I N T E R N E T I W E B T E H N O L O G I J E

Transcription

1 I N T E R N E T I W E B T E H N O L O G I J E - Materijal za pripremu ispita - SMER: Multimedijalne tehnologije Godina: 2009 Pripremio: Prof. dr Goran Lj. Đorđević

2 1 UVOD U PRENOS PODATAKA OSNOVNI POJMOVI MREŽNE KONFIGURACIJE INTERNET MREŽNE ARHITEKTURE OSI REFERENTNI MODEL Fizički sloj Sloj veze Sloj mreže Transportni sloj Sloj sesije Prezentacioni sloj Sloj aplikacije Pregled funkcija slojeva OSI modela TCP/IP REFERENTNI MODEL UREĐAJI ZA MREŽNO I MEĐUMREŽNO POVEZIVANJE REPETITORI MOSTOVI RUTERI GATEWAY LOKALNE RAČUNARSKE MREŽE ETHERNET TOKEN RING TCP/IP INTERNET SLOJ IP adresiranje Klasno IP adresiranje Besklasno IP adresiranje Isporuka, prosleđivanje i rutiranje IP datagrama Isporuka Prosleđivanje Rutiranje ARP i RARP Internet protokol (IP) IP datagram Fragmentacija Opcije Kontrolna suma NAT ICMP TRANSPORTNI SLOJ Portovi UDP Korisnički datagram Način rada Primene TCP Servisi

3 Mehanizmi Segment Konekcija Dijagram stanja Kontrola protoka Retransmisija APLIKACIONI SLOJ Klijent-server model TELNET FTP Elektronska pošta Arhitektura Korisnički agent Agent za prenos poruka: SMTP Agent za preuzimanje poruka: POP3 i IMAP DNS WEB WEB PRETRAŽIVAČ WEB SERVER URL COOKIE STATIČKI WEB DOKUMENTI DINAMIČKI I AKTIVNI WEB DOKUMENTI HTTP PROKSI SERVERI I KEŠIRANJE STRANICA FIREWALL LITERATURA

4 1 Uvod u prenos podataka 1.1 Osnovni pojmovi Prenos podataka Komunikacija znači razmenu informacija. Komunikacija može biti lokalna ili daljinska. Konverzacija dve osobe licem u lice primer je lokalne komunikacije. Pojam telekomunikacije (koji uključuje: telefoniju, telegrafiju i televiziju) znači daljinsku, odnosno komunikaciju na daljinu. Podatak je činjenica, koncept ili instrukcija predstavljena u bilo kom obliku dogovorenom između strana koje stvaraju i koriste podatke. U kontekstu računarskih informacionih sistema, podaci se predstavljaju u binarnom obliku, kao niz bitova (0 i 1). Prenos podataka je razmena podataka (u obliku nizova 0 i 1-ca) između dva uređaja korišćenjem električni ili optičkih signala koji se prenose preko prenosnog medijuma (kao što je metalni provodnik, optičko vlakno ili vazduh). Prenos podataka je lokalni, ako se uređaji koji komuniciraju nalaze u istoj zgradi, odnosno u nekoj ograničenoj geografskoj oblasti. Prenos je daljinski ako su uređaji locirani na većem međusobnom rastojanju. Uređaji koji razmenjuju podatke deo su komunikacionog sistema, koji čini neka specifična kombinacija hardvera i softvera. Osnovne karakteristike komunikaciong sistema za prenos podataka su: 1. Preciznost isporuke. Komunikacioni sistem mora da isporuči podatke na tačno odredište. Podatke mora da primi uređaj (korisnik) kome su oni namenjeni i samo taj uređaj (korisnik). 2. Tačnost. Komunikacioni sistem mora da isporuči podatke bez greške, u tačno onom obliku u kojem su poslati. Beskorisni su podaci koji su izmenjeni u prenosu, a nisu korigovani na prijemu,. 3. Pravovremenost. Komunikacioni sistem mora da isporuči podatke na vreme. Podaci koji nisu isporučeni na vreme su beskorisni. U slučaju video, audio i govornih komunikacija, pravovremena isporuka znači sposobnost sistema da prenese podatke tempom kako se oni generišu, sa očuvanim redosledom i bez značajnog kašnjenja. Ovakva vrsta prenosa se naziva prenosom u realnom vremenu. Komponente komunikacionog sistema Svaki sistem za prenos podataka sadrži sledećih pet komponenti (Sl. 1-1): 1. Poruka. Poruka je informacija koja se razmenjuje. Poruku može da sadrži tekst, brojeve, slike, zvuk, video ili neku njihova kombinacija. 2. Predajnik (ili pošiljalac). Predajnik je uređaj koji šalje poruku. To može biti računar, telefonski aparat, video kamera i slično. 3. Prijemnik (ili primalac). Prijemnik je uređaj koji prima poruku. To može biti računar, telefonski aparat, TV aparat i slično. 4. Medijum. Prenosni medijum je fizička putanja duž koje se poruka prenosi od predajnika do prijemnika. To može biti kabl sa upredenim provodnicima, koaksijalni kabl, optički kabl ili radio talasi. 5. Protokol. Protokol je skup pravila koja regulišu razmenu podataka. Predstavlja sporazum ili dogovor između uređaja koji komuniciraju (odnosno, između učesnika u komunikaciji). Bez protokola, dva uređaja se mogu povezati, ali ne mogu komunicirati. (Kao što osobu koja govori Srpski, može da čuje ali ne i da razume osobu koja govori samo Japanski). Sl. 1-1 Komponente sistema za prenos podataka. 4

5 Računarska mreža Računarska mreža je skup uređaja (često se kaže i mrežnih čvorova ili samo čvorova) povezanih prenosnim linijama. Čvor može biti računar, štampač ili bilo koji drugi uređaj koji je u stanju da šalje i/ili prima podatke koje generišu drugi čvorovi mreže. Prenosne linije koje povezuju čvore u mrežu, često se nazivaju komunikacionim kanalima. Distribuirano procesiranje. Mreže su zasnovane na konceptu distribuiranog procesiranja (obrade) kod koga se zajednički zadatak raspodeljuje na više računara. Umesto da je jedan moćan računar odgovoran za sve aspekte celokupnog posla, svaki pojedinačni računar obavlja jedan deo. Prednosti distribuiranog procesiranja su: Sigurnost/zaštićenost. Projektanti distribuiranih sistema obično su u mogućnosti da ograniče načine na koje korisnik može da interaguje sa sistemom. Na primer, banka može dozvoliti svojim korisnicima da posredstvom bankovnih automata mogu da pristupe samo svojim računima, ali ne i celokupnoj bazi podataka. Distribuirane baze podataka. Ne postoji potreba da jedan računar čuva celokupnu bazu podataka. Na primer, korisnici Web-a u mogućnosti su da pristupaju informacijama koje su fizički smeštene bilo gde u svetu. Brzo rešavanje problema. Više računara koji zajednički rade na rešavanju istog problema, rešiće problem brže nego što bi to učinio jedan računar radeći sam. Pouzdanost zahvaljujući redundansi. Sistem se može učiniti pouzdanijim ako više računara u isto vreme izvršavaju isti program. Ako jedan računar zbog otkaza generiše pogrešne rezultate, preostali, ispravni računari, mogu da ga nadglasaju. Performanse, pouzdanost i sigurnost računarskih mreža Računarska mreža mora da zadovolji brojne kriterijume da bi bila efikasna. Najvažniji kriterijumi su oni koji se tiču: performansi, pouzdanosti i sigurnosti. Performanse Performanse mreže se mogu meriti na različite načine. Na primer, dve često korišćene performansne mere su: vreme prenosa i vreme odziva. Vreme prenosa je vreme potrebno da poruka pređe put od predajnika do prijemnika. Vreme odziva je vremenski interval između slanja zahteva i dobijanja zahtevanih podatka. Performanse mreže zavise od brojnih faktora, od kojih su najznačajniji sledeći: Broj korisnika. Mreža se projektuje sa pretpostavkom o prosečnom broju korisnika koji će komunicirati u isto vreme. U periodima jakog saobraćaja, stvarni broj korisnika može premašiti očekivani broj, što ima za posledicu pad performansi (duže vreme odziva). Ponašanje mreže pri povećanom opterećenju predstavlja jednu od mera njenih performansi. Tip prenosnog medijuma. Medijum ograničava brzinu prenosa podataka. Tendencija je korišćenje sve bržih i bržih prenosnih medijuma (npr. optički kabl). Medijum koji može da prenosi podatke brzinom od 100 megabita u sekundi (Mbps) je 10 puta moćniji od medijuma koji prenosi podatke brzinom od 10 Mbps. Međutim, brzina prenosa ne može da raste u nedogled (brzina svetlosti postavlja krajnju granicu). Hardver. Performanse hardvera koji se koristi u mreži utiče kako na brzinu tako i na kapacitet mreže. Brži računari sa većim memorijom obezbeđuju bolje performanse. Softver. Softver koji se koristi za obradu podatak na stranama predajnika i prijemnika kao i u međučvorovima ima uticaj na performanse mreže. Prenos poruke od jednog do drugog čvora u mreži zahteva intenzivnu obradu podataka: podaci koje predajnik šalje moraju se konvertovati u signal koji se može preneti kroz prenosni medijum; dodatna obrada je neophodna da bi se osigurala isporuka poruke bez grešaka i pronašla optimalna putanja kroz mrežu do odredišnog čvora. Na prijemnoj strani, primljeni signali se moraju konvertovani u oblik koji prijemnik može da koristi. Softver koji obezbeđuje sve ove funkcije može imati uticaja na brzinu i pouzdanost mreže. Dobro projektovan softver može ubrzati ceo proces i učiniti da prenos bude efikasniji. Pouzdanost Mere pouzdanosti mreže su: učestalost otkaza, vreme potrebno da se nakon otkaza komunikacioni sistem vrati u operativno stanje i opstanak mreže u situacijama velikih kvarova. Učestalost otkaza. Sve mreže povremeno otkazuju. Međutim, mreža kod koje su otkazi česti nije od velike koristi korisniku. 5

6 Vreme oporavka mreže nakon otkaza. Koliko je vremena potrebno da se nakon otkaza uspostavi normalan rad mreže. Mreže koje se mogu brže popraviti su vrednije od onih koje tu osobinu nemaju. Zaštita od katastrofa. Mreža mora biti zaštićena od katastrofalnih događaja, kao što je požar, zemljotres ili krađa. Sigurnost Problem sigurnosti mreži odnosi se na zaštitu podataka od neovlašćenog korišćenja i zaštitu od virusa. Neovlašćeni pristup. Da bi mreža bila upotrebljiva, osetljivi podaci moraju biti zaštićeni od neovlašćenog korišćenja. Postoji više nivoa zaštite. Autorizacija putem korisničkog imena i lozinke je primer niskog nivoa zaštite. Šifrovanje (kriptovanje) podataka predstavlja viši nivo zaštite. Šifrovanje podrazumeva sistematsku modifikaciju podataka na način da oni postanu nerazumljivi za svakog korisnika koji neovlašćeno dođe u njihov posed. Virusi. Savremene mreže su dostupne mnogim korisnicima, pa i onim zlonamernim čiji je cilj da putem mreže nanesu štetu drugim korisnicima ili samom sistemu. Računarski virus je program, ubačen u sistem od strane zlonamernog korisnika, koji je u stanju da bez znanja drugih korisnika ošteti sistem. Zaštita mreže od virusa zahteva primenu hardvera i softvera posebno projektovanih za tu namenu. Oblasti primene računarskih mreža U kratkom vremenskom periodu od kada su aktuelne, računarske mreže su postale nezamenljive u poslovanju, industriji i zabavi. Neke od primena mreža u različitim oblastima su: Marketing i trgovina. Računarske mreže se široko koriste za marketing i prodaju proizvoda. Marketing agenti koriste mrežu za prikupljanje, razmenu i analizu podatak koji se odnose na potrebe i interesovanja kupaca. Aplikacije za elektronsku trgovinu, ako što je kupovina na daljinu, omogućavaju korisnicima da putem mreže naruče i plate proizvode koje žele da kupe, rezervišu sobu u hotelu ili kartu u avionu. Finansijski servisi. Savremeni finansijski servisi su u potpunosti zavisni od računarskih mreža. Tipični primeri su: elektronski transfer novca, praćenje stanja na berzi, uvid u bankovne račune i sl. Proizvodnja. Računarske mreže nalaze primenu u mnogim aspektima proizvodnje, od projektovanje novih proizvoda do upravljanja proizvodnjom. Elektronska pošta. Verovatno najrasprostranjenija mrežna aplikacija. Omogućava korisnicima da putem mreže razmenjuju tekstualne poruke. Informacioni servisi. Primeri informacionih servisa su digitalne biblioteke, banke podataka, elektronska izdanja novina. Web sajt koji nudi tehničke podatke o novom proizvodu je vrsta informacionog servisa. Elektronsko poslovanje. Omogućava prenos poslovnih podataka (narudžbenice, računi, predračuni i sl.) bez upotrebe papira. Telekonferencije. Mogućnost da se sastanak ili konferencija održi, a da učesnici sastanka nisu prisutni na istom mestu. U najprostijoj formi, telekonferencija se ostvaruje tako što učesnici međusobno razmenjuju tekstualne poruke. Naprednije aplikacije, omogućavaju govornu, pa čak i video komunikaciju (učesnici mogu da se vide i čuju). Protokoli i standardi Protokoli U računarskim mrežama, komunikacija se uspostavlja između entiteta iz različitih sistema. Entitet je bilo šta što može da šalje i prima informacije. Primeri entiteta su: aplikacioni program, softver za elektronsku poštu, Internet serveri i pretraživač. Sistem je fizički objekat koji sadrži jedan ili više entiteta. Primer sistema je računar ili terminal. Međutim, entiteti ne mogu prosto da šalju svoje podatke i da očekuju da će ih drugi entiteti razumeti. Da bi se komunikacija ostvarila, entiteti moraju biti saglasni oko toga: koja vrsta podataka se razmenjuje u komunikaciji, kako se obavlja razmena i kada se komunikacija dešava. Drugim rečima, neophodno je da se ponašaju shodno istom protokolu. Protokol je skup pravila (konvencija) koja regulišu sve aspekte razmene informacija. Ključni elementi protokola su: sintaksa, semantika i tajming. 6

7 Sintaksa se odnosi na strukturu ili format podataka koji se razmenjuju, odnosno poredak u kome su oni prezentovani. Na primer, neki protokol je definisan tako da prvih osam bita mora da sadrže adresu predajnika, drugih osam adresu prijemnika, a da preostali bitovi sadrže poruku. Semantika se odnosi na značenje svake sekcije bitova u poruci; kako se pojedine sekcije bitova interpretiraju i koje akcije se preduzimaju zavisno od interpretacije. Na primer, da li adresa sadržana u primljenoj poruci označava konačno odredište ili ukazuje da poruku treba proslediti dalje ka konačnom odredištu. Tajming definiše kada podaci mogu da se šalju i kojom brzinom se prenose. Na primer, ako predajnik generiše podatke brzinom od 100 Mbps, a prijemnik je u stanju da obradi podatke brzinom od 1 Mbps, potreban je neki način za međusobno usaglašavanje kako podaci ne bi bili izgubljeni. Standardi Da bi se u mreži ostvarila bilo kakva komunikacija neophodna je stroga i precizna koordinacija aktivnosti mrežnih čvorova. Neki proizvođač mrežne opreme može garantovati da će svi njegovi proizvodi, povezani u mrežu, međusobno dobro raditi. Ali šta ako se javi potreba da se u mrežu ugradi uređaj nekog drugog proizvođača. Koja je korist od TV aparata ako on može da prima signale iz jednog opsega kanala, ako lokalna TV stanica emituje signal u nekom drugom opsegu? Gde ne postoje standardi postoje problemi. Automobili su primer nestandardizovanih proizvoda. Menjač iz jednog modela se neće uklopiti u neki drugi model automobila. Standard definiše model za razvoj proizvoda koji omogućava da proizvodi različitih proizvođača mogu zajedno da rade. Standardi su od ključne važnosti za stvaranje i razvoj otvorenog tržišta i konkurenciju između proizvođača opreme. Standardi iz oblasti prenosa podataka svrstavaju se dve kategorije: de facto i de jure. De jure standard je standard sa pravnog gledišta, odnosno standard koji je kroz formalnu proceduru objavila ili odobrila neka zvanična organizacija za standarde. De facto standard je onaj koje nije zvanično priznat od strane nadležnih organizacija, već je kroz primenu posto toliko široko prihvaćen da praktično nema konkurenciju. Po pravilu, de facto standardi potiču od nekog konkretnog proizvođača opreme kao rezultat njegove težnje za definisanjem funkcionalnosti svojih novih proizvoda ili nove tehnologije. De facto standardi se dalje mogu podeliti u dve kategorije: zatvoreni i otvoreni. Zatvoren standard je onaj koji je definisala neka komercijalna kompanija sa ciljem da bude osnova za razvoj njihovih novih proizvoda. Kompanija ima potpuno vlasništvo i kontrolu nad svojim standardom. Ovi standardi su zatvoreni zato što onemogućavaju (zatvaraju) komunikaciju sa uređajima drugih proizvođača. S druge strane, otvorene standarde po pravilu formuliše grupa zainteresovanih proizvođača ili neki neformalni komitet. Otvoreni standardi su javno dostupni sa razlogom da doprinesu popularizaciji i bržem usvajanju novih tehnologija. Zovu se otvoreni, zato što otvaraju mogućnost za međuoperativnost i komunikaciju između različitih sistema. 1.2 Mrežne konfiguracije Konfiguracija komunikacione linije Konfiguracija komunikacione linije se odnosi na način kako su dve ili više stanica povezane na link. Link (veza) je fizički komunikacioni put za prenos podataka od jedne do druge stanice. Vizuelno, link možemo zamisliti kao liniju koja spaja dve tačke. Da bi komunikacija bila moguća, stanice moraju biti na isti način i u isto vreme povezane na isti link. Postoje dve linijske konfiguracije: tačka-tačka (point-to-point) i multipoint. Konfiguracija tipa tačka-tačka, ili point-to-point, podrazumeva da su svake dve stanice u mreži povezane zasebnim linkom. Celokupni komunikacioni kapacitet linka namenjen je prenosu podataka između te dve stanice. Kod većine point-to-point konfiguracija za povezivanje krajnjih uređaja koristi se kabl, ali i druge opcije, kao što su mikrotalasi ili satelitski linkovi, su moguće (Sl. 1-2). Sl. 1-2 Linijska konfiguracija tipa point-to-point. 7

8 Multipoint. Linijska konfiguracija tipa multipoint je komunikaciona veza u kojoj je više stanica priključeno na isti link (Sl. 1-3). U ovom slučaju, komunikacioni kapacitet linka je razdeljen, bilo u prostoru ili u vremenu. Ako više stanica u isto vreme mogu da koriste link radi slanja svojih podataka, radi se o prostornoj podeli. Ako stanica mora da čeka da bi dobili ekskluzivno pravo korišćenja linka, radi se o vremenskoj podeli (timesharing). link Server Sl. 1-3 Linijska konfiguracija tipa multipoint. Topologija mreže Pojam topologija odnosi se na način kako su čvorovi mreže raspoređeni i povezani, bilo prostorno bilo logički. Kao što su dve ili više stanica povezane na link, tako dva ili više linka čine topologiju. Topologija mreže, u suštini, predstavlja grafičku reprezentaciju međusobnog odnosa svih linkova i povezanih stanica (čvorova). Pet osnovnih mrežnih topologija su: potpuno povezana mreža (mesh), zvezda (star), stablo (tree), magistrala (bus) i prsten (ring). Topologije ukazuje kako su umrežen uređaji međusobno povezani, a ne i kako su fizički raspoređeni. Na primer, ako je topologija neke mreže tipa zvezda, to ne znači da svi umreženi računari moraju i fizički biti raspoređeni oko centralne tačke tako da njihov raspored nalikuje zvezdi; dovoljno je da svaki računar bude povezan sa centralnom tačkom, bez obzira gde se fizički nalazi. Izbor topologije mreže zavisi od relativnog odnosa čvorova povezanih na isti link. Dva odnosa su moguća: peerto-peer, u kome svi uređaji ravnopravno dele link i primarni-sekundarni, u kome jedan uređaj (primarni) upravlja saobraćajem, a ostali koriste njegove usluge da bi preneli svoje podatke. Potpuno povezana mreža i prsten su pogodni za peer-to-peer, a zvezda i stablo za primarni-sekundarni odnos. Magistrala je podjednako dobra za oba odnosa. Potpuno povezana mreža (Mesh) U potpuno povezanoj mreži svaka stanica je namenskim poin-to-point linkom povezana sa svakom drugom stanicom u mreži. Pojam namenski znači da link prenosi podatke samo između dve stanice koja povezuje. Potpuno povezana mreža n čvorova ima n(n-1)/2 fizičkih linkova. To praktično znači da svaki čvor mora imati n-1 ulazno-izlaznih (I/O) portova za povezivanja sa isto toliko linkova. Prednosti potpuno povezane mreže u odnosu na druge topologije su: (1) korišćenje namenskih linkova garantuje da veza prenosi samo svoje podatke. Na taj način su eliminisani problemi koji se mogu javiti usled deobe linka između više stanica. (2) potpuno povezana mreža je robusna (u stanju da dobro funkcioniše u nepredviđenim situacijama). Ako neki link otkaže, to ne znači da je otkazao i ceo sistem. (3) namenski linkovi obezbeđuju privatnosti i sigurnost. Svaka poruka se prenosi duž namenskog linka i zato je dostupna samo onom korisniku kome je namenjena: fizičke granice sprečavaju druge korisnike da dođu u njen posed. (4) olakšana identifikacija i izolacija kvara. Ako neki link otkaže, saobraćaj se može preusmeriti na ispravne linkova. Glavni nedostatak potpuno povezane mreže je izuzetno veliki broj kablova i I/O portova. Pored visoke cene, to otežava instalaciju i eventualnu kasniju rekonfiguracija mreže. Iz tog razloga, potpuno povezane mreže se retko koriste u praksi. Sl. 1-4 Potpuno povezana mreža. 8

9 Zvezda (Star) Kod zvezdaste mreže, uređaji nisu direktno povezani, već je svaki uređaj namenskim linkom povezan sa centralnim kontrolerom mreže, tzv. čvorištem ili hub-om. Za razliku od potpuno povezane mreže, zvezda ne omogućava direktan prenos poruka između stanica. Kontroler ima ulogu sličnu telefonskoj centrali: Ako uređaj A želi da pošalje poruku uređaju B, tada A šalje poruku kontroleru, a on je prosleđuje uređaju B (Sl. 1-5). Zbog manjeg broja linkova i potrebnih I/O portova, cena zvezdaste mreže je niža od cene potpuno povezane mreže. Jedan link i jedan I/O port po stanici su dovoljni da bi se omogućila komunikacija između svih čvorova u mreži. Instalacija i rekonfiguracija su lakše, jer se nova stanica povezuje samo sa hub-om. Zvezda je, slično potpuno povezanoj mreži, otporna na otkaze, premada u nešto manjoj meri. Ako neki link otkaže, posledice trpi samo stanica čiji je to link. Međutim, hub je kritična komponenta: ako otkaže hub, otkazao je ceo sistem. Mada zvezda zahteva manje kabliranja nego potpuno povezana mreža postoje topologije koje zahtevaju još manje kabliranja (npr. stablo, prsten i magistrala). Sl. 1-5 Zvezdasta mreža. Stablo (Tree) Stablo je varijanta zvezde. Kao kod zvezde, čvorovi stabla su povezani na hub koji upravlja celokupnim saobraćajem u mreži. Međutim, nisu sve stanice direktno priključeni na centralni hub. Većina stanica su priključene na sekundarne hub-ove koji su onda direktno priključeni na centralni hub. (Sl. 1-6). Sekundarni hubovi se koriste za povezivanje fizički bliskih stanica. Na primer, svi računari koji se nalaze u jednoj prostoriju mogu biti povezani na isti sekundarni hub koji se nalazi u toj istoj prostoriji, a sekundarni hub-ovi iz svih prostorija u zgradi povezani su na centralni hub. Prednosti i nedostaci stabla su u osnovi isti kao kod oni zvezde. Uvođenje sekundarnih hub-ova pruža sledeće prednosti: Prvo, mreža može imati veći broj čvorova. Drugim rečima, mreža postaje proširljiva, jer maksimalan broj čvorova više nije ograničen brojem raspoloživih portova centralnog hub-a. Takođe, ukupna dužina kablova je manja (umesto da sa petog sprata gde postoji 10 računara, do prizemlja, gde je smešten centralni hub, vodi 10 kablova, vodi se samo jedan, za spregu sekundarnog hub-a, koji je na petom spratu, i centralnog hub-a). Drugo, administrator mreže ima mogućnost da izoluje pojedine delovi mreže i dodeli im različite prioritete u komunikaciji. Na primer, svi računari priključeni na jedan sekundarni hub mogu imati prioritet nad računarima vezanim na neki drugi (u situacijama kada centralni hub treba na isti izlazni link da preusmeri saobraćaj iz više ulaznih linkova prednost će dati ulaznom linku najvišeg prioriteta). Na taj način, administrator može garantovati da neće doći do zastoja u prenosu vremenski-kritičnih podataka. Sl. 1-6 Mreža u obliku stabla. 9

10 Magistrala (Bus) Za razliku od svih prethodnih mrežnih topologija, koje koriste point-to-pont linkove, magistrala je zasnovana na jednom multipoint linku na koji su priključeni svi čvorovi (Sl. 1-7). Čvorovi se povezuju na multipoint link pomoću tzv. T-konektora (ili tap-a) koji spaja drop link (drugim krajem vezan za čvor) i magistralni kabl. Krajevi magistralnog kabla završeni su specijalnim završnim konektorima (terminatori) koji eliminišu refleksiju signala. Zbog slabljenja signala prilikom prenosa kroz kabl, postoji ograničenje u pogledu maksimalne dužine magistralnog kabla i minimalnog rastojanja između T-konektora. Glavna prednost magistrale je jednostavna instalacija. Magistralni kabl se može postaviti po obodu neke prostorije, a svaki računar drop linijom povezati na najbliži tap. Nedostaci magistrale su otežana rekonfiguracija i izolacija kvara. Magistrala se obično projektuje tako da bude optimalna u trenutku instalacije (broj i raspored tap-va prilagođeni su trenutnom broju i rasporedu računara). Zato se može javiti problem kada treba priključiti novi računar. Takođe, otkaz ili prekid magistralnog kabla prekida svaku komunikaciju u mreži, čak i između čvorova koji su sa iste strane problema (prekid stvara dva nova kraja, koji, pošto nisu završeni terminatorom, reflektuju signal nazad u svoje delove kabla što pravi šum koji narušava signal). Sl. 1-7 Topologija tipa magistrala. Prsten (Ring) Kod prstenaste mreže (ringa), sve stanice su povezane u zatvorenu petlju ili prsten, tako što je svaka stanica sa dva point-to-point linka direktno povezan sa dve susedne stanice (Sl. 1-8). U ring mreži, poruka se uvek prenosi u jednom smeru, od stanice do stanice, dok ne stignu do svog odredišta. Kada stanica primi poruku namenjenu nekoj drugoj stanici, ona regeneriše primljene bitove i prosleđuje ih dalje. Regenerisanje podataka omogućava da ring mreža pokrije veća rastojanja od zvezdaste mreže ili magistrale. Ring se relativno jednostavno instalira i rekonfiguriše. Da bi se dodala nova ili izbacila postojeća stanica, potrebno je premestiti samo dva kabla. Jedina ograničenja su ona koja se odnose na maksimalnu dužinu kabla i maksimalni broj čvorova u ringu. Takođe, kvarovi se lako mogu identifikovati i izolovati, a čvor koji pogrešno radi ili je otkazao se može lako premostiti. Obično, signal u ringu cirkuliše sve vreme (kada nema saobraćaja, ringom kruži kontrolna poruka). Ako ne primi signal za neko vreme, stanica može da aktivira alarm, koji će upozoriti administratora na pojavu problema i njegovu tačnu lokaciju. Međutim, jednosmerni saobraćaj, kakav je u ringu, ima i svoje nedostatke. Prekid samo jednog point-to-point linka, prekida komunikaciju u celoj mreži. Hibridne topologije Sl. 1-8 Ring topologija. Često, projektanti mreža kombinuju različite topologije onda kad više izdvojenih podmreža treba međusobno povezati. Na Sl. 1-9 je prikazan primer hibridne topologije gde su tri podmreže različite topologije povezane u jedinstvenu zvezdastu mrežu. 10

11 Sl. 1-9 Hibridna topologija. Načini prenosa Pojam način (ili režim) prenosa odnosi se na smer protoka signala između dva povezana uređaja. Postoje tri načina prenosa: simpleks, poludupleks i puni dupleks. Simpleks. Kod simpleks prenosa komunikacija je jednosmerna (slično jednosmernoj ulici). Jedan od dva uređaja povezanih linkom uvek šalje, a drugi uvek samo prima podatke (Sl. 1-10). Poludupleks (Half-duplex). Kod poludupleks prenosa, oba uređaja povezana linkom, mogu da šalju podatke, ali ne u isto vreme (Sl. 1-10). Dok jedan uređaj radi kao predajnik drugi može da radi samo kao prijemnik i obrnuto. (Slično putu koji ima jednu traku sa dvosmernim saobraćajem: dok prolaze vozila u jednom smeru, vozila iz drugog moraju da čekaju.) Voki-toki radio je primer half-duplex sistema. Puni dupleks (ili samo dupleks, Full-duplex ili duplex). U dupleks komunikaciji, prenos podataka između dva uređaja može se obavljati simultano u oba smera (oba uređaja mogu u isto vreme da šalju i primaju podatke) (Sl. 1-10). (Slično dvosmernoj ulici sa saobraćajem u oba smera). Signali koji se prenose u različitim smerovima dele raspoloživi kapacitet linije. Telefonska mreža je tipičan primer dupleks komunikacije. Smer prenosa podataka Server (a) Monitor Smer prenosa podataka u vremenu T1 Smer prenosa podataka u vremenu T2 (b) Racunar Smer prenosa podataka u bilo kom vremenu (c) Racunar Sl Načini prenosa: (a) simpleks; (b) poludupleks; (c) puni dupleks. Kategorije mreža Savremene računarske mreže mogu se svrstati u tri kategorije: LAN, MAN i WAN. U koju kategoriju će konkretna mreža biti klasifikovana zavisi od njene veličine (broja čvorova), površine oblasti koju pokriva, fizičke arhitekture, oblika vlasništva itd. LAN LAN (Local Area Networks) je lokalna računarska mreža u privatnom vlasništvu koja se koristi za umrežavanje računara i drugih mrežnih uređaja u relativno ograničenom području, npr. u jednoj zgradi ili kompleksu zgrada nekog fakulteta, vladine organizacije ili preduzeća (Sl. 1-11). Zavisno od potreba organizacije, LAN može biti mreža malog obima (npr. dva PC računara i štampač u jednoj kancelariji), ali i veoma složena mreža koja pokriva celo jedno preduzeće s mnoštvom raznorodnih računara i periferijskih uređaja. Oblast pokrivanja savremenih LAN mreže ograničena je na do nekoliko kilometara. 11

12 Glavni zadatak LAN-a je da omogući korišćenje zajedničkih resursa od strane više računara. Zajednički resursi mogu biti: hardver (npr. štampač), softver (npr. aplikacioni program) ili podaci (baza podataka). Tipični primeri LAN mreža mogu se naći u poslovnim organizacijama, gde se koriste za formiranje radnih grupa računara. Jedan od računara, tipično, poseduje hard disk većeg kapaciteta i ima ulogu servera. Ostali računari su klijenti. Na serveru se može čuvati softver ili podaci koji su posredstvom mreže dostupni svim članovima radne grupe. Osim po veličini, LAN se razlikuje od ostalih tipova mreža po topologiji, kao i po tipovima prenosnih medijuma koje koristi. Po pravilu, u okviru jednog LAN-a koristi se isti tip prenosnog medijuma. Topologija LAN-a je najčešće magistrala, prsten ili zvezda. Brzina prenosa podataka u LAN mreži se kreće u opsegu Mbs, sa tendencijom ka 1Gbps. LAN-ovu su broadcast mreže. Kratke poruke (pakete) koje jedna stanice emituju u mrežu primaju sve ostale stanice. Jedno posebno polje u paketu definiše željenog primaoca. Po prijemu paketa, stanica proverava adresno polje. Ako je paket namenjen stanici, ona uzima paket, a ako nije ona ga odbacuje. (a) (b) Sl LAN: (a) LAN u jednoj zgradi; (b) LAN koji pokriva više zgrada. MAN MAN (Metropolitan Area Network - Gradska mreža) su mreže na nivou jednog grada. To može bit jedna mreža, kao na primer mreža kablovske televizije, ali i mreža više povezanih LAN-ova. Na primer, banka koja poseduje više ekspozitura na različitim lokacijama u gradu može koristi MAN za povezivanje LAN-ova svojih ekspozitura. MAN može u potpunosti biti u vlasništvu jedne privatne kompanije, ali može biti i servis koji nudi neka javna kompanija, kao što je PTT. Sl MAN 12

13 WAN WAN (Wide Area Network - Regionalna računarska mreža) obezbeđuje prenos podataka na velike daljine i tipično pokriva veće geografsko područje, kao što je jedna država ili kontinent (Sl. 1-13). Za razliku od LAN-ova za čije formiranje je potrebno posedovati celokupnu potrebnu infrastrukturu, za formiranja WAN-ova se koriste javne, iznajmljene ili privatne (obično u kombinaciji) komunikacione linije i uređaji. 1.3 Internet Sl WAN Povezivanjem dve ili više mreža nastaje internet (Sl. 1-14). Mreže se povezuju pomoću uređaja za međumrežno povezivanje (označeni slovom R na Sl. 1-14). Primeri ovakvih uređaja su ruteri i gateway-i. Tipično, internet čini veći broj LAN i MAN mreža povezanih u WAN. Napomenimo da treba praviti razliku između pojmova internet (počinje malo slovom) i Internet (počinje velikim slovom). Internet, sa malim i, je uopšteni pojam koji se odnosi na povezivanje mreža. Internet, sa velikim I, je ime najveće i najrasprostranjenije svetske mreže. Sl internet. Struktura Interneta Internet (sa velikim I) je gigantska mreža prvobitno kreirana povezivanjem različitih istraživačkih i odbrambenih (vojnih) mreža (kao što su NSFnet, MILnet i CREN). Od tada, na Internet su priključene brojne druge mreže velike i male, privatne i javne. S preko 400 miliona hostova, Interent je danas ubedljivo najveća i najrasprostranjenija svetska mreža. Internet poseduje tronivovsku strukturu (Sl. 1-15). Okosnica Interneta ili backbone predstavlja vršni nivo u hijerarhiji Interneta. Sastoji se od mreža kao što su NSFnet i EBONE koje prenose saobraćaj i obavljaju rutiranje za mreže srednjeg nivoa. To su mreže veoma velike propusne moći koje poput kostura drže na okupu sve razuđene delove Interneta. 13

14 Tranzitne mreže, takođe poznate i kao regionalne, u hijerarhiji Inerneta se nalaze odmah ispod backbone mreža. Nihov zadatak je da osim za svoje hostove prosleđuju saobraćaj i između drugih mreža istog ili nižeg nivoa. Tranzijentna mreža je uvek povezana s bar dve duge mreže. Periferne mreže su lokalne (LAN) ili gradske (MAN) mreže, koje prenose podatke isključivo ka i od svojih hostova. Čak i kada su povezane sa jednom ili više drugih mreža, kroz periferne mreže nikada ne prolazi saobraćaj nemenjen nekoj drugoj mreži. Sl Struktura Interneta. Rast Interneta je veoma brz, sa stopom od 10-15% mesečno (Sl. 1-16), a broj mreža koje se razgranavaju sa Internet backbone-a udvostručava se svakih 16 meseci. Internet backbone koji je 90-tih godina ima oblik riblje kosti, danas više liči na ribarsku mrežu razapetu po celom svetu. Broj hostova na Internetu (u milionima) Paketski prenos podataka Godina Sl Rast Interneta. U komunikacionim mrežama koje pokrivaju veća geografska rastojanja, kao što je Internet, komunikacija između izvora i odredišta se ostvaruje prenosom podataka kroz mrežu posrednih komutacionih čvorova, tj. rutera. Ruteri se ne bave interpretacijom sadržaja i značenja podataka, već se bave prenosom podataka od čvora do čvora na njihovom putu do krajnjeg odredišta. Na Internetu se koristi koncept prenosa podataka koji se naziva komutacijom paketa. Shodno ovom konceptu, poruke se prenose u kratkim blokovima, tzv. paketima. Dužina paketa je ograničena, a maksimalno dozvoljena dužina obično ne prelazi 1000 bajta. Duže poruke, koje se ne mogu upakovati u jedan paket, u izvornom hostu se dele na niz paketa, koji se nezavisno šalju i prenose kroz mrežu. Svaki paket ima deo za korisničke podatke i deo za kontrolne informacije. Kontrolne informacije, između ostalog, sadrže informacije koje su neophodne ruterima kako bi paket usmerili ka željenom odredištu. U svakom ruteru, paket se prima, skladišti i nakon izvesnog vremena prosleđuje sledećem ruteru. 14

15 (a) (b) (c) (d) (e) Sl Komutacija paketa: datagramski pristup. Na Sl je ilustrovan osnovni princip rada komutacije paketa. Računar sa leve strane slike šalje poruku računaru sa desne strane. Predajni (izvorni) računar deli sadržaj poruke na niz paketa (Sl. 1-17(a)). Svaki paket, pored podataka iz originalne poruke, sadrži, u delu za kontrolne informacije, informaciju koja identifikuje odredišni host. Izvorni računar šalje paket po paket ruteru sa kojim je povezan. Ovaj ruter privremeno skladišti (baferuje) primljene pakete; za svaki paket, na osnovu kontrolnih informacija iz paketa, određuje kom susednom ruteru treba proslediti paket i smešta paket u red čekanja pridružen izlaznoj liniji koja vodi ka izabranom susednom ruteru. Paket ostaje u redu čekanja sve dok svi prethodni paketi iz reda čekanja ne budu poslati, a zatim se i on šalje na liniju. Na ovaj način, krećući se od rutera do rutera (Sl. 1-17(b-d)), paket konačno stiže na svoje krajnje odredište (Sl. 1-17(e)). Kod mreža sa komutacijom paketa, svaki paket se u svakom ruteru nezavisno obrađuje, a način na koji će ruter postuputi prema datom paketu ne zavisi od toga kako je postupao prema prethodnim paketima. Ovaj pristup je ilustrovan na Sl Usmeravanje paketa u ruterima nije jednoznačno. Kada ruter donosi odluku na koju stranu usmeriti paket, on uzima u obzir ne samo informaciju o adresi odredišnog hosta, već i informacije prikupljene od susednih rutera koje se tiču njihovog trenutnog opterećenja, otkaza pojedinih prenosnih linija i sl. To znači da paketi sa istom odredišnom adresom ne moraju biti uvek isporučeni istom susednom ruteru (Sl. 1-17(c)). Posledica ove neodređenosti je pojava da paketi koji se prenose između para hostova mogu stići do odredišta različitim putanjama i izvan redosleda u kojem su poslati. U primeru sa Sl. 1-17, krajni ruter na putanji uređuje pristigle pakete u prvobitni redosled i isporučuje ih odredištu. (Napomenimo da je kod nekih mreža, preuređenje 15

16 paketa zadatak odredišnih stanica, a ne krajnjih čvorova.) Takođe, može se desiti da neki paketi budu uništeni u toku prenosa. (Na primer, ako neki ruter otkaže, svi paketi koji trenutno borave u ruteru, biće izgubljeni.) Ponovo, detekcija izgubljenih paketa i odluka kako postupiti u ovakvim situacijama je u nadležnosti krajnjih hosova. Kod mreža koje koriste opisanu tehniku komutacije, za pakete se uobičajeno koristi termin datagram. Osnovne karakteristike paketskog prenosa, koje ga čine pogodnim za primenu kod Interneta su: Prenosne linije se efikasno koriste, s obzirom na to da se komunikacioni kapacitet linije, koja povezuje dva rutera, dinamički, u vremenu, raspodeljuje na prenos mnogih paketa. Paketi koji iz različitih pravac stižu u čvor, a koje treba dalje preneti preko iste izlazne linije, smešataju se u red čekanja pridružen toj liniji. Ruter uzima pakete sa početka reda čekanja i maksimalnom brzinom ih šalje na liniju. Mreža sa komutacijom paketa može da amortizuje razlike u brizni prenosa podataka različitih hostova. Paketi se baferuju u ruterima, što znači da paket može biti primljen jednom, a poslat drugom brzinom. Na ovaj način, u mreži sa komutacijom paketa moguće je kombinovati spore i brze prenosne medijume, kao i hostove različitih brzina prenosa podataka. Kod mreža sa komutacijom paketa, čak i u uslovima intenzivnog saobraćaja, mreža prihvata nove pakete, mada je vreme prenosa paketa kroz mrežu duže. Sa povećanjem opterećenja mreže, u baferima rutera se gomilaju paketi koji čekaju da budu preneti dalje. Komunikacija između hostova nije prekinuta, mada su performanse niže. Međutim, baferski prostor u ruterima je ograničene veličine i može se desiti da pri veoma velikom opterećenju neki paketi budu izgubljeni zato što je u pojedinim ruterima baferski prostor iscrpljen. Princip komutacije paketa omogućava uvođenje prioriteta. Ruter, umesto da se prilikom slanja paketa na izlaznu liniju drži striktnog redosleda paketa u redu čekanja, može dati prednost paketima sa visokim prioritetom. Paket visokog prioriteta biće izabran za slanje bez obzira na njegovu poziciju u redu čekanja. Na taj način, paketi višeg prioriteta prenosiće se brže kroz mrežu nego paketi niskog prioriteta. Međutim, komutacija paketa ispoljava i izvesne nedostatke: Prolazak paketa kroz ruter unosi dodatno kašnjenje u prenosu. S obzirom na to da se paket baferuje u ruteru, pre nego što se prosledi dalje, ovo kašnjenje, u minimalnom iznosu, jednako je količniku dužine paketa i brzine prenosa preko dolazne linije - vreme koje je potrebno da se paket prenese iz jednog u drugi čvor. Na ovo vreme treba dodati vreme procesiranja paketa i vreme čekanja paketa u redu čekanja, koje je promenljivo i uslovljeno trenutnim uslovima u mreži. Ukupno vreme prenosa paketa jednako je zbiru kašnjenja paketa kroz rutere na putanji koju paket prolazi. S obzirom na to što se paketi mogu razlikovati po dužini, mogu biti preneseni različitim putanjama i mogu biti izloženi promenljivim kašnjenjenima u ruterima, sveukupno vreme prenosa paketa od datog para izvorodredište, može značajno da varira od paketa do paketa. Ova pojava se naziva treperenje ili džiter (jitter) i može biti nepoželjna kod izvesnih aplikacija, kao što su aplikacije koje zahtevaju prenos podataka u relanom vremenu (telefonija, video, audio,..). Da bi se omogućilo usmeravanje paketa kroz mrežu, svaki paket osim podataka mora sadržati i dodatne kontrolne (režijske) informacije (npr. adresa odredišta, redni broj paketa u poruci i sl.). Za prenos kontrolnih informacija troši se deo komunikacionog kapaciteta prenosnih linja, čime se smanjuje raspoloživ kapacitet za prenos korisničkih podataka. 16

17 2 Mrežne arhitekture Razmena podataka između umreženih uređaja zahteva sprovođenje veoma složenih procedura, kao što su one za uspostavljanje i održavanje komunikacione veze, održavanje korektne sinhronizacije između strana koje komuniciraju, pronalaženje optimalne putanje u mreži između udaljenih čvorova i još čitav niz drugih zadataka. Većina ovih procedura se realizuju u softveru (tzv. mrežni softver). Zadatak mrežnog softvera je da od krajnjeg korisnika sakrije sve detalje nižeg nivoa koji su neophodni za ostvarivanje komunikacije, pružajući mu privid direktne razmene podataka s korisnikom koji je na drugom kraju veze. (Korisnik može biti čovek, računar ili aplikacioni program). Međutim, umesto da se jedan takav softver realizuje kao monolitni modul, koji bi se bavio svim aspektima i detaljima mrežne komunikacije, on se obično deli na nezavisne, ali međusobno povezane podmodule, od kojih je svaki odgovoran za jedan specifičan zadatak ili skup zadataka. Neki zadaci su nižeg nivoa apstrakcije, kao npr., transformacija bitova u signal koji se prenosi linkom, dok su drugi višeg nivoa, kao npr., usmeravanje (rutiranje) poruka u mreži složene topologije. Iz tog razloga, podmoduli se raspoređuju u slojeve. Svaki sloj u ovakvoj vertikalnoj strukturi rešava niz problema karakterističnih za jedan nivo apstrakcije. Kao što je zadatak celokupnog mrežnog softvera da sakrije sve detalje mrežne komunikacije od krajnjeg korisnika, tako je zadatak svakog sloja da od sloja iznad sakrije sve detalje nižeg nova, koji su rešeni u tom sloju i svim slojevima ispod. Tako npr., sloj koje se bavi rutiranjem poruka nije opterećen problemima koji se tiču prenosa podataka preko jednog fizičkog linka, zato što je to odgovornost nižih slojeva. Koncept slojevite organizacije mrežnog softvera ilustrovan je na Sl Broj slojeva, njihovi nazivi, sadržaj i funkcije, razlikuju se od mreže do mreže. Uopšteno govoreći, svrha svakog sloja je da pruži određeni skup usluga (servisa) višim slojevima, skrivajući od njih detalje koji se odnose na to kako su ti servisi konkretno realizovani. Na primer, sloj 3 koristi usluge sloja 2, a pruža usluge sloju 4. Sl. 2-1 Slojevi, protokoli i interfejsi. Treba istaći da slojevita organizacija softvera nije karakteristična samo za mrežni softver, već prestavlja jedan od bazičnih principa u računarstvu i ima suštinske sličnosti sa konceptima kao što su: skrivanje informacija, apstraktni tipovi podataka, enkapsulacija podataka, objektno-orijentisano programiranje. Suštinska ideja u svim ovim slučajevima je da se na konkretni softver (ili hardver) gleda kao na komponentu koja pruža izvesne usluge svojim korisnicima od kojih su sakriveni detalji njene unutrašnje strukture, pa i sam algoritam rada. Ravnopravni (peer-to-peer) slojevi Za slojeve mrežnog softvera, osim vertikalne, karakteristična je i horizontalna povezanost (predstavljena isprekidanim linijama na Sl. 2-1). Mreža se sastoji od velikog broja računara (ili mašina), a na svakom od njih se izvršava funkcionalno identična kopija mrežnog softvera. Možemo razumeti da sloj n na računaru Host_1, obavlja konverzaciju sa sebi ravnopravnim (tzv. peer) slojem n na računaru Host_2. Pravila ove konverzacije se zajedničkim imenom zovu protokol sloja n. U osnovi, protokol je dogovor između dve strane o načinu na koji se komunikacija odvija. 17

18 U realnosti, podaci se ne prenose direktno između peer slojeva. Umesto toga, svaki sloj prosleđuje podatke, zajedno sa odgovarajućim kontrolnim informacijama, sloju ispod, sve do sloja najnižeg nivoa (sloj 1). Ispod sloja 1 nalazi se fizički medijum, kroz koji se obavlja stvarni prenos podataka. Na odredišnoj strani, podaci prolaze kroz slojeve, ali sada u obrnutom redosledu, sve do odgovarajućeg, ravnopravnog sloja. Interfejs Između svakog para vertikalno-susednih slojeva egzistira interfejs. Interfejs definiše primitivne operacije i servise nižeg sloja koji su dostupni višem sloju. Kada projektanti mreže donose odluku o tome koliko slojeva treba predvideti i koje će funkcije obavljati svaki od njih, jedan od najvažnijih problema odnosi se upravo na osmišljavanje interfejsa između slojeva. Cilj je definisati što je moguće jednostavniji interfejs koji će činiti skup dobro-definisanih i lako razumljivih funkcija. Takav jedan interfejs treba da minimizuje količinu dodatnih informacija koje se prenose između slojeva i da omogući zamenu jedne realizacije sloja nekom drugom, a da to ne zahteva bilo kakve promene u susednim slojevima. Protokol stek Skup protokola i slojeva zove se arhitektura mreže. Specifikacija arhitekture mora da sadrži dovoljno informacija na osnovu kojih će programeri ili projektanti hardvera biti u stanju da realizuju softver, odnosno hardver, za dati protokol. Specifikacija ne sadrži detalje realizacije slojeva i interfejsa između slojeva, s obzirom da oni, budući da su sakriveni u mrežnom softveru, nisu vidljivi izvan mašine. Čak nije neophodna da interfejsi između slojeva na svim mašinama u mreži budu identični, pod uslovom da svaka mašina korektno koristi svaki sloj. Skup protokola koje se koristi u nekom sistemu, jedan protokol po sloju, naziva se protokol stek (protocol stack). Enkapsulacija podataka Princip toka podataka i upravljačkih informacija kroz protokol stek ilustrovan je na Sl Pretpostavka je da vršni sloj (sloj 5) mrežne arhitekture sa Sl. 2-1, generiše poruku (M) koju želi da isporuči peer sloju na nekoj udaljenoj mašini. Sloj 5 predaje poruku sloju 4. Sloj 4 na početak poruke umeće svoje zaglavlje (header) i sve zajedno prosleđuje sloju 3. Zaglavlje je dodatna informacija koja identifikuje informacije koje slede i ima neki značaj za peer sloj 4. Na primer to može biti redni broj poruke, na osnovu koga će sloj 4 na odredišnoj mašini biti u mogućnosti da sloju 5 isporuči poruke u redosledu u kome su one poslate (ukoliko postoji mogućnost da se redosled prenosa naruši u nižim slojevima). Takođe, zaglavlje može sadržati informaciju o veličini poruke, tekućem vremenu i druge upravljačke i statusne podatke koje su od značaja za sprovođenje protokola odgovarajućeg sloja. U svakom slučaju, sloj nižeg nivoa sve podatke primljene od višeg sloja (zaglavlje + poruka) tretira kao jednu celinu. Dugim rečima, sloj nižeg nivoa ne bavi se značenjem podataka dobijenih od višeg nivoa, već se bavi svojim problemima, koji se prevashodno odnose na prenos dobijenih podataka. Kod mnogih mreža postoji ograničenje u maksimalnoj veličini poruka koje se mogu razmenjivati između pojedinih slojeva. Neka je u konkretnom primeru to slučaj sa slojem 3. Zato sloj 3 deli poruku sloja 4 na manje jedinice, tzv. pakete, i svakom paketu pridodaje svoje zaglavlje. Tako formiranje pakete, sloj 3 predaje sloju 2. Sloj 2 dodaje svakom primljenom paketu ne samo svoje zaglavlje već i završni zapis (trailer) i prosleđuje ga sloju 1 koji obavlja fizički prenos. Završni zapis obično zauzima nekoliko bajtova na kraju poruke i često sadrži podatke za otkrivanje grešaka, koji su korisni za potvrđivanje tačnosti statusa prenosa. Na prijemnoj strani, poruka se kreće naviše uz stek. Svaki sloj uzima s početka poruke svoje zaglavlje, a ostatak poruke prosleđuje sloju iznad. Sloj 5 Predajna masina M Protokol sloja 5 Prijemna masina M 4 H4 M Protokol sloja 4 H4 M 3 H3 H4 M1 H3 M2 Protokol sloja 3 H3 H4 M1 H3 M2 2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 M2 T2 Protokol sloja 2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 M2 T2 Odnos između protokola i servisa Sl. 2-2 Princip enkapsulacije poruka. Važno je razumeti razliku između virtuelne (horizontalne) i stvarne (vertikalne) komunikacije, kao i razliku između protokola i servisa. Na primer, peer slojevi 4 imaju utisak da se njihova komunikacija obavlja direktno 18

19 (horizontalno) korišćenjem protokola sloja 4. Međutim, u realnosti, slojevi 4 direktno komuniciraju samo sa slojevima 3 putem interfejsa 3/4. Pojmovi servis i protokol imaju različito značenje. Servis je skup operacija koje neki sloj nudi sloju iznad. Servis definiše koje operacije je sloj spreman da obavi za sloj iznad, ali ne govori ništa o tome kako su te operacije realizovane. Servis je u vezi sa interfejsom između slojeva. Sloj nižeg nivoa je provajder servisa, a sloj višeg klijent ili korisnik servisa. Drugim rečima, pojam servis, u kontekstu protokol steka, se odnosi na vertikalnu komunikaciju između slojeva na istoj mašini. S druge strane, protokol je skup pravila koja regulišu kreiranje i značenje paketa ili poruka koje se razmenjuju između peer slojeva. Na taj način, protokol se bavi horizontalnom komunikacijom između peer slojeva na različitim mašinama. Slojevi koriste protokole da bi realizovali svoje servise. Protokol sadržan u sloju se može slobodno zameniti nekim drugim pod uslovom da servis, onako kako ga vidi sloj iznad, ostane isti. Odnos između servisa i protokola ilustrovan je na Sl Sl. 2-3 Odnos između servisa i protokola. U sledeće dve sekcije biće predstavljene dve važne mrežne arhitekture: OSI referentni model i TCP/IP referentni model. OSI model se danas retko koristi u praksi, ali sam model je i dalje od velike važnosti zbog svoje opštosti i sveobuhvatnosti. Protokoli i koncepti obuhvaćeni OSI modelom su podloga mnogim savremenim mrežnim arhitekturama. TCP/IP, s druge strane, kao model nije od velike koristi, ali su zato njegovi protokoli u širokoj upotrebi. Internet je zasnovan na TCP/IP modelu. 2.1 OSI referentni model OSI model prikazan je na Sl OSI je standard uveden godine od strane međunarodne organizacije za standardizaciju (ISO - International Standard Organization). Njegovo ime, OSI (Open System Interconnect) referentni model, ukazuje da se radi o modelu povezivanja otvorenih sistema, odnosno sistema koji su otvoreni za komunikaciju sa drugim sistemima. U suštini, OSI predstavlja model za razumevanje i razvoj fleksibilnih, robusnih i otvorenih mrežnih arhitektura. Sloj 7 Sloj aplikacije Aplikacioni protokol Sloj aplikacije Naziv jedinice podataka koja se razmenjuje APDU Interfejs 6 Sloj prezentacije Prezentacioni protokol Sloj prezentacije PPDU 5 Sloj sesije Protokol sesije Sloj sesije SPDU 4 Transportni sloj Transportni protokol Na granicama podmreza Transportni sloj TPDU ruter-ruter protokoli 3 Sloj mreze mreze mreze Sloj mreze Paket 2 Sloj veze veze veze Sloj veze Okvir 1 Fizicki sloj fizicki fizicki Fizicki sloj Bit Host ruter ruter Host Host-ruter protokol mreznog nivoa Host-ruter protokol nivoa veze Host-ruter protokol fizickog nivoa Sl OSI referentni model. 19

20 OSI model definiše sedam slojeva, čiji se nazivi mogu pročitati sa Sl OSI ne definiše konkretne protokole i servise koje se koriste na različitim nivoima, već opisuje šta koji sloj radi. Pretpostavka je da se mreža sastoji od većeg broja hostova (računara) grupisanih u više mreža povezanih ruterima (slično kao na Sl. 1-14, Sl i Sl. 1-17). Hostovi su izvori i krajnja odredišta informacija. U okviru iste mreže, hostovi direktno razmenjuju podatke. Razmena podataka između hostova iz različitih mreža obavlja se posredstvom rutera. Slojevi OSI modela mogu se svrstati u tri grupe: (1) Slojevi 1, 2 i 3, tj. fizički, sloj veze i mrežni sloj, su slojevi za podršku rada mreže, koji se prevashodno bave prenosom podataka između hostova (što podrazumeva, između ostalog, specifikaciju električnih signala, fizičkih veza i adresa, tajming i pouzdanost). Slojevi 1, 2 i 3 ne ulaze u smisao podataka koji se prenose, već ih tretiraju kao niz bajtova (ili bitova) koje treba pouzdano preneti od predajne do prijemne stanice koje se nalaze u istoj mreži. (2) Slojevi 5, 6 i 7, tj. prezentacioni, sloj sesije i sloj aplikacije, su slojevi za podršku korisniku, koji se staraju o usklađenosti reprezentacije podataka i propisuju pravila dijaloga između dve udaljene aplikacije. (3) Sloj 4, transportni sloj, zadužen je za uspostavljanje i održavanje konekcije i pouzdani prenos podataka između krajnjih aplikacija u mreži složene topologije (za razliku od sloja 2 koji je zadužen za pouzdani prenos podataka u lokalnoj mreži). Viši slojevi OSI modela (slojevi 4-7) se realizuju u softveru, dok su niži (slojevi 1-3) kombinacija hardvera i softvera, sa izuzetkom fizičkog sloja koji se uvek realizuje u hardveru. Slojevi 1, 2 i 3 sadržani su u mrežnom softveru i hostova i rutera, dok su slojevi 4-7 prisutni samo u hostovima. U nastavku će biti opisana funkcija svakog sloja Fizički sloj Fizički sloj je odgovoran za prenos bitova preko fizičkog prenosnog medijuma (žičanog, optičkog ili bežičnog linka). Fizički sloj definiše mehaničke i električne karakteristike prenosnog medijuma i interfejsa između mrežnog uređaja i prenosnog medijuma. Takođe, definiše funkcije i procedure koje uređaj i interfejs treba da sprovode kako bi se ostvario prenos. Na Sl. 2-5 je prikazana pozicija fizičkog sloja u odnosu na fizički prenosni medijum i sloj veze. Sl. 2-5 Fizički sloj. Konkretno, fizički sloj definiše: Fizičke karakteristike interfejsa i medijuma. Definiše tip prenosnog medijuma (žičani, optički ili bežični) i električne i mehaničke karakteristike interfejsa za spregu uređaja na medijum, sve do nivoa tipova utičnica i rasporeda pinova na priključnim konektorima. Reprezentacija bitova. Podaci na fizikom nivou se sastoje od niza bitova (neprekidna sekvenca 0 i 1-ca). Da bi se preneli preko fizičkog medijuma, bitovi moraju na neki način biti utisnuti u signal (električni ili optički). Drugim rečima, fizički nivo definiše tip kodiranja i modulacije (kako se bitovi konvertuju u signal). Brzina prenosa. Izražava broj bita koji se jednoj sekundi prenose preko fizičkog medijuma (bitska brzina), u jedinicama kao što su: Kbps (kilobits-per-scond) (=1024) bita u sekundi, ili Mbps (Megabits-per-second) 2 20 (= milion) bita u sekundi. Bitski interval je trajanje jednog bita i predstavlja recipročnu vrednost bitske brzine (Sl. 2-6). Amplituda 1 s = 8 bitskih intervala Bitska brzina = 8 bps bitski interval Sl. 2-6 Bitska brzina i bitski interval. Vreme (s) 20

21 Bitska sinhronizacija. Rad na istoj bitskoj brzini nije dovoljan da bi prijemnik ispravno primio bitsku sekvencu koju šalje predajnik. Predajnik i prijemnik moraju biti sinhronizovani do nivoa bita. Da bi iz signala izdvojio pojedinačne bitove, prijemnik mora da ima informaciju kada svaki bit počinje i kada se završava. Fizički nivo definiše način na koji se ostvaruje sinhronizacija između predajnika i prijemnika. Konfiguracija linije. Definiše da li se koristi point-to-point ili multipoint linijska konfiguracija. Fizička topologija. Definiše topologiju mreže. Režim prenosa. Definiše smer prenosa podataka između uređaja (simpleks, poludupleks, ili dupleks). Signali, modulacija i kodiranje Glavna funkcija fizičkog sloja je prenos digitalnih informacije u obliku elektromagnetskih signala preko prenosnog medijuma. Međutim, signal sam po sebi ne sadrži informaciju, kao što ni prava linija ne sadrži reči. Signal mora biti modulisan tako da sadrži uočljive promene u kojima će predajnik i prijemnik prepoznati informaciju. Signali koji egzistiraju u medijumu mogu biti analogni i digitalni. Analogni signal je kontinualni talas koji se pravilno menja u vremenu (npr. sinusni talasni oblik). Parametri analognog signala su amplituda, frekvencija i faza. Modulacija analognog signala znači promenu nekog od tri parametra na način koji diktira bitska sekvenca koja predstavlja informaciju. Tako, postoji amplitudska, frekventna i fazna modulacija. Modem je uređaj koji na strani predajnika moduliše analogni signal bitskom sekvencom, a na strani prijemnika iz analognog izdvaja bitsku sekvencu (demodulacija). Digitalni signal je diskretan i može imati samo ograničeni broj definisanih vrednosti, najčešće samo dve, 0 i 1 (baš kao i digitalna informacija). Promena vrednosti digitalnog signala je trenutna (u idealnom slučaju). Konverzija digitalne informacije u digitalni signal zove se kodiranje (ili digitalno-digitalna konverzija). Sistemi za digitalni prenos podataka rade tako što u medijum (obično žica ili kabl) šalju pravougaone naponske impulse. Kod većine tipova kodiranja, jedan naponski nivo odgovara binarnoj nuli, a drugi binarnoj jedinici. Polaritet impulsa znači da li je on pozitivan ili negativan. Postoje različiti načini kodiranja. Najjednostavnije je unipolarno kodiranje, kod koga naponski impulsi imaju samo jedan polaritet (obično pozitivan) binarnoj 1-ci odgovara pozitivan napon definisane vrednosti, dok 0 odgovara 0 V. Signal sa Sl. 2-7(a) je primer unipolarnog kodiranja. Međutim, unipolarno kodiranje ima dva ozbiljna nedostatka: postojanje jednosmerne (DC) komponente signala i otežana sinhronizacija predajnika i prijemnika. Srednja amplituda unipolarnog kodiranog signala nije nula i zbog toga se ne može prenositi medijumom koji nije predviđen za prenos jednosmernih signala. Sinhronizacija predajnika i prijemnika se odnosi na mogućnost prijemnika da precizno odredi početak i kraj svakog bitskog intervala. Kod unipolarnog kodiranja, do problema u sinhronizaciji dolazi kada u bitskoj sekvenci postoje dugački nizovi 1-ca ili dugački nizovi 0. Informacija o početku i kraju bitskih intervala sadržana je u promenama vrednosti signala. Ako promene nema, prijemnik se mora osloniti na svoj tajmer (časovnik) kako bi odmeravao bitske intervale. Problem je što tajmeri predajnika i prijemnika nikada ne mogu biti idealno usklađeni. Može se desiti da nakon dužeg vremena jednolikog signala na liniji, prijemnik prihvati veći ili manji broj bitova sa linije od broja koji je poslat, zavisno od toga da li tajmer prijemnika žuri ili kasni u odnosu na tajmer predajnika. Takođe, čak i u slučaju idealne sinhronizacije, može se desiti da ako jedna stanica pošalje npr. niz , druge stanice interpretiraju rezultujući signal kao ili , zato što ne mogu da razdvoje slučaj kada predajnik šalje bit 0 (0 V) od slučaja kada na liniji nema signala (0 V). Problem postojanja jednosmerne komponente signala rešava se polarnim kodiranjem gde se, takođe, koriste dva naponska nivoa, ali tako da je jedan pozitivan, a drugi negativan. Nula volti na liniji znači da nema predaje. Usrednjavanjem polarnog dobija se manja srednja (DC) vrednost nego usrednjavanjem unipolarnog napona. Problem sinhronizacije rešava se ubacivanjem u signal dovoljnog broja prelaza (promene vrednosti) koji obezbeđuje da prijemnik neće izgubiti sinhronizaciju. Bifazno kodiranje Verovatno najbolje rešenje problema sinhronizacije je bifazno kodiranje. Kod ovog metoda signal se uvek menja po sredini bitskog intervala čime se obezbeđuje dovoljan broj promena signala. Dva tipa bifaznog kodiranja, koja su danas najčešće u upotrebi su: mančester kodiranje i diferencijalno mančester kodiranje. Kod mančester kodiranja, svaki bitski interval se deli na dva intervala istog trajanja. Binarna 1-ca se kodira signalom koji u prvom delu bitskog intervala ima pozitivan, a u drugom negativan napon. Za binarnu 0 važi suprotno: najpre negativan, a onda pozitivan napon. Na ovaj način obezbeđeno je da na polovini svakog bitskog intervala postoji promena napona, što značajno olakšava sinhronizaciju prijemnika. Nedostatak mančester kodiranja je prošireni frekventni opseg, koji je dva puta širi od frekventnog opsega unipolarno kodiranog signala (zato što su impulsi 21

22 upola kraći). Na primer, za bitsku brzinu od 10Mbps, signal na liniji mora da se promeni 20 miliona puta. Na Sl. 2-7(b) je ilustrovano mančester kodiranje. Sl. 2-7 Kodiranje binarne sekvence: (a) unipolarno; (b) mančester; (c) diferencijalno mančester kodiranje. Diferencijalno mančester kodiranje (Na Sl. 2-7(c)) je varijanta osnovnog mančester kodiranja. Sada se 1-ca kodira izostankom pomene napona (prelaza) na početku bitskog intervala, a 0 postojanjem prelaza na početku intervala. U oba slučaja, prelaz na polovini intervala postoji. Diferencijalno kodiranje zahteva nešto složeniji hardver, ali ispoljava bolju imunost na šum. Kod LAN mreža, za prenos informacija koriste se digitalni signali. Kaže se da se prenos obavlja u osnovnom opsegu (baseband). Analogni signali se koriste za prenos na veće daljine, a kaže se da se prenos obavlja u proširenom opsegu (broadband) Sloj veze Sloj veze transformiše (nadograđuje) fizički sloj u pouzdani link za isporuku podataka od stanice do stanice. Koristeći servise sloja veze, sloj mreže vidi fizički sloj kao idealni prenosni medijum u kome se ne mogu desiti greške koje se ne mogu otkriti. Zbog uticaja raznorodnih poremećaja iz okruženja (smetnje, šumovi, elektromagnetska interferencija) u toku prenosa podatak kroz medijum može doći do narušavanja bitske sekvence. Tako, može se desiti da prijemnika pogrešno primi neke bitove sekvence (1 umesto 0, ili obrnuto), ili da primi više ili manje bitova od onog broja koji je poslat. Na sloju veze je da detektuje i, ako je to moguće, ispravi greške. Takođe, sloj veze rešava problem koordinacije brzog predajnika i sporog prijemnika, kao i problem pristupa deljivom fizičkom medijumu (kod multipoint linkova). Pozicija sloja veze u odnosu na mrežni i fizički sloj prikazana je na Sl Sl. 2-8 Sloj veze. Konkretno, sloj veze je odgovoran za: Uokviravanje. Sloj veze vrši podelu niza bitova iz sloja mreže na manje jedinice koje se zovu okviri (ili frejmovi). Kod nekih protokola svi okviri moraju imati istu, tačno određenu dužinu. Kod drugih, dužina okvira može biti promenljiva, ali ne veća od maksimalno dozvoljene (tipično, nekoliko stotina do nekoliko hiljada bajtova). Da bi se ostvarila početna sinhronizacija između predajnika i prijemnika, početak i kraj okvira moraju biti jednoznačno određeni. Po prijemu sekvenca za početak (najčešće oblika ) prijemnik zna da je počeo prenos novog okvira. Fizičko adresiranje. Izuzev potpuno povezane mreže, kod koje je svaki link isključivo namenjen komunikaciji između dve stanice, kod svih ostalih mrežnih topologija, linkovi su deljiv resurs koji koriste više od dva stanice. Na taj način, signal koji šalje jedna stanica, iako je namenjen samo jednoj odredišnoj stanici, distribuira se do svih stanica povezanih na isti link. Da bi se omogućila identifikacija odredišta okvira, svakoj stanici u mreži dodeljuje se jedinstvena fizička adresa. Sloj veze u zaglavlje svakog okvira koji šalje umeće fizičku adresu odredišta i fizičku adresu izvora poruke. Okvir primaju sve stanice, ali je prihvata samo ona koja adresu odredišta prepozna kao svoju adresu. Na osnovu adrese izvora, odredišna stanica zna ko je poslao okvir. Ako su podaci namenjeni stanici koja se nalazi u nekoj drugoj mreži, tj. stanici kojoj podaci ne mogu direktno da se 22

23 isporuče, okviri se šalju na fizičku adresu rutera (uređaja koji se koristi za međumrežno povezivanje). Za detaljnije objašnjenje vidi primer Pr Kontrola protoka. Sloj veze poseduje mehanizme koji sprečavaju da prijemnik bude pretrpan podacima u slučajevima kada je brzina kojom može da apsorbuje podatke manja od brzine kojom predajnik šalje podatke. Kontrola protoka zasnovana je na povratnim okvirima koje prijemnika šalje predajniku, a kojima mu nalaže da privremeno obustavi, odnosno nastavi slanje novih okvira. Na primer, prijemnik može da pošalje predajniku poruku sledećeg značenja: Možeš da mi pošalješ n okvira, ali posle toga prestani sa slanjem i čekaj dok ti ne kažem kada da nastaviš. Kontrola grešaka. Sloj veze poseduje mehanizme za detekcije i ponovno slanje (retransmisiju) oštećenih ili izgubljenih okvira. Takođe, sprečava pojavu dupliranih okvira. Za detekciju grešaka u prenosu, koristi se princip zaštitnog kodiranja. Nad bitovima koje treba poslati jednim okvirom predajni uređaj primenjuje određenu matematičku formula koja kao rezultat daje broj tzv. kontrolnu sumu (checksum). Kontrolna suma se dodaje na kraj okvira (T2) i zajedno sa ostalim bitovima okvira šalje prijemnom uređaju. Prijemnik ponavlja isto izračunavanje i dobijeni rezultat poredi sa primljenom kontrolnom sumom. Ako su oba uređaja dobila isti rezultat, smatra se da je prenos obavljen bez greške. Ako se rezultati razlikuju, prijemni uređaj zaključuje da je primio okvir sa greškom i odbacuje ga. Način izračunavanja kontrolne sume definisan je konkretnim protokolom. Da bi se prevazišla situacija koja nastaje kada prijemnik dobije okvir sa greškom, različiti protokoli ovog nivoa postupaju na različite načine. Kod mreža sa point-to-point linkovima, na nivou sloja veze uvodi se neka vrsta povratne sprege između predajnika i prijemnika, koja podrazumeva da prijemnik šalje nazad predajniku okvire sa informacijom o uspešno/neuspešno primljenim okvirima. Na osnovu ove informacije, predajnik ponavlja radije poslate okvire. Kod mreža sa multipoint linkovima, sloj veze tipično jednostavno ignoriše neispravne okvire i prepušta da ovaj problem reši neki viši sloj. Postoje dva pristupa potvrđivanja okvira. Kod prvog pristupa, predajnik nakon slanja okvira čeka na potvrdu ispravnog prijema (na ACK okvir. ACK je skraćenica od Acknowladgement - potvrda) i ako za neko određeno vreme ne primi potvrdu, ponavlja slanje istog okvira. Nastaće problem ako, zbog greške u prenosu, predajnik ne primi ACK okvir. U tom slučaju dolazi do dupliranja identičnih okvira na strani prijemnika, jer će predajnik, po isteku vremena čekanja na ACK, ponovo poslati isti okvir. Zbog toga, protokoli sloja veze numerišu rednim brojevima okvire koje šalju (redni broj je deo zaglavlja okvira). Prijemnik pamti redne brojeve uspešno primljenih okvira i odbacuje primljeni okvir ako je njegov redni broj poznat. Kod drugog pristupa, predajnik ponavlja slanje okvira samo ako to zahteva prijemnik. Prijemnik ne potvrđuje svaki primljeni okvir, već zahteva od predajnika da ponovo pošalje okvir koji je primljen sa greškom ili nedostaje (koncept negativnog potvrđivanja, NACK). I u ovom slučaju, redni brojevi su neophodni. Prijemnik očekuje da prima okvire numerisane redom, npr. 1, 2, 3, 4, Ako primi okvir izvan redosleda, npr. posle okvira sa rednim brojem 3, primi okvir sa rednim brojem 5, prijemnik zaključuje da okvir 4 nedostaje i slanjem NACK okvira traži od prijemnika da ponovo pošalje ovaj okvir. Treba istaći da je kontrola grešaka složen problem, zbog mogućnosti nastanka brojnih izuzetnih situacija (kao što je gubitak ACK ili NACK okvira), a za njegovo rešavanje je neophodna manipulacija rednim brojevima i tajmerima. Kontrola pristupa medijumu. U slučajevima kada dva ili više uređaja koriste isti link, zadatak sloja veze je da odredi u kom vremenu će koji uređaj imati kontrolu nad medijumom, odnosno imati pravo da šalje podatke. Ovo je veoma važan zadatak sloja veze i obično se tretira kao poseban podsloj, MAC (Medium Access Control) u okviru ovog sloja. U jednom vremenu preko istog linka samo jedna stanica može da šalje svoje podatke. Ako za to vreme neki druga stanica započne prenos, na liniji dolazi do kolizije (tj. sudara ili mešanja) signala, a rezultujući signal je neupotrebljiv. Postoje tri različita načina kako se može pristupiti ovom problemu: (a) Multipleksiranje na vremenskoj osnovi (Time Division Multiplex). Svakoj stanici se dodeljuje ograničeni vremenski period u kome ona može koristiti deljivi link sa slanje svojih podataka. Vremenski intervali mogu biti dodeljivani stanicama kružno, a stanica može ali i ne mora da iskoristi dodeljeno vreme. Multipleksiranje na vremenskoj osnovi je karakteristično za mreže prstenaste topologije, gde se koristi princip tokena koji se prosleđuje od stanice do stanice, a samo ona stanica koja poseduje token ima pravo da šalje svoje podatke. (b) Centralizovana arbitraža. Oslanja se na postojanje posebnog uređaja koji ima ulogu arbitra. Stanice koje žele da šalje podatke, obraćaju se arbitru tražeći dozvolu za slanje. Stanice mogu imati različite prioritete, a dozvolu dobija stanica najvišeg prioriteta od svih onih koje su uputile zahtev. Rešenja ovog tipa se retko koriste kod računarskih mreža. (c) Izbegavanje kolizije. Kod ovog pristupa ne postoji arbitar, a ni vremenski raspored korišćenja linije, već svaka stanica autonomno odlučuje kada će da šalje podatke. Tehnike za izbegavanje kolizija 23

24 zasnovane su na sposobnosti svake stanice da: (1) detektuje signal na liniji (linija je zauzeta) i (2) detektuje pojavu kolizije. Da bi se izbegle kolizije, svaka stanica ima obavezu da sluša liniju i uzdrži se od slanje sve dok je linija zauzeta. Međutim, može se desiti da dve ili više stanica započnu predaju u isto vreme, što neminovno dovodi do kolizije. U toku predaje, stanica je u obavezi da nadgleda link i prekine slanje svojih podataka u momentu kada primeti da se signal na liniji razlikuje od signala koji ona šalje (detekcija kolizije). Kada detektuje koliziju, stanica se isključuje i čeka neko slučajno izabrano vreme pre nego što ponovo pokuša da pošalje svoje podatke. Pr. 2-1 Fizičko adresiranje Na Sl. 2-9 je prikazana bus mreža sa pet čvorova. Svaka stanica (računar) ima jedinstvenu fizičku adresu (10, 28, 36, 57 i 69). Stanica sa fizičkom adresom 10 šalje okvir stanici sa fizičkom adresom 69. Osim podataka, okvir sadrži zaglavlje i završni zapis (T2). Zaglavlje počinje sinhronizacionom sekvencom (SYN) nakon koje slede fizičke adrese odredišta i izvora okvira (69 i 10). Sve stanice primaju okvir, ali ga samo stanica 69 prihvata. U nastavku zaglavlja nalaze se ostale informacije koje su potrebne protokolu sloja veze. Okvir se završava kontrolnom sumom (T2) Sloj mreže Sl. 2-9 Sloj veze (primer). Sloj mreže odgovoran je za isporuku paketa od izvora do odredišta koji se mogu nalaziti i u različitim mrežama (nisu povezani na isti link). Ako su dva sistema povezana na isti link, obično ne postoji potreba za mrežnim slojem. Međutim, ako su sistemi povezana na različite mreže (linkove), sa uređajem za međumrežno povezivanje između njih, mrežni nivo je neophodan, a njegov zadatak je da reguliše protok paketa između dva sistema. Na Sl je prikazan odnos između sloja mreže, transportnog sloja i sloja veze. Sl Sloj mreže. Kada peketi prelaze granice mreža, mogu nastati brojni problemi. Fizičko adresiranje koje se koristi u drugoj mreži se može razlikovati od onoga koje važi u prvoj. Paket koji stiže iz jedne mreže može biti previše veliki da bi se u drugoj mreži preneo jednim okvirom. Mogu se razlikovati protokoli nižeg nivoa. Na sloju mreže je da reši sve ove probleme. Konkretne odgovornosti sloja mreže su: Logičko adresiranje. Fizičko adresiranje, koje se realizuje na nivou sloja veze, rešava problem adresiranja lokano, na nivou zajedničkog linka. Složena mreža, formirana povezivanjem više, moguće različitih mreža, koje koriste različite šeme fizičkog adresiranja, zahteva uvođenje logičkih (ili mrežnih) adresa, koje će biti jedinstvena na nivou celokupne mreže. Logičke adrese izvora i odredišta, sadržane su u zaglavlju sloja mreže. Rutiranje. U velikoj mreži, ili internetu (mreži-mreža) uređaji koji povezuju nezavisne mreže (ruteri) imaju zadatak da usmeravanju (rutiraju) pakete do krajnjeg odredišta. Mehanizmi za rutiranje ugrađeni su u sloju mreže (videti primere Pr. 2-2 i Pr. 2-3). 24

25 Fragmentacija paketa. Mreže povezane u internet nameću različita ograničenja u pogledu maksimalne veličine paketa koje mogu da prenose. Ova ograničenja su direktna posledica ograničene veličina okvira sloja veze koja zavisi od tipa fizičkog medijuma koji se koristi u podmreži. Nastaje problem kada veliki paket treba da pređe u mrežu kod koje je maksimalna veličina paketa isuviše mala da bi paket mogao biti prenet u jednom komadu. Da bi se ovaj problem prevazišao, ruterima je dozvoljeno da velike pakete dele na više manjih fragmenata i svaki fragment prenose dalje kao nezavisni paket. Na odredištu, fragmenti se prikupljaju i spajaju u prvobitne pakete. Naravno, neka forma numerisanja fragmenata je neophodna. Fragmentacija i rekonstrukcija paketa su u nadležnosti sloja mreže. Kontrola zagušenja. Ako se u mreži, u isto vreme, nalazi veliki broj paketa, koji se kroz rutere i linkove, prenose ka svojim odredištima, performanse mreže mogu značajno da degradiraju. Ovakva situacija se zove zagušenje. Zagušenjem su obično pogođeni pojedini delovi mreže. Prenos paketa kroz zagušene rutere i/ili linkove se usporava, a u uslovima veoma intenzivnog saobraćaja, pojedini paketi mogu biti i izgubljeni. Kontrola zagušenja je odgovornost mrežnog sloja, koji treba da preusmeri saobraćaj iz zagušenih delova mreže ka ruterima koji imaju manje posla. Kvalitet servisa. Mrežu, tipično, u isto vreme koristi veliki broj korisnika sa različitim zahtevima u pogledu očekivanih performansi, tj. očekivanog kvaliteta servisa (QoS - Quality of Service). Mere QoS-a su: pouzdanost (npr. procenat isporučenih paketa), kašnjenje (vreme prenosa paketa od izvora do odredišta), propusnost (količina podataka koja se u jedinci vremena prenese između izvora i odredišta) i treperenje ili džiter (jitter - fluktacije u kašnjenju pojedinačnih paketa između para izvor-odredište). U uslovima intenzivnog saobraćaja, QoS koji mreža pruža pojedinim korisnicima može biti narušen. Zadatak sloja mreže je da u što većoj meri svojim korisnicima obezbedi zahtevani QoS. Na primer, mrežni sloj može da da prednost paketima koji zahtevaju brzi prenos, u odnosu na one kod kojih kašnjenje nije primarni zahtev. Pr. 2-2 Rutiranje paketa (prvi primer) Na Sl je ilustrovan kontekst u kome sloj mreže radi. Krugovima su označeni ruteri, a kvadratima hostovi. host H1, šalje paket udaljenom hostu H2. Ruteri povezani prenosnim linijama formiraju kostur velike mreže. U sistemu postoji još veliki broj hostova, raspoređenih u lokalne mreže koje se mogu formirati oko svakog rutera, ali radi jednostavnosti nisu prikazani. U svakom slučaju, svaki host u sistemu može direktno da komunicira sa barem jednim ruterom, a ruteri su tako međusobno povezani da se između svakog para udaljenih hostova može uspostaviti veza. Drugim rečima, između svaka dva udaljena hosta u sistemu postoji jedna ili više putanja koja se može formirati nadovezivanjem rutera i linkova između njih. Putanju kojom paket P1 poslat od strane hosta H1 stiže do hosta H2 čine ruteri A, C, E i F. Primetimo da je paket P1 mogao biti isporučen hostu H2 i nekom drugom putanjom: (A, B, D, E, F) ili (A, C, D, E, F) ili čak (A, B, D, C, E, F). Zadatak protokola soja mreže, koji se izvršava kako u hostovima, tako i u ruterima, je da na osnovu logičke adrese odredišta iz zaglavlja primljenog paketa odluči kojim linkom paket treba da prosledi dalje ka njegovom krajnjem odredištu. Pr. 2-3 Rutiranje paketa (drugi primer) Sl Rutiranje paketa. Razmotrimo sada jedan konkretniji primer komunikacije na daljinu sa Sl Mrežu čine tri podmreže (dve tipa bus i jedna tipa ring, povezane ruterima koji su označeni simbolom R. Primetimo da dve bus mreže nisu međusobno direktno povezane, što znači da svaki paket koji se razmenjuje između njih mora proći kroz ring mrežu u sredini. Neka čvor sa mrežnom adresom A i fizičkom adresom 10, lociran u jednoj bus mreži, šalje paket čvoru sa mrežnom adresom P i fizičkom 95 iz druge bus mreže. S obzirom na to da se dva čvorova nalaze u različitim podmrežama, fizičke adrese nisu dovoljne; fizičke adrese imaju samo lokalno značenje. Neophodne su univerzalne adrese koje će važiti i izvan granica lokalnih mreža. Tu osobinu imaju mrežne (logičke) adrese. Tok prenosa paketa od čvora A do čvora P, odvija se na sledeći način: Čvor A zaključuje da se čvor P, kome želi da pošalje paket, ne nalazi u istoj podmreži i zato paket šalje lokalnom ruteru (F). Preko direktnog linka paket, uokviren u okvir sloja veze, se šalje na fizičku adresu rutera (20). Po prijemu paketa, ruter F na osnovu logičke adrese odredišta paketa zaključuje da paket ne može direktno da isporuči čvoru P, i zato ga prosleđuje ruteru N. Konkretno, paket se šalje na fizičku adresu rutera N (66). Ruter N proverom logičke adrese iz primljenog paketa zaključuje da je paket namenjen čvoru koji je njemu direktno dostupan, P, i zbog toga, paket, šalje direktno odredišnom čvoru (upakovan u okvir poslat na fizičku adresu čvora P, 95). Uočimo da paket koji 25

26 se na nivoa sloja mreže prenosi između čvorova A i P, sadrži logičke adrese izvora, A, i odredišta, P, koje ostaju neizmenjene na celom putu kroz mrežu; menjaju se fizičke adrese kada paket prelazi iz jedne u drugu podmrežu. Uočimo, takođe, da za razliku od hostova koji imaju jednu fizičku i jednu logičku adresu, ruteri imaju dva, ili u opštem slučaju više, fizičkih i logičkih adresa koje su jedinstvene za svaku mrežu na koju je ruter priključen. Pr. 2-4 QoS zahtevi tipičnih mrežnih aplikacija Sl Funkcionisanje sloja mreže (Pr. 2-3). U tabeli sa Sl dati su QoS zahtevi tipičnih mrežnih aplikacija. Prve četiri aplikacije zahtevaju visoku pouzdanost. Ni jedan bit ne sme biti izgubljen. Ovaj cilj se postiže uvođenjem kontrolne sume na nivou paketa. Ako je paket oštećen u prenosu, on neće biti potvrđen i zbog toga će biti ponovo poslati (retransmitovan). Druge četiri (audio/video) aplikacije mogu, do izvesne mere, tolerisati greške u prenosu. Zato se kod njih ne koristi kontrolna suma, a ni retransmisija paketa. Aplikacije koje prenose fajlove, što uključuje i video, nisu osetljive na kašnjenje. Ako svi paketi kasne za isti iznos vremena, krajnji korisnik primetiće samo kašnjenje u početku prenosa. Kada prenos početne, paketi stižu istim tempom, nezavisno od vremena koje im je bilo potrebno da prođu kroz mrežu. Interaktivne aplikacije, kao što su Web ili udaljeni login u nešto većoj meri su osetljivije na kašnjenje. Aplikacije sa realtime zahtevima (telefonija i telekonferencije) imaju stroge zahteve u pogledu kašnjenja. Na primer, ako u jednom telefonskom razgovoru svaka izgovorena reč kasni tačno 2s, korisnici će imati velikih problema da ostvare konverzaciju. Prve tri aplikacije nisu osetljive na džiter, odnosno na neravnomernost vremenskih intervala između pristizanja paketa. Udaljeni login je donekle osetljiviji na džiter, dok su video, a posebno audio izuzetno osetljiv na džiter. Ako korisnik gleda video koji se šalje preko mreže i ako svaki frejm (slika) kasni tačno 2s, kvalitet reprodukcije neće biti ugrožen. Međutim, ako vreme prenosa paketa (frejmova) varira od 1s do 2s, rezultat će biti poražavajući. Za audio, neprihvatljiv je džiter od već samo nekoliko desetina milisekundi. Konačno, aplikacije se razlikuju i u pogledu zahtevane propusnosti. i udaljeni login ne zahtevaju veliku propusnost, zato što se prenosi mala količnina podataka. Međutim, video, u bilo kom obliku, zahteva daleko veću propusnost mreže. Sl QoS zahtevi mrežnih aplikacija 26

27 2.1.4 Transportni sloj Transportni sloj je odgovoran za isporuku celokupne poruke od izvora do odredišta (tj. od-kraja-do-kraja). Mrežni sloj iako obezbeđuje prenos pojedinačnih paketa od izvora do odredišta, ne vidi bilo kakvu vezu između njih, već svaki paket tretira kao nezavisnu jedinicu; kao da je svaki paket posebna poruka, bez obzira da li je to i zaista slučaj ili ne. Takođe, sloj mreže, iako čine najviše šta može, ne garantuje da će svaki paket biti isporučen. Što više, ako paket bude izgubljen, npr. zbog zagušenja rutera, mrežni sloj nikoga neće obavestiti o tome. S druge strane, transportni sloj obezbeđuje da celokupna poruka, u izvornom obliku, bude prenesena do odredišta, namećući kontrolu grešaka i kontrolu protoka na nivou izvora i odredišta. Na primer, fajl transfer aplikacija ima zadatak da fajl proizvoljne veličine prenese od fajl servera na host koji je tražio fajl. U cilju prenosa kroz mrežu, fajl će biti podeljen na pakete, a svaki paket će se prenositi nezavisno. Neki paketi mogu biti primljeni sa greškom, a neki izgubljeni u prenosu. Zadatak transportnog sloja je da uvede strogu disciplinu u isporuci paketa kao bi fajl u prvobitnom obliku bio prenet do svog odredišta. Na Sl je prikazan odnos između transportnog sloja i slojeva mreže i sesije. Osnovna funkcija transportnog sloja je da prihvati podatke od višeg sloja, podeli ih na manje jedinice, ako je to potrebno, prosledi ih sloju mreže i osigura da svi oni korektno stignu na drugi kraj. Dodatno, sve to mora biti obavljeno efikasno i na način koji će izolovati više slojeve od eventualnih promena na nižim slojevima (uslovljenih recimo promenom hardvera mreže). Suštinska razlika između transportnog i slojeva nižeg nivoa je u tome što se niže nivoi bave komunikacijom između mašine i njenih neposrednih suseda u mreži, dok transportni sloj podrazumeva komunikaciju između krajnjih mašina, koje mogu biti razdvojene većim brojem rutera. Sl Transportni sloj. Da bi se olakšala koordinacija izvora i odredišta, na nivou transportnog sloja obično se kreira konekcija između dve krajnje tačke komunikacije. Konekcija se može razumeti kao logička veza (ili putanja) za sve pakete koje se prenose u konkretnoj komunikaciji (sadržani u konkretnoj poruci). Konekcija je analogna linku na fizičkom nivou: krajnji učesnici u komunikaciji preko transportnog sloja imaju utisak da komuniciraju preko jednog pouzdanog linka, iako se u realnosti komunikacija ostvaruje uz pomoć velikog broja linkova i rutera. Kreiranje konekcije podrazumeva tri koraka: uspostavljanje (otvaranje) konekcije, prenos podataka i zatvaranje konekcije. Vezivanjem svih paketa za jednu konekciju, transportni sloj ostvaruje bolju kontrolu nad detekcijom i korekcijom grešaka, protokom i sekvenciranjem paketa. Na izvesan način, transportni protokoli nalikuju protokolima sloja veze. Oba tipa protokola se, između ostalog, bave kontrolom grešaka i kontrolom protoka. Međutim, između njih postoji suštinska razlika, uslovljena različitim okruženjima u kojima ova dva protokola rade. Na nivou veze, dva rutera komuniciraju direktno putem fizičkog prenosnog medijuma, dok je na transportnom nivou ovaj fizički kanal zamenjen celom jednom podmrežom (Sl. 2-15). (a) (b) Sl (a) okruženje protokola sloja veze; (b) okruženje protokola transportnog sloja. Konkretne odgovornosti transportnog sloja su: Adresiranje servisa. Krajnje tačke komunikacije na nivou transportnog sloja nisu mašine (fizički uređaji), već programi koji se na njima izvršavaju. Računari obično u isto vreme izvršavaju više programa. Iz tog razloga, isporuka od izvora do odredišta nije samo isporuka od jednog do drugog računara, već od konkretnog procesa (programa koji se izvršava) na jednom računaru do konkretnog procesa na drugom računaru. Zbog toga, zaglavlje koje se formira na transportnom nivou sadrži posebnu adresu (koja se zove i adresa servisa) koja 27

28 ukazuje na krajnje procese uključene u komunikaciju. Drugim rečima, sloj mreže vodi pakete do odredišnog računara, a transportni sloj do odredišnog procesa na tom računaru. Segmentacija i rekonstrukcija. Na transportnom nivou, poruka se deli na segmente koji se dalje transportuju. Da bi se na strani odredišta omogućila rekonstrukcija poruke i eventualno otkrili paketi koji su izgubljeni u prenosu, segmenti jedne poruke se numerišu rednim brojevima koji se umeću u zaglavlje protokola transportnog sloja. Upravljanje konekcijom. Transportni sloj može biti konekcionog (connection-oriented) ili beskonekcionog (connectionless) tipa. Beskonekcioni prenos na transportnom nivou znači da se svaki segment prenosi kao nezavisan paket i kao takav isporučuje transportnom sloju na odredišnom računaru. Transportni protokol beskonekcionog tipa ne rešava slučajeve gubitka paketa ili pristizanja paketa izvan redosleda, već segmente kao takve prosleđuje višem nivou. S druge strane, transportni sloj konekcionog tipa za prenos svake poruke kreira konekciju između krajnih procesa. Poruka se deli na segmente, a po završenom prenosu svih segmenata konekcija se zatvara. Kontrola protoka. Slično kao i sloj veze, transportni sloj je odgovoran za kontrolu protoka. Međutim, na ovom nivou, kontrola protoka se obavlja između udaljenih krajnjih procesa, a ne između uređaja direktno povezanih fizičkim linkom. Kontrola grešaka. Kao i sloj veze, transportni sloj (konekcionog tipa) je odgovoran za kontrolu grešaka. Međutim, u ovom sloju, kontrola grešaka se obavlja na nivou krajnjih procesa, a ne na nivou direktno povezanih uređaja. Transportni sloj obezbeđuje da će celokupna poruka stići do odredišnog procesa bez grešaka (tj. bez delova koji su oštećeni, izgubljeni ili duplicirani). Kontrola grešaka se po pravilu postiže retransmisijom paketa. Pr. 2-5 Prenos podataka na transportnom nivou Na Sl je ilustrovan rad transportnog sloja. Podaci koji dolaze iz višeg sloja u transportni potiču od procesa sa adresom servisa j i namenjeni su udaljenom procesu sa adresom servisa k. Pošto je veličina poruke veća od one koju podržava sloj mreže, podaci se u transportnom sloju dele na dva paketa. Paketi zadržavaju adrese servisa i dopunjeni logičkim adresama izvornog i odredišnog računara prosleđuju se sloju mreže. Paketi mogu stići do odredišta različitim putanjama u redosledu u kome su poslati ili u izmenjenom redosledu. Na prijemnoj strani, dva paketa se isporučuju sloju mreži, koji uklanja svoje zaglavlje i prosleđuje ih transportnom sloju gde se oni objedinjuju u jedinstvenu poruku koja se konačno isporučuje odredišnom procesu sa adresom servisa k. A P podaci j k Transportni sloj Transportni sloj podaci j k podaci-2 j k A P Sloj mreze podaci-1 j k A P Sloj mreze podaci-2 j k A P podaci-1 j k A P T2 podaci-2 j k A P H2 T2 Sloj veze podaci-1 j k A P H2 T2 Sloj veze podaci-2 j k A P H2 T2 podaci-1 j k A P H2 internet Pr. 2-6 Konekcioni i beskonekcioni servisi Sl Transportni sloj (Pr. 2-5). Kao što je već rečeno, transportni sloj nudi dva tipa servisa slojevima iznad: konekcioni i beskonekcioni. Razmotrimo sa više detalja razlike među njima. Beskonekcioni servis (ili servis bez direktnog povezivanja) osmišljen po ugledu na poštanski sistem. Svaka poruka (pismo) nosi punu adresu odredišta i svaka se prenosi kroz sistem nezavisno od svih drugih. Normalno je da poruka koja je prva poslata prava stigne na odredište. Međutim, moguće je da prva poruka zakasni i stigne na odredište posle druge. Takođe, normalno je da poslata poruka stigne na odredište, ali može se desiti i da se izgubi u prenosu. 28

29 Servis konekcionog tipa (ili servis orijentisan na direktnu vezu) osmišljen je po ugledu na telefonski sistem. Da bi smo obavili telefonski razgovor, prvo podižemo slušalicu, biramo broj i čekamo da se pozvana osoba javi. Zatim teče razgovor i konačno spuštamo slušalicu. Slično, servis konekcionog tipa najpre uspostavlja konekciju, zatim je koristi i kada više nije potrebna zatvara. Suštinski aspekt konekcije je što ona deluje kao cev : pošiljalac ubacuje objekte (bitove) na jedan kraj cevi (konekcije), a primalac ih uzima na drugom kraju. Redosled bitova je očuvan tako da oni stižu u redosledu kako su poslati. Servis garantuje da ni jedan bit neće biti izgubljen Sloj sesije Sloj sesije omogućava korisnicima na različitim mašinama da uspostave sesiju između njih. Sesija pruža različite servise, kao što su: upravljanje dijalogom (ko i kada može da šalje podatke), kontrola pristupa zajedničkim resursima (da bi se sprečilo da dve strane u isto vreme pokušaju izvođenje neke kritične operacije) i sinhronizacija (nadgledanje dugotrajnih prenosa velikih fajlova za slučaj abnormalnog prekida kako bi se po ponovnom uspostavljanju komunikacije prenos nastavio počev od tačke prekida). Odnos između sloja sesije i susednih slojeva, prezentacionog i transportnog, prikazan je na Sl Sl Sloj sesije. Tipične funkcije sloja sesije su: Upravljanje dijalogom. U mnogim slučajevima, interakcija dve udaljene aplikacije ne uključuje samo prostu razmenu podataka. Obično, jedna stana u komunikaciji ima ulogu klijenta (onaj ko traži uslugu), a druga servera (onaj ko pruža uslugu). Da bi server opslužio klijenta, klijent najpre mora da se predstavi i na neki način dokaže svoj identitet (npr. putem korisničkog imena i lozinke), kako bi server bio siguran da klijent ima pravo korišćenja tražene usluge ili resursa iz tog sistema. Po završetku interakcije, klijent se odjavljuje. Sve ove aktivnosti čine dijalog između dva sistema koji se ostvaruje pod kontrolom sloja sesija. Slično konekciji sa transportnog nivoa, sesija se otvara, traje i zatvara. Međutim, jedna sesija može da uključi veći broj konekcija. Na primer, svaka faza sesija može zahtevati posebnu konekciju na transportnom nivou. Konekcija može nepredviđeno da se prekine, a zadatak sloja sesije je da konekciju ponovo otvori. Šta više, server ne mora biti jedan računar, već jedan računar može biti zadužen za prijavljivanje i autorizaciju, dok drugi može sadržati bazu podataka. Sloj sesije sve ove detalje sakriva od klijenta, koji ima utisak da komunicira sa jedinstvenim serverom preko jedinstvene sesije. Kontrola pristupa mrežnim resursima. Sloj sesije omogućava bezbedno i uzajamno isključivo korišćenje deljivih mrežnih resursa. Na primer, ako je resurs mrežni štampač, jasno je da u jednom vremenu servis štampanja može da opslužuje samo jednog klijenta. Drugim rečima, uvek može da bude otvorena najviše jedna sesija štampanja. Takođe, deljiv resurs može biti baza podataka kojoj pristupa veliki broj korisnika. Sinhronizacija. Sloj sesije omogućava procesima da u tok podataka umeću sinhronizacione tačke. Na primer, ako neki sistem šalje fajl od 2000 stranica, ima punog smisla postavljati sinhronizacione tačke na svakih 100 prenetih stranica kako bi se potvrdilo da je svaka od jedinica obima 100 stranica uspešno preneta i potvrđena od strane odredišta. Ako kojim slučajem u toku prenosa 535-te stranice dođe do nepredviđenog prekida komunikacije, npr. zbog nestanka napajanja, nakon ponovnog uspostavljanja veze retransmisija će početi od 501 stranice, jer stranice od 1 do 500. nema potrebe ponovo prenositi. Takođe, sinhronizacione tačke prilikom sprovođenja nekog složenog dijaloga se ubacuju nakon okončanih pojedinačnih faza dijaloga. Ako usred dijaloga dođe do prekida komunikacije, dijalog će biti nastavljena počev od poslednje kompletirane faze. Pr. 2-7 Odnos između sesije i transporta Razmotrimo proceduru podizanja novca preko bankovnog automata. Ova procedura se ostvaruje kroz sesiju koja podrazumeva razmenu više poludupleks informacija između korisnika i banke. Prvo, korisnik ubacuje kreditnu karticu u automat i unosi svoj PIN kod i iznos novca koji želi da podigne. Zatim, korisnik čeka da 29

30 računar u banci proveri validnost kartice, PIN kod i stanje na računu. Ako je sve korektno, računar ažurira stanje na računu za iznos novca koji se traži i šalje komandu automatu da izda keš. Pretpostavimo da zbog greške u komunikaciji komanda za izdavanje keše ne stigne do automata. Stanje računa korisnika je umanjeno za iznos traženog novca, a korisnik nije dobio novac. Zadatak sloja sesije da prevaziđe ovaj problem. Pre svega, sloj sesije na dozvoljava zatvaranje transakcije (dijaloga) pre nego što su svi koraci kompletirani. Stanje na računu mora biti ažurirano, ali umesto da se promena stanja izvrši onog trenutka kad je zahtev izdat, računar u banci pamti novo stanje računa i ne prenosi ga u bazu podataka sve dok ne stigne potvrda od automata da je keš izdat. Ako potvrda ne stigne, sesija poništava transakciju i stanje na računu ostaje nepromenjeno. Zadatak transportnog sloja je da omogući pouzdanu razmenu zahteva i odgovara u svakom koraku procedure; zadatak sloja sesije da se brine o toku sprovođenja celokupne procedure Prezentacioni sloj Prezentacioni sloj je zadužen za sintaksu i semantiku informacija koje se razmenjuju između dva sistema. U sloju prezentacije se obavljaju transformacije podataka koje su neophodne kako bi se uskladili formati podataka, omogućilo racionalno korišćenje komunikacionog kapaciteta mreže i obezbedila sigurnost podataka. Na Sl je prikazan odnos između prezentacionog sloja i susednih slojeva, aplikacionog i sloja sesije. Sl Prezentacioni sloj. Prevođenje. Procesi (programi koji se izvršavaju) na dva udaljena sistema obično razmenjuju informacije u obliku nizova karaktera, brojeva itd. Pre prenosa, informacija mora biti konvertovana u niz bitova. Različiti računari koriste različite sisteme kodiranja, a odgovornost prezentacionog sloja je da obezbedi prevođenje iz jednog u drugi. Na strani predaje, prezentacioni sloj prevodi informaciju iz formata koji koristi pošiljalac u neki standardni format, razumljiv svima. Na prijemnoj strani, prezentacioni sloj prevodi informaciju iz standardnog u format koji koristi odredišni korisnik. Na primer, za binarno kodiranje tekstualnih informacija (slova, cifre i specijalni znaci) u upotrebi su dva standarda: ASCII i EBCDIC. Slovo A, u ASCII standardu kodira se sa 7 bita kao , a u EBCDIC sa 8 bita kao Očigledno tekstualni fajl kreiran na mašini koja koristi ASCII standard, biće nečitljiv na mašini gde je u upotrebi EBCDIC standard, osim ako se pre isporuke teksta krajnjem korisniku ne obavi prevođenje iz ASCII u EBCDIC. Kompresija/dekompresija. Između računara često se prenose obimni fajlovi koje sadrže tekst, slike ili neki druge tipove podatka. Veličina ovih fajlova može biti više desetina ili čak stotina megabajta. Prenos tako velikih fajlova traje dugo i zauzima značajan deo kapaciteta mreže. Da bi se skratilo vreme prenosa, na predajnoj strani se obavlja kompresija fajla, čime se njena veličina smanjuje. Komprimovani fajl se prenosi preko mreže do odredišnog računara, gde se obavlja dekompresija i fajl, u obnovljenom obliku, isporučuje odredišnoj aplikaciji. Podaci se komprimuju uklanjanjem nizova bitova koji se ponavljaju i njihovom zamenom nekom vrstom pregleda koji zauzima manje prostora; podaci se dekomprimuju rekonstrukcijom ponavljanih sekvenci bitova. Za datoteke koje sadrže tekst, program ili numeričke podatke moraju se koristiti metodi kompresije bez gubitaka. Proces komprimovanja bez gubitaka je takav da sadržaj datoteke posle kompresije i dekompresije ostaje neizmenjen, čak i na nivou bita. Takvi metodi obično smanjuju datoteku na do 40% njene originalne veličine. Proces komprimovanja tokom kojeg se gube neki podaci zove se kompresija sa gubicima. Video i audio datoteke često sadrže više informacija nego što posmatrač ili slušalac može da opazi; metod kompresije sa gubicima ne čuva višak informacija i može da smanji ove datoteke na do 5% originalne veličine. Pr. 2-8 Kompresija podataka Na Sl je ilustrovan jedan jednostavan način za kompresiju teksta. U originalnom tekstu su uočeni nizovi istih simbola i zamenjeni nizovima koji počinju znakom # a nastavljaju se simbolom koji se ponavlja i brojem ponavljanja. Kao što se može videti, primenom zamena veličina teksta je smanjena sa 56 na 24 simbola. Obrnuti postupak, dekompresija, je trivijalan. 30

31 Sl Kompresija teksta Šifrovanje/dešifrovanje. Šifrovanje se odnosi na zaštitu podataka od neovlašćenog korišćenja. Mnoge računarske mreže (kao što je Internet) su javne mreže, što znači da su dostupne svim zainteresovanim korisnicima. To takođe znači da komunikaciona infrastruktura koja povezuje dva udaljena korisnika nije pod kontrolom ni jednog od njih, pa informacije koje se razmenjuju mogu biti dostupne i nekoj trećoj strani i eventualno zloupotrebljene. Da bi se to sprečilo, poverljive informacije koje se šalju, na predajnoj strani se šifruju i prenose u šifrovanom obliku. Na prijemnoj strani, obavlja se dešifrovanje i informacija u prvobitnom obliku isporučuje primaocu. Za bilo koje treće lice koje dođe u posed šifrovane informacije, ona nema značaj jer niko osim pošiljaoca i primaoca nije u stanju da protumači njeno značenje. Šifrovanje se obično zasniva na ključu šifre koji je bitan za dešifrovanje. Ključ šifre je niz podataka koji se koristi za šifrovanje drugih podataka i koji, prema tome, mora da se koristi i za dešifrovanje podataka. Problem sa ključem šifre je što ključ šifre mora da se prenese primaocu, kroz mrežu, što omogućava njegovo otkrivanje. U slučajevima kada postoji mnogo pošiljaoca i jedan primalac, problem sa ključem šifre se prevazilazi korišćenjem asimetrične šeme šifrovanja koja se zove šifrovanje javnim ključem, a koja koristi par ključeva: javni ključ šifruje podatke, a odgovarajući tajni ili privatni ključ ih dešifruje. Primalac tajnih poruka kreira javni ključ i distribuira ga svim zainteresovanim korisnicima (potencijalnim pošiljaocima). Svi korisnici koriste isti algoritam šifrovanja i isti javni ključ. Međutim, algoritam dešifrovanja i ključ dešifrovanja su tajni i ne napuštaju primaoca. Metod je asimetričan zato što koristi različite algoritme i ključeve za šifrovanje i dešifrovanje. Algoritam dešifrovanja je tako osmišljen da nije inverzan algoritmu šifrovanja. To znači da ako neko dođe u posed šifrovanih podataka, čak iako zna algoritam šifrovanja i javni ključ kojim je šifrovanje obavljeno, neće biti u stanju (barem ne lako) da rekonstruiše algoritam dešifrovanja i odgovarajući tajni ključ. Pr. 2-9 Šifrovanje javnim ključem Na Sl je ilustrovana ideja šifrovanje javnim ključem na primeru banke koja korisnicima omogućava pristup svojim servisima. Banka je svim svojim korisnicima prosledila isti, javni algoritam i ključ šifrovanja. Tajni ključ i algoritam, koji omogućavaju dešifrovanje poseduje samo banka. Sl Šifrovanje javnim ključem (Pr. 2-9). Provera autentičnosti. Provera autentičnosti (authentication) se odnosi na utvrđivanje punovažnosti informacije. Iako postoji više metoda za proveru autentičnosti, razmotrićemo samo jedan, poznat pod nazivom digitalni potpis. Koncept digitalnog potpisa sličan je proceduri koja se sprovodi prilikom npr. podizanja veće količine novca u banci. Korisnik potvrđuje prijem novca potpisivanjem odgovarajućeg dokument, a banka smešta potpisani dokument u arhivu. Potpisani dokument je potreban kao dokaz o obavljenoj transakciji, za slučaj da se korisnik kasnije obrati banci sa tvrdnjom da nije uzimao novac. Drugim rečima, stavljanjem potpisa na dokument korisnik potvrđuje autentičnost dokumenta. U mrežnim transakcijama, korisnik ne može lično da potpiše zahtev za podizanje novca. Umesto toga, korisnik može da kreira ekvivalent elektronskog ili digitalnog potpisa načinom na koji šalje podatke. Digitalni potpis 31

32 uvodi još jedan nivo šifrovanja/dešifrovana u prethodno opisani proces šifrovanja javnim ključem. Međutim, ovog puta, tajni ključ čuva korisnik, a javni banka. Koncept je ilustrovan na Sl Korisnik šifruje poruku P svojim tajnim ključem K1 s i tako kreira prvu verziju kôdiranog teksta poruke (C1). Korišćenjem javnog ključa K1 p korisnik šifruje kôdirani tekst C1 i dobija drugu kôdiranu verziju teksta poruke (C2) koju šalje banci. Banka korisni tajni ključ K2 s da bi dešifrovala C2 u C1. Verziju poruke C1 banka smešta u svoju bazu podataka (arhivu), a zatim primenjuje javni ključ K2 p da bi od C1 došla do teksta poruke u prvobitnom obliku, P. Tekst može da glasi: Ja Petar Petrović sa svog računa br. taj-i-taj podižem 17 dinara. Ako jednog dana Petar Petrović dođe u banku sa tvrdnjom da nikada nije obavio ovakvu transakciju, banka može iz svoje arhive da uzme C1, primeni K2 p i tako pokaže Petru da je upravo on kreirao P. Ključ K2 p koji dešifruje C1 u P, dokaz je da je P šifrovano u C1 ključem K1 s. Petar ne može da tvrdi da je banka kreirala C1, jer banka ne poseduje K1 s ; K1 s je tajni ključ korisnika koji jedino on zna. Petar može da se žali sudu da je neki neautorizovani korisnik došao u posed ključa K1 s. Ali, u tom slučaju, sud će odbaciti žalbu sa obrazloženjem da je obaveza svakog korisnika da svoj tajni ključ čuva na tajnom mestu. Napomenimo da treba praviti razliku između provere ovlašćenja, koja se sprovodi na nivou sesije i provere autentičnosti sa prezentacionog nivoa. Proveru ovlašćenja sprovodi sistem (server) da bi klijentu oborio korišćenje svoji resursa ili podataka (putem zahteva za korisničkim imenom i lozinkom). Proveru autentičnosti koristi klijent da bi potvrdio autentičnost svojih podataka. Provera ovlašćenja se sprovodi kroz dijalog klijenta i servera na početku sesije. Provera autentičnosti je ugrađena u samu informaciju koju klijent šalje serveru. Sl Digitalni potpis Sloj aplikacije Sloj aplikacije je vršni sloj OSI modela koji omogućava korisniku korišćenje usluga mreže. Svrha šest nižih slojeva je obezbeđivanje pouzdanog prenosa podataka. Međutim, prenos podataka, sam po sebi, nije krajnji cilj. Tek na aplikacionom nivou, mogućnost razmene podataka sa udaljenim korisnicima se uobličava u svrsishodne servise i aplikacije. Sloj aplikacije obezbeđuje interfejs i podršku za standardne servise kao što su elektronska pošta, pristup i prenos udaljenih fajlova, Web i dr. Napomenimo da korisnik ne mora biti čovek. Korisnik može biti neka druga aplikacija koja se izvršava na istom računaru. U tom slučaju, interfejs nisu tastatura, miš i ekran već skup funkcija (servis) koje su na raspolaganju korisničkom programu. Da bi dve aplikacije mogle da komuniciraju neophodno je da postoje pravila koja definišu skup dozvoljenih poruka i aktivnosti koje program preduzima po prijemu poruke. Na primer, program za slanje elektronske pošte omogućava korisniku da napiše , navede odredišnu adresu i prostim klikom na dugme pošalje e- mail. Zadatak programa je da sadržaj pisma, adresu pošiljaoca, adresu primaoca zajedno drugim pratećim informacijama upakuje u poruku koja će biti razumljiva za program koji koristi primalac pisama, a da zatim uspostavi vezu sa Mail serverom i isporuči mu poruku. Dakle, ono što za krajnjeg korisnika predstavlja jednostavnu aktivnost, program razlaže na čitav niz akcija koje uključuju interakciju i dijalog sa nekom udaljenom aplikacijom. Da bi dve aplikacije mogla da se razumeju neophodno je da obe poštuju neka zajednička standardizovana pravila. Upravo pravila interakcije između udaljenih aplikacija predstavljaju protokole koji spadaju u sloj aplikacije. Na Sl je prikazan odnos između korisnika, sloja aplikacije i prezentacionog sloja. Od brojnih aplikacionih servisa, Sl prikazuje samo tri: X.400 (servis za razmenu poruka), X.500 (servis direktorijuma) i FTAM (prenos, pristup i menadžment fajlova). (Napomenimo da se radi o servisima OSI standarda, koji se danas retko koriste.) Sl Sloj aplikacije. 32

33 Tipični servisi dostupni u sloju aplikacije su: Virtuelni terminal. Virtuelni terminal je softverska verzija fizičkog terminala (tastatura i monitor), koja omogućava korisniku da udaljeni računar koristi na isti način kao lokalni. To se postiže tako što aplikacija kreira softversku emulaciju terminala na udaljenom računaru. Korisnički računar komunicira sa softverskim terminalom, koji prenosi konverzaciju na udaljeni računara i obrnuto. Udaljeni računar ima privid da interaguje sa fizičkim terminalom koji je direktno priključen. Prenos, pristup i menadžment fajlova. Ova aplikacija omogućava korisniku da pristupa fajlovima na udaljenom računaru radi čitanja (preuzimanja), modifikacije, kreiranja novi ili brisanja postojećih fajlova. Mail servis. Predstavlja osnovu za prenos i skladištenje elektronske pošte. Servis direktorijuma. Ova aplikacija omogućava pristup distribuiranim bazama podataka koje čuvaju neke globalne informacije iz različitih oblasti Pregled funkcija slojeva OSI modela Na Sl su u sažetom obliku navedene osnovne funkcije slojeva OSI referentnog modela. 2.2 TCP/IP referentni model Sl Pregled funkcija slojeva OSI modela. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol - Protokol za kontrolu prenosa/internet protokol) referentni model se koristi na Internetu. Razvijen je pre OSI modela, tako da se slojevi ova dva modela ne poklapaju u potpunosti. TCP/IP model čini pet slojeva: fizički, sloj veze, mrežni, transportni i aplikacioni. TCP/IP se samo sporadično bavi najnižim slojevima (fizičkim i slojem veze). Zajedno, ova dva sloja se tretiraju kao host-mreža sloj. TCP/IP ne nameće neke posebne zahteve koji se tiču ovih slojeva (pretpostavlja se da mreža poseduje protokole koji pokrivaju funkcije tih slojeva), a naglasak stavlja na sloj mreže, transportni i aplikacioni sloj. Mrežni i transportni sloj odgovaraju slojevima 3 i 4 OSI modela. Međutim, kod TCP/IP na transportni sloj direktno se nastavlja aplikacioni sloj, koji obuhvata funkcionalnost tri vršna sloja OSI modela (Sl. 2-24). Detaljnom razmatranju protokola TCP/IP referentnog modela posvećena je sekcija 5. Sl Odnos između OSI i TCP/IP modela. 33

34 3 Uređaji za mrežno i međumrežno povezivanje Dva ili više uređaja međusobno povezanih u cilju razmene podataka ili resursa mogu da formiraju mrežu. Međutim, kreiranje mreže je više od prostog povezivanja računara. Na primer, zahtevana oblast pokrivanja lokalne računarske mreže (LAN) može biti veća od maksimalno dozvoljene dužine kabla koji se koristi kao fizički prenosni medijum. Ili, zbog isuviše velikog broja stanica u lokalnoj mreži, efikasnost mreže može biti niska, a održavanje mreže komplikovano. U prvom slučaju u mrežu se ugrađuju uređaji koji se zovu repetitori, a koji povećavaju domet signala. U drugom slučaju, mreža se deli na više manjih celina pomoću uređaja koji se zovu mostovi, a koji regulišu saobraćaj između podeljenih celina. Kada se dve ili više nezavisnih mreža međusobno povežu radi razmene podataka ili resursa, one postaju internet. Povezivanje više LAN-ova u internet zahteva uređaje za međumrežno povezivanje, koji se zovu ruteri i gateway-i. Ovi uređaji su projektovani da omoguće komunikaciju između mreža, a da u isto vreme na remete nezavisno funkcionisanje pojedinačnih mreža. Na Sl. 3-1 je prikazana podela uređaja za mrežno i međumrežno povezivanje. Sl. 3-1 Klasifikacija uređaja za mrežno i međumrežno povezivanje. Svaki od četiri tipa mrežnih uređaja radi na različitim nivoima OSI referentnog modela (Sl. 3-2). Repetitori obrađuju električne signale na liniji i zato su aktivni samo na fizičkom nivou. Mostovi su aktivni na nivou veze. Oni su u stanju da primaju okvire iz jednog dela mreže i prebacuju ih na drugi. Ruteri predstavljaju vezu između dve nezavisne mreže istog tipa i najaktivniji su na mrežnom nivou. Gateway-i omogućavaju spregu mreža različitog tipa, odnosno nekompatibilnih LAN-ova ili aplikacija i zato moraju biti aktivni na svim nivoima. Aplikacija Prezentacija Sesija Transport Mreza Veza Fiz. sloj Gateway Ruter Most Repetitor Aplikacija Prezentacija Sesija Transport Mreza Veza Fiz. sloj 3.1 Repetitori Sl. 3-2 Uređaji za povezivanje i OSI model. Repetitor (ili regenerator) je elektronski uređaj koji funkcioniše isključivo na fizičkom nivou OSI modela (Sl. 3-3). Signali koji prenose informaciju unutar mreže mogu da pređu samo ograničeno rastojanje pre nego što oslabe do te mere da je integritet podataka narušen. Repetitor instaliran na liniji prima signal pre nego što on postane previše oslabljen ili narušen, obnavlja originalni bit oblik i prosleđuje osveženu kopiju signala nazad na liniju. 34

35 Sl. 3-3 Most u OSI modelu. U suštini, repetitor omogućava povećanje fizičke dužine mreže. Repetitor ni na koji način ne menja funkcionalnost mreže (Sl. 3-4). Dve mrežne sekcije sa Sl. 3-4 povezane repetitorom su zapravo jedna mreža. Okvir kojeg stanica A šalje stanici B stiže do svih stanica u mreži (uključujući C i D), kao da repetitora nema. Repetitor ne poseduje inteligenciju potrebnu da spreči okvir da pređe na desnu sekciju iako je okvir namenjen stanici u levoj sekciji. Jedina razlika je u tome što sa repetitorom stanice C i D primaju kopiju okvira koga inače ne bi uspele da prime. Sl. 3-4 Repetitor. Repetitor nije pojačavač. Pojačavač ne može da napravi razliku između signala i šuma, već pojačava sve šta primi na ulazu. Repetitor ne pojačava signal, već ga obnavlja. Kada primi oslabljen ili izobličen signal, repetitor kreira njegovu kopiju, bit po bit. (a) (b) Sl. 3-5 Funkcija repetitora: (a) prenos s desna na levo; (b) prenos s leva na desno. Pozicija repetitora na linije je od ključne važnosti. Repetitor mora biti postavljen na takvo mesto na liniji da signal dolazi do njega pre nego što je šum uspeo da promenio značenje bilo kog bita. Nizak nivo šuma može da promeni naponski nivo bita, ali ne i da uništi njegov identitet (0 ili 1). Međutim, ako se signal prenosi na veću daljinu, akumulirani šum može u potpunosti da promeni značenje signala. U toj tački, napon koji je signal imao u tački predaje, više ne može da se povrati i nastaje greška koja se može otkloniti samo ponovnim slanjem celog okvira. Repetitor postavljen na liniju pre nego što smisao signala postane izgubljen, u stanju je da ispravno protumači značenje signala i obnovi njegov prvobitni oblik (Sl. 3-5). 3.2 Mostovi Mostovi (bridge) funkcionišu na fizičkom i sloju veze OSI modela (Sl. 3-6). Pomoću mostova moguće je jednu veliku mrežu podeliti na manje segmente (Sl. 3-7). Za razliku od repetitora, mostovi poseduju logiku koja im omogućava da izoluju lokalni saobraćaj unutar segmenta i prenose u druge segmente samo one podatke koji su iz jednog upućeni u neki drugi segment. 35

36 Uredjaj A Uredjaj B Most 7 Aplikacija Aplikacija 7 6 Prezentacija Prezentacija 6 5 Sesija Sesija 5 4 Transport Transport 4 3 Mreza Mreza 3 2 Veza 2 2 Veza 2 1 Fiz. sloj 1 1 Fiz. sloj 1 Sl. 3-6 Most u OSI modelu. Most radi na nivou sloja veze i na taj način ima uvid u fizičke adrese svih stanica s kojima je u vezi. Kada okvir stigne do mosta, on ne samo da regeneriše signal, već i proverava adresu odredišta i prosleđuje obnovljenu kopiju samo na segment na koji je povezana adresirana stanica. Most poseduje tabele sa spiskovima stanica na svakom segmentu. Kada dobije okvir, most na osnovu odredišne adrese iz okvira pronalazi u tabeli odgovarajuću stanicu kao i podatak na kom segmentu se stanica nalazi. Sl. 3-8(a) prikazuje dva segmenta spojena mostom. Okvir poslat iz stanice A, a adresiran na stanicu B, stiže do svih uređaja priključenih na gornji segment, pa i do mosta. Stanice A i B su na istom segmentu i zbog toga most sprečava da okvir pređe na donji segment. Na Sl. 3-8(b), gde stanica A šalje okvir stanici G, most dozvoljava prolazak okvira u donji segment. A D E H B Most C F G Sl. 3-7 Most. A -> G (a) (b) Sl. 3-8 Funkcija mosta: (a) paket poslat iz A u D ne prelazi preko most; (b) paket poslat iz A u G prelazi most. 36

37 Vrste mostova Jednostavan most povezuje dva segmenta i sadrži tabelu sa spiskom svih stanica u svakom od njih. Tabela se popunjavaju ručno. Pre nego što se jednostavan most pusti u rad, operator mora da unese u tabelu adrese svih stanica. Kada se nova stanica priključi na mrežu, tabela se mora modifikovati. Slično, kada se stanica isključi sa mreže, njena adresa mora biti izbrisana iz tabele. Zbog toga, instalacija i održavanje jednostavnog most zahteva puno vremena. S druge strane, zbog jednostavnosti ugrađene logike, cena jednostavnog mosta je niža u odnosu na druge vrste mostova. Višeportni most se koristi za povezivanje više od dva LAN-a (Sl. 3-9). Svaki LAN se povezuje na jedan port mosta, a za svaki port u mostu postoji jedna tabela koja sadrži spisak fizičkih adresa svih stanica iz odgovarajućeg LAN-a. U konfiguraciji sa Sl. 3-9 koristi se troportni most. Sl. 3-9 Višeportni most. Transparentni most poseduje mogućnost učenja i sam se brine o svojim tabelama. Dok transparentni most nije priključen na mrežu, njegove tabele su prazne. U toku normalnog rada, most analizira odredišnu i izvorišnu adresu svakog okvira koji primi. Kao i standardni most, pretragom tabela po odredišnoj adresi okvira odlučuje na koji segment će poslati okvir. Ako odredišna adresa, uzetu iz okvira, još uvek ne postoji u tabeli, transparentni most šalje okvir na sve segmente. Izvorne adrese koristi za popunjavanje tabela. Konkretno, izvornu adresu iz primljenog okvira most upisuje u tabelu pridruženu segmentu sa kojeg je okvir stigao (most uvek zna sa kog segmenta je okvir stigao po portu preko koga je primio okvir). Na primer, pretpostavimo da je most sa Sl. 3-8 transparentni most. Neka stanica A šalje okvir stanici G. Pošto okvir dolazi iz gornjeg segmenta, most zaključuje da i stanica koja ga je poslala (A) pripada gornjem segmentu. Kad god se kasnije pojavi okvir koji je adresiran na A, most će znati da takav okvir treba preneti na gornji segment. Vremenom, most kreira komplete tabele. Potencijalni problem može nastati kada se promeni konfiguracija mreže. Pretpostavimo, na primer, da stanice A i G sa Sl. 3-8 zamene mesta (fizički). U jednom trenutku, lokacije fizičkih adresa stanica A i B, zapamćene u mostu, postaju pogrešne. Ovaj problem se rešava tako što se svakoj stavci u tabeli pridružuje vreme kada je stavka uneta u tabelu. Uvek kada most primi okvir čija izvorna adresa postoji u tabeli, odgovarajuća stavka se ažurira upisom tekućeg vremena. Na taj način, vreme pridruženo stavci govori kada je odgovarajuća stanica zadnji put viđena na mreži (tj. kada je zadnji put poslala okvir). Periodično, most prolazi kroz tabelu i izbacuje stavke starije od tipično nekoliko minuta. Na taj način, računar koji je isključen sa LAN-a i premešten na drugi segment, već za nekoliko minuta biće vraćen u normalni režim rada bez ikakve ručne intervencije. Posledica opisane procedure je i ta da će stanica koja nije emitovala okvire biti izbačena iz tabele. Međutim, to samo znači da će prvi sledeći okvir te stanice biti prosleđen na sve segmente. Komutator Komutator (ili switch) je uređaj koji realizuje funkcije mosta na efikasniji način. Komutator se može koristiti kao višeportni most za povezivanje uređaja ili segmenata u jedinstveni LAN. Za razliku od klasičnog, višeportnog mosta, komutator poseduje bafere za svaki link (mrežu) na koji je povezan. Komutator pamti svaki primljeni okvir u bafer linka sa kojeg je okvir došao i proverava njegovu odredišnu adresu kako bi odredio izlazni link. Ako je izlazni link slobodan, komutator odmah šalje okvir na link. U suprotnom, ako izlazni link nije slobodan (u toku je prenos podataka preko tog linka), okvir ostaje u baferu sve dok se link ne oslobodi. Komutatori koriste jednu od dve strategije: zapamti-prosledi (store-and-foreward) ili cut-through. Kod prve strategije, komutator pamti celokupan okvir u ulazni bafer, pre nego što pokuša da ga prosledi u odgovarajući izlazni bafer. Kod druge strategije, komutator prosleđuje paket u ulazni bafer čim primi odredišnu adresu. Na Sl je ilustrovan koncept rada komutatora. Okvir stiže preko porta 2 i pamti se u bafer ovog porta. Upravljačka jedinica, korišćenjem informacija iz zaglavlja okvira i interne tabele komutiranja određuje izlazni port. Okvir se potom prebacuje u bafer izlaznog porta 5 odakle se prenosi na link. Ako je link, priključen na port 5, trenutno zauzet, okvir će ostati u baferu sve do momenta kad se link oslobodi. 37

38 3.3 Ruteri Sl Komutator. Repetitori i mostovi su jednostavni hardverski uređaji koji manipulišu okvirima sloja veze. Ruteri su složeniji uređaji koji imaju pristup mrežnim adresama i sadrže softver koji određuje kojom od više mogućih putanja u mreži složene topologije je najbolje preneti primljeni paket. Ruteri rade na fizičkom, sloju veze i mrežnom sloju (Sl. 3-11). Sl Ruter u OSI modelu. Ruteri prenose pakete između više međusobno povezanih mreža. Na Sl je prikazan primer interneta koga čini pet mreža. Paket koji stanica iz jedne šalje stanici u nekoj susednoj mreže najpre stiže u ruter koji povezuje te dve mreže, a zatim iz rutera prelazi u odredišnu mrežu. Ako predajna i prijemna mreža nisu susedne, ruter će predati paket sledećem ruteru u pravcu konačnog odredišta paketa. Ruter koji je dobio paket proslediće ga sledećem ruteru koji se nalazi na putanji do odredišta i sve tako do ciljne mreže. Sl Ruteri na internetu. 38

39 Ruteri, kao i stanice, poseduju mrežne adrese. Međutim, za razliku od stanica koje su članice samo jedne mreže, ruteri pripadaju svim mrežama na koje su povezani i za svaku mrežu imaju posebnu mrežnu adresu. U osnovi, ruter prenosi paket s jedne na neku drugu mreže čiji je član. Međutim, ako odredište paketa nije ni na jednoj od mreža kojima ruter pripada, ruter je u stanju da odredi koja od povezanih mreža je najbolja sledeća odredišna tačka za paket. Nakon što odredi koji bi bio najbolji put za paket, ruter prosleđuje paket dugom ruteru duž odgovarajuće mreže. Ruter ispituje odredišnu adresu paketa, pronalazi šta se smatra najboljom rutom za taj paket i prenosi ga na odredišnu mrežu (ako je ona susedna), odnosno, duž neke susedne mreže sledećem ruteru na izabranoj putanji. Rutiranje Kao što smo videli, posao rutera je usmeravaju pakete na njihovom putu kroz skup mreža. Zamislimo da, na primer, želimo da prenesemo paket iz mreže A u mrežu C preko rutera (mreže) B. Međutim, često između početne i krajnje tačke postoji više od jedne putanje. Na primer, paket može da stigne u mrežu C prolazeće kroz ruter D umesto kroz B. Uvek kada postoji više mogućnosti, ruteri su ti koji određuju putanju. Ali, koju putanju odabrati? Naravno, onu koja ima najnižu cenu, ili, u mrežnoj terminologiji, onu koja je najkraća. Svakom linku se pridružuje vrednost, a dužina putanje jednaka je zbiru vrednosti svih linkova na putanji. Vrednost pridružena linku ukazuje na cenu prenosa paketa tim linkom. Pojam najkraća putanja može imati jedno od dva značenja, zavisno od konkretnog protokola rutiranja. U nekim slučajevima, najkraća je putanja sa najmanjim brojem preskoka (hop-ova). Na primer, putanja A-E-D je kraća od putanje A-B-C-D, čak iako je fizički prva putanja duža od druge. U drugim slučajevima, najkraća putanja je ona koja je najbrža, najpouzdanija, najsigurnija ili najbolja po bilo kom kriterijumu (ili kombinaciji kriterijuma) koji je od značaja za datu primenu. Obično, najkraća putanja znači kombinaciju svih navedenih faktora. Kada najkraća znači najmanji broj preskoka, radi se o rutiranju zasnovanom na broju preskoka kod koga se podrazumeva da su svi linkovi jednake dužine i da im je pridružena vrednost 1. To je npr. slučaj kod TCP/IP protokola koji se koristi na Internetu. Neki drugi protokoli, prilikom pridruživanja vrednosti linku uzimaju u obzir niz faktora koji utiču na funkcionisanje linka: brzina prenosa podataka, zagušenje saobraćaja, tip prenosnog medijuma (telefonska linija, satelitski prenos i dr.). Kombinacijom svih relevantnih faktora dobija se brojna vrednost koja se dodeljuje linku. I u ovom slučaju taj broj predstavlja procenu efikasnosti prenosa, a ne fizičke dužine i zato se zove simbolička dužina linka. Rutiranje može biti adaptivno ili neadaptivno. Kod neadaptivnih protokola za rutiranje, nakon što je jednom određena putanja do nekog odredišta, ruter šalje sve pakete upućene tom odredištu duž te putanje. Drugim rečima, trenutni uslovi u mreži ne utiču na odluke o rutiranju paketa. Adaptivno rutiranje znači da ruter bira novu putanju za svaki paket kao reakciju na promene u uslovima ili topologiji mreže. Na primer, prvi paket koji iz mreže A ide u mrežu D, ruter može da usmeri u mrežu B, drugi u mrežu C, a treći u mrežu Q, zavisno od toga koja ruta je u kom momentu najefikasnija. Za rutiranje, ruteri koriste tabele koje za svaku moguću odredišnu mrežu sadrže podatak o pravcu u kome treba usmeriti paket (odnosno na koju od susednih mreža treba proslediti paket). Kada ruter dobije paket, on na osnovu odredišne adrese paketa pretražuje tabele da bi odredio kuda poslati paket. Međutim, kada jednom pošalje paket, ruter zaboravlja na njega, a odgovornost za paket prebacuje ruteru kome ga je isporučio. Na ovaj način pojednostavljuje se logika rada rutera. Međutim, prebacivanje odgovornosti može u nekim slučajevima da dovede do pojave cirkulacije paketa u mreži kada paket luta od rutera do rutera i nikada ne stiže na odredište. Paket može više puta da prođe kroz isti ruter, ali pošto ruter ne vodi evidenciju o prosleđenim paketim, to će ostati neprimećeno. Cirkulacija paketa se može javiti u situacijama kada se ažuriraju tabele rutera u mreži u periodu kada je nekim ruterima izmenjena tabela, a drugima nije. Na primer, može se desiti da ruter A još uvek veruje da je najbolja ruta za paket adresiran na C, kroz ruter B. Prosleđuje paket ruteru B, kome je u međuvremenu ažurirana tabela i na osnovu koje sada najbolja putanja do C vodi kroz A. B vraća paket ruteru A, A vraća ruteru B... Glavni problem sa cirkulacija paketa nije u gubitku paketa, jer protokoli transportnog sloja obezbeđuju ponovno slanje paketa ako se on ne isporuči u nekom definisanom vremenu, već u tome što ovakvi paketi nepotrebno troše resurse mreže i dovode do njeno zagušenja. Zato se paketi koji cirkulišu moraju identifikovati i uništiti. Rešenje je da se svakom paktu doda polje koje se zove vreme života, a koje će ukazivati na preostalo dozvoljeno vreme boravka paketa u mreži. Kod većine protokola, vreme života predstavlja maksimalan broj preskoka koje paket može da učini u toku prenosa. Izvor paketa postavlja vreme života na maksimalnu vrednost, a svaki ruter umanjuje vreme života za 1. Kada vreme života postane jednako nuli, ruter uništava paket. 39

40 3.4 Gateway Gateway je uređaj za mežumrežno povezivanje koji je aktivan na svih sedam nivoa OSI modela (Sl. 3-13). U osnovi, gateway je konvertor protokola. Za razliku od rutera koji prihvata i prenosi pakete između mreža istog ili sličnog tipa, gateway može da prihvati paket formatiran za jedan i konvertuje ga u paket formatiran za neki drugi protokol. Sl Gateway u OSI modelu. U suštini, gateway je ruter sa instaliranim specifičnim softverom koji razume protokole koji se koriste u svim mrežama na koje je povezan i u stanju je da obavi konverziju iz jedne u drugu formu. U nekim slučajevima, transformacija se odnosi samo na zaglavlje i završni zapis paketa. U drugim slučajevima, gateway mora da prilagodi brzinu prenosa, veličinu i format okvira i sl. 40

41 4 Lokalne računarske mreže Lokalna računarska mreža, ili LAN (Local Area Network), je komunikacioni sistem za prenos podataka koji omogućava direktnu međusobnu komunikaciju većem broju nezavisnih uređaja lociranim u ograničenoj geografskoj oblasti (obično jedna zgrada ili manji kompleks zgrada). Danas postoji više standarda za LAN mreže, koji pokrivaju najniža dva sloja OSI modela (fizički i sloj veze). LAN su broadcast mreže zasnovane na deljivom prenosnim medijumu, i zato se jedan od glavnih problema kojima se bave LAN standardi odnosi na kontrolu pristupa medijumu. Razmotrićemo dva LAN standarda: Ethernet i Token Ring. Kod Etherneta, koji danas predstavlja dominantan oblik LAN-a, za kontrolu pristupa medijumu koristi se princip izbegavanja kolizija. Funkcionisanje Token Ringa LAN-a zasnovano je na princip prosleđivanja tokena. 4.1 Ethernet Ethernet je sistem za lokalnu komunikaciju između računarskih mreža koji je 70 godina prošlog veka razvila kompanija Xerox godine, međunarodna organizacija za standardizaciju IEEE prihvatila je Ethernet kao standard za lokalne računarske mreže pod brojem IEEE Danas je Ethernet LAN najrasprostranjeniji tip lokalne računarske mreže. Ethernet LAN se relativno lako instalira, potreban hardver je lako dostupan po relativno niskoj ceni. Kabliranje Kao prenosni medijum kod Ethernet mreža koristi se žičani ili fiber-optički kabl (Sl. 4-1). Broj na početku naziva kabla ukazuje na brzinu prenosa, koja kod svih navedenih opcija iznosi 10Mbps. Base znači da se prenos signala obavlja u osnovnom opsegu (bez modulacije). Žičani kabl može biti koaksijalni ili kabl sa upredenim paricama. Dve vrste koaksijalnih kablova su podržane: debeli (10Base5) i tanki (10Base2). Debeli koaksijalni kabl više nije u upotrebi. Najčešće se koriste tanki koaksijalni i kabl sa upredenim paricama (10Base-T). Fiberoptički kabl (10Base-F), zbog imunosti na smetnje, koristi se za veća rastojanja (npr. između zgrada). Razmotrićemo detaljnije povezivanje pomoću 10Base2 i 10Base-T. Naziv Kabl Max. dužina segmenta Čvorova/seg. Prednost 10Base5 Debeli koaksijalni 500 m 100 nije više u upotrebi 10Base2 Tanki koaksijalni 185 m 30 hab nije potreban 10Base-T Upredeni provodnici 100 m 1024 najniža cena 10Base-F Fiber optički 2000 m 1024 za vezu između zgrada Sl. 4-1 Najčešće korišćeni Ethernet kablovi. Na Sl. 4-2(a) je ilustrovano povezivanje pomoću 10Base2 kabla. Za povezivanje na kabl koristi se pasivni BNC- T konektor (Sl. 4-2(b)). Elektronika za pobudu i prijem signala sa kabla, zajedno sa kontrolerom smeštena je u stanici (računar, štampač, ), obično u vidu kartice koja se zove NIC (Network Interface Card). Krajevi segmenta završeni su tzv. terminatorom (završnicom) koji apsorbuje signal i tako ne dozvoljava da bude reflektovan nazad u kabl. Maksimalna dužina segmenta iznosi 185 m. Najviše 30 stanica se mogu povezati na jedan segment. Na Sl. 4-2(a) je prikazan jedan segment. Za formiranje većih lokalnih mreža, više segmenata se mogu povezati pomoću repetitora. Što se softvera tiče, mreža segmenata povezanih repetitorima se ne razlikuje od mreže koju čini jedan segment (osim izvesnog dodatnog kašnjenja u prenosu signala koje unose repetitori). Sistem može da sadrži više segmenata i više repetitora, ali najveće rastojanje između dve stanice ne sme biti duže od 2.5 km, a na putu između bilo koje dve stanice ne sme biti više od 4 repetitora. ka mreznoj kartici Koaksijalni kabl BNC-T konektor Zavrsnica (a) (b) Sl Base2 šema povezivanja: (b) povezivanje stanica; (b) BNC-T konektor. 41

42 Šema povezivanja pomoću 10Base-T kabla prikazana je na Sl. 4-3(a). 10Base-T kabl čini četiri para upredenih parica (isti kabl se koristi u telefoniji)(sl. 4-3(a)). Krajevi kabla završeni su konektorom (Sl. 4-3(c)). Popularno ime za ovaj tip kabla je UTP. Stanice se ne povezuju direktno, već se svaka stanica posebnim 10Base-T kablom povezuje na centralni hub u kome su svi kablovi eklektično spojeni. Hub ne baferuje (skladišti) dolazeći saobraćaj, niti vrši bilo kakvu obradu, već signal koji stiže sa jednog kabla distribuira na sve ostale. Na taj način, iako nema deljivih kablova, efekat je isti kao kod 10Base2 šeme - signal koji šalje jedna stanica stiže do svih ostalih stanica. U ovoj konfiguraciji dodavanje i izbacivanje stanica je jednostavnije, a prekid kabla se lakše može otkriti. Maksimalna dužina kabla je manja nego kod 10Base2 i iznosi 100 m. Bez obzira na to, 10Base-T je u široj upotrebi. Kao i kod 10Base2 šeme, proširenje pomoću repetitora je moguće. Brži tip 10Base-T kabla (100Base-T) biće razmatran kasnije u ovoj sekciji. (a) (b) (c) Sl Base-T šema povezivanja: (a) povezivanje stanica; (b) UTP kabl; (c) UTP konektor. Mančester kodiranje Ethernet mreže koriste prenos signala u osnovnom opsegu i mančester kodiranje (videti sekciju 2.1.1). Viši nivo signala je V, a niži V. (Diferencijalno mančester kodiranje se ne koristi kod Ethernet-a, ali se zato koristi kod nekih drugih LAN standarda (npr token-ring)). Format okvira Format Ethernet okvira prikazan je na Sl Svaki okvir počinje preambulom od identičnih 7 bajta oblika Mančester kodiranje ove sekvence generiše pravougaoni periodični signal frekvencije 10MHz i trajanja 5.6us koji omogućava da se prijemnik sinhroniše na takt predajnika. Polje SOF (Start of Frame) sadrži 1 bajt oblika i označava pravi početak okvira. Okvir sadrži dve adrese, svaka dužine 8 bajta (48 bita). Prvo se šalje adresa odredišta (kome je okvir namenjen), a zatim adresa izvora (ko šalje okvir). Prva dva (krajnja leva) bita u polju adrese odredišta ukazuju na tip adrese. Ako prvi bit ima vrednost 0, radi se o individualnoj, a ako ima vrednost 1 o grupnoj adresi. Individualna adresa je fizička adresa nekog čvora u mreži. Grupne adrese omogućavaju da okvir primi više od jedne stanice, odnosno sve stanice koje pripadaju datoj grupi. Slanje istog paketa grupi stanica se zove multicast (selektivna emisija). Adresa koja sadrži sve 1-ce rezervisana je za broadcast (emisija svima). Okvir sa svim 1-cama u polju za odredišnu adresa prihvataju sve stanice u mreži. Dakle, multicast okvir se šalje izabranoj grupi stanica, a broadcast svim stanicama u Ethernet mreži. Drugi bit adrese ukazuje da li se radi o univerzalnoj (bit ima vrednost 0) ili lokalnoj adresi (bit ima vrednost 1). Lokalne adrese može da postavlja administrator mreže i one imaju značaj samo u okviru konkretnog LAN-a. Globalne adrese dodeljuje organizacija IEEE sa ciljem da se obezbedi da bilo gde na svetu ne postoje dve stanice sa istom globalnom adresom. Treba istaći da je adresa vezana za mrežni interfejs (NIC), a ne za stanicu i da zamena mrežnog interfejsa znači i promenu fizičke adrese stanice. Jedinstvenost globalnih adresa postiže se na sledeći način: svaki proizvođač mrežnih interfejsa, registrovan kod IEEE, poseduje jedinstveni 3-bajtni kôd koji umeće u prva tri bajta adrese svih proizvedenih interfejsa, dok preostala tri bajta dodeljuje jednoznačno svakom interfejsu. Sl. 4-4 Format Ethernet okvira. Dvobajtno polje Tip okvira svojim sadržajem ukazuje na tip podataka sadržanih u okviru, odnosno na protokol višeg nivoa čiji paket je sadržan u polju Podaci. Na ovaj način omogućeno je da se više protokola mrežnog sloja mogu u isto vreme koristiti u istoj mreži. Polje Tip okvira upravo govori kom protokolu treba isporučiti podatke. Polje Podaci sadrži podatke koje se prenose okvirom. Veličina ovog polja može biti promenljiva, ali ne veća od 1500 bajtova. U polju Podaci sadržan je paket protokola mrežnog sloja. Pored ograničenja u pogledu maksimalne veličine okvira, Ethernet ograničava i minimalnu dužinu okvira na 64 bajta, uključujući sve bajtove počev od adrese odredišta do kontrolne sume. Ako je polje za podatke kraće od 46 bajta, polje Pad se koristi za 42