1. Osnove mrežne komunikacije
1.1. Komunikacije i mreže
1.1.1. Pregled razvoja telekomunikacija i računalnih mreža
Prijenos informacija
izum električnog telegrafa (Samuel Morse, 1835.),
Morseov kod,
početak teorije informacija,
prva linija Washington-Baltimore,
prva telegrafska prekooceanska veza 1886.
https://en.wikipedia.org/wiki/Samuel_Morse
http://www.samuelmorse.net/
https://www.thoughtco.com/biography-of-samuel-morse-1992165
prijenos govora na daljinu,
izum telefona (Alexander Graham Bell, 1876.),
hijerarhijski povezane telefonske centrale – početak telekomunikacijske mreže,
1892. prva automatska telefonska centrala bez operatera
Bežično poslana informacija preko Engleskog kanala (Marconi, 1899.) i Atlantika (1901.)
Teleprinter (1914.), operater unosi poruku tipkanjem na tipkovnici, el. signali prenose se telefonskim vodovima, dekodiranje na prijemnom teleprinteru uz ispis na papiru (>500 znakova/min)
1960. Bell laboratoriji, računalnim programom upravljana telefonska centrala, komutacija elektromehanička, kasnije razvijene digitalne centrale i prijenos informacija
Povezivanje digitalnih u/i jedinica sa javnom analognom telekomunikacijskom mrežom, digitalni signal modulira se u analogni i obrnuto pomoću modema, krajnji uređaji postaju i računala i terminali (u/i jedinice) – počeci računalnih mreža – korištenje računala preko terminala (povezanog na samo jedno računalo).
Sveučilišna mreža ARPAnet (1969., razvijena iz vojnog programa, agencija ARPA, Advanced Research Projects Agency) – Mreža se dijeli u zasebne funkcionalne cjeline: računala (prije terminali), čvorna računala za povezivanje i komunikacijska mreža za prijenos podataka, Internet – posljedica razvoja telekomunikacija i računalnih mreža
Više radnih stanica povezuje se u lokalnu mrežu za razmjenu lokalnih informacija (LAN – Local Area Network). Početkom sedamdesetih nastaju standardi (ARCnet, Token ring, Ethernet….). Ethernet standard IEEE 802.3 vodeći standard.
Temelj ARPAnet mreže bila je tehnologija komutiranja digitalnih paketa. Odluke o prosljeđivanju paketa donose uređaji u čvorovima mreže (sučelja za procesiranje poruka, IMP – Interface Message Processors, usmjernici – router)
Mrežu čine paketni prijenos podataka, redundantno povezani čvorovi sa usmjernicima i javna dostupnost – struktura Interneta
Krajem sedamdesetih National Science Foundation (NSF) stvara nasljednika ARPAnet-a – okosnica (backbone) sa šest povezanih superračunala i novom mrežnom podrškom, skup TCP/IP protokola upotrebljava se kao poveznica, spajaju se regionalne mreže i dobiva se NSFnet, upravljanje dijelovima mreže preuzimaju komercijalne kompanije (četiri mrežna operatera) povezane preko nove okosnice – pristupnih točaka (NAP – Network Access Points)
ARPAnet i NSFnet – infrastruktura Interneta, operateri razvijaju i preko granica Amerike, www usluga 1992., šire davatelji internetskih usluga (ISP – Internet Service Providers) povezivanjem i ponudom usluga i privatnim osobama.
1.1.2. Vrste računalnih mreža
Prema geografskom području koje pokrivaju:
lokalne mreže (LAN – Local Area Networks) – na ograničenom području, standard Ethernet IEEE 802.3
gradske mreže (MAN – Metropolitan Area Networks) – npr. kabelske mreže razvijene iz kabelske tv i Metroethernet mreže na Ethernet standardu
Lokalne mreže
globalne mreže (WAN – Wide Area Networks) – za povezivanje geografski udaljenih lokalnih mreža pomoću davatelja telekomunikacijskih usluga (TSP – Telecom Service Providers) ili pomoću davatelja internetskih usluga (ISP – Internet Service Provider)
1.1.3. Internet
Internet je skup računalnih mreža koje se koriste zajedničkim protokolima (komunikacijski sustavi i pravila) i pružaju zajedničke usluge korisnicima.
Korisnici se spajaju na Internet putem telekomunikacijske mreže tvrtke koja pruža uslugu pristupa. Lokalni davatelji povezani su s regionalnim davateljima, a oni su povezani sa središnjom brzom mrežom (okosnica, backbone, Tier-1).
Okosnica je skup najvećih ISP-ova (nacionalni, međunarodni operatori, AT&T, Level 3, Sprint) međusobno povezanih pristupnim točkama (IXP – Internet Exchange Point). To su iznimno brze mreže povezane optičkim vezama visoke propusne moći. Veće se okosnice povezuju i izravno pomoću usmjernika (private peering).
1.1.4. Načini povezivanja uređaja u mreži
točka-točka (Point to Point) – poruke se izravno šalju samo između dva uređaja
dijeljena veza (Shared link) – svi korisnici koriste zajednički komunikacijski kanal, pa je moguće istovremeno slati poruku svim korisnicima ili grupi korisnika
1.1.5. Načini prespajanja prometa u mreži
komutacija linija (Circuit switching) – uspostavlja se veza između dva uređaja koji žele komunicirati, nakon čega im je za prijenos podataka na raspolaganju (otvoren) cijeli komunikacijski kanal. Nakon zauzimanja komunikacijskog kanala, ostali uređaji ne mogu prenositi podatke. Ovaj je slučaj najčešći u telekomunikacijskim mrežama, npr. klasična telefonska linija.
komutacija paketa (Packet switching) – mreže koje kao sustav prijenosa koriste komutaciju paketa ne rezerviraju kanal za prijenos podataka, nego se poruka koja se šalje dijeli na manje dijelove – pakete. Svaki se paket prema odredištu prosljeđuje neovisno i može stići različitim putem i redoslijedom. Svaki paket u zaglavlju ima redni broj koji osigurava da se na odredištu poruka može vratiti u prvobitno stanje. Komunikacijskim kanalom istodobno putuju paketi različitih poruka. Kad je kanal zauzet slanjem paketa, ostali su u redu čekanja u uređaju.
1.1.6. Činitelji koji utječu na prijenos podataka
Osnovne mjere i veličine za iskazivanje performansi mreže:
brzina prijenosa (bandwidth) – označava količinu, volumen ili kapacitet informacija/podataka koje u jedinici vremena pojedini mrežni sustav ili medij može prenositi, mjeri se brojem bitova u jedinici vremena.
kašnjenje (latency) – vrijeme potrebno da poruka (paketi) stigne kroz mrežu od ishodišta do odredišta. Kašnjenje može biti uzrokovano vremenom putovanja signala, vremenom obrade paketa u mrežnim uređajima ili zbog čekanja na red za obradu.
gubitak paketa (packet loss) – mjera vjerojatnosti gubitka paketa zbog redova čekanja u kojima zbog ograničenog kapaciteta može doći do gubitka paketa koji nisu stali u red. Događa se pri velikoj opterećenosti mreže. Kod pouzdanije mreže broj izgubljenih paketa u odnosu na broj prenesenih je manji.
1.2. Komponente mreže
Računalna mreža je skup povezanih uređaja (ili aplikacija koje oni izvode) koji međusobno komuniciraju i programske podrške (protokola) koja to omogućuje.
Komponente mreže:
krajnji uređaji – ishodište i odredište podataka koji se mrežom šalju (računala, pisači, VoIP telefoni, kamere, mobilni uređaji…). Mogu imati ulogu klijenta/poslužitelja. Klijent šalje zahtjev za podacima, poslužitelj vraća podatke ili odbija zahtjev. Poslužitelj je svaki uređaj koji nudi svoje resurse na upotrebu drugim uređajima (npr. podatke s diska). Klijent je računalo koje se koristi uslugama poslužitelja.
mrežni uređaji – složenije mreže sastoje se od više mrežnih uređaja.
Uređaj koji omogućuje fizičko povezivanje krajnjeg uređaja s mrežom/mrežnim uređajima je mrežni prilagodnik (NIC – Network Interface Card). Pretvara podatke iz računala u oblik pogodan za slanje na medij (organizira podatke u predefinirani format, u električni, svjetlosni ili radiosignal) i prihvat s medija za prijenos podataka. Ima fizičku adresu za jednoznačno prepoznavanje.
Preklopnik (switch) omogućuje povezivanje više računala u lokalnu mrežu. Prosljeđuje podatke između računala temeljem tablice u kojoj su zapisane veze između fizičkih adresa mrežnih prilagodnika i sučelja (portova) preklopnika na koje su ti prilagodnici priključeni. Kada podaci uđu kroz sučelje preklopnika, preklopnik pročita adresu ishodišta i ako nije u tablici upiše je te tako dinamički popunjava tablicu i “uči” koje su adrese na kojem sučelju. Zatim pročita adresu odredišta i u tablici potraži tu adresu te pročita sučelje na koje treba proslijediti podatke. Ako u tablici ne pronađe odredišnu adresu, preklopnik šalje podatke na sva sučelja osim ishodišnog.
Usmjernici (routers) povezuju logičke mreže i omogućuju komunikaciju između njih, nalaženjem najboljeg puta za podatke/pakete od ishodišta do odredišta. Usmjernik mora imati informacije o mrežama zapisane u tablici (usmjernička tablica, routing table). Usmjernička tablica može se ažurirati ručno (administrator) ili automatski (program, usmjernički protokol, routing protocols).
Ostali uređaji obuhvaćaju optički terminalni uređaj, modem, bežične pristupne stanice (access point), sigurnosne uređaje (firewall) i druge, a ovise o tehnologiji i mediju za prijenos.
(komunikacijski) mediji za prijenos podataka – povezuju krajnje i mrežne uređaje, omogućuju prijenos podataka kroz mrežu (bežično ili pomoću kabela)
vrste kablova:
koaksijalni – dva bakrena vodiča koncentrično unutar kabela (kabelske mreže)
bakrena parica – telefonija, dvije međusobno izolirane bakrene žice, upredene kako bi se smanjile EM smetnje
optički kabel – stakleno ili plastično vlakno za prenošenje svjetlosnih impulsa, za prijenos signala s velikom propusnom moći bez većih gubitaka na većim udaljenostima, otporan na EM smetnje i interferencije
bežični prijenos – kao medij upotrebljava prostor za slobodno rasprostiranje EM valova
Izbor medija vrši se s obzirom na maksimalnu propusnost (bandwidth), maksimalnu udaljenost prijenosa, vanjskim utjecajima, cijenu instalacije i održavanja.
mrežni protokoli – definiraju pravila komunikacije uređaja u mreži. Protokol je niz pravila i postupaka koji omogućuju upravljanje, izvršavanje i kontrolu procesa prijenosa podataka. Ako se računalo želi priključiti na mrežu, mora podržavati protokol te mreže. Najpoznatiji skup protokola je TCP/IP (Internet), hijerarhijski su organizirani za točno određenim ulogama/zadacima. Korisničke aplikacije koriste te protokole kako bi komunicirale i razmjenjivale informacije.
1.3. Mrežni modeli
Standardiziranje računalnih mreža potrebno je zbog heterogenosti mrežne sklopovske i programske podrške. Međunarodna organizacija ISO (International Standards Organization) 1983. objavila je preporuke za referentni model mreže OSI (Open System Interconnection) – mreža se dijeli na slojeve sa točno određenim funkcijama.
Prednosti: mreža je podijeljena na manje dijelove manje složenosti, mrežne komponente su standardizirane radi međusobne komunikacije, ubrzan je razvoj mreža, pojednostavljena je poduka i učenje o mrežama, promjene u slojevima su nezavisne
1.3.1. Mrežni model OSI
Dijeli mrežnu komunikaciju na sedam slojeva sa definiranim ulogama u prijenosu podataka.
Aplikacijski sloj – povezivanje aplikacija korisnika i mrežne programske podrške, ishodište i odredište svih podataka.
Prezentacijski sloj – prevođenje sadržaja u jezik razumljiv mrežnom dijelu programske podrške radi prijenosa mrežom (enkripcija i dekripcija podataka)
Sloj sesije – uspostava i održavanje sesije između procesa koji komuniciraju (upravljanje dijalogom (tko je na redu za slanje poruka) i sinkronizacija prijenosa podataka između uređaja (podjela prijenosa na dijelove, sinkronizacijske točke, nastavak od prethodne sinkronizacijske točke u slučaju greške)
Transportni sloj – priprema podataka za prijenos, segmentiranje podataka u manje cjeline, dodavanje zaglavlja sa podacima potrebnim za prijenos (redni broj segmenta, broj aplikacije kojoj segment pripada…)
Mrežni sloj – pridruživanje zaglavlja (svakom segmentu) sa podacima za adresiranje (ishodišna i odredišna adresa) i za prosljeđivanje podataka, usmjeravanje do odredišta
Sloj podatkovne veze – priprema pakete za slanje na fizički medij tako da ih stavlja u okvire (ishodišnu i odredišnu fizičku adresu uređaja) i šalje na medij za prijenos podataka
Fizički sloj – definiranje fizičkih, sklopovskih značajki mreže (značajke uređaja i medija, metode prijenosa podataka…)
1.3.2. Mrežni model TCP/IP
Dio funkcija transportnog sloja u modelu TCP/IP unutar modela OSI dodijeljen je sloju sesije.
1.4. Enkapsulacija podataka kroz mrežni model OSI
Podaci putuju slojevima modela OSI točno određenim redoslijedom. Kod slanja podataka mrežom, podaci kreću od aplikacijskog sloja, a na računalo koje prima podatke put je obrnut, pa kreće od fizičkog sloja. Svaki sloj ima svoju ulogu u pripremi podataka za slanje odnosno primanje.
Aplikacija ima podatke za slanje -> aplikacijski sloj -> transportni sloj (dijeljenje na segmente, dodavanje zaglavlja (enkapsulacija podataka) sa rednim brojem segmenta i dr.) -> mrežni sloj (dodaje zaglavlja sa ishodišnom i odredišnom adresom = paket) -> sloj podatkovne veze (mrežni prilagodnik), paket se stavlja u okvir (u zaglavlje okvira upisuje se ishodišna i odredišna fizička adresa, a u završni dio provjera ispravnosti prijenosa) -> fizički sloj (prenosi okvir kao niz bitova medijem). Kada okvir stigne do odredišta, počinje proces dekapsulacije -> sloj podatkovne veze predaje paket -> mrežni sloj (skida zaglavlje, predaje segment) -> transportni sloj (skida zaglavlje, prosljeđuje podatke aplikaciji) = dekapsulacija
Poveznice: