sadri adresu svog odredita u svom zaglavlju. Kao i kod potanske slube, ova adresa ima hije-rarhijsku strukturu. Kada do njega stigne odreeni paket, komutator paketa ispituje deo njegove odredine adrese i prosleuje ga susednom komutatoru. Konkretno, svaki komutator paketa ima tabelu prosleivanja u kojoj se odredina adresa (ili njeni delovi) preslikava u neki izlazni link. Kada paket dospe do komutatora, ovaj odmah ispituje njegovu adresu i u svojoj tabeli pokuava da pronae odgovarajui izlazni link, kojim ga i usmerava dalje.

Proces rutiranja s kraja na kraj mogao bi da se uporedi i sa vozaem koji ne koristi auto-mape, ve vie voli da lino pita za put. Na primer, pretpostaviemo da Do iz Filadelfije treba da stigne do adrese 156 Lejksajd Drajv u Orlandu na Floridi. Dakle, Do se najpre dovezao do benzinske pumpe i pitao kako da stigne do nave-dene adrese. Radnik na pumpi je iz cele adrese izvukao deo Florida i uputio naeg Doa na autoput I-95 Jug, u koji moe da se ukljui odmah pored pumpe. Takoe mu je rekao da im stigne do drave Floride odmah od nekoga zatrai pomo. Do se vozio putem I-95 Jug sve dok nije stigao do Deksonvila u Floridi gde je ponovo svratio do benzinske pumpe i zatraio pomo. Radnik na pumpi je iz cele adrese izvukao segment Orlando i rekao Dou da nastavi putem I-95 Jug sve do Dejtona Bia i da tamo ponovo potrai pomo. U Dejtona Biu se ovek na sledeoj pumpi ponovo vezao za segment Orlando i uputio Doa na put I-4 koji vodi direktno u Orlando. Do se vozio ovim putem sve dok nije stigao do ulaska u Orlando. Na ulasku u Orlando Do je ponovo stao na pumpi i zamolio za pomo. Radnik na ovoj pumpi je iz cele adrese izvukao ulicu Lejksajd Drajv i objasnio Dou kako da stigne do nje. Konano, kada je pronaao ovu ulicu, Do je upitao jednog deka na biciklu gde je broj 156. Ovaj deko je iz cele adrese izvukao broj 156 i pokazao Dou gde se nalazi njegovo konano odredite.

U nastavku ove knjige, veoma detaljno emo razmatrati prosleivanje paketa u mreama sa datagramima. Na ovom mestu emo rei samo to da se, nasuprot VC mreama, u ruterima mre sa datagramima ne odravaju informacije o stanju veze. tavie, u istoj mrei sa datagramima, komutator paketa je potpuno nesvestan sao-braaja koji prolazi kroz njega. Komutator paketa donosi sve odluke o prosleivanju na osnovu odredine adrese paketa, a ne na osnovu veze kojoj dati paket pripada. S obzirom na to da je u VC mreama neophodno odravati informacije o stanju veze informacije koje moraju da se instaliraju i uklanjaju zajedno sa svakim novim virtuelnim kolom i sreuju (briu) u sluaju njegovog prisilnog kraja, ove mree zahtevaju postojanje relativno sloenih protokola za odravanje stanja, koji nisu neophodni u mreama sa datagramima.

Da li biste eleli da vidite putanju s kraja na kraj paketa na Internetu? Sada emo da vas pozovemo da malo zasuete rukave i poigrate se sa programom Tra-ceroute koji ete nai na veb lokaciji http://www.traceroute.org. (Obavezno proi-tajte i odeljak 1.6 koji je posveen ovom alatu.)


1.4 PRISTUP MREI I FIZIKI MEDIJUMI 25

Taksonomija mree

Do sada smo vam predstavili nekoliko veoma vanih koncepata umreavanja kao to su komutiranje vodova, komutiranje paketa, virtuelna kola, usluge bez kone-kcije i usluge sa konekcijom. Pogledajmo sada kako se svi ti koncepti uklapaju u jednu celinu.

Najpre, u naem pojednostavljenom primeru, u telekomunikacionoj mrei pri-menjuje se ili komutiranje vodova ili komutiranje paketa (slika 1.8). Zatim, na linku mree sa komutiranjem vodova koristi se ili tehnologija FDM ili tehnologija TDM. Mree sa komutiranjem paketa su ili mree sa virtuelnim kolima ili mree sa data-gramima. Komutatori u mreama sa virtuelnim kolima prosleuju pakete u skladu sa VC brojevima paketa i odravaju informacije o stanju veze. Komutatori u mre-ama sa datagramima prosleuju pakete u skladu sa njihovim odredinim adresama i ne odravaju informacije o stanju veze.

1.4 Pristup mrei i fiziki medijumiU odeljcima 1.2 i 1.3 ispitali smo uloge krajnjih sistema i rutera u raunarskim mre-ama, a u odeljku koji sledi baviemo se mrenim pristupom odnosno, fizikim vezama koje povezuju jedan krajnji sistem sa njegovim perifernim ruterom, to je, u stvari, prvi ruter na putanji izmeu dva udaljena krajnja sistema. Pristupna mrea, dakle, obezbeuje infrastrukturu za povezivanje potroaa sa mrenom infrastruktu-rom.

Na slici 1.9 prikazano je nekoliko tipova pristupnih linkova koji povezuju kraj-nji sistem sa perifernim ruterom; ove veze iscrtane su debljim linijama. S obzirom na to da je tehnologija mrenog pristupa tesno povezana sa tehnologijama fizikih medijuma (optiki i koaksijalni kablovi, telefonski kablovi sa upredenim paricama ili spektar radio talasa), u ovom odeljku emo se baviti i jednom i drugom temom.


Slika 1.8 Taksonomija telekomunikacionih mrea

1.4.1 Pristupne mree

Naini pristupa raunarskim mreama uopteno govorei mogu da se podele na tri sledee kategorije:

pristup od kue koji povezuje kune krajnje sisteme u zajedniku mreu; poslovni pristup koji povezuje krajnje sisteme u poslovnim i obrazovnim insti-

tucijama u zajedniku mreu; beini pristup koji povezuje mobilne krajnje sisteme u zajedniku mreu.

Ove kategorije, meutim, ne treba shvatiti previe striktno. Krajnji sistemi nekih kompanija, primera radi, mogu da koriste tehnologiju pristupa koju smo pripisali kunom pristupu, i obratno. U tom smislu, opisi koji slede odnose se na najuobia-jenije situacije.

1.4 PRISTUP MREI I FIZIKI MEDIJUMI 2524 POGLAVLJE 1 RAUNARSKE MREE I INTERNET

Slika 1.9 Pristupne mree


Pristup od kue

Pod pristupom od kue podrazumeva se povezivanje kunog krajnjeg sistema (najee PC raunara, ali i Web TV-a, pa ak i nekog drugog ureaja) sa perifernim ruterom. Za pristup od kue najee se koriste standardni modem i obina analo-gna telefonska linija preko kojih se povezujemo sa posrednikom za kune Internet usluge (kao to je, na primer, America Online). Modemi slue za pretvaranje digi-talnih signala iz raunara u analogni format, koji je podesan za prenos telefonskim linijama. U pomenutim analognim telefonskim linijama koriste se bakarni provo-dnici sa upredenim paricama i to su iste one linije koje koristimo i za obine telefon-ske razgovore. (O kablovima sa upredenim paricama govoriemo u nastavku ovog odeljka.) Na drugoj strani analogne telefonske linije, modem posrednika za Inter-net usluge ove analogne signale vraa u digitalni format podesan za prosleivanje ruteru. Prema tome, pristup mrei u ovom sluaju ini par modema na modemskoj telefonskoj liniji tipa od take do take. Dananji modemi omoguavaju brzine pre-nosa do 56 kb/s, ali je, zbog loeg stanja linija izmeu kunog sistema i posrednika za Internet usluge, stvarna brzina prenosa esto daleko manja.

Za mnoge korisnike koji pristupaju od kue, modemski pristup brzine 56 kb/s je previe spor. Primera radi, za preuzimanje jedne trominutne pesme u MP3 formatu potrebno je oko osam minuta. Pored toga, modemski pristup blokira telefonsku liniju korisnika dok ovu liniju koristi za krstarenje Webom, korisnik ne moe da koristi telefon. Sreom, nove tehnologije za irokopojasni pristup donele su kunim korisnicima vee brzine prenosa, uz istovremeno oslobaanje telefonske linije. Za irokopojasni pristup od kue obino se koriste dve tehnologije digitalna pret-platnika linija (DSL) [DSL 2004] i hibridni optiko-koaksijalni kabl (HFC) [Cable Labs 2004].

Do 2003. godine, irokopojasni pristup od kue bio je mnogo manje zastupljen od standardnog modemskog (56 kb/s) pristupa. Procentualni udeo domainstava sa irokopojasnim pristupom Internetu tada je iznosio 23% u Junoj Koreji, 13% u Kanadi i 7% u SAD, dok je u Evropi bilo oko 10 procenata takvih domainstava [Point Topic 2003]. Meutim tehnologije DSL i HFC veoma brzo osvajaju svet u SAD dominira tehnologija HFC, a u Evropi i Aziji DSL.

DSL pristup obino obezbeuju telefonske kompanije (na primer, Verizon ili France Telecom), nekada i u saradnji sa nekim nezavisnim posrednikom za Internet usluge. Iako je konceptualno slian standardnim modemima, DSL predstavlja novu modemsku tehnologiju koja i dalje koristi standardne telefonske linije sa upredenim bakarnim paricama. Meutim, ovde se postiu daleko vee brzine prenosa, ogrania-vanjem udaljenosti izmeu korisnikovog i ISP-ovog modema. Brzina prenosa obino je asimetrina neto bra od ISP-ovog rutera do korisnika nego u obrnutom smeru. Ova asimetrija brzine prenosa utemeljena je na koncepciji da je kuni korisnik pre konzument nego proizvoa informacija (zato je vea brzina na putu informacija ka njemu). U teoriji, tehnologija DSL moe da obezbedi brzine do 10 Mb/s od ISP-a do korisnika, i neto vie od 1 Mb/s u obrnutom smeru. Meutim, u praksi su te brzine ipak znaajno manje. Godine 2004, uobiajene brzine prenosa kretale su se izmeu 1 i 2 Mb/s ka korisniku, i nekoliko stotina kb/s ka posredniku za Internet usluge.


Tehnologija DSL koristi frekventno multipleksiranje koje smo opisali u pretho-dnom odeljku. Konkretno, ovde se komunikacioni link izmeu ISP-a i domova deli na tri nepreklapajua frekventna opsega:

veoma brzi kanal ka korisniku u opsegu od 50 kHz do 1 MHz; srednje brzi kanal ka ISP-u u opsegu od 4 kHz do 50 kHz i standardni dvosmerni telefonski kanal u opsegu od 0 do 4 kHz.

Stvarni nizvodni i uzvodni propusni opseg koji potencijalno stoji na raspola-ganju datom korisniku zavisi od udaljenosti izmeu njegovog i ISP-ovog modema, prenika kabla sa upredenim paricama i stepena elektrinih smetnji. U stvari, za razliku od standardne modemske veze, tehnologija DSL je upravo i napravljena za male udaljenosti izmeu kunih modema i modema posrednika za Internet usluge, zahvaljujui emu se postiu znaajno vee brzine prenosa.

Dok DSL i standardni modemi koriste obine telefonske linije, HFC pristupne mree predstavljaju proirenje mrea koje se koriste za emitovanje kablovske tele-vizije. U dananjim kablovskim sistemima, kablovska glavna stanica emituje ka domovima kroz distribucionu mreu koju ine koaksijalni kablovi i pojaivai. Kao to moete da vidite na slici 1.10, glavna stanica je optikim kablovima povezana sa raskrsnicama u pojedinim delovima grada, od kojih vode klasini koaksijalni kablovi ka pojedinanim domovima. Svaka ovakva raskrsnica obino podrava izmeu 500 i 5 000 domova.

Poput tehnologije DSL, HFC takoe zahteva korienje posebnih modema koji se nazivaju kablovski modemi. Kompanije koje obezbeuju kablovski pristup Inter-netu obino zahtevaju da njihovi korisnici ili kupe ili iznajme jedan ovakav ureaj. Kablovski modem je najee eksterni ureaj koji se sa raunarom povezuje preko 10-BaseT Ethernet porta. (U poglavlju 5 emo se detaljnije pozabaviti Ethernetom.) Kablovski modemi dele HFC mreu na dva kanala nizvodni i uzvodni. Kao i kod tehnologije DSL, nizvodnom kanalu se obino dodeljuje vei propusni opseg, tako da je za njega karakteristina i vea brzina prenosa.

Veoma vana karakteristika tehnologije HFC jeste to to predstavlja deljeni emisioni medijum. Konkretno, svaki paket koji glavna stanica poalje putuje istim nizvodnim linkovima do svakog doma; isto tako, svaki paket koji poalje krajnji korisnik putuje istim uzvodnim kanalom do glavne stanice. Zbog toga, ukoliko vie korisnika istovremeno preuzima MP3 datoteke putem nizvodnog kanala, stvarna brzina preuzimanja svakog od njih bie manja od maksimalne brzine nizvodnog kanala. S druge strane, ukoliko je samo nekoliko korisnika aktivno i svi oni krstare Webom, najverovatnije e svi dobijati traene stranice punom brzinom zato to se retko dogaa da vie korisnika zatrai neku stranicu u apsolutno istom trenutku. S obzirom na to da se i uzvodni kanal deli, koristi se protokol za distribuirani istovre-meni pristup koji koordinira prenos i izbegava kolizije. (O kolizijama emo takoe govoriti u poglavlju 5, u vezi sa Ethernet mreama.) Zagovornici DSL mrea esto istiu da DSL veze izmeu domova i ISP-ova pripadaju tipu tipa taka-taka, to znai da je celokupna propusna mo na raspolaganju i da nije deljena. Pristalice



kablovskih mrea, s druge strane, tvrde da HFC mree razumnih dimenzija obezbe-uju vei propusni opseg od DSL mrea. Borba izmeu tehnologija DSL i HFC za veoma brzi pristup od kue tek se zahuktava.

Jedno izuzetno privlano svojstvo DSL i HFC mrea jeste to to su njihove usluge uvek dostupne. To znai da korisnik moe da ostavi svoj raunar ukljuen i povezan sa posrednikom za Internet usluge, a da istovremeno prima telefonske pozive ili sm nekoga poziva.

Poslovni pristup

U preduzeima i na univerzitetima, za povezivanje krajnjeg sistema i perifernog rutera obino se koristi lokalna raunarska mrea (LAN). Kao to ete videti u pogla-vlju 5, postoji mnogo razliitih tipova LAN tehnologija. Ipak, tehnologija Ethernet je trenutno ubedljivo najrasprostranjenija tehnologija pristupa u ovakvim mreama. Brzina Etherneta je 10 Mb/s ili 100 Mb/s (sada ak i 1 Gb/s i 10 Gb/s). Za meuso-bno povezivanje veeg broja korisnika, kao i za njihovo povezivanje sa perifernim ruterom koriste se bakarni kablovi sa upredenim paricama ili koaksijalni kablovi. Periferni ruter je zaduen za rutiranje paketa ije je odredite izvan LAN-a. Poput tehnologije HFC, Ethernet podrava deljivi pristup medijumu, tako da krajnji kori-snici izmeu sebe dele propusnu mo LAN-a. Odnedavno Ethernet polako postaje komutirana tehnologija. U komutiranom Ethernetu koristi se vie Ethernet segme-nata sa upredenim paricama koji su povezani preko komutatora ime se omogu-ava istovremena isporuka punog propusnog opsega razliitim korisnicima LAN-a. O deljenom i komutiranom Ethernetu detaljnije emo govoriti u poglavlju 5.


Slika 1.10 Hibridni optiko-koaksijalni pristup mrei

Beini pristup

Osim aktuelne internetske revolucije, revolucija u oblasti beinih tehnologija takoe je imala izuzetan uticaj na ivot i rad savremenog oveka. Godine 2000, u Evropi je vie ljudi imalo mobilni telefon nego raunar ili automobil. Mobilni trend se i dalje nastavlja, tako da se predvia da e beini (i esto mobilni) runi ure-aji kao to su, na primer, mobilni telefoni ili PDA raunari, preuzeti dominaciju od umreenih raunara kada je u pitanju pristup Internetu. Danas postoje dve iroke kategorije beinog pristupa Internetu. U beinim LAN-ovima mobilni korisnici emituju podatke ka baznoj stanici (poznatoj i kao beina taka pristupa) ili ih pri-maju od nje i to u preniku od nekoliko desetina metara. Bazna stanica je obino povezana sa standardnom ianom vezom sa Internetom i slui za povezivanje bei-nih korisnika sa delom mree u kome postoje kablovi. U regionalnim beinim pristupnim mreama baznom stanicom upravlja posrednik za telekomunikacione usluge i ona obino moe da uslui korisnike u preniku od nekoliko desetina kilo-metara.

Beini LAN-ovi koji su zasnovani na tehnologiji IEEE 802.11 (poznatoj po imenima beini Ethernet i Wi-Fi) trenutno doivljavaju pravu ekspanziju na uni-verzitetima, zatim u preduzeima, kafeima i domovima. Primera radi, na univerzite-tima na kojima rade autori ove knjige instalirane su bazne stanice IEEE 802.11. Ova beina LAN infrastruktura omoguava studentima slanje i prijem elektronske pote i krstarenje Webom iz bilo kog dela studentskog grada (iz biblioteke, spavaonice, uionice ili dvorita). Tehnologija 802.11, o kojoj emo takoe govoriti u poglavlju 6, obezbeuje deljeni propusni opseg od 11 Mb/s. 2

Danas su u mnogim domovima, kombinacijom irokopojasnog kunog pristupa (kablovskih ili DSL modema) sa jeftinom beinom LAN tehnologijom, dobijene mone kune mree. Slika 1.11 predstavlja ematski prikaz prosene kune mree (u stvari, to je upravo postavka mree oba autora). Ovu kunu mreu ine jedan prenosivi laptop i tri stacionarana raunara (dva su povezana kablovima, jedan nije), zatim bazna stanica (beina pristupna taka) koja komunicira sa pokretnim rauna-rom, kablovski modem koji obezbeuje pristup Internetu i ruter koji povezuje baznu stanicu i stacionarni raunar sa kablovskim modemom. Ovakva mrea omoguava lanovima domainstva da ostvare irokopojasni pristup Internetu, a da se jedan od njih, pri tom, slobodno kree kroz kuu. Ukupna fiksna cena ovakve mree iznosi manje od 250 dolara (ukljuujui i kablovski /DSL modem).

Kod pristupa Internetu putem beine LAN tehnologije obino treba da budete na nekoliko metara od bazne stanice. To je ostvarivo kada se nalazite u stanu, ili u Internet kafeu ili, uopteno govorei, kada ste u nekoj zgradi. Ali ta ako se nalazite na plai ili u kolima, a potreban vam je pristup Internetu? Za ovakav regionalni pri-stup pokretni korisnici Interneta koriste infrastrukturu mobilnih telefona i preko nje pristupaju baznim stanicama koje mogu da se nalaze i nekoliko desetina kilometara od njih.


2 Ovo vai za 802.11b dok 802.11g ima 54 MB/s! (prim. rec.)


WAP (Wireless Access Protocol, version 2) [WAP 2004] koji je rasprostranjen u Evropi, kao i i-mode koji je rasprostranjen u Japanu, predstavljaju dve tehnologije koje omoguavaju pristup Internetu putem infrastrukture mobilnih telefona. WAP telefoni, koji podseaju na standardne beine telefone sa neto krupnijim ekranom, omoguavaju relativno dobar pristup Internetu, male i srednje brzine, kao i beinu telefonsku uslugu. Umesto jezika HTML, WAP telefoni koriste poseban marker-ski jezik WML (WAP Markup Language) koji je optimiziran za manje ekrane i manju brzinu pristupa. U Evropi protokol WAP funkcionie preko izuzetno uspene GSM infrastrukture za beinu telefoniju, pri emu se WAP 2.0 oslanja na TCP/IP protokole. S druge strane, zatiena tehnologija i-mode, koja je konceptualno i fun-kcionalno veoma slina tehnologiji WAP, u Japanu je doivela veliki uspeh.

Telekomunikacione kompanije trenutno preduzimaju velika ulaganja u bei-nu tehnologiju 3G (Third Generation) koja bi trebalo da obezbedi regionalni bei-ni pristup Internetu uz brzine koje prelaze 384 kb/s [Kaaranen 2001][Korhonen 2003]. 3G sistemi bi trebalo da obezbede pristup velike brzine Webu i interaktivnom videu, kao i kvalitet glasa koji je superioran u odnosu na klasinu telefoniju. Prvi 3G sistemi su primenjeni u Japanu. Imajui u vidu ogromna ulaganja u 3G tehno-logiju, njenu infrastrukturu i licence, mnogi analitiari (i investitori) pitaju se da li e ova tehnologija zaista biti toliko uspena koliko se pretpostavlja, ili e moda izgubiti bitku od neke druge tehnologije kao to je, na primer, IEEE 802.11? Ili e se, moda, kombinacijom ove dve tehnologije dobiti sveopti ali heterogeni pristup. (Proitajte [Weinstein 2002] i istorijski osvrt u odeljku 6.2.) O tehnologijama 802.11 i 3G detaljnije emo govoriti u poglavlju 6.


Slika 1.11 ematski prikaz prosene kune mree

1.4.2 Fiziki medijumiU prethodnom odeljku prikazali smo vam neke od najvanijih tehnologija za ostva-rivanje mrenog pristupa koje se koriste na Internetu. Opisujui ove tehnologije, naveli smo i fizike medijume koji se u njima koriste. Na primer, rekli smo da se u tehnologiji HFC koristi kombinacija optikih i koaksijalnih kablova, dok standardni modemi brzine 56 kb/s i tehnologija ADSL koriste bakarne kablove sa upredenim paricama. Rekli smo i to da se u mreama sa mobilnim pristupom kao medijum koristi spektar radio talasa. U ovom odeljku emo ukratko opisati ove i druge preno-sne medijume koji se esto koriste u okviru Interneta.

Da bismo definisali ta se podrazumeva pod fizikim medijumom, zamisli-emo kako izgleda kratak ivot jednog bita. Dakle, zamislite jedan bit koji putuje od jednog krajnjeg sistema, kroz seriju linkova i rutera, do drugog krajnjeg sistema. Taj bit mora da se prenese nebrojeno mnogo puta. Izvorni krajnji sistem emituje ovaj bit i ubrzo zatim njega prima prvi ruter u nizu. Zatim ga taj prvi ruter dalje emituje da bi ga nakon toga primio drugi ruter i tako redom. Prema tome, na bit, putujui od svog izvora da svog odredita, mora da proe kroz seriju primopredajnih parova. Izmeu svih ovih primopredajnih parova bit putuje u vidu elektromagnetnog talasa, elektrinog ili optikog impulsa, kroz fizike medijume. Fiziki medijumi imaju mnogo razliitih oblika i ne moraju biti istog tipa izmeu svakog primopredajnog para na putanji. U primere fizikih medijuma ubrajaju se bakarni kablovi sa upre-denim paricama, zatim koaksijalni kablovi, multimodna optika vlakana, zemaljski spektar radio talasa i satelitski spektar radio talasa. Postoje dve kategorije fizikih medijuma voeni i nevoeni medijumi. Kod voenih fizikih medijuma signali se vode kroz vrst medijum kao to su, na primer, kablovi od optikih vlakana, bakarni kablovi sa upredenim paricama ili koaksijalni kablovi. Kod nevoenih medijuma talasi se ire kroz atmosferu ili kroz vasionski prostor, kao to je to sluaj u beinim LAN-ovima ili kod digitalnih satelitskih kanala.

Pre nego to preemo na karakteristike razliitih tipova medijuma, recimo nekoliko rei i o njihovim cenama. Stvarna cena fizikog linka (bakarnog ili opti-kog kabla) esto je praktino zanemarljiva u poreenju sa ostalim trokovima za mreu. Na primer, trokovi vezani za radnu snagu kod naknadne instalacije fizikih linkova esto premauju cenu samog materijala. Iz tog razloga, u mnogim novijim zgradama su u svakoj prostoriji instalirani i kablovi sa upredenim paricama i optiki i koaksijalni kablovi. ak i ako se u startu koristi samo jedan od ovih medijuma, velike su anse da e u bliskoj budunosti zatrebati i neki drugi, tako da se na ovaj nain smanjuju trokovi naknadnog postavljanja kablova.

Bakarni kablovi sa upredenim paricama

Najjeftiniji i najrasprostranjeniji voeni prenosni medijum jesu bakarni kablovi sa upredenim paricama. Ove kablove ve vie od 100 godina koriste telefonske mree. U stvari, na vie od 99 procenata oienih veza izmeu telefonskog aparata i lokal-nog telefonskog komutatora koriste se upravo bakarni kablovi sa upredenim pari-cama. Ove kablove ste sasvim sigurno mnogo puta videli u svom domu. Sastoje se



od dva izolovana bakarna provodnika debljine oko 1 mm koji su spiralno upredeni. Upredanjem provodnika smanjuju se elektromagnetne smetnje drugog para provo-dnika koji bi mogao da se nalazi u blizini. Obino se ovaj par provodnika grupie u kabl tako to se uvija u zatitni oklop. Jedan par provodnika ini jedan komunikaci-oni link. Neoklopljene upredene parice (Unshielded Twisted Pairs, UTPs) veoma esto se koriste u lokalnim raunarskim mreama u okviru iste zgrade. Brzina pre-nosa podataka kroz ovakve kablove kree se izmeu 10 Mb/s i 1 Gb/s i zavisi od debljine kablova i udaljenosti izmeu predajnika i prijemnika.

Kada se 1980-ih pojavila tehnologija optikih vlakana, mnogi ljudi su poeli da omalovaavaju kablove sa upredenim paricama zbog njihove relativno male brzine prenosa. Neki su ak ili toliko daleko da su predviali da e tehnologija optikih vlakana potpuno potisnuti kablove sa upredenim paricama. Meutim, upredene parice se nisu tako lako predale. Savremena tehnologija upredenih parica, kao to su kablovi kategorije 5, omoguava brzine prenosa od 100 Mb/s na udaljenostima od nekoliko stotina metara. Na kraim udaljenostima mogue su ak i vee brzine pre-nosa. Danas kablovi sa upredenim paricama i dalje predstavljaju dominantno reenje za lokalne raunarske mree velike brzine.

Kao to smo ve napomenuli u odeljku o pristupnim mreama, kablovi sa upre-denim paricama veoma esto se koriste za pristup Internetu od kue. Videli ste da tehnologija telefonskih modema omoguava brzine prenosa do 56 kb/s kroz kablove sa upredenim paricama. Ali, takoe ste videli i to je da tehnologija DSL (Digital Subscriber Line) omoguila kunim korisnicima pristup Internetu brzinom od oko 6 Mb/s preko istih tih kablova sa upredenim paricama (ukoliko ive blizu ISP-ovog modema).

Koaksijalni kablovi

Poput kablova sa upredenim paricama, koaksijalni kablovi se takoe sastoje od dva bakarna provodnika, s tom razlikom to oni ovde nisu postavljeni paralelno, ve koncentrino. Zahvaljujui ovakvoj konstrukciji, posebnoj izolaciji i oklopu, ovi kablovi omoguavaju vee brzine prenosa. Ova vrsta kablova veoma esto se koristi u kablovskim televizijskim sistemima. Kao to smo ve rekli, odnedavno proirenje ovih sistema predstavljaju kablovski modemi koji kunim korisnicima omoguuju pristup Internetu koji moe da bude bri od 1 Mb/s. Kod irokopojasnih koaksijal-nih kablova predajnik podie signal u neki konkretan frekventni opseg, a zatim se rezultujui analogni signal alje ka jednom prijemniku ili ka vie njih. Obe varijante koaksijalnih kablova mogu da se koriste kao voeni deljeni medijum. To, konkre-tno, znai da sa istim kablom moe da bude povezan vei broj krajnjih sistema i svi oni tada primaju sve ono to alju svi drugi krajnji sistemi.

Kablovi od optikih vlakana

Optiki kablovi su tanki i fleksibilni medijumi koji provode svetlosne impulse, a svaki svetlosni impuls predstavlja jedan bit. Jedan optiki kabl moe da podri


3 Ovo u praksi nikada nije sluaj. (prim. rec.)

izuzetno velike brzine prenosa, ak do nekoliko desetina pa i stotina gigabita po sekundi. Ovi kablovi su imuni na elektromagnetne smetnje, imaju neznatno slablje-nje signala do razdaljine od 100 kilometara i veoma teko se prislukuju. Zahvalju-jui ovim karakteristikama, optiki kablovi su najbolji voeni prenosni medijumi za due relacije, posebno kada su u pitanju prekomorske veze. U mnogim meugrad-skim telefonskim mreama u SAD, ali i u drugim krajevima sveta, sada se koriste iskljuivo kablovi od optikih vlakana. U okosnici Interneta takoe dominira ova vrsta kablova. Meutim, visoka cena optikih ureaja kao to su predajnici, prije-mnici i komutatori ograniila je njihovu primenu u transportu na kraim relacijama recimo, u LAN-ovima ili domovima. U radovima [IEC Optical 2003], [Goralski 2001], [Ramaswami 1998] i [Mukherjee 1997] pronai ete veoma detaljan prikaz raznih aspekata optikih mrea. U linkovima od optikih vlakana brzine prenosa obino se mere desetinama gigabajta u sekundi.

Zemaljski radio talasi

Radio stanice prenose signale koristei elektromagnetni spektar. Oni predstavljaju veoma zanimljiv medijum zato to ne zahtevaju instaliranje kablova, mogu da prou i kroz zidove, obezbeuju povezivost mobilnim korisnicima i prenose signale na velike daljine. Karakteristike radio kanala u velikoj meri zavise od karakteristika sredine kroz koju se prenose, kao i udaljenosti koje treba da premoste. Sredina kroz koju se signali prenose moe na njih da utie u smislu gubitka putanje i slabljenja zbog senke (jaina signala se smanjuje sa poveanjem udaljenosti i na putu oko pre-preka ili kroz njih), slabljenja usled viestrukih putanja (signali se odbijaju o objekte koji im se nau na putu) i smetnji (koje stvaraju drugi radio kanali ili elektromagne-tni signali).

Zemaljski radio kanali mogu grubo da se podele u dve grupe one koji pokrivaju lokalne oblasti (od nekoliko desetina pa do stotinak metara) i one koji pokrivaju vee oblasti (nekoliko desetina kilometara). Beini ureaji za LAN koje smo pomenuli u odeljku 1.4.1 koriste radio talase lokalnog dometa; s druge strane, tehnologije WAP, i-mode i 3G koje smo takoe pominjali u odeljku 1.4.1, koriste radio kanale regional-nog dometa. Detaljno istraivanje ove tehnologije i prateih proizvoda pronai ete u radu [Dornan 2001]. O radio talasima detaljnije emo govoriti u poglavlju 6.

Satelitski radio kanali

Komunikacioni sateliti povezuju dva ili vie zemaljskih predajnika i prijemnika koji se nazivaju zemaljskim stanicama. Satelit prima emisije u jednom frekventnom opsegu, zatim regenerie primljeni signal pomou repetitora (objanjen u nastavku teksta) i onda emituje signal u drugoj frekvenciji. Propusni opseg koji omoguavaju sateliti meri se gigabitima po sekundi. Za potrebe komunikacija koriste se dve vrste satelita geostacionarni i niski sateliti.

Geostacionarni sateliti trajno ostaju iznad iste take na Zemlji. Nepromenlji-vost pozicije postie se postavljanjem satelita u orbitu na visini od 36 000 kilome-tara iznad povrine Zemlje. Zbog ogromne udaljenosti koju signal treba da pree od


1.5 POSREDNICI ZA INTERNET USLUGE I OKOSNICE INTERNETA 35

zemaljske stanice do satelita i natrag do druge zemaljske stanice, javlja se kanjenje od 250 milisekundi. Meutim, i pored ovog kanjenja, satelitski linkovi koji obe-zbeuju brzine od nekoliko stotina Mb/s, esto se koriste u telefonskim mreama i internetskim okosnicama.

Niski sateliti postavljaju se na mnogo manjoj udaljenosti od Zemlje. Oni ne ostaju sve vreme iznad iste take na Zemljinoj povrini ve, poput Meseca, rotiraju oko nae planete. Za kontinuiranu pokrivenost odreene oblasti potrebno je mnogo satelita koji su postavljeni u orbitu. Trenutno ima mnogo niskih komunikacionih sistema koji su u fazi razvoja. Lojdova veb stranica o konstelaciji satelita [Wood 2004] predstavlja dobar izvor informacija o poloaju satelitskih komunikacionih sistema. Mogue je da e se u budunosti za pristup Internetu koristiti upravo tehno-logija niskih satelita.

1.5 Posrednici za Internet usluge i internetske okosnice

Ve smo rekli da se krajnji korisnici (PC i PDA raunari, veb serveri, serveri za elektronsku potu, itd.) povezuju sa Internetom putem pristupne mree. Podseamo vas da ta pristupna mrea moe biti oiena ili beina lokalna raunarska mrea (na primer, u nekoj kompaniji, koli ili biblioteci) ili mrea ISP-a (na primer, AOL ili MSN) do koje se dolazi putem standardnog, kablovskog ili DSL modema. Meutim, povezivanje krajnjih korisnika i obezbeivaa raznih sadraja u pristupne mree predstavlja samo mali deo slagalice koju ine stotine miliona korisnika i stotine hiljada mrea od kojih se sastoji Internet. Internet moe da se definie kao mrea svih mre i razumevanje ove fraze je klju za reavanju ove velike slagalice.

U javnom Internetu, pristupne mree koje se nalaze na njegovoj periferiji pove-zane su sa ostatkom Interneta kroz slojevitu hijerarhiju posrednika za Internet usluge (ISP), kao to je to prikazano na slici 1.12. Pristupni ISP-ovi (na primer, rezidencijalni posrednici za Internet usluge kao to je AOL i kompanijski posrednici koji koriste LAN-ove) nalaze se na dnu ove hijerarhije. Na njenom .vrhu nalazi se relativno mali broj tzv. ISP-ova prvog reda. ISP prvog reda bi u mnogo emu mogao da se poistoveti sa bilo kojom drugom mreom on ima linkove i rutere i povezan je sa drugim mreama. S druge strane, ISP-ovi prvog reda imaju i neke jedinstvene karakteristike. Brzine njihovih linkova esto prelaze 622 Mb/s, a vei posrednici prvog reda imaju ak i linkove brzine 2,5 do 10 Gb/s; njihovi ruteri su, u skladu sa tim, sposobni za prosleivanje paketa veoma velikom brzinom. Posrednici za Internet usluge prvog reda se, pored onoga to smo ve rekli, prepoznaju po sle-deim karakteristikama:

direktno se povezuju sa svim drugim posrednicima prvog reda; povezani su sa velikim brojem posrednika drugog reda, kao i sa ostalim komerci-

jalnim mreama; pokrivaju vei broj zemalja.


Posrednici za Internet usluge prvog reda obino se nazivaju internetskim oko-snicama. Meu najveim kompanijama okosnicama nalaze se Sprint, MCI (nekada-nji UUNet/WorldCom), AT&T, Level3 (koji je kupio Genuity), Qwest i Cable and Wireless. Sredinom 2002. godine kompanija WorldCom bila je ubedljivo najvei internetski posrednik prvog reda po mnogim parametrima ak dva puta vei od najblieg rivala [Teleography 2002]. Veoma je zanimljivo i to da nijedna grupa nije zvanino zaduena za posrednike prvog reda; ukoliko treba da pitate da li ste lan grupe, onda to najverovatnije niste.

Posrednici za Internet usluge drugog reda obino imaju regionalni ili nacionalni znaaj i (to je veoma znaajno) povezani su samo sa nekoliko posrednika prvog reda (slika 1.12). Prema tome, da bi mogao da stigne do svih delova globalnog Inter-neta, ISP drugog reda mora da rutira svoj saobraaj kroz mreu posrednika prvog reda sa kojim je povezan. U meusobnoj hijerarhiji ISP drugog reda je korisnik, dok je ISP prvog reda dobavlja. Mnoge velike kompanije povezuju svoje mree direktno sa posrednicima prvog ili drugog reda i na taj nain postaju njihove mute-

1.5 POSREDNICI ZA INTERNET USLUGE I OKOSNICE INTERNETA 3534 POGLAVLJE 1 RAUNARSKE MREE I INTERNET

Slika 1.12 Meusobna povezanost posrednika za Internet usluge

1.6 KANJENJE I GUBITAK PAKETA U MREAMA SA KOMUTIRANJEM PAKETA 37

rije. ISP u poziciji dobavljaa naplauje svojim muterijama odreenu naknadu ija je visina obino povezana sa propusnim opsegom linka koji ih povezuje. Posrednik drugog reda moe i direktno da se povee sa mreom drugog posrednika drugog reda i u tom sluaju saobraaj izmeu njih ne mora da ide kroz mreu posrednika prvog reda. Ispod posrednika drugog reda nalaze se posrednici nieg reda koji se sa ostatkom Interneta povezuju preko jednog posrednika drugog reda. Na dnu ove hijerarhije nalaze se pristupni posrednici za Internet usluge. Da situacija bude jo sloenija pobrinuli su se neki posrednici prvog reda koji su istovremeno i porednici za Internet usluge drugog reda (vertikalno su integrisani) i prodaju pristup Inter-netu direktno krajnjim korisnicima i obezbeivaima sadraja, ali i posrednicima nieg reda. Za dva ISP-a koji su direktno povezani kae se da su u ravnopravnom odnosu. Autori veoma zanimljive studije [Subramanian 2002] pokuali su preciznije da definiu slojevitost Interneta analizom njegove topologije u smislu termina kori-snik-dobavlja i ravnopravnih odnosa.

U okviru mree posrednika za Internet usluge, take u kojima se dati posrednik povezuje sa drugim posrednicima (svejedno da li je to u hijerarhiji na istom nivou, iznad ili ispod) nazivaju se prikljunim takama (Point of Presence, POP). Priklju-nu taku ini grupa rutera mree jednog posrednika za Internet usluge sa kojima su povezani ruteri nekog drugog posrednika. Posrednik prvog reda obino ima mnogo prikljunih taaka koje se nalaze na razliitim geografskim lokacijama i sa kojima je obino povezano vie posrednika u rangu korisnika. Posrednici u rangu korisnikao-bino za povezivanje sa posrednikom ranga dobavljaa koriste linkove velike brzine koje iznajmljuju od dobavljaa telekomunikacionih usluga. Dva ISP-a prvog reda mogu da ostvare ravnopravan odnos meusobnim povezivanjem svojih prikljunih taaka.

Pored meusobnog povezivanja u privatnim ravnopravnim takama, posrednici za Internet usluge se esto povezuju u mrenim pristupnim takama (Network Access Point, NAP) koje su u vlasnitvu neke

Documents

UmrezavanjeRacunara Kurose 1 Poglavlje