-Istorija komunikacionih mreza

Prenos podataka – Istorija komunikacionih mreža

1

1. Istorija komunikacionih mreža

Današnje komunikacione mreže su složeni sistemi koji obezbedjuju prenos informacije u formi govornih signala, video signala, elektronske pošte i računarskih fajlova. Korisnici su ti koji postave zahtev za željenom komunikacionom uslugom (servisom) aktivirajući pri tome jednostavne procedure na svom stacionarnom ili mobilnom telefonu, TV aparatu, ili aplikaciji koja se izvršava na host računaru kakav je recimo PC mašina ili radna stanica. U tekstu koji sledi ukazaćemo, u kratkim crtama, na evoluciju komunikacionih mreža i servise koje te mreže pružaju.

1.1. Telefonske mreže

Ključne inovacije koje su se u dosadašnjem periodu razvoja telefonije dogodile, a odnose se na prenos informacije kroz mrežu, su komutacija kola (circuit switching), digitalizacija, razdvajanje upravljačkog poziva od prenosa govora, optičke veze, integracija servisa i mobilna telefonija.

Telefon je izumljen 1876. godine od strane američkog naučnika Alexander Grahan Bell-a. Već 1890. godine realizovana je prva mreža kod koje se medjusobno povezivanje dva (induktorska) telefona ostvarivalo ručnom komutacijom (prevezivanjem) od strane operatora u centrali. Kod ovih mreža (vidi Sliku 1.1) prenos signala je bio analogni (slovo A na vezi od jednog telefona do drugog). Da bi pozvao drugi telefon, korisnik je prvo pozivao operatora u centrali (poziv se vršio okretanjem ručice telefona) i saopštavao mu broj drugog telefona. Operator je zatim odredjivao liniju koja direktno ide do drugog korisnika ili do narednog operatora na putu od jednog korisnika do drugog. Operatori su bili ti koji su uspostavljali veze i obaveštavali korisnike da li se veza može ili ne može ostvariti. Korisnici su u toku razgovora sve vreme bili povezani, a raskidanje veze su vršili operatori po završetku konverzacije.

C C

A

A

AA

A

centrala centralaT

T T

T

Slika 1-1 Telefonska mreža krajem devetnaestog veka; prenos je bio analogni, a komutacija se ostvarivala

ručno od strane operatora Napomena: T - induktorski telefon; C - centrala (komutacioni čvor); A - analogni prenos

Ukažimo sada na sledeći važan detalj: način na koji se vrši dodela prenosne linije u toku razgovora? Ova aktivnost se ostvaruje komutacijom kola, pri čemu se pojam "kolo" odnosi na mogućnost prenosa jednog telefonskog razgovora duž jedne veze. Da bi se uspostavio poziv, neophodno je bilo povezati skup kola koja spajaju dva telefonska aparata. Modifikacijom veza operatori mogu komutirati


2

(prespajati) kola (veze). Komutaciju kola uvek je trebalo ostvariti na početku novog telefonskog poziva. Operatori su kasnije (početkom prošlog veka) bili zamenjeni mehaničkim prekidačima, a 100 godina kasnije i elektronskim prekidačima (komutatorima).

Na Slici 1.2 prikazana je telefonska mreža tipična za 90-te godine prošlog veka. Važan detalj koga treba uočiti je taj da je prenos govornog signala izmedju komutatora (centrale) signala bio digitalni (slovo D), a ne analogni.

D D D

A

A

A

ACCS

Slika 1-2 Telefonska mreža osamdesetih godina prošlog veka. Prenosi mogu biti analogni (A) ili digitalni

(D). Komutatori su elektronski, a razmena upravljačke informacije se vrši preko zajedničkog kanala za signalizaciju (Common Channel Signaling - CCS)

U komutatoru se ugradjuju dva tipa elektronskih interfejsa. Prvi se naziva AD konvertor i vrši pretvaranje analognog signala u digitalni, nad signalom koji se prostire od telefona do komutatora (centrale). Digitalni signal nazivamo povorka bitova (bit stream). Drugi interfejs se naziva DA konvertor, a pretvara digitalni signal, koji se prenosi izmedju komutatora, u analogni signal, pre nego što se on predaje od komutatora do telefona. Komutatori se uglavnom realizuju kao računari. Kao komponenta sistema računar je veoma fleksibilna jedinica. Fleksibilnost omogućava telefonskim kompanijama da modifikuju povezivanja putem predaje specifičnih instrukcija računaru. Na slici 1.2 prikazan je još jedan veoma važan aspekt razvoja - zajednički kanal za signalizaciju - CCS. U suštini CCS je komunikaciona mreža za prenos podataka koju komutatori koriste za razmenu upravljačke informacije. Konverzacija izmedju komutatora ima istu funkciju kao i dogovaranje operatora kod manuelnog komutiranja. Na ovaj način CCS izdvaja funkcije poziva-upravljanja od prenosa-govora. U kombinaciji sa računarski izvedenom komutacijom, razdvajanje ove dve funkcije pruža nove servise kakvi su čekanje-na-poziv, prosledjivanje-poziva i povratni-poziv. Jedna od važnijih inovacija u telefoniji se odnosi na integraciju govornih i signala podataka uvodjenjem integrisanih servisa u digitalnoj mreži (ISDN - Integrated Services Digital Network) kako je to prikazano na Slici 1.3. (ISDN je uveden 70-tih godina prošlog veka)


3

D D DD

A

D

ACCS

DD

Slika 1-3 Struktura jedne ISDN

64 kbps____B____bearer chanels 64 kbps____B____bearer chanels 16 kbps____D____ data chanel Bazični pristup koji se nudi korisniku čine dva B kanala i jedan D kanal. Oba kanala, B i D, su digitalna. Svaki B kanal je bidirekcioni, ili potpuni dupleks, a karakteriše ga brzina prenosa od 64 kbps. Jedan B kanal može da podržava vezu tipa komutacija kola, servis prenosa tipa komutacija paketa (packet-switched), ili permanentnu digitalnu vezu. D kanal podržava 16 kbps usluge tipa komutacija-paketa. ISDN obezbedjuje korisnicima sve usluge digitalnog prenosa koje su bile uvedene. Aplikacije ISDN servisa uključuju komunikaciju izmedju računara, veoma brzi faksimil prenos, daljinsko nadgledanje zgrada i objekata, videotekst, videofon male brzine prenosa. Kod ISDN-a telefonski sistem se transformiše u mrežu koja može da prenosi informaciju u veći broj oblika, čak i pri srednjim brzinama prenosa.


4

1.2. Računarske mreže

Istorijski gledano razvoj računarskih mreža vezaćemo za donošenje RS232-C standarda 1969. godine (Slika 1.4).

RS232-C

2.4-38kbps

Slika 1-4 RS232-C standard serijske linije specificira prenos od jednog 8-bitnog karaktera u datom trenutku, sa vremenskim razmakom izmedju slanja dva karaktera

Standard RS232-C se odnosi na prenos podataka za male brzine (do 38 kbps) i za kratka rastojanja (do 30 m). Serijski prenos se obavlja karakter po karakter. Računar kao uredjaj kodira svaki karakter u 7-bitni kôd, kome pridodaje bit parnosti radi detekcije grešaka, a uzastopni karakteri se medjusobno vremenski razdvajaju. Kada prijemnik detektuje početak novog karaktera on aktivira svoj oscilator i detektuje bitove koji nailaze. Bitske brzine prenosa i rastojanja moraju imati male vrednosti, jer se prenos vrši po neupredenim žicama, koje mogu uneti greške u prenosu zbog preslušavanja. Preslušavanje postaje veće što je brzina prenosa veća, a rastojanje duže. Serijske linije se često povezuju preko modema. Pojam modem se odnosi na gradivni blok modulator-demodulator, koji se koristi za prenos podataka koristeći princip konvertovanja bitova u tonske signale koji se mogu prenositi kroz telefonsku mrežu kao da su to tonski signali. Modem na prijemnoj strani konvertuje tonske signale u bitove, čime obezbedjuje da dva računara sa kompatibilnim modemima mogu da komuniciraju preko telefonske mreže kao i kad bi bili direktno povezani preko serijske veze. Krajem prošlog veka najveći broj modema radio je sa brzinama od 28800 bps-a, mada modemi koji koriste standard V30 mogu da rade sa brzinama od 56000 bps-a. Sa ciljem da se poveća brzina kao i efikasnost prenosa 1970. godine su uvedeni standardi za sinhroni prenos (vidi Sliku 1.5).

SDLC

H Podaci CRC

Slika 1-5 Sinhroni prenos se koristi za penos dugih paketa bitova

H (header) nazvan zaglavlje sadrži preambulu koja aktivira takt prijemnika i obezbedjuje da se

očuva faza samo-sinhronizirajućih bitova. Prijemnik koristi CRC (Cyclic Redundancy Check) bitove da verifikuje da li je paket korektno primljen. Poznatiji standard za sinhroni prenos je SDLC (Synchronons Data Link Control) i na njemu bazirani HDLC (High-Level Data Link Control), LAPB (Link Access Procedure B), LAPD i LAPM. Glavna ideja SDLC-a je da se izbegne izgubljeno vreme kod RS232-C


5

zbog razmaka u predaji izmedju sukcesivnih karaktera. Da bi se eliminisao gubitak vremena, SDLC grupiše veći broj bitova u pakete. Paket je sekvenca bitova kojoj prethodi specijalni bit oblik nazvan zaglavlje, a iza koga sledi drugi specijalni bit oblik nazvan rep (trailer). Broj bitova u paketu može biti fiksni ili promenljiv. Prijemnik se sinhronizuje preambulom koja je sastavni deo zaglavlja paketa i samo-sinhronizirajućim kodom koji u sebi pored informacije o podacima sadrži i informaciju o vremenskoj sinhronizaciji. SDLC sadrži i polje kôd-za-detekciju-grešaka nazvano CRC koje je efikasnije u otkrivanju grešaka u odnosu na tehniku parnosti koja se koristi kod RS232-C. Dva računara mogu da razmenjuju informacije preko penosnih linija (veza) koristeći RS232-C ili SDLC. Ali šta se dešava ako je potrebno medjusobno povezati veći broj računara? Sredinom 60-tih godina prošlog veka inženjeri koji se bave komunikacijom predložili su metod prenosa paketa (vidi Sliku 1.6) nazvan zapamti-i-prosledi (store-and-forward-packet-switching).

AE

A

DC

B

E

Slika 1-6 Prenos tipa zapamti-pa-prosledi se ostvaruje sukcesivnim slanjem paketa duž linije, jedan za drugim od izvorišta do odredišta. Zaglavljem paketa specificiraju se izvorišna i odredišna adresa paketa (u konkretnom slučaju su to A i E). Kada primi paket računar proverava tabelu-rutiranja kako bi odredio

po kojoj vezi treba poslati paket ka narednom računaru.

Kao što se vidi sa Slike 1.6 računari su povezani na principu tačka-ka-tački (point-to-point). Da bi računar A poslao paket računaru E on u zaglavlju postavlja izvorišnu adresu A, kao i odredišnu adresu E, a zatim paket predaje računaru B. Kada B primi paket od A, on čita odredišnu adresu i odredjuje da mora proslediti paket ka računaru D. Kada D primi paket, on čita odredišnu adresu i prosledjuje paket ka E. Kod ove tehnike, kada bilo koji čvor primi paket, on mora da ga zapamti, i prosledi ga drugom čvoru (ako je neophodno). Zbog ovakvog principa rada ova tehnika prenosa se naziva zapamti-pa-prosledi. Kada računari koriste tehniku komutacije paketa tipa zapamti-pa-prosledi, oni koriste datu vezu samo kada šalju paket. Kao rezultat, iste veze se mogu koristiti od strane većeg broja privremeno aktivnih predajnika. Ovaj metod koji se zasniva na deobi veze izmedju dve predaje naziva se statističko-multipleksiranje. Za razliku od multipleksiranja sa deobom-vremena (Time Division Multiplexing) statističko-multipleksiranje ne rezerviše kola (veze) u toku trajanja konverzacije čak i u slučaju kada ne postoji potreba za medjusobnom kontinualnom konverzacijom.


6

Počev od kasnih 60-tih godina prošlog veka DARPA (U.S. Department of Defense Advanced Research Project Agency) počela je sa promocijom i razvojem paketno-komutirajućih mreža. Kao rezultat je razvijena mreža ARPANET. Protokolima tipa ARPANET izmedju komunikacionih inženjera su usaglašeni formati paketa kao i šeme adresiranja tako da je postalo moguće povezivati različite računare. ARPANET mreža je kasnije evoluirala u mrežu Internet. Jedinstveni format paketa Internet protokola nudi dve prednosti. Kao prvo, format je podržan od strane različitih fizičkih mreža, uključujući LAN-ove kakvi su Ethernet i Token-ring, kao i veze tipa tačka-ka-tački. Sa druge strane, inženjeri mogu razvijati različite komunikacione aplikacije usvajajući da se podaci prenose u paketima u standardizovanom formatu. Početkom 70-tih godina prošlog veka inženjeri su predložili novi metod za povezivanje računara. Ovaj metod je nazvan višestruki-pristup (multiple-access). Ovom metodom drastično je smanjena cena medjusobnog povezivanja računara kod LAN-ova. Na Slici 1.7 prikazana je implementacija višestrukog pristupa nazvana Ethernet. Kod ove mreže računari se povezuju na zajednički koaksijalni kabl preko odgovarajućeg interfejsa (danas je intefejs jedno integrisano kolo). Kada računar A želi da preda paket računaru E, on postavlja u zaglavlju paketa izvorišnu adresu A i odredišnu adresu E i predaje paket ka kablu. Svi računari čitaju paket, ali samo računar čija je odredišna adresa specificirana u paketu prihvata paket. Ethernet je prvobitno razvijen za bitske brzine prenosa od 10 Mbps, kasnije za 100 Mbps, a sada je dostupan i Ethernet od 1000 do 10000 Mbps-a.

AE

AE

EDC

B

A

Slika 1-7 Ethernet mreža - povezivanje računara preko zajedničkog koaksijalnog kabla. Računari

prihvataju sve pakete, a odbacuju sve one koji se ne odnose na njih.

Ranih 80-tih godina prošlog veka IBM je razvio jedan metod višestrukog-pristupa nazvan Token-ring (vidi Sliku 1.8). Kod ove mreže računari su povezani na principu jednosmerne veze tipa tačka-ka-tački i koriste odgovarajuće interfejse. Kada računari nemaju da predaju informaciju, interfejs je taj koji sa zakašnjenjem od nekoliko bitova prenosi token (znak) oko prstena. Na ovaj način token cirkuliše veoma brzo kroz prsten. Pretpostavimo sada da računar A želi da preda paket računaru E. Računar A smešta izvorišnu adresu A i odredišnu adresu E u zaglavlje paketa i predaje paket interfejsu koji čeka na token. Nakon


7

dolaska token-a računar A umesto da prosledi token on predaje paket. Drugi računari prosledjuju paket, ali i prave njegovu kopiju (memorišu ga). Interfejs računara E kopira paket, dok ga ostali računari odbacuju. Nakon što je A predao i zadnji bit paketa i sačekao da paket prodje kroz prsten, on šalje token kroz prsten (prosledjuje ga susednom računaru u prstenu). Ovo znači da samo računar koji poseduje token može da obavlja prenos. Brzina prenosa podataka po mrežama ovakvog tipa je od 4 Mbps do 16 Mbps.

AE

4 - 16 Mbps

A B

ED

C

Slika 1-8 Token-ring, računari dele prsten, pristup je regulisan token-passing protokolom

Maksimalno vreme koje računar kod Token-ring-a ili Ehternet-a treba da čeka pre nego što počne da predaje podatke za najveći broj aplikacija je malo, ali je suviše veliko za interaktivne audio ili video aplikacije. Takodje, brzina prenosa kod Token-ring-a (4 do 16 Mbps) ili kod 10 Mbps Ethernet mreža za neke multimedija aplikacije je suviše spora. Ova ograničenja su pospešila inženjere ranih 80-tih godina prošlog veka da razviju novu mrežu nazvanu FDDI (Fiber Distributed Data Interface). FDDI mreže (vidi Sliku 1.9) za prenos podataka pri 100 Mbps koriste optička vlakna, a pristup kanalu je regulisan mehanizmom timed-token. Ovaj mehanizam je sličan pristupu upravljanja kod Token-ring mreža sa izuzetkom što je kod FDDI-a pristizanje token-a vremenski sinhronizovano čime se obezbedjuju uslovi da se slanje vrši u okviru fiksnog vremena.


8

AE

100 Mbps

A B

ED

C

7 56

121110

8 4

21

9 3

Slika 1-9 FDDI, za prenos podataka koristi se token-passing protokol. Računari za fiksni vremenski period

zadržavaju token. Ova mreža garantuje da svaki računar dobija šansu da u okviru dogovorenog vremena preda podatke.

Brze LAN i WAN mreže koje su danas u eksploataciji koriste ATM (Asynchronous Transfer Mode). Kod ATM-a računar predaje informaciju brzinom od 25 Mbps do 2.5 Gbps u paketima veličine 53 bajta. Paketi fiksnih dužina se nazivaju ćellije (cells) i brzo se komutiraju zahvaljujući ATM komutatorima. Na Slici 1.10 prikazana je jedna ATM LAN mreža sa jednim komutatorom. Zaglavlje čini adresa virtuelnog kola ili VCI, a ne izvorišna i odredišna adresa kao kod prethodnih mreža.

VCI

A B

EDC

ATM komutator

2,5 Mbps - 2,5 Gbps

Slika 1-10 ATM mreža, mreža prenosi informaciju u 53-bajtnim ćelijama, propusnost ove mreže je mnogo

veća u poredjenju sa FDDI ili 100 Mbps Ethernet-om.


9

Ugradnjom odgovarajućeg softvera moguće je povezati veći broj ATM komutatora u jedinstvenu mrežu većeg obima. Šta više, veze izmedju ATM komutatora mogu biti realizovane pomoću optičkih vlakana. Kod ATM mreža prenos podataka od izvorišta do odredišta se vrši po fiksnoj ruti (putu), kakav je bio slučaj i kod telefonskih veza. Ali nasuprot telefonskom kanalu (mreži) kod ATM-a se ne dodeljuje fiksni propusni opseg. ATM mreža je ta koja odredjuje koliki će propusni opseg u datom trenutku biti dodeljen tako da se prenos informacije vrši uz veoma male gubitke ili sa malim kašnjenjem. Zbog toga je ova tehnologija pogodna za realizaciju velikih mreža koje pružaju integrisane servise. Na Slici 1.11 prikazano je povećanje brzine prenosa podataka kod različitih mreža. U periodu od 30-tak godina brzina se povećala za 6 redova veličine, od 10 kbps do 10 Gbps.

10k

100k

1M

10M

100M

1G

10 G

100G

1969 1974 1978 1988 1995 1996 1999 2001vreme

brzi

na p

reno

sa [b

ps]

RS232-C

Ethernet

Token-Ring

Frame-relay

SMDS

FDDI

Ethernet

ATM

Ethernet

ATM

Slika 1-11Brzina prenosa podataka u periodu od 1970. do 2000. je povećana za šest redova veličine.

1.3. Kablovske televizijske mreže Kablovska televizija nazvana CATV (Cable Antenna Television) prvobitno je uvedena 40-tih godina prošlog veka u urbanim sredinama SAD-a sa ciljem da se primi TV signal bez smetnji (prvenstveno refleksija). Problem je rešavan na taj način što se glavna antena postavljala na nekoj visokoj zgradi, a signal se razvodio pomoću koaksijalnog kabla lokalno do svih prijemnika u okruženju. Ključne novine koje su kasnije bile uvedene u CATV odnosile su se na to što je koaksijalni kabl bio zamenjen optičkim vlaknom, zatim su uvedene tehnike za digitalnu kompresiju signala i na kraju dodatni vidovi raznih tipova servisa (usluga). Evolucija u CATV je prikazana na Slici 1.12.


10

TV TVTVTV TV TV TVTVTV TV

Glavnastanica

pojačavač koaksijlni kabl


Glavnastanica

pojačavač koaksijlni kabl

optičko vlakno

Konvertor optički/električni signal

(O/E)

Konvertor optički/električni signal

(O/E)


Glavnastanica

koaksijalni kabl

optičko vlakno

koder/dekoder+

konvertor optički/električnisignal (O/E)

koder/dekoder+

konvertor optički/električnisignal (O/E)

tonski signalvideo + tonskisignal

Slika 1-12 CATV je evoluirala u dva smera. U prvom koraku koaksijalni kabl je zamenjen optičkim, a u

drugom digitalno kodirana informacija, koristeći algoritme za kompresiju signala, se prenosi kroz optičko vlakno.

1.4. Mreže za bežični prenos

Prve komercijalne radio stanice su uvedene u USA 1920. godine, a prvi komercijalni TV program počeo je sa emitovanjem 1941. godine. Emisija TV signala u boji je počela negde sredinom 60-tih godina prošlog veka, dok su HDTV stanice počele emitovanje 1998. godine. Svi prenosi su bili jednosmerni i tipa emisija-svima (broadcasting). Prve javne mobilne telefonske usluge su uvedene 1946. godine u USA u 25 gradova. Ovakvi sistemi su koristili centralni predajnik koji je emitovao signal na teritoriji gradova. S obzirom da je u


11

datom trenutku bio dozvoljen (moguć) prenos samo jednog signala kapacitet ovih sistema je bio ograničen. Potrebe za bežičnim prenosom su postale ponovo aktuelne početkom 60-tih godina prošlog veka. Novo predloženo rešenje je bilo zasnovano prvo na ćelijskom konceptu a zatim na višestrukom korišćenju frekvencija. Ideja je bila sledeća: "Imajući u vidu da snaga signala na prijemu veoma brzo opada sa rastojanjem od predajnika do prijemnika neophodno je bilo prvo ugraditi predajnike male snage, a zatim podeliti grad na ćelije, i na kraju višestruko koristiti istu frekvenciju za simultani prenos u nesusednim ćelijama. Prvi realizovani sistem je bio analogni, a današnje generacije ovakvih sistema su digitalne. Prva paketno-komutirana bežična mreža razvijena je 1971. godine na Univerzitetu u Hawaii USA pod nazivom Alohanet. Kao mreža Alohanet je povezivala računare na četiri ostrva a bila je topologija tipa zvezda. Ključne inovacije u telefoniji, računarskim mrežama, CATV, i mrežama za bežični prenos podataka prikazani su u Tabeli 1.

Tabela 1 Inovacije kod telefonskih, računarskih i CATV mreža

Telefonske mreže

Računarske mreže

Kablovska TV

Mreže za bežični

prenos Komutacija kola, izdvajanje upravljačkog poziva od prenosa govora

Mreže sa paketskom komutacijom, mreže sa višestrukim pristupom

Digitalizacija i kompresija signala koristeći tehnike za digitalno procesiranje signala

Radio i TV emisija

ISDN i drugi servisi Nivovska arhitektura, ARPANET

Optički prenos i prelaz na kablovski prenos

Mobilni telefoni

Optičke veze Internet, OSI model Dvosmerne veze Bežični LAN-ovi ATM Integrisani servisi,

ATM Integrisani servisi Prenos podataka i

govora

1.5. Kakve su današnje i kakve će biti buduće mreže

Današnju mrežu Internet čini na hiljade LAN-ova distribuiranih po celom svetu medjusobno povezanih pomoću kičmi (backbones) tipa WAN. LAN-ovi obično rade sa brzinama reda od 10 do 100 Mbps. Sve do 1995 veze WAN-ova su podržavale rad pri relativno niskim brzinama prenosa, ali dramatično povećanje saobraćaja koje je pratilo smanjenje cene optičkih veza, imalo je za posledicu povećanje brzine prenosa po kičmama do reda 10 Gbps-a. Da bi se i stariji sistemi uklopili u ovakve mreže, provajderi mrežnih servisa koriste IP rutere povezani na ATM komutirane mreže. U suštini, na današnjem nivou ne postoji jedinstvena mrežna tehnologija. Razlozi za to su delimično tehnološki, a delimično ekonomski. Tehnološki razlozi su ti da sva tri tipa različitih tehnologija (ATM, Internet i CATV) pružaju različite tipove usluga koji se medjusobno nadopunjavaju, a to znači da jedna tehnologija dopunjuje drugu. Ekonomski razlog je taj što je u dosadašnjem periodu u sve tri tehnologije veoma mnogo novca investirano, a to znači da će se one koristiti još za duži vremenski period.


12

U principu budući razvoj biće usmeren ka realizaciji mreža koje će biti heterogene, skalabilne (proširljive) i fleksibilne. Konfiguracija jedne takve mreže je prikazana na Slici 1.13.

Ethe

rnet

ATM Switch

ATM SwitchATM Switch

koak

sija

lni k

abl

koaksijalni kabl

Modem

Telecommuter House

CS - (Circuit Switching) komutacija kola

Lokalana razmena-centralna soba

CS + PS PS - (Packet Switching) komutacija paketa

simbol koaksijalnog kabla

simbol optičkog kabla

Token-ring

FDDIRing

Bridge

Bridge

Modem

Mreža za bežični prenos

Backbone

SONETmreža

Gatawey

Daljinsko upravljanje

TV

Slika 1-13 Buduća mreža biće heterogena, skalabilna i fleksibilna


13

1.6. Kratak istorijski razvoj umrežavanja

Pre nego što se upustimo u diskusiju o istorijskom razvoju umrežavanja računara, daćemo prvo jednu kratku definiciju: Internet predstavlja kolekciju medjusobno povezanih mreža baziranih na korišćenju skupa TCP/IP protokola.

World Wide Web- šta je to? Dominatni faktor na razvoj novih protokola i mehanizama za komuniciranje podacima i

umrežavanje računara je imao, bez sumnje, povećani interes za korišćenjem Internet-a. Pri ovome, sigurno, od najznačajnijeg uticaja jue bio World Wide Web ili skraćeno Web.

U suštini Web predstavlja internacionalno distribuiranu kolekciju multimedijalnih fajlova podržanih od strane klijenata (korisnika) i servera (oni koji pružaju informaciju- providers ili tzv. provajderi). Svaki fajl se adresira na jedan konzistentan način, koristeći pri tome svoj jedinstveni URL (Uniform Resource Location). Fajlovi provajdera vide se od strane klijenta uz pomoć pretraživača (browsers - brauzer) kakvi su, na primer, Netscape-ov Navigator ili Microsoft-ov Internet Explorer. Najveći broj brauzera koristi grafički prikaz i podržava multimedije u formi teksta, audio, slike, i video. Korisnik se prebacuje sa jednog fajla na drugi kada klikne mišem, ili nekim drugim pokaznim uredjajem, na neki specijalni svetlosno naglašeni tekstualni ili slikovni elemenat prikaza (displeja) brouzera. Prebacivanje (transfer) sa jednog fajla na naredni se naziva hiperlink. Izgled (layout) brauzer displeja se kontroliše od strane Hypertext Markup Language (HTML) standarda, koji definiše ugradjene komande u tekstualnim fajlovima pomoću kojih se specificiraju osobine brauzer displeja, kakvi su, na primer, fontovi, boje, slike i njihov razmeštaj na displeju, kao i lokaciju mesta gde korisnik može da pozove hiperlinkove i njihove ciljeve. Zadnja važna osobina Web-a je Hypertext Transfer Protocol ( HTTP), koji predstavlja komunikacioni protokol za korišćenje kod TCP/IP mreža radi pribavljanja fajlova sa odgovarajućih servera kako je to specificirano hiperlinkovima.


14

1.6.1. Istorijski razvoj Interneta

Hronološki posmatrano evolucija Interneta je prikazana u Tabeli 1. U nastavku ovog teksta ukazaćemo samo na najznačajnije dogadjaje u vezi razvoja.

Tabela1. Hronologija evolucije Interneta

Godina dogadjaji 1966 eksperiment sa paketnom komutacijom kod ARPA 1969 prvi ARPANET čvorovi su postali operativni 1972 kreiran je distribuirani e-mail 1973 prvi ne-američki računar povezan na ARPANET 1975 ARPANET je prešao u nadležnosti Defense Comunnications Agency 1980 počeli su prvi eksperimenti sa TCP/IP 1981 po jedan novi host je pridružvan mreži na svakih 20 dana 1983 komutacije u vezi TCP/IP su kompletirane 1986 NSFnet kičma je kreirana 1990 ARPANET je povučen 1991 uveden je Gopher 1991 nagovešteno uvodjenje WWW 1991 PGP je završeno 1992 uveden je Mosaic 1995 privatizovana je Internet kičma 1996 OC-3 (155 Mbps) kičma je realizovana 1998 broj registrovanih domen imena premašio 2 miliona 2000 broj indeksiranih Web stranica premašio milijardu

Počeci Interneta trasirani su od strane ARPANET eksperimenta prvenstveno namenjenog radi uvodjenja, u to vreme, jedne nove tehnologije nazvane paketna komutacija (packet switching), kao i razvoj protokola koji se koriste za kooperativno i distribuirano izračunavanje. Prvi put ARPANET je postao operativan 1969. godine, povezivao je četiri paketno-komutirana čvora tipa host računar i terminale, bitskom brzinom prenosa od 50 kbps. Treba pri ovome istaći da su prve dve važne aplikacije razvijene od strane ARPANET-a bile TELNET i FTP, koje su nudile nove i do tada nepoznate mogućnosti. A. TELNET-je projektovan u vreme kada su korisnici interagovali sa računarom preko ’’glupih’’ terminala, koji su se sastojali od tastature i ekrana, opremljene primitivnim hardverom koji je obezbedjivao prenos nizova karaktera u oba smera, računar-terminal i obratno. Obično se na jedan host povezivao veći broj terminala, a rad sistema se bazirao na deobi vremena (Time Sharing Systems). Cilj je bio da lokalni host računar ili kontroler terminala uspostave vezu sa udaljenim hostom tako da se lokalni korisnik može logovati (log-on) i koristiti usluge udaljenog hosta. Jedan od izazova koji je trebalo rešiti odnosio se na to da su terminali korisitli različite tastature, karakter skupove, veličine displeja, obima linije, i brzine komuniciranja, a sve je to trebalo uskladiti. Da bi rešili ovaj problem projektantni TELNET-a razvili su Virtual Terminal Protocol-VTP. Osnovna namena VTP-a je bila da transformiše karakteristike realnog terminla u standardizovanu formu, nazvanu NVT ( Network Virtual Terminal). NVT je u suštini imaginarni uredjaj sa dobro definisanim karakteristikama. Koristeći VTP mogiće je bilo uspostaviti vezu izmedju korisničkog terminala i udaljenog host-a. Obe strane su pri tome generisale podatke i upravljačke signale na svoj način (svojim jezikom), dok je NVT imao zadatak da obavi adekvatno prevodjenje ( vidi Sliku 1.14)


15

HostHost

Host

Glupiterminali

Glupiterminali

Glupiterminali

a)

Korisnički kompjuter(uključuje monitor, tastaturu i

miš; plus klijent TELNET softver)

Udaljeni kompjuter(uključuje server TELNET

softver)

b)


16

Realniterminal HostMreža

Korisnički ulazna jezik terminala

Korisnički ulazna virtuelni

jezik terminala

Korisnički ulazna jezik host-a

Izlaz procesa najezik host-a

Izlaz procesa najezik virtuelnog

terminala

Izlaz procesa najezik terminala

c)

Slika 1.1-144 TELNET operativno okruženje: a) početno ARPANET okruženje; b) TELNET ciljno okruženje; c) NVT koncept

B. FTP – kao i TELNET tako i FTP je proizvod koji je evoluirao kada je na tržištu bio prisutan veliki broj radikalno različitih sistema. Osnovi ciljevi FTP-a su usmereni ka nalaženju efikasnih pristupa za manipulisanje sa različitim tipovima komandi, načinima prenosa podataka, i prezentaciji podataka, ili nešto konkretnije: a) podrška u formiranju deljivosti fajlova (programskih i/ili podataka); b) pospešivanje, direktnog ili indirektnog (preko programa), korišćenja udaljenih računara; c) zaštite korisnika od detalja koji se odnose na to kako različiti sistemi organizuju memorisanje fajlova; i d) ostvarivanje efikasnog i pouzdanog prenosa podataka. Kao i kod TELNET-a i kod FTP-a postoje korisnički FTP entitet i server FTP entitet. Host koji inicira transfer je korisnik.

Kako je to prikazano na Slici 1.15 FTP je operativan u dva nivoa. Da bi se počelo sa radom FTP korisnički protokol modul uspostavlja TCP vezu sa FTP server protokol modulom. Ova veza se koristi za razmenu upravljačke informacije u formi FTP komandi i odgovora. Kada su detalji oko fajl transfera usaglašeni, uspostavlja se naredna TCP konekcija, fajl podaci se prenose preko te veze, tako da se ovo može smatrati kao nivo protokola zadužen za razmenu podataka. Oba nivoa FTP-a interaguju sa TCP/IP softverom kod lokalnog sistema radi uspostavljanja TCP veze. Oba nivoa kod FTP-a takodje interaguju sa lokalnim File Management sistemskim softverom radi pristupa u lokalni fajl sistem i njegovim fajlovima. Konačno postoji korisnički FTP interfejs koji omogućava korisniku (čovek ili program) da pristupi User FTP-u.


17

Slika 1-15 FTP model

I pored toga što su TELNET i FTP predstavljali izuzetno koristan rezultat istraživanja na projektu ARPANET čini se da je elektronska pošta (e-mail), kao servis, bio pravi pogodak iz razloga što je privukao neverovatno veliki broj korisnika. Upravljanje ARPANET-om je 1975. godine prešlo sa ARPA u nadležnost Defense Comunnications Agency. Godine 1974. ARPA je počela sa razvojem metoda i protokola za inter-umrežavanje (internetworking), tj. komuniciranje preko proizvoljnog, većeg broja, paketno komutiranih mreža, čime se zvanično započelo sa uvodjenjem TCP/IP protokola. U proleće 1989. godine od strane CERN-a (the European Laboratory for Particle Physics) predložena je ideja o distribuiranoj hipermedija tehnologiji koja omogućava internacionalnu razmenu rezultata istraživanja koristeći Internet. Kao rezultat tih istraživanja razvijen je Web. I kako je e-mail podstakao razvoj ARPANET-a, tako je i Web pospešio eksplozivni porast Internet-a. Danas broj host-ova povezan na Internet mrežama premašuje 500 miliona, broj korisnika je reda milijardu, a broj zemalja koje imaju pristup na Internet je preko 200.


18

POWERFAULT DATA ALARM

SD

PSTN infrastruktura

Cellular telephoneinfrastruktura

Slika 1-16 Infrastrukura telefonske mreže sa javnom komutacijom (poštanske veze)

1.6.2. Mreže za brzi prenos podataka i govora

Na razvoj i evoluciju mreže za prenos podataka pored TCP/IP tehnologije podjednaku važnost ima i ATM (Asynchronous Transfer Mode). Prvobitne javne telefonske i telekomunikacione mreže su bile zasnovane na analognoj komutaciji i analognoj tehnologiji prenosa, kao i tehnici komutacija kola (circuit switching). Ove osobine sistema za komunikacioni prenos su bile u eksploataciji nekoliko decenija. Razvojem tehnologije, ove mreže su počele da evoluiraju ka tome da koriste digitalne, kompjuterizovane komutatore i digitalnu tehnologiju prenosa, ali su i dalje bile bazirane na tehnici komutacije-kola. Ove mreže su bile poznate pod imenom integrisane digitalne mreže (IDN- Integrated Digital Networks). Evolucija javnih telefonskih mreža sa analognih na digitalne je bila pospešena potrebom za ekonomičnijim prenosom govornih komunikacija. Kao rezultat ovih istraživanja IDN mreže su evoluirale ka tome da su postale pogodne za prenos digitalnih podataka, pa su tako nastale i ISDN mreže. ISDN (Integrated Services Digital Network) se odnosi na simultani prenos digitalizovanog govora i raznih tipova prenosa digitalnih podataka u istim digitalnim prenosnim vezama. Značano tehničko dostignuće napora koji su učinjeni na polju ISDN-a predstavlja razvoj specifikacija za frame-relay-a. Frame-relay predstavlja oblik paketne komutacije pogodan za korišćenje kod brzih mreža pri brzini od 2 Mbps. ATM ponekad nazvan cell-relay predstavlja kulminaciju u razvoju tehnika komutacije kola (circuit switching) i komutacije paketa (packet switching), a takodje i evoluciju u odnosu na frame-relay tehniku. Najznačajnija razlika izmedju frame-relay-a i ATM-a se sastoji u sledećem: frame –relay koristi pakete promenljive dužine, nazvani okviru (frames), dok ATM koristi pakete fiksnih dužina koje zovemo ćelije (cells). Kod ATM-a režija (dodatno vreme) koja se odnosi na kontrolu grešaka u prenosu je mala, tj. ovaj zadatak se prepušta višim nivoima obrade. Takodje i vreme procesiranja paketa kod ATM-a u odnosu na frame-relay-a je znatno kraće. Kao rezultat kod ATM-a bitske brzine prenosa se nalaze u opsegu od nekoliko desetina do nekoliko stotina Mbps-a, pa čak i više od 10 Gbps-a.


19

POWERFAULT DATA ALARM

SD

Stacionarne komponenteza wireless data

infrastrukturu

Tradicionalna stacionarna data network infrastruktura

Slika 1-17 Interenet infrastruktura sa proširenjem na usluge koje pružaju mobilne komunikacije

2000

InternetMobile

Fixed

Slika 1-18 Rasprostranjenost fiksnih, mobilnih i Interenet komunikacija


20

Wirelessdata

infrastructure

PDN

LAN

WLAN

PBXCellular

infrastructure

Public switchedtelephone

network (PSTN)

HFC

Internet

Slika 1-19 Backbone struktura: PSTN, Internet, HFC

Napomena: PSTN-Public Switched Telephone Network; HFC-Hybrid Fiber Coax; PBX-Private Branch Exchange; PDN- Public Data Network; LAN- Local Area Network; WLAN- Wireless Local Area Network

Documents

-Istorija komunikacionih mreza