3.1. Zadaci sloja podatkovne veze

Sloj podatkovne veze definira tehnologije pristupa mrežama i mrežnim medijima. Na sloju podatkovne veze nizovi bitova s fizičkog sloja postaju informacija. Grupe bitova predstavljaju određenu informaciju i čine okvir (frame). Struktura okvira ovisi o tehnologiji koja se upotrebljava. Na slici je kreiranje okvira na sloju podatkovne veze iz niza bitova s fizičkog sloja.

Protokoli na sloju podatkovne veze definiraju:

fizičko adresiranje – strukturu fizičke adrese
enkapsulaciju podataka – strukturu okvira
kontrolu prijenosa podataka – postupke kojima će okvir biti proslijeđen (flow control)

3.2. Format okvira

Na sloju podatkovne veze ima više tehnologija i svaka definira svoj oblik okvira. Opći oblik okvira sloja podatkovne veze je:

početak okvira (frame start) –  jedinstven niz bitova koji se ne može pojaviti nigdje drugdje u okviru. Koristi se kako bi mrežni uređaj mogao odrediti na kojem mjestu u nizu bitova počinje okvir.

polje adresa (addressing) – adresiranje drugog sloja, mijenja se ovisno o tehnologiji (npr. Ethernet mreže definiraju 48-bitno polje MAC adrese polazišta i odredišta).

tip (type) –  tip podatkovnog dijela okvira.

upravljačko polje (Control Field) – podaci za upravljanje vezom se kao i polje adresa jako razlikuju ovisno o tehnologiji.

Završetak okvira obično obuhvaća:

polje provjere (Error Detection) – polje čijom se vrijednošću koristi u provjeri ispravnosti okvira. Ovo polje nastaje izračunom ostalih vrijednosti iz okvira. U slučaju da je došlo do grešaka u komunikaciji, vrijednost ovog polja neće odgovarati izračunatoj. 

kraj okvira (Frame Stop) –  polje koje ima jednaku svrhu kao i polje početka okvira u zaglavlju, uz razliku što definira kraj okvira. U slučaju uzastopnih okvira katkad polje kraja okvira ujedno označava i početak slijedećeg.

3.3. Standardi i tehnologije

Standarde i tehnologije sloja podatkovne veze definira nekoliko organizacija. Četiri su osnovne organizacije za standardiziranje tehnologija drugog sloja OSI modela:

ISO
IEEE
ANSI
ITU

3.4. Upravljanje pristupom mediju

Sloj podatkovne veze upravlja pristupom mediju. Postoje dva osnovna načina povezivanja uređaja:

točka-točka (point to point)

dva se uređaja povezuju izravno i odvojeno od drugih, dakle samo se dva uređaja nalaze na unicast multicast broadcast comparisonmediju. Tijekom komunikacije ne postoji mogućnost da će neki drugi uređaj upasti u vezu. Okviri koji putuju od jednog prema drugom uređaju sami su na mediju. Slučaj u kojem bi se dva okvira ili signala susrela na istom mediju naziva se kolizija. U toj bi situaciji oba okvira bila izgubljena jer bi im se signali kojima se prenose izmiješali. Kolizija je dugo predstavljala problem jer je uzrokovala gubitke podataka, a samim time i potrebu za ponovljenim slanjem te usporenjem mrežnog prometa. Povezivanjem uređaja u ovaj spoj kolizija se može teoretski dogoditi samo u slučaju kad bi oba uređaja poslala okvire istodobno. Ta se situacija lako izbjegne odvajanjem medija/kanala za slanje i primanje pa uređaj šalje po kanalu na kojem drugi uređaj prima podatke. Na drugom se kanalu događa isto samo u drugom smjeru.

dijeljeni medij (shared medium)

povezivanje uređaja na dijeljeni medij znatno naglašava problem kolizije. Na dijeljenom mediju može se pojaviti veći broj mrežnih uređaja koji će komunicirati istodobno. Čak i da su kanali za slanje i primanje odvojeni na dijeljenom mediju nije moguće bez posebnih uređaja odvojiti svaki mrežni uređaj zasebno. Pri takvom su povezivanju kolizije česta pojava i izravno su proporcionalne broju uređaja koji pristupaju mediju.

Zbog problema kolizije potrebno je na sloju podatkovne veze definirati metode pristupa mediju koje obuhvaćaju rješavanje ili izbjegavanje kolizija.

Pristup rješavanju problema kolizija može biti:

kontrolirani pristup

kontrolirani pristup u potpunosti izbjegava kolizije. Ove metode definiraju prioritete pristupa i dopuštaju samo jednom uređaju pristup na medij u određenom trenutku. Primjer kontroliranog pristupa je metoda predaje oznake (token). Ova metoda definira poseban okvir sa oznakom koji kruži po uređajima spojenim na dijeljeni medij. Onaj uređaj koji u danom trenutku posjeduje oznaku, može slati podatke na medij. Nakon što je uređaj proslijedio podatak, predaje oznaku slijedećem uređaju. Ako neki od uređaja nema podataka za slanje, oznaka se predaje dalje. Kako na mediju može postojati samo jedna oznaka koja se nalazi na samo jednom uređaju u određenom trenutku, kolizija nije moguća jer niti jedan uređaj osim onog koji posjeduje oznaku ne može slati podatke. Mreže koje se koriste ovakvim načinom pristupa na medij su Token Ring i Fiber Distributed Data Interface (FDDI).

s natjecanjem za pravo pristupa

Natjecanje za pravo pristupa su metode u kojima uređaji provjeravaju medij i ako vide da je medij slobodan, šalju podatke. Ova metoda smanjuje kolizije ali ih ne uklanja u potpunosti. Naziv joj dolazi od jednostavnog sustava koji definira da niti jedan uređaj na mediju nema pravo prioriteta, već u trenutku slanja uređaj sam odlučuje je li medij slobodan te može li slati podatke. Bez obzira na provjeru je li medij slobodan, moguće su situacije u kojima se kolizija ipak događa. To su situacije kada dva uređaja istodobno provjeravaju medij ili kada signal s jednog kraja mreže još nije došao do uređaja na drugom kraju mreže i uređaj koji provjerava medij pogrešno zaključi da je medij slobodan.

Sustavi koji spadaju u metode natjecanja s pravom pristupa su:

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) – osnovni sustav na Ethernetu
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) – koristi se u bežičnim WLAN mrežama

3.5. Smjer komunikacije

Komunikacija između dva mrežna uređaja je obično dvosmjerna što može biti izvedeno kao:

poludvosmjerna veza (Half Duplex)

kod ovog tipa komunikacije mediji za prijenos podataka su dvosmjerni, ali bez obzira što svaki smjer ima svoj komunikacijski kanal, prosljeđivanje informacija ne može se odvijati u oba smjer istodobno. U slučaju da oba uređaja moraju slati podatke, doći će ili do kolizije ili će jedan od uređaja morati pričekati da se medij oslobodi. Tipična izvedba takve komunikacije je Ethernet izveden pomoću koncentratora. Ovakvo rješenje povećava mogućnost kolizije i usporava mrežu, što zbog kolizije, što zbog svoje jednosmjernosti tijeka podataka. Odredišno računalo mora prvo primiti okvir prije nego što će poslati neki drugi okvir u suprotnom smjeru.

Koncentrator radi tako da okvir koji se pošalje kroz jedno sučelje dobiju sva računala priključena na ostala sučelja. Kad jedan šalje, svi ostali slušaju i ne mogu slati. Koliko god koncentratora spojili u mrežu, uvijek imamo samo jednu kolizijsku domenu. Što više koncentratora spajamo u mrežu, sukladno tome i više računala, povećavamo vjerojatnost kolizije signala.

potpuno dvosmjerna veza (Full Duplex)

ova komunikacija dopušta proljeđivanje informacija u oba smjera istodobno. Danas je ovakav oblik komunikacije najčešći u računalnim mrežama. Računala i mrežni uređaji mogu istodobno slati i primati podatke. Primjer izvedbe je Ethernet izveden pomoću preklopnika. Ako Ethernet preklopnik (switch) radi u potpuno dvosmjernoj vezi, u potpunosti su izbjegnute kolizije. Razlog tomu je što preklopnik, za razliku od koncentratora, ne šalje okvire primljene na jednom sučelju na sve ostale, već točno na ono sučelje na kojem se nalazi odredišno računalo. Kolizija između preklopnika i računala nemoguća je jer je komunikacija u potpunosti dvosmjerna.

3.6. Ethernet

Ethernet lokalnu mrežu prvi je put publicirao konzorcij triju tvrtki 1980., 1985. ga uz manje modifikacije zbog kompatibilnosti s OSI modelom prihvaća IEEE pod brojem 802.3 kao opći standard za lokalne mreže. Ethernet radi na prva dva sloja modela OSI, na fizičkom sloju i donjoj polovici sloja podatkovne veze koji je poznat kao MAC podsloj (Media Access Control). Gornji dio sloja podatkovne veze je LLC podsloj (Logical Link Control) i on je definiran 802.2 standardom. Fizički sloj uključuje mrežne uređaje, fizičku topologiju mreže, signale i nizove bitova koji putuju medijem za prijenos podataka. MAC podsloj podatkovnog sloja primijenjen je na mrežnom prilagodniku (Network Interface Card).

Dva su osnovna zadatka MAC podsloja na sloju podatkovne veze OSI modela:

enkapsulacija podataka
kontrola pristupa mediju za prijenos podataka

Enkapsulacija podataka ima tri osnovne funkcije:

kreiranje okvira
adresiranje
otkrivanje pogrešaka

Kontrola pristupa mediju za prijenos podataka ima slijedeće funkcije:

upravljanje slanjem i primanjem okvira pomoću medija za prijenos podataka
rješavanje situacija ako dođe do pogrešaka pri prijenosu podataka

Uspješnost i trajnost Etherneta osigurana je kroz:

jednostavnost i lakoću upotrebe
pouzdanost
nisku cijenu instalacije i održavanja

Izvorni Ethernet razvio se na mrežama koje su se koristile koaksijalnim kabelima. Fizička topologija koja definira način na koji su uređaji spojeni bila je sabirnica (bus). Računala su se povezivala u niz na koaksijalni kabel u dvije izvedbe ovisno o tipu kabela. Prva izvedba bila je upotrebom debelog koaksijalnog kabela (thick). Računala su se povezivala tzv. “vampirskim ugrizima”, vampire trap) na kabel. Zapravo se kabel doslovno bušio do jezgre kako bi se ostvario spoj. Debeli koaksijalni kabel bio je krut i otežan za instalaciju pa ga je zamijenio tanji koaksijalni kabel (thin). Upotrebom ovog kabela više nije bilo potrebno bušiti kabel, već se spoj ostvarivao s T-konektorima. Koaksijalni kabel potrebno je terminirati na krajevima s otpornikom (terminator).

Razvoj Etherneta išao je u smjeru korištenja kvalitetnijim kabelima i povećanja brzine pa je tako postupno koaksijalni kabel zamijenjen kabelom s upredenim paricama (twisted pair, TP) i to posebno varijantom bez dodatne zaštite (unshielded twisted pair, UTP).

Korištenje ovim kabelima nije dopuštalo fizičku topologiju sabirnice pa je dodan novi uređaj u Ethernet mreže, koncentrator (hub). Koncentrator je prebacio fizičku topologiju Etherneta na zvijezdu (star), no logička je topologija još uvijek bila sabirnica jer je koncentrator okvire koje je dobio na jednom sučelju slao na sva ostala sučelja. Logička topologija sabirnica uzrokovala je probleme s kolizijama i nije mogla zadovoljiti potrebe za brzinama modernih mreža. 

Preklopnik (switch) je uređaj koji je donio odgovor na probleme koncentratora. Ethernet preklopnik je u stanju učiti fizičke adrese (MAC adrese) računala povezanih na sučelja preklopnika i na osnovi toga isporučivati podatke samo na ona sučelja kojima su namijenjeni.

Ethernet je od izvorne inačice doživio brojne nadogradnje. Ove su nadogradnje ponajprije išle prema povećanju brzine i upotrebi novih, bržih medija. Najveća prednost novijih Ethernet tehnologija jesu izmjene isključivo na fizičkom sloju. Brže Ethernet tehnologije samo imaju brža vremena slanja i primanja jednog bita podatka dok je zadržan originalni Ethernet okvir što omogućuje kompatibilnost prema starijim verzijama Etherneta.

3.6.1. Tipovi Etherneta

Ethernet je pokriven 802.3 standardima. Definirane su četiri brzine za prijenos pomoću UTP kabela i optičkog vlakna:

10 Mb/s – 10Base  – T Ethernet
100 Mb/s – Fast Ethernet
1000 Mb/s – Gigabit Ethernet
10 Gb/s – 10 Gigabit Ethernet

10 Mb/s Ethernet

10BASE5 izvorna specifikacija Etherneta. Upotrebljavao se debeli koaksijalni kabel u koji su se doslovno bušile rupe kako bi se dodavali novi klijenti.

10BASE2 (ThinNet) 50omski koaksijalni kabel povezuje mrežne uređaje putem T-konektora, a na krajevima zahtjeva terminatore. Brzine ove tehnologije su 10Mb/s. Stekao je veliku popularnost i bio najraširenija Ethernet tehnologija do pojave UTP kabela.

10BASE-T upotrebljava dvije parice. Kabel može biti kategorije 3 ili 5. Za povezivanje uređaja upotrebljava se koncentrator ili preklopnik. Brzine su 10Mb/s. Koristi se Manchester kodiranjem.

100 Mb/s Fast Ethernet

100BASE-TX upotrebljava dvije parice, ali zahtjeva kategoriju 5 kabela. Fizička topologija je zvijezda sa 100 Mb/s brzinama.

100BASE-FX na optičkom kablu.

100BASE-BX standard prijenosa preko jedne optičke niti a prijem i predaja Tx i Rx su na različitim valnim duljinama.

1Gb/s Gigabit Ethernet

1000BASE-T na kabelu kategorije 5e

1000BASE-SX optičke veze

1000BASE-LX optičke veze. Dopušta veće udaljenosti na single-mode kabelu

1000BASE-BX optičke veze. Standard prijenosa 100Mb/s preko jedne optičke niti, a prijem i predaja (Tx i Rx) su na različitim valnim duljinama.

1000BASE-CX za vrlo kratke udaljenosti (do 25m). Upotrebljavao se specijalni bakreni kabel.

10-gigabitni Ethernet

IEEE 802.3ae je standard koji uključuje 10Gb/s, full duplex prijenos podataka preko optičkog kabela. Vrlo sličan je standardu 802.3. Ima isti format okvira kao i ostale verzije Etherneta. Na upotrebljava se više samo u LAN mrežama, već i u MAN i WAN mrežama tako da Ethernet danas nije samo standard za LAN mreže na malim udaljenostima, već je i MAN i WAN standard.

3.6.2. CSMA/CD

U Ethernet mreži svi uređaji koji se nalaze na istom mrežnom segmentu natječu se za prijenos podataka. Svaki uređaj osluškuje signale na mediju za prijenos podataka i ako je medij slobodan, šalje podatke. Ostali uređaji utvrđuju da je medij zauzet i čekaju da se oslobodi. Zbog dužine medija za prijenos podataka i realnog vremena potrebnog da signal s jednog kraja medija dođe do drugog kraja može doći do situacije u kojoj dva ili više uređaja misle da je medij za prijenos podataka slobodan. u tom slučaju istodobno šalju podatke pa dolazi do kolizije signala. Ako dođe do kolizije mrežni prilagodnici koji su pokušali slati podatke utvrđuju koliziju i povlače se s medija. Nakon toga u različitim vremenima unutar predefiniranog vremenskog intervala pokušavaju ponovo. Sustav koji upravlja slanjem podataka na medij za prijenos i rješavanjem kolizije (ako se dogodi) zove se CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision detect).

Carrier sense –  označava da uređaj sluša je li medij slobodan za slanje podataka. Ako je slobodan, šalje podatke. Nakon slanja ponovno se vraća u stanje slušanja.

Multiple access –  označava da su svi uređaji spojeni na isti medij.

Collision detect – svi Ethernet mrežni prilagodnici slušaju signale na mediju za prijenos podataka kako bi saznali je li medij slobodan, zauzet ili je došlo do kolizije. Prvi uređaj koji detektira koliziju šalje tzv. JAM signal kojim obavještava ostale uređaje da je došlo do kolizije. Uređaji pokreću tzv. backoff algoritam. Taj algoritam povlači uređaje koji su sudjelovali u koliziji s medija. Unutar predefiniranog intervala vremena proizvodi se slučajno vrijeme nakon kojega mrežni prilagodnik ponovno pokušava poslati podatke. Slučajni interval vremena proizvodi se na svakom mrežnom prilagodniku da ponovno ne bi došlo do kolizije. Vjerojatnost kolizije povećava se što su udaljenosti između uređaja veće (tj. duljinom kabela).

3.6.3. Kolizijska i broadcast domena

Vjerojatnost da dođe do kolizije povećava se s brojem uređaja na jednom Ethernet segmentu. Ethernet segment unutar kojega može doći do kolizije zove se kolizijska domena. Na slici je Ethernet lokalna mreža izvedena pomoću koncentratora (hub) i UTP kabela.

Koncentrator je uređaj koji dobiveni okvir prosljeđuje na sva ostala sučelja. Dakle, istodobno podatke može slati samo jedno računalo. Svi uređaji koji su spojeni na koncentrator nalaze se u istoj kolizijskoj domeni. Vjerojatnost da dođe do kolizije povećava se brojem računala u kolizijskoj domeni.

Danas kolizija u Ethernet mrežama nije više problem jer se umjesto koncentratora upotrebljavaju preklopnici koji rade u potpuno dvosmjernom načinu rada (full-duplex) i u sebi imaju ugrađenu inteligenciju donošenja odluka kroz koje sučelje će poslati okvir. Preklopnici segmentiraju mrežu na više kolizijskih domena. Zapravo, svako sučelje preklopnika je jedna kolizijska domena. Kažemo da preklopnik dijeli Ethernet kolizijsku domenu na mikrosegmente. Ako sučelja preklopnika rade u potpuno dvosmjernom modu, ne može doći do kolizije.

Kolizijske domene su područja unutar kojih može doći do kolizije signala. Postoje i broadcast domene u Ethernet mreži. To je područje unutar kojega se razmjenjuju broadcast poruke. Mreža s preklopnicima je jedna broadcast domena.

Broadcast poruke su poruke koje su namijenjene svim uređajima. Preklopnik kao uređaj smanjuje kolizijske domene, ali dopušta broadcast promet. LAN mreža s preklopnicima je jedna broadcast domena (pod uvjetom da nisu kreirane VLAN mreže). Broadcast domena je područje unutar kojeg se razmjenjuju broadcast poruke.

Smanjivanje vjerojatnosti kolizije pri projektiranju lokalne mreže bilo je bitno u vrijeme upotrebe koaksijalnog kabela ili koncentratora. Danas se upotrebljavaju preklopnici u potpuno dvosmjernom načinu rada i problem kolizije više ne postoji. Problem broadcast prometa i dalje je prisutan u lokalnim mrežama.

3.6.4. Načini komunikacije u Ethernet mreži

U mrežama s preklopnicima moguće su tri vrste komunikacije:

jednoodredišna (unicast)
višeodredišna (multicast)
broadcast

Jednoodredišna komunikacija je kad samo jedan uređaj šalje podatke i samo jedan uređaj prima podatke.

U višeodredišnoj komunikaciji jedan uređaj šalje podatke, a grupa uređaja prima podatke.

Broadcast komunikacija je kada jedan uređaj šalje podatke svim uređajima u mreži.

3.6.5. Ethernet okvir

Polje preambula i početak okvira upotrebljavaju se za sinkronizaciju ishodišnog i odredišnog uređaja. Ovi okteti govore primatelju da se pripremi za prihvat okvira. Odredišna i ishodišna MAC adresa su fizičke adrese primatelja i pošiljatelja. Polje duljina/tip definira duljinu polja podaci u oktetima ili tip podataka koje prenosi. Duljina podataka može biti od 46 do 1500 okteta. Parametar tip označava koji je protokol više razine enkapsuliran u okvir. Ako je vrijednost u tom polju veća ili jednaka 0x0600 hex, tada je u tom polju kod enkapsuliranog protokola. Ako je broj manji, označava duljinu podataka. Zadnje polje u okviru je polje za provjeru ispravnosti prijenosa podataka (Frame Check Sequence).

3.6.6. Fizička adresa uređaja

MAC adresa (Media Access Control) je duljine 48 bitova i označava se u hex formatu. Fizičko adresiranje nije hijerarhijsko kao IP adresiranje. Te adrese možemo smatrati slučajnim brojevima. Tu vrstu adresiranja nazivamo ravnim adresiranjem (flat). MAC adresa sastoji se od dva dijela. Prvi dio je OUI (Organizational Unique Identifier). Dug je 24 bita i označava proizvođača mrežnog prilagodnika. Drugi je dio također 24 bita i proizvoljno ga upisuje proizvođač mrežnog prilagodnika.

Različiti proizvođači mogu MAC adresu prikazati u različitom formatu. Npr. 00-05-9A-3C-78-00, 00:05:9A:3C:78:00 ili 0005.9A3C.7800.

3.6.7 Kašnjenje u mreži

Kašnjenje u Ethernet mreži je vrijeme potrebno Ethernet okviru da stigne od ishodišnog mrežnog prilagodnika do odredišnog mrežnog prilagodnika.

Do kašnjenja dolazi zbog:

– vremena potrebnog da ishodišni mrežni prilagodnik postavi signal na medij i vremena potrebnog da odredišni mrežni prilagodnik interpretira te signale
– vremena potrebnog da signal prijeđe put od ishodišnog mrežnog prilagodnika do odredišnog mrežnog prilagodnika
– kašnjenja u uređajima kroz koje signal prolazi. Svaki uređaj treba određeno vrijeme da procesuira podatke i proslijedi ih. Kašnjenje uzrokuju uređaji na prvom, drugom i trećem sloju modela OSI. Najmanje kašnjenje uzrokuju uređaji na fizičkom sloju kao što je koncentrator (hub). Preklopnik uzrokuje veće kašnjenje jer obavlja i više posla. Najveće kašnjenje je u usmjerniku. Što uređaj obavlja više posla, odnosno donosi više odluka, veće je i kašnjenje.

3.6.8. Zagušenje u mreži

Glavni razlog segmentiranja mreže u manje dijelove je međusobno izoliranje prometa da bi se što bolje iskoristila širina pojasa (bandwidth). Bez odvajanja pojedinih dijelova može doći do zagušenja mreže. S preklopnikom ne može doći do kolizije, ali propušta broadcast promet koji može biti izvor neprilika u radu mreže.

Najčešći uzroci zagušenja u mreži su:

– današnja tehnologija u krajnjim uređajima (procesori, sabirnice, periferni uređaji…) šalje sve veću količinu podataka u određenom vremenu u mrežu
– broadcast poruke imaju utjecaja na rad mrežnih uređaja i krajnjih uređaja u mreži. Uređaji moraju pročitati broadcast poruke i kad nisu namijenjene njima
– mrežne aplikacije zahtjevaju sve veću širinu pojasa jer moraju procesuirati sve veću količinu podataka. Primjeri takvih aplikacija su videoaplikacije (video on demand), učenje preko mreže i mnoge druge.

3.6.9. Preklopnici u lokalnoj mreži

Više uređaja spojenih na preklopnik može komunicirati istodobno. Tipične brzine prijenosa su 100/1000 Mb/s. Preklopnik radi u potpuno dvosmjernom načinu rada koji omogućuje istodobno slanje i primanje podataka. Zbog toga ne može doći do kolizije. U RAM-u preklopnika nalazi se tablica MAC adresa (MAC Address Table) u koju preklopnik upisuje MAC adresu računala i broj sučelja na koje je računalo priključeno.

Ako preklopnik primi okvir na nekom od sučelja napravit će:

– pročitat će ishodišnu adresu u okviru
– ako se adresa ne nalazi u MAC tablici, upisat će u MAC tablicu ishodišnu MAC adresu i broj sučelja na koje je okvir ušao. Na taj način dinamički popunjava tablicu i uči koje su adrese na kojem sučelju
– pročitat će odredišnu adresu u okviru
– potražit će tu adresu u MAC tablici i pogledati koje je sučelje pridruženo toj adresi. Proslijedit će okvir samo na to sučelje
– ako u MAC tablici ne postoji adresa jednaka odredišnoj u okviru, preklopnik će proslijediti okvir na sva sučelja, osim na sučelje kroz koje je okvir ušao
– ako se u odredišnoj adresi nalaze sve jedinice (broadcast adresa), tada se okvir također prosljeđuje na sva sučelja osim sučelja na koje je okvir ušao.

Primjeri:

Prezentacija

3.7. Hijerarhijski model lokalne mreže

Današnje lokalne mreže ne služe samo za prijenos poslovnih podataka u užem smislu, već i za sve vrste komunikacija potrebnih u poslovnom okruženju (podaci, zvuk slika). Moderne mreže mogu prenositi sve vrste informacija. To na više razina povećava učinkovitost u poslovnom okruženju gdje se kroz samo jednu infrastrukturu razmjenjuje sve vrste informacija. Više ne treba imati posebne uređaje i mrežnu infrastrukturu za prijenos podataka, telefonsku mrežu ili videokonferencije. Nisu potrebne posebne skupine ljudi obučene za svaku od tih infrastruktura. Takav je pristup jeftiniji, ali bitnije je da je i učinkovitiji. Proces razmjene informacija i donošenja odluka mnogo je brži.

Računalne su mreže danas u mogućnosti integrirati prijenos svih vrsta informacija. Mediji za prijenos podataka, mrežni uređaji i mrežni protokoli mogu ispuniti zahtjeve modernog poslovanja. Unatoč tome, kritični je dio dizajn takve mreže. Brzo i učinkovito može raditi samo dobro dizajnirana računalna mreža. Da bi mreža ispunila sve zahtjeve koji se pred nju postavljaju u suvremenom poslovnom okruženju, treba biti dobro i ispravno dizajnirana.

Loš dizajn mreže može napraviti mnogo štete i poništiti sve prednosti današnje mrežne tehnologije. Dizajn koji najbolje kontrolira tijek informacija mrežom i omogućuje optimalno korištenje svim njezinim resursima je hijerarhijski model mreže.

Hijerarhijski model mreže dijeli mrežu na tri odvojene razine. Svaka raziina ima posebne funkcije i ulogu u mreži. Podjelom mreže na razine i dajući svakoj razini određene funkcije, dizajn mreže postaje modularan.

Modularan pristup povećava i pojednostavljuje mogućnosti nadogradnje i upravljanja mrežom te, najbitnije, njezinu učinkovitost.

Hijerarhijski model mreže dijeli mrežu na tri razine:

– razinu pristupa (access layer)
– razinu distribucije (distribution layer)
– razinu jezgre (core layer)

Moguća je situacija da jedan preklopnik obnaša funkcije dvaju ili čak svih triju slojeva. To ovisi o broju preklopnika u mreži, odnosno veličini mreže.

Razina pristupa – razina koja krajnje uređaje spaja na mrežu i kontrolira razmjenu informacija između tih uređaja.

Razina distribucije – na ovoj se razini skupljaju podaci s pristupne razine i prosljeđuju na višu razinu (razina jezgre). Distribucijska razina upravlja protokom informacija kroz mrežu. Preklopnici na ovom sloju trebali bi imati bolje performanse od preklopnika na pristupnom sloju jer zbrajaju promet s pristupnog sloja.

Razina jezgre – ova je razina mrežna okosnica s mrežnim uređajima najboljih performansi jer povezuje ukupan promet s distribucijskih razina. Budući da je ova razina središte mreže kroz koju prolazi sav promet, bitno je da bude stalno dostupna. Da bi se osigurala dostupnost, veze između uređaja na tom sloju trebaju biti redundantne, odnosno trebaju biti udvostručene da bi postojale rezervne veze.

Prednosti hijerarhijskog modela:

• skalabilnost – hijerarhijske se mreže lako proširuju
• performanse – preklopnici visokih performansi na distribucijskoj i jezgrenoj razini omogućuju brz protok informacija kroz mrežu
• zaštita – zaštita na pristupnoj razini na razini sučelja i politika zaštite na distribucijskoj razini čine mrežu sigurnijom
• lakše upravljanje – konzistentnost između preklopnika na svakoj od razina čini mrežu upravljivijom
• lakše održavanje – modularna topologija mreže čini mrežu lakšom za održavanje i nadogradnju

Hijerarhijski model je nužan, ali ne i dovoljan preduvjet da bi lokalna mreža bila dobro dizajnirana. Na umu treba imati još neke parametre, a to su:

– mrežni dijametar
– povezivanje širine pojasa
– redundancija

Mrežni dijametar – broj uređaja koje paket mora proći prije nego što stigne do odredišta. Mrežni dijametar trebao bi biti što manji kako bi se zbog kašnjenja podataka prolazom kroz svaki uređaj samnjilo ukupno kašnjenje do odredišta. Npr, protokol STP prema predefiniranim parametrima podržava mrežni dijametar od najviše sedam uređaja.

Povezivanje širine pojasa – kada se razmotri i utvrdi potreba za širinom pojasa na svakoj razini, može se po potrebi više sučelja, odnosno veza (links), povezati u jednu logičku vezu kako bi se izbjegao zastoj prometa na određenom dijelu mrežu (link aggregation). Povezivanje širine pojasa zove se još i bandwidth aggregation.

Redundancija – redundancija povećava stalnu dostupnost uređaja u mreži. To se može učiniti udvostručavanjem veza između uređaja ili udvostručavanjem samih uređaja. Obje metode poskupljuju implementaciju mreže. Zato treba vrlo pažljivo procijeniti gdje su redundantne veze potrebne. Redundancija se uglavnom implementira na razini distribucije i jezgre.