1 - Uvod u raunarske mree

1 - Uvod u raunarske mree

Ciljevi ove lekcije su upoznavanje sa:

znaajem raunarskih mrea za firme i pojedince,

razliitim podelama raunarskih mrea i

slojevitom organizacijom mrenih protokola.

Opte znanje

Teme obraenej u ovoj lekcij zahtevaju samo opte znanje o raunarima i raunarskim sistemima.

DefinicijeRaunarska mrea - grupa meusobno povezanih raunara koji dele resurse i informacije.

Topologija - prostorni raspored ili nain povezivanja delova jedne celine.

Komunikacioni kanal - fiziki medijum kroz koji se prenose podaci. Kod ianih mrea, to su kablovi razliitih tipova. Kod beinih mrea, komunikacioni kanal je vazduh.

Engleski terminiFlash (fle) - vrsta memorije iji sadraj ne nestaje nakon iskljuivanja napajanja.

Personal Area Network (p'rs'n'l erija netvork) - personalna mra.

Local Area Network (lokal erija netvork) - lokalna mrea.

Wireless Local Area Network (vajarles lokal erija netvork) - beina lokalna mrea.

Wide Area Network (vajd erija netvork) - mrea irokog podruja

Client-Server (klijent-server) - jedan od naina podele uloga raunara u raunarskoj mrei.

Peer-to-peer (pijr to pijr) - od take do take.

Hub (hab) - centar oiavanja, sabirnica, ureaj za povezivanje.

CircuitSwitched Networks (srkit svit netvorks) - mree sa skretnim kolima.

PacketSwitched Networks (paket svit netvorks) - mree sa skretnim paketima.

Checksum (eksum) - kontrolna suma.

Lekcija

Pre nego to se upustimo u prouavanje raunarskih mrea i mrenih protokola, razmotrimo:

znaaj raunarskih mrea za pojedince i firme,

podelu raunarskih mrea i

Vieslojni model mrene komunikacije.

Znaaj

Raunarske mree imaju veliki znaaj kako za kompanije, tako i za pojedince. Kompanijama mree omoguuju:

- deljenje resursa (programa, opreme, podataka),

- visoku pouzdanost sistema (pouzdaniji je sistem sa vie raunara nego sa jednim),

- utedu novca (bolji je odnos cena/performanse sistema sa vie jeftinijih raunara od sistema zasnovanog na superkompjuteru),

- skalabilnost (sistem se lake proiruje dodavanjem jednog novog raunara, nego zamenom superkompjutera),

- moni komunikacioni medijum (udaljeni saradnici mogu zajedno obavljati neki posao) i

- elektronsko poslovanje.

Deljenje resursa je vrlo znaajna prednost korienja raunarskih mrea. Zamislite koliko bi zahtevno bilo da na svakom raunaru koji eli pristup nekoj bazi podataka postoji kopija te baze. Prvi problem je veliina same baze podataka. Ukoliko je baza velika, vrlo verovatno bi postojao problem i sa samim smetanjem na disk svakog raunara. Drugi problem je auriranje takve baze podataka. Svaki korisnik imao bi svoju verziju baze i ne bi znao za promene koje se deavaju na drugim raunarima.

Da nema raunarske mree, svaki zaposleni u firmi morao bi imati svoj tampa, ili bi na nekom prenosnom medijumu (CD/DVD ili flash disk) morao preneti svoje dokumente za tampu do raunara koji ima tampa. Uvoenjem mree, svako moe sa svog radnog mesta da pokrene tampanje, bez obzira to tampa nije direktno prikljuen.

Ukoliko doe do kvara komponenata, sistem zasnovan na samo jednom raunaru mnogo je osetljiviji na otkaz, bez obzira na kvalitet komponenti koje su ugraene u njega. To omoguuje kupovinu jeftinije opreme i relativno jednostavno proirivanje sistema. Za dodavanje novog radnog mesta dovoljno je kupiti novi raunar i prikljuiti ga na postojeu infrastrukturu. Sve ovo ini mree neophodnim u svakoj firmi, bez obzira na veliinu i delatnost.

Znaaj mrea za firme koje se bave elektronskim poslovanjem ne treba posebno naglaavati, jer bez mrea ne bi ni bilo takvih firmi. Elektronsko poslovanje podrazumeva kupovina i prodaja proizvoda i usluga preko elektronskih sistema, prvenstveno putem Interneta, ali i drugih raunarskih mrea. Broj firmi koje se bave elektronskim poslovanjem raste veoma brzo. Samo u SAD-u u toku 2008. godine promet ovih firmi procenjuje se na oko 204 milijardi dolara.

Za pojedince raunarske mree takoe imaju veliki znaaj, i to pre svega za:

- pristup udaljenim informacijama,

- komunikaciju,

- interaktivnu zabavu i

- elektronsku kupovinu.

Raunarske mree sve vie utiu i na kulturoloke, socijalne i etike karakteristike pojedinaca, pa samim tim i itavog drutva. Podela

Prema veliini, raunarske mree mogu se podeliti na:

- personalne mree (eng. Personal Area Network - PAN),

- lokalne mree (eng. Local Area Network - LAN),

- beine lokalne mree (eng. Wireless Local Area Network - WLAN)

- mree irokog podruja (eng. Wide Area Network - WAN) i

- globalne mree.

Personalne mree povezuju ureaje jednog korisnika. PAN mreu ini raunar povezan sa tampaem, skenerom, PDA, mobilnim telefonom i sl. Rastojanja koja moe da podri ovakva mrea su veoma mala: od jednog metra, do nekoliko metara.

Lokalne mree povezuju dva ili vie raunara (ali i drugih ureaja) u ogranienoj geografskoj oblasti. To je najei nain organizovanja raunarske mree u okviru jedne firme, kole ili neke druge ustanove. Brzina prenosa informacija je vrlo velika (vea od ostalih tipova mrea), a rastojanja izmeu ureaja se kreu od nekoliko metara do nekoliko kilometara.

Beine lokalne mree su lokalne mree kod kojih raunari ne moraju kablovima biti povezani na mreu. Brzine prenosa podataka su znaajno nie od ianih lokalnih mrea, ali zato omoguuju mobilnost korisnika. U objektima koji ne dozvoljavaju sprovoenje kablova, kopanje zidova ili je potrebno brzo i uz to manje angaovanja omoguiti korisnicima prikljuivanje na mreu, beine mree su odlino reenje.

Mree irokog podruja povezuju lokalne mree i obino ih ine iznajmljene linija i ureaji koji omoguuju povezivanje na iznajmljene linije.

Globalna mrea povezuje sve prethodne mree u jedinstvenu celinu koja omoguuje korienje resursa i informacija irom itave planete. To je mrea koju poznajemo kao Internet.

Prema znaaju pojedinih vorova u mrei, mree se dele na:

- klijent-server (eng. clientserver) i

- od-vor-do-vora (eng. peertopeer).

U klijent-server mreama, podaci se smetaju na raunarima sa posebnom funkcijom na serverima. Zadatak servera je da pruaju usluge korisnicima, koji koriste raunare skromnijih mogunosti, a zahtevaju neku sloenu obradu ili pristup velikim bazama podataka. Raunari koji iniciraju komunikaciju i trae odreeni podatak ili obradu od servera nazivaju se klijenti. Klijent-server organizacija omoguuje i lake upravljanje lokalnim mreama. Na serveru se, u tom sluaju, definiu korisniki nalozi i upravlja pravilima pristupa. Takve mree su i sigurnije jer klijenti moraju da se povinuju pravilima definisanim na serveru. Server moe i automatski podeava klijente, aurirati antivirusne programe na klijentima, proveravati sadraj poruka koje idu od ili ka klijentima, itd. Kada u lokalnoj mrei ima vie od desetak raunara, uvoenje klijent-server organizacije znaajno olakava upravljanje mreom.

U mreama od-vora-do-vora svi uesnici u komunikaciji su ravnopravni. Svaki raunar u ovakvim mreama poseduje odreene podatke ili programe potrebne drugima, ali i zahteva podatke ili aplikacije koje drugi poseduju. Ako se organizacija od-vora-do-vora odnosi na upravljanje mreom, to znai da je svaki raunar potpuno autonoman. Svaki korisnik mora da vodi rauna o programima koje e instalirati i mora sam podeavati sve parametre raunarskog sistema. Ovo moe postati vrlo nestabilna mrea ako ima vie raunara, a korisnici nisu struni u podeavanju sistema ili su nemarni. Sigurnost mrea od-vora-do-vora je na vrlo niskom nivou.

Prema topologiji, odnosno prostornom rasporedu i nainu povezivanje raunara, mree se dele na:

- mree sa topologijom magistrale,

- mree sa topologijom zvezde,

- mree sa topologijom proirene zvezde,

- mree sa topologijom prstena i - potpuno povezane mree.

Slika 1.1. Topologija magistrale

Kod mrea sa topologijom magistrale, svi raunari prikljueni su na zajedniki komunikacioni kanal. Samo jedan raunar moe slati podatke u jednom trenutku. Podaci se prostiru kroz kanal i dolaze do svih raunara u mrei. Na slici 1.1 prikazan je izgled ove topologije.

Slika 1.2. Topologija zvezde

Topologija zvezde zahteva postojanje specijalne komponente, koja slui kao centar povezivanja. Svi raunari povezani su na tu komponentu, pa itava struktura nalikuje viekrakoj zvezdi. Na slici 1.2 dat je primer ovakve topologije. Ako vie topologija zvezde poveemo, dobijamo proirenu zvezdu. Ovo je danas najei tip topologije lokalnih mrea.

Slika 1.3. Topologija proirene zvezde

Ukoliko je svaki raunar povezan samo sa dva svoja direktna suseda, a svi raunari u lokalnoj mrei formiraju ciklinu strukturu, tada imamo topologiju prstena. Ova topologija je nekada bila dominantna u IBM-ovim TokenRing mreama, ali se danas potpuno izgubila.

Slika1.4. Topologija prstena

Kada se govori o topologiji, treba razlikovati fiziku i logiku topologiju. Fizika topologija podrazumeva nain na koji su vorovi fiziki povezani, a logika topologija definie nain funkcionisanja mree. Na primer, ako su raunari povezani preko komponente koje se naziva hub (ita se hab), kaemo da mrea ima fiziku topologiju zvezde. Meutim, hub je komponenta koja signale pristigle na jednom prikljuku prosleuje na sve ostale. Zato mrea radi isto kao da su raunari povezani na zajedniku magistralu, pa kaemo da ovakva mrea ima logiku topologiju magistrale.

Prema nainu na koji se prosleuju paketi podataka, mrei se dele na:

- mree sa skretnim kolima (eng. CircuitSwitched networks) i

- mree sa skretnim paketima (eng. PacketSwitched networks).

Mree sa skrenim kolima uspostavljaju direktnu vezu izmeu dve strane u komunikaciji, formiranjem fizike veze. U centralama, kroz koje polaze podaci prilikom komunikacije, elektrina kola spajaju odgovarajue konektore i uspostavljaju vezu. Svi podaci prolaze kroz iste fizike linije i elektrina kola. Veza ostaje aktivna sve dok traje komunikacija, a zatim se raskida. Ovako funkcionie klasina telefonska veza.

Mree sa skretnim paketima organizuju podatke u pakete. Svaki paket, kao nezavisna celina, putuje mreom, pri emu put pojedinih paketa ne mora da bude isti. Na mestima gde se put rava moe se desiti da jedan paket ode jednom stranom, a drugi drugom, bez obzira to pripadaju istoj poruci. Putanja pojedinih paketa odreuje se dinamiki, prema stanju na mrei. Uvek se bira optimalni put do odredita, uzimajui u obzir duinu puta, brzinu linja i zaguenje. Na odreditu se paketi skupljaju kako bi ponovo formirali poetnu poruku.

Ovo nisu sve mogue podele raunarskih mrea. Ima ih jako mnogo, i zavise od kriterijuma koje je uzet za osnovu klasifikacije. Ostale bitne karakteristike raunarskih mrea, koje takoe mogu biti predmet klasifikacije, bie detaljnije prikazane u narednim poglavljima. U sledeem poglavlju upoznaemo se sa modelima mrene komunikacije.

Vieslojni model mrene komunikacije

Mreni protokoli su svakim danom sve sloeniji i sloeniji, i sastoje se iz mnotva programskih modula. Da bi se omoguilo upravljanje ovako sloenim strukturama, ti programski moduli organizovani su u slojeve. Broj slojeva i njihove funkcije zavise od modela, ali, generalno, zadaci jednog sloja su da:

- ponudi odreene usluge viem sloju (sloju neposredno iznad njega),

- sakrije detalje implementacije tih usluga,

- koristi usluge sloja ispod sebe.

Na slici 1.5 prikazan je jedan sistem za komunikaciju sastavljen od etiri sloja. Svaki sloj fiziki komunicira samo sa slojevima koji su neposredno ispod i iznad njega. To je na slici prikazano tankim strelicama. Ove strelice prikazuju tok i podataka i upravljakih informacija. Kada podaci stignu do najnieg nivoa, on ih alje na komunikacioni kanal.

Slika 1.5. Komunikacija izmeu slojeva

Logiki posmatrano, svaki sloj komunicira sa slojem na udaljenom raunaru direktno (isprekidane strelice), jer zapravo samo slojevi istog nivoa razumeju poruke i protokol datog nivoa. Svaki sloj, dakle, koristi nii sloj kao transportni, da bi dobio podatke sa udaljenog raunara, a zatim ih tumai na nain definisanim protokolom tog nivoa.

Da bi se omoguio transport preko datog sloja, podaci se na predajnoj strani organizuju u pakete i svaki sloj dodaje svoje kontrolne podatke na poetku tih paketa formirajui zaglavlje. Na slici 1.6 se moe videti kako sloj 3 dodaje svoje zaglavlje H3 na podatke preuzete od sloja 4. Sloj 2 dodaje zaglavlje H2, a sloj 1 zaglavlje H1. Neki slojevi osim zaglavlja dodaju specijalne podatke i na kraju paketa. U primeru sa slici 1.6, sloj 1 dodao je T1 polje na kraju paketa podataka. Ovo polje najee sadri kontrolnu sumu (eng. checksum, obino po CyclicRedundancyCode, ili skraeno CRC algoritmu), koja omoguuje proveru validnosti podataka u paketu i otkrivanje greaka nastalih u prenosu, ali moe sadrati i neke dodatne informacije.

Postupak deljenja podataka u pakete i dodavanje odgovarajuih kontrolnih zaglavlja naziva se enkapsulacija.

Na prijemnoj strani izvrava se obrnuti postupak. Svaki sloj prihvata paket od nieg nivoa, proverava zaglavlje, kako bi utvrdio nain uklapanja paketa u itavu poruku i kom protokolu vieg nivoa treba da prosledi sadraj paketa, uklanja zaglavlje svog nivoa i prosleuje sadraj viem nivou. Ovaj postupak se naziva se dekapsulacija.

Slika 1.6. Enkapsulacija

Na jednom sloju moe da postoji vei broj programskih modula koji implementiraju razliite protokole. Zato u zaglavlju svakog sloja mora da postoji identifikator protokola vieg nivoa, koji je prosledio date podatke. Na prijemnoj strani se na osnovu tog polja odreuje kom modulu treba proslediti sadrinu paketa. Dakle, programski moduli pri slanju podataka rade kao multiplekseri koji podatke sa vie izvora (moduli vieg nivoa) prosleuje preko jedne linije. Na prijemnoj strani, moduli rade kao demultiplekseri, jer na osnovu zaglavlja podatke primljene sa jedne linije razvode na vie izlaza (tj. prosleuju jednom od programskih modula vieg nivoa).

Pretpostavimo da na sloju 2 postoji 3 protokola: L21, L22 i L23 (slika 1.7). Na predajnoj strani (poiljalac) protokol L1 na sloju 1 dobija podatke od protokola vieg nivoa i svakom paketu dodaje svoje zaglavlje H1. Ukoliko je paket dobio do protokola L21, na odgovarajue mesto u zaglavlju upisuje oznaku tog protokola L21. Kada paket stigne do odredita, protokol L1 prihvata paket i na osnovu osnovu vrednosti proitane u zaglavlju H1 zakljuuje da su podaci namenjeni protokolu L21 na sloju 2. Uklanja zaglavlje H1 i prosleuje sadraj paketa.

Slika 1.7. Multipleksiranje/demultipleksiranje