Računarske mreže

dr Dušan Ljubičić

Beogradska akademija

poslovnih i umetničkih

strukovnih studija

Metode pristupa i

mrežna arhitektura

22

3

Metode pristupa

▪ Jednim kablom prolaze svi podaci – kao

dvosmerna ulica sa jednom trakom

▪ Moraju se definisati pravila da ne bi došlo do

sudaranja podataka

▪ Grupa pravila kojima se definiše prebacivanje

podataka iz računara u kablove i obrnuto naziva

se metoda pristupa

3

4

▪ Metode pristupa moraju važiti za sve umrežene

računare i pomoću njih se računari sprečavaju

da istovremeno pristupe kablu4

5

Osnovne metode pristupa su:

a) Višestruki pristup zajedničkom medijumu

nadgledanjem prisustva nosećeg

signala,

b) Prosleđivanje tokena,

c) Metoda prioriteta zahteva.

5

6

Višestruki pristup zajedničkom

medijumu nadgledanjem prisustva

nosećeg signala (CSMA / CD)

(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)

▪ Kod ove metode pristupa svi računari (server i

klijenti) proveravaju da li je kabl slobodan za

emitovanje

6

CSMA / CD

77

1

2

3

8

▪ Kada je kabl slobodan počinje emitovanje;

▪ Sve dok računar ne primi poslate podatke, drugi

računari ne mogu da šalju podatke;

▪ Kada to pokušavaju dolazi do kolizije: ustanovi

se da slanje nije moguće, a zatim se čeka neko

vreme pa se pokuša ponovo;

8

CSMA / CD

9

CSMA / CD

Kolizija▪ Ukoliko se desi da dva računara istovremeno

pošalju podatke, podaci će se sudariti i uništiti.

Taj slučaj se naziva kolizija

9

Prenos bez kolizije

Detektovana kolizija

10

Kolizija

▪ Svaki računar

ima svoje vreme

čekanja, tako da

je mogućnost da

se dva ista

računara ponovo

“sudare”

minimalna;

10

11

Kolizija

▪ Što je veći broj računara u mreži to je

mogućnost kolizije veća

▪ Što je razdaljina veća teže se otkriva

kolizija

11

12

Drugi naziv - metoda rivaliteta

▪ S obzirom da se računari u mreži bore za pravo

slanja podataka CSMA/CD metoda pristupa

mediju poznata je i kao metoda rivaliteta

▪ Svaki računar pokušava da pošalje podatke i

koji prvi pristupi mreži, taj ih i šalje

▪ https://www.youtube.com/watch?time_continue=

54&v=nyYr3cR5BTw&feature=emb_logo

12

13

Zastarelost metode

▪ Topologija magistrale danas je retka

▪ Računari se povezuju svičevima koji za svaki

računar imaju poseban port

▪ Svaki port predstavlja tzv. kolizioni domen, tako da u

slučaju kada su svi hostovi povezani na mrežu preko

svog vlastitog porta kolizija više nije moguća

▪ Takođe, u Full Duplex eternetu kolizija je

nemoguća jer se za prijem i slanje podataka

koriste različite žice (CSMA/CD je half duplex)

13

14

Istovremeni višestruki pristup

zajedničkom mediju sa nadgledanjem

nosećeg signala sa izbegavanjem kolizije

CSMA/CA

(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

▪ Metod kod kojeg računar, kada detektuje da je kabl

slobodan

▪ prvo šalje signal kojim drugim računarima kaže da ne

šalju podatke

▪ zatim malo sačeka, pa ako je kabl i dalje slobodan

šalje svoje podatke

▪ čeka potvrdu da su podaci stigli primljeni14

15

CSMA / CA

▪ Emitovanje najave slanja podataka povećava obim

saobraćaja i dodatno usporava mrežu

▪ CSMA/CA se koristi u bežičnim LAN mrežama gde

CSMA/CD zbog prirode medija ne može da se

implementira

▪ Signal koji se šalje kroz vazduh putuje ne može da se

osluškuje, a samim tim nije moguća detekcija kolizije

▪ Takođe se koristi i WPAN mrežama i kod Macintosh

sistema

▪ https://www.youtube.com/watch?v=PcbTMSf0D2M

15

16

Metoda kontrole pristupa

prosleđivanjem tokena (token passing)

▪ Koristi se u prstenastim mrežama

▪ Specijalna vrsta paketa podataka kruži od računara do računara (token) i kada naiđe na “slobodan” token (bez podataka drugog računara) računar šalje svoje podatke

▪ U mrežama sa prosleđivanjem tokena ne može da se desi kolizija, a samim tim se ne gubi vreme na ponovno slanje podataka

16

1717

18

▪ Token kruži mrežom sve dok ne naiđe na računar koji želi da šalje podatke

▪ Kada detektuje token, računar koji želi da pošalje podatke, menja okvir tokena u okvir sa podacima, dodaje adresu odredišnog računara i šalje podatke sledećem (susednom) računaru u prstenu

▪ Računar koji je primio okvir sa podacima, ispituje odredišnu adresu i ako nije za njega šalje okvir sledećem računaru u prstenu

▪ Podaci se tako kreću kroz prsten sve dok ne stignu do računara kojem su poslati

▪ Računar kojem su podaci poslati kopira podatke i šalje poruku nazad računaru koji mu je tu poruku poslao sa potvrdom da je primio podatke

▪ Kada okvir sa podacima ponovo stigne do računara koji ih je poslao, on pretvara okvir sa podacima u token i šalje ga kroz prsten 18

Metoda kontrole pristupa

prosleđivanjem tokena (token passing)

▪ https://www.youtube.com/watch?v=p72R2

uGglnU

▪ https://www.youtube.com/watch?v=s-

g3frudHBU

19

20

Metoda prioriteta zahteva

(Demand priority access)

▪ Ovaj metod pristupa mediju koristi se kod topologije zvezde

▪ U ovoj metodi repetitor - hab upravlja pristupom mreži

▪ Hab kružno ispituje da li postoji zahtev za slanje i ako postoji direktno ga prosleđuju računaru koji prima podatke

▪ Hab stalno proverava i beleži zahteve za prenos podataka koji dolaze sa računara koji su povezani na njega

▪ Dobijene zahteve hab opslužuje po round-robin sistemu i tako obezbeđuje fer uslugu

▪ Kada dobije zahtev hab signalizira računaru da može da izvrši prenos podataka i obaveštava sve ostale računare da će možda dobiti podatke

▪ Kada dobije signal, računar prenosi podatke do haba

▪ Čim pročita odredišnu adresu hab odmah prosleđuje paket na port gde se nalazi računar (uređaj) kojem se podaci šalju

20

21

Metoda prioriteta zahteva

(Demand priority access)

▪ Kada završi prenos podataka do odredišnog računara, hab signalizira sledećem računaru koji je na redu, da može da pošalje svoje podatke ili čeka na sledeći zahtev za prenos

▪ Na taj način svim računarima koji žele da šalju podatke pružaju se jednake šanse

▪ Nijedan računar neće moći da pošalje dva okvira pre nego što svi ostali računari ne dobiju šansu da pošalju najmanje jedan okvir

22

Metoda prioriteta zahteva

(Demand priority access)

▪ Za razliku od CSMA/CD i metoda prosleđivanja tokena, kod pristupa kablu metodom prioriteta zahteva podaci se šalju samo računaru kojem su namenjeni

▪ Računar ne mora da troši vreme na proveravanje da li je mreža slobodna za slanje

▪ Na taj način se rasterećuje saobraćaj i povećava propusni opseg mreže

▪ Računari su povezani kablovima sa četiri para provodnika što im omogućava da istovremeno šalju i primaju podatke

23

Metoda prioriteta zahteva

(Demand priority access)

▪ Metod prioriteta zahteva podržava dve vrste prioriteta za zahtev podataka, visoki i normalni

▪ Kada je u pitanju prenos običnih datoteka, štampanje, slanje e-maila i slično, koristi se normalni prioritet

▪ Kod mrežnog saobraćaja koji je osetljiv na kašnjenje, npr. glas ili video, koristi se visoki prioritet

▪ Hab uvek prvo opslužuje prioritet sa visokim zahtevom, čak i onda kada zahtev za prenosom podataka sa visokim prioritetom stalno stiže od istog računara

▪ Da ne bi došlo do monopolisanja mreže od strane takvog računara, ako zahtev sa normalnim prioritetom čeka više od propisanog maksimalnog vremena (npr. 250 ms), on će biti promovisan u zahtev sa visokim prioritetom

Metoda prioriteta zahteva

(Demand priority access)▪ 100BaseVG je 100 Mbit / s Ethernet

standard predviđen da radi preko četiri

para kablova kategorije 3 (kabl je takođe

poznat kao govorni stepen, otuda i „VG“).

▪ Naziva se i 100VG-AniLAN jer je

definisano da nosi i Ethernet i tipove

okvira token ring.

▪ 2001. godine "Povučeni standard"

24

25

Mrežna arhitektura

Postoje različiti načini transformacije podataka i načini kako

se ti podaci šalju što predstavlja različite mrežne arhitekture

2626

27

Prenošenje podataka kroz mreže

▪ Podaci su na računaru smešteni u datotekama;

▪ Slanjem cele datoteke kroz mrežu ostali računari morali bi dugo da čekaju da se ona prosledi;

▪ U slučaju ponovnog emitovanja datoteke - obim mrežnog saobraćaja višestruko se uvećava;

▪ Zato se datoteke dele na manje delove – paketei kroz mrežu se šalju paketi;

▪ Operativni sistem računara koji šalje podatke razbija datoteku na pakete, a OS računara koji prima podatke spaja pakete u celinu – datoteku;

27

28

▪ U paketu se pored podataka datoteke nalaze i specijalne kontrolne informacije neophodne za upravljanje podacima koji se šalju kroz mrežu;

▪ Komponente paketa su:

▪ Adresa izvora – računara koji je poslao podatke,

▪ Podaci,

▪ Adresa odredišta – računara koji je primio podatke,

▪ Instrukcije kojima se mrežnim komponentama nalaže kako da proslede podatke,

▪ Informacije koje upućuju računar koji prima podatke kako da spoji pakete u celinu,

▪ Instrukcije o proveri greške – proverava se da li su paketi stigli neoštećeni.

28

2929

Komponente su grupisane u tri dela:

-zaglavlje,

-podaci i

-prateći zapis

Komponente paketa

30

▪ U zaglavlju se nalazi:

1. signal upozorenja da se paket trenutno prenosi,

2. adresa računara koji je poslao paket,

3. adresa računara koji prima paket,

4. informacije o taktu prenosa, kako bi se prijemni i predajni računar uskladili u isti takt.

▪ Podaci - sadrže konkretne podatke - datoteke i obično su veličine između 512 By i 4 KB.

▪ U pratećem zapisu nalazi se komponenta za proveru grešaka (CRC – CYCLICAL REDUNDANCY CHECK –ciklična provera redundantnosti). Reč je o računskoj operaciji koja se sprovodi nad paketom i ako računska operacija daje isti rezultat i na predajnom i na prijemnom računaru, paket je uspešno prosleđen.

30

31

Mrežna arhitektura

▪ Prethodno opisana podela paketa odnosi se generalno na sve mrežne arhitekture

▪ Svaka mrežna arhitektura ima svoje specifičnosti

▪ Pomenućemo mrežne arhitekture

▪ Eternet

▪ Token ring

▪ Apple Talk

▪ ArcNet

32

Ethernet

▪ Eternet (Ethernet) je najpoznatija mrežna arhitektura za lokalne računarske mreže

▪ Prva eksperimentalna Eternet mreža razvijena je 1970. godine u kompaniji Xerox

▪ Kao medijum za prenos podataka korišćen je koaksijalnikabl, brzina do 3 Mbps, CSMA/CD metoda pristupa

▪ Danas ova tehnologija podržava brzine i do 100 Gbps

▪ Kao prenosni medijum se najčešće koriste kablovi sa upredenim paricama, mada se sve češće implementiraju i optički kablovi

▪ Optički kablovi najčešće se koriste kao kičma (backbone) lokalnih mreža

32

33

Elementi Eternet mreže

▪ Eternet mreža se sastoji od:

▪ Mrežnih uređaja

▪ Kablova koji povezuju te uređaje

▪ Mrežni uređaji se dele na:

▪ terminalnu opremu za podatke (DTE – Data Terminal Equipment)

▪ opremu za komuniciranje podacima (DCE – Data Communication Equipment)

34

Mrežni Eternet uređaji

▪ Terminalnu opremu za podatke predstavljaju svi uređaji koji su izvor ili odredište podataka koji se šalju preko mreže

▪ Tu spadaju personalni računari, radne stanice, serveri, štampači itd

▪ Terminalnu opremu zovemo zajedničkim imenom stanica.

▪ Opremu za komuniciranje podacima čine mrežni uređaji koji primaju i prosleđuju podatke kroz mrežu

▪ To su repetitor, hab, svič, ruter, mrežna kartica i modem

35

Kablovi Eternet mreže

▪ U eternet mrežama ranije su se koristili debeli i tanki koaksijalni kablovi

▪ Danas se unutar lokalnih mreža uglavnom koriste kablovi sa upredenim paricama (UTP)

▪ Optički kablovi se obično koriste kao kičma kojom se povezuju segmenti mreže koji se nalaze na većim udaljenostima.

36

Cat7 Ethernet kabl

10 Gbps, 600MHz

Cat6, Cat7, Cat8 kablovi

karakteristike

37

38

Eternet standardi

▪ Počevši od 1980 godine razvijen je veliki broj eternet standarda

▪ 10 Mbps Eternet

▪ 100 Mbps Eternet

▪ Gigabitni Eternet

▪ 10 Gigabitni Eternet

▪ 100 Gigabitni Eternet

39

Eternet standardi

▪ Svaki standard definiše brzinu prenosa podataka, vrstu kablova koja se koristi, dužinu segmenata

▪ Neke grupe standarda sadrže više svojih podstandarda

▪ Na primer 10 Mbps Eternet je sadržao standarde 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T i 10BASE-F

Eternet standardi 1990-2016

40

41

Eternet topologije

▪ Eternet koristi tri osnovne topologije

▪ point-to-point (od tačke do tačke),

▪ magistralu i

▪ zvezdu

▪ Sve ostale topologije se dobijaju kao

kombinacija ovih topologija

42

Point-to-point Eternet topologija

▪ Point-to-point je najednostavnija topologija koja se sastoji od dva povezana mrežna uređaja

▪ Konekcije mogu da budu između

▪ dva računara

▪ računara i štampača

▪ računara i rutera

▪ dva rutera

▪ Maksimalna udaljenost između dva uređaja zavisi od tipa kabla i načina prenosa podataka koji se koristi

43

Eternet magistrala

▪ U početku su Eternet mreže imale topologiju magistrale sa debelim koaksijalnim kablom kao prenosnim medijem

▪ Takav Eternet je poznat i pod imenom široki Eternet

▪ Segmenti su bili ograničeni na 500 metara

▪ Na svaki je moglo da se priključi 100 stanica

▪ Segmenti su spajani sa repetitorima

▪ Broj stanica bio je ograničen na 1024

▪ Eternet koji je koristio tanki koaksijalni kabl poznat je pod nazivom tanki Eternet

▪ Maksimalna dužina segmenta je 185 metara

▪ Na njega je moglo da se priključi najviše 30 stanica

44

Eternet magistrala

45

Eternet zvezda▪ Od devedesetih godina prošlog veka topologija zvezde

zamenila je topologiju magistrale

▪ Kao centralni uređaj korišćen je hab ili svič

▪ Hab je, zapravo predstavljao višeportni repetitor i fizički je podržavao topologiju zvezde, ali je logički i dalje predstavljao magistralu jer je podatke koje primi na ulaznom portu slao svim ostalim portovima

▪ Habovi su povećali efikasnost Eternet mreža jer je sudar na jednom linku bio lokalizovan, tj. dovodio je do zastoja komunikacije samo na tom linku

▪ Uvođenjem svičeva sve stanice u mreži su u point-to-point vezi, a podaci se šalju samo onim stanicama kojima su i namenjeni

▪ Koaksijalni kablovi zamenjeni su kablovima sa upredenim paricama i optičkim kablovima

46

Eternet zvezda

47

Eternet fizička adresa

▪ Mrežni uređaji povezani su sa prenosnim medijem preko mrežnog adaptera koji je integrisan ili se dodaje u obliku kartice

▪ Svaki adapter ima konektor preko kojeg se veže za prenosni medijum

▪ Svaki mrežni adapter ima jedinstvenu fizičku adresu koja se skraćeno naziva MAC adresa (MAC – Media Access Control)

▪ Ova adresa se upisuje u ROM čip prilikom proizvodnje mrežnog adaptera

▪ Fizička adresa je 48-bitni broj koji se heksadecimalno izražava, na primer 00-04-25-89-D2-11

48

Osnovni format eternet okvira

▪ Podaci se dele u manje celine koje se

nazivaju paketi

▪ Paketi se pre slanja u kabl stavljaju u okvir

(frame), pa se govori o slanju okvira, mada

se najčešće koristi izraz paket

▪ Pored podataka okvir sadrži i dodatne

informacije

49

Eternet okvir (frame)

▪ Pored samih podataka, okviri sadrže:

▪ informacije o izvoru podataka (MAC adresa računara koji ih šalje),

▪ odredištu (MAC adresa računara koji prima podatke),

▪ informacije na osnovu kojih računar koji prima podatke može da ih spoji u prvobitnu celinu,

▪ informacije o proveri greške na osnovu kojih se proverava da li je okvir stigao neoštećen,

▪ informacije o protokolima kojima su okviri namenjeni

50

Eternet okvir

▪ Informacije Eternet okvira su sledeće strukture:

▪ Preambula (Preamble)

▪ Razgraničavač (Start-of-Frame-Delimiter)

▪ Adresa odredišta (MAC Destination)

▪ Adresa izvora (MAC source)

▪ Dužina/tip (Ethertype/Length)

▪ Podaci (Payload (Data and padding))

▪ CRC32, niz za proveru okvira (FCS – Frame Check Sequence)

▪ Interframe gap (IFG)

51

Eternet okvir

▪ Preambula (Preamble) je dužine 7 bajtova

▪ Svaki bajt ima fiksan binarni redosled 10101010 čime se

upozorava prijemni računar da pristiže okvir tako da

može da se sinhronizuje sa dolazećim nizom bitova

▪ Prijemni računar se takođe obaveštava da treba da

proveri adresu u odredištu okvira

▪ Razgraničavač (Start-of-Frame-Delimiter) je dužine jednog

bajta a sadržaj polja je 10101011

▪ SFD obaveštava prijemni računar da za njim sledi prvi

bit adrese računara kojem su podaci namenjeni

52

Eternet okvir

▪ Adresa odredišta (MAC Destination) je dužine 6 bajtova

▪ Adresa odredišta identifikuje prijemni računar ili

računare koji treba da prime okvir

▪ Odredišnom adresom može da se adresira samo jedan

računar (unicast), grupa računara (multicast) i svi

računari (broadcast)

▪ Adresa izvora (MAC source) je dužine 6 bajtova i

identifikuje računar koji šalje podatke

▪ Dužina/tip (Ethertype/Length) je polje dužine 2 bajta i

definiše dužinu paketa ili tip protokola sa višeg nivoa kojem

se paket prosleđuje

53

Eternet okvir

▪ Podaci (Payload (Data and padding)) imaju dužinu između

46 i 1500 bajtova

▪ Ako su podaci koji se prenose manji od 46 bajtova,

ostataka se popunjava prazninama (padding)

▪ CRC32 je niz za proveru okvira (FCS – Frame Check

Sequence) dužine 4 bajta

▪ U ovo polje se upisuje rezultat cikličnom redundansom

(CRC – Cyclic Redundancy Check), a računa se na

osnovu polja MAC Destination, MAC Source,

Entertype/Length i Data (Payload (Data and padding))

▪ Prijemni računar ponovo izračunava CRC i poredi sa

vrednošću koja je upisana u ovom polju

▪ Ako je rezultat isti znači da je paket stigao neoštećen

54

Eternet okvir

▪ Interframe gap (IFG) je niz od 12 bajtova koji se šalje pre

slanja sledećeg okvira i on je karakterističan za rad u

punom dupleksu (Full-duplex)

▪ Kod punog dupleksa prenos počinje čim je okvir spreman

za slanje

▪ Jedino ograničenje jeste da mora da između uspešno

prenetih okvira mora da postoji minimalno vreme razmaka

(IFG)

55

Token Ring arhitektura

▪ Arhitekturu razvio IBM sredinom 80-ih godina

▪ Svrha je povezivanje IBM računara uključujući personalne računare, računare srednje veličine i mainframe računare

▪ Cilj ove verzije mreže jeste da se koristi jednostavan sistem ožičenja korišćenjem kablova sa uprednim paricama i spajanje računara preko zidne utičnice

▪ Tipična token ring mreža zasnovana je na povezanim računarima u obliku prstena

▪ Logički prsten predstavlja putanju tokena od računara do računara, ali fizički prsten se formira u centralnom uređaju (habu) sa kojim su povezani svi računari

56

AppleTalk i ArcNet

▪ AppleTalk, tj. Local Talk mrežnu arhitekturu Kompanija APPLE COMPUTER ugrađuje u svoje MACINTOSH računare

▪ U ovoj mreži koristi se metoda pristupa CSMA/CA, topologija magistrale, koriste se STP kablovi, ali mogu da se koriste i optički, UTP, itd

▪ ArcNet arhitektura se koristi za okruženja sa personalnim računarima. Od pojave Eterneta popularnost ArcNeta se potpuno umanjila. U ovoj arhitekturi koristi se jedna vrsta prosleđivanja tokena

57

Računarske mrežedr Dušan Ljubičić

Beogradska akademija

poslovnih i umetničkih

strukovnih studija