Elektrotehnička škola “Nikola Tesla” u Beogradu

MATURSKI RAD IZ RAČUNARA

Tema:Računarske mreže

Profesor: Kandidat:

Vladeta Slavković Stefan Milovčević IV6

Beograd, jun 2010.

Sadrzaj

2

Uvod

1. Istorijat računarskih mrežaIako je računarska industrija još uvek mlada u poređenju s drugim industrijama (npr. sa automobilskom industrijom i vazdušnim transportom), računari su zabeležili neverovatan napredak za srazmerno kratko vreme. Tokom prve dve decenije svog postojanja računarski sistemi su bili strogo centralizovani, obično unutar jedinstvene prostorije. Često je ta prostorija imala staklene zidove kroz koje su posetioci mogli da se dive velikom elektronskom čudu. Kompanije srednje veličine ili univerziteti mogli su imati jedan do dva računara, dok su velike institucije imale najviše par desetina. Pomisao da će za dvadesetak godina računari iste snage biti veličine poštanske marke i proizvoditi se u milionskim serijama bila je čista naučna fantastika.

Stapanje računara s komunikacijama imalo je snažan efekat na način organizovanja računarskih sistema. Ideja „računskog centra" - prostorije s velikim računarom u koju korisnici donose svoje podatke na obradu - potpuno je prevaziđena. Stari model po kome je jedan računar zadovoljavao sve potrebe organizacije zamenjen je modelom u kome posao obavlja veći broj zasebnih, ali međusobno povezanih računara. Takvi sistemi su nazvani računarske mreže (engl. computer networks).

Izrazom "računarska mreža" označavaćemo skup nezavisnih računara, međusobno povezanih jedinstvenom tehnologijom. Za dva računara se kaže da su povezana ako mogu međusobno razmenivati podatke. Sama veza ne mora da bude izvedena bakarnom žicom; mogu se upotrebiti optičko vlakno, mikrotalasi, infracrveno zračenje i komunikacioni sateliti.

1.1 Koje prednosti pružaju računarske mreže:Danas, kada su računari relativno dostupni svakom i izuzetno moćni, možda se pitate zbog čega su mreže neophodne. Razlog je bio i ostao isti: umrežavanje povećava efikasnost i smanjuje troškove. Ove dve stvari računarske mreže postižu na tri osnovna načina:

zajedničkim korišćenjem informacija -podataka (elektronska pošta je ubedljivo najrasprostranjeniji vid korišćenja Interneta, smanjuje se korišćenje papira, povećava efikasnost, a skoro svaka vrsta podataka je istovremeno na raspolaganju svim korisnicima kojima je potrebna)

zajedničkim korišćenjem hardvera i softvera (vise korisnika istovremeno koristi zajedničke informacije, ali i periferijske uređaje - ukoliko je štampač neophodan većem broju korisnika koji su u mreži, svi mogu da koriste zajednički mrežni štampač; mreže se mogu upotrebiti i za zajedničko i standardizovano korišćenje aplikacija, kao što su programi za obradu teksta, programi za tabelarne proračune ili inventarske baze podataka, u situacijama kada je bitno da svi koriste iste aplikacije i iste verzije tih aplikacija)

3

centralizovanom administracijom i podrškom (kada su računari umreženi, to značajno pojednostavljuje i njihovu podršku, za jednu kompaniju je daleko efikasnije kada tehničko osoblje održava jedan operativni sistem i kada su svi računari identično podešeni prema konkretnim potrebama te kompanije).

Konkretnije, računari koji su u mreži mogu zajednički da koriste:

dokumente (memorandume, tabelarne proračune, fakture) elektronsku poštu softver za obradu teksta softver za praćenje projekata ilustracije, fotografije, video i audio datoteke audio i video prenose štampače faks mašine modeme CD-ROM jedinice i druge prenosive jedinice, kao što su Zip i Jaz jedinice diskove

2. Tipovi računarskih mreža

Računarske mreže su, prema svojoj veličini i funkcijama koje imaju, svrstane u dve osnovne grupe:

Lokalna računarska mreža (LocalArea Network, LAN) predstavlja osnovu svake mreže (slika 1.7). Ona može biti jednostavna (dva računara povezana kablom), ili složena (stotine računara i periferijskih uređaja u jednoj velikoj korporaciji). Osnovno obeležje lokalne računarske mreže je to što je ona prostorno ograničena.

Regionalna računarska mreža (WideArea Network, WAN), sa druge strane, nije prostorno ograničena (slika 1.8). Ona može da poveže računare i uređaje širom sveta. Regionalnu računarsku mrežu čini veliki broj povezanih lokalnih mreža. Internet je, verovatno, najbolji primer ove vrste mreža (mada se za Internet češće upotrebljava naziv „globalna mreža").

Prethodna podela računarskih mreža po svojoj veličini je veoma uopštena. Moguća je i finija podela, po kojoj se računarske mreže po svojoj veličini dele na:

personalne mreže (eng. Personal Area Network - PAN), lokalne mreže (eng. Local Area Network - LAN), bežične lokalne mreže (eng. Wireless Local Area Network - WLAN)

4

mreže širokog područja (eng. Wide Area Network - WAN) i globalne mreže.

Personalne mreže povezuju uređaje jednog korisnika. PAN mrežu čini računar povezan sa štampačem, skenerom, PDA, mobilnim telefonom i sl. Rastojanja koja može da podrži ovakva mreža su veoma mala: od jednog metra, do nekoliko metara.

Slika 1. Personalna mreza(PAN)

Lokalne mreže povezuju dva ili više računara (ali i drugih uređaja) u ograničenoj geografskoj oblasti. To je najčešći način organizovanja računarske mreže u okviru jedne firme, škole ili neke druge ustanove. Brzina prenosa informacija je vrlo velika (veća od ostalih tipova mreža), a rastojanja između uređaja se kreću od nekoliko metara do nekoliko kilometara.

5

Slika 2. Lokalna mreza(LAN)

Bežične lokalne mreže su lokalne mreže kod kojih računari ne moraju kablovima biti povezani na mrežu. Brzine prenosa podataka su značajno niže od „žičanih" lokalnih mreža, ali zato omogućuju mobilnost korisnika. U objektima koji ne dozvoljavaju sprovođenje kablova, „kopanje zidova" ili je potrebno brzo i uz što manje angažovanja omogućiti korisnicima priključivanje na mrežu, bežične mreže su odlično rešenje.

Slika 3. Bezicne lokalne mreze(WLAN)

Slika 4. Bezicne lokalne mreze(WLAN)

6

Mreže širokog područja (gradske mreže) povezuju lokalne mreže i obično ih čine iznajmljena linija i uređaji koji omogućuju povezivanje na iznajmljene linije.

Slika 5. Gradska mreza

Globalna mreža povezuje sve prethodne mreže u jedinstvenu celinu koja omogućuje korišćenje resursa i informacija širom čitave planete. To je mreža koju poznajemo kao Internet.

Svaki računar u računarskoj mreže predstavlja jedan čvor.

Prema značaju pojedinih čvorova u mreži, mreže se dele na:

od-čvor-do-čvora (mreže ravnopravnih korisnika - eng. peer-to-peer). klijent-server (eng. client-server) i

U mrežama od-čvora-do-čvora (mreže ravnopravnih korisnika) svi učesnici u komunikaciji su ravnopravni. Svaki računar u ovakvim mrežama poseduje određene podatke ili programe potrebne drugima, ali i zahteva podatke ili aplikacije koje drugi poseduju. Ako se organizacija od-čvora-do-čvora odnosi na upravljanje mrežom, to znači da je svaki računar potpuno autonoman. Svaki korisnik mora da vodi računa o programima koje će instalirati i mora sam podešavati sve parametre računarskog sistema. Ovo može postati vrlo nestabilna mreža ako ima više računara, a korisnici nisu stručni u podešavanju sistema ili su nemarni. Sigurnost mreža od-čvora-do-čvora je na vrlo niskom nivou.

7

Slika 7. Mreza ravnopravnih korisnika

U klijent-server mrežama, podaci se smeštaju na računarima sa posebnom funkcijom - na serverima. Zadatak servera je da pružaju usluge korisnicima, koji koriste računare skromnijih mogućnosti, a zahtevaju neku složenu obradu ili pristup velikim bazama podataka. Računari koji iniciraju komunikaciju i traže određeni podatak ili obradu od servera nazivaju se klijenti. Klijent-server organizacija omogućuje i lakše upravljanje lokalnim mrežama. Na serveru se, u tom slučaju, definišu korisnički nalozi i upravlja pravilima pristupa. Takve mreže su i sigurnije jer klijenti moraju da se povinuju pravilima definisanim na serveru. Server može i automatski podešava klijente, ažurirati antivirusne programe na klijentima, proveravati sadržaj poruka koje idu od ili ka klijentima, itd. Kada u lokalnoj mreži ima više od desetak računara, uvođenje klijent-server organizacije značajno olakšava upravljanje mrežom.

Slika 8. Klijent-Server mreza

8

2.1 Mrežne topologijeTermin topologija, ili konkretnije, mrežna topologija, odnosi se na fizičko uređenje ili raspored računara, kablova i drugih komponenti mreže. Topologija je standardni termin koji je najčešće u upotrebi kada se govori o osnovnom projektu mreže, mada postoje i drugi pojmovi sa sličnim ili istim značenjem:

■ fizički raspored

■ projekat

■ dijagram

■ mapa

Mogućnosti mreže zavise od njene topologije. Od izabrane topologije zavise:

■ vrsta potrebne opreme za mrežu

■ tehničke mogućnosti opreme

■ rast mreže

■ način upravljanja mrežom

Razumevanje načina korišćenja različitih topologija predstavlja ključ za razumevanje mogućnosti različitih tipova mreža.

U bežičnim mrežama računari su povezani bez upotrebe kablova, ali, najveći broj mreža za povezivanje računara koristi kablove. Različiti tipovi kablova, u kombinaciji sa različitim mrežnim karticama, mrežnim operativnim sistemima i drugim komponentama, zahtevaju i različito uređenje.

Da bi mreža uspešno radila, potrebno je pažljivo isplanirati mrežnu topologiju. U tom smislu, konkretna topologija može da odredi, ne samo tip kablova koji će se koristiti, već i kako će se oni sprovesti kroz podove, zidove ili plafon.

Topologija, takode, može da odredi i način komuniciranja računara u mreži. Različite topologije zahtevaju i različite metode komunikacije, što, dalje, ima veliki uticaj na funkcionisanje mreže.

9

2.1.1 Standardne topologijeSvi mrežni dizajni potiču od četiri osnovne topologije:

■ magistrale

■ zvezde

■ prstena

■ višestrukih puteva

Magistrala je topologija u kojoj su računari u nizu povezani jednim zajedničkim kablom. Kada se računari povezuju pojedinačnim kablovima koji se granaju iz jednog čvorišta ili haba, to je topologija zvezde. Kružno povezivanje računara kablom koji je u obliku petlje naziva se topologija prstena. Kod topologije višestrukih puteva (engl. mash topology) svi računari su uzajamno povezani posebnim kablovima.

Ove četiri topologije mogu da se kombinuju na različite načine.

Topologija magistrale

Topologija magistrale (engl. bus) često se naziva i „linearna magistrala" zbog toga što su računari pravolinijski povezani. Ovo je najjednostavniji i najrasprostranjeniji način povezivanja računara u mreži. Na narednoj slici prikazana je tipična topologija magistrale. Sastoji se od kabla koji se zove stablo, kičma ili segment (engl. trunk, backbone ili segment), koji, u jednoj liniji, povezuje sve računare u mreži.

Slika 9. Topologija magistrale

10

2.1.2. Komunikacija u magistrali

U topologiji magistrale, računari komuniciraju obraćajući se konkretnom računaru, a podaci se sprovode kroz kabl u vidu elektronskih signala.

Za potpuno razumevanje komunikacije u magistrali, neophodno je i poznavanje sledećih koncepata i pojmova:

■ slanje signala

■ odbijanje signala

■ terminator

 

Slanje Signala

Podaci se u vidu elektronskih signala šalju svim računarima u mreži, ali ih prihvata samo onaj računar čija se adresa poklapa sa adresom kodiranom u originalno poslatom signalu. Svi ostali računari ne obraćaju pažnju na te podatke. Na sledećoj slici prikazana je situacija kada poruku šalje računar označen kao 0020afl51d8b, a prima je računar označen kao 02608cl33456. U istom trenutku samo jedan računar može da šalje poruku.

Slika 10.Slika slanja signala

Zbog toga što u magistrali u jednom trenutku samo jedan računar može da šalje podatke, performanse mreže direktno zavise od broja računara u magistrali. Veći broj računara u magistrali, podrazumeva i veći broj računara koji čekaju da pošalju svoje podatke, a samim tim i sporiju mrežu.

11

Performanse mreže ne zavise isključivo od broja računara. Uz broj računara u magistrali, na performanse mreže će uticati i sledeći faktori: ■ mogućnosti hardvera umreženih računara ■ ukupan broj prijavljenih komandi koje čekaju izvršenje ■ vrste aplikacija sa kojima se radi u mreži ■ vrsta kabla upotrebljenog za umrežavanje ■ udaljenost umreženih računara

Računari u magistrali ili prenose ili osluškuju podatke poslate u mrežu. Oni nisu odgovorni za premeštanje podataka sa jednog na drugi računar. Ako se jedan računar pokvari, to nema uticaja na ostatak mreže.

Odbijanje Signala

Zbog toga što se podatak, ili elektronski signal, šalje kroz celu mrežu, on putuje od jednog do drugog kraja kabla. Ukoliko ne bi bio sprečen, taj signal bi nastavio da se odbija od jednog do drugog kraja kabla, praktično beskonačno, i na taj način bi sprečavao druge računare u mreži da pošalju svoje poruke. Zbog toga signal mora da se zaustavi čim stigne do predviđene adrese (računara).

Terminator

Da bi se sprečilo ovo odbijanje signala, na oba kraja kabla se nalazi komponenta nazvana terminator. Zadatak terminatora je da apsorbuje lutajuće signale i da na taj način oslobodi kabl za nove elektronske signale.

Oba kraja svakog kabla moraju biti za nešto priključena. Kraj kabla može biti uključen u računar, ili u konektor, ukoliko je potrebno da se kabl produži. Svaki otvoreni kraj koji nije nigde uključen mora da ima terminator da bi se sprečilo odbijanje signala. Na narednoj slici prikazana je pravilna upotreba terminatora u topologiji magistrale.

Slika 11. Terminator

12

Prekid mrežne komunikacije

Ako se kabl fizički preseče, ili se jedan njegov kraj isključi, nastaje prekid. U oba slučaja dolazi do odbijanja signala (slobodni krajevi nemaju terminatore) i, u krajnjoj liniji, do prekida rada mreže.

Na sledećoj slici prikazana je topologija magistrale sa isključenim kablom.

Slika 12. Prekid mrezne kominikacije

Ovakva mreža ne može da funkcioniše zbog pojave odbijanja signala. Računari mogu da nastave da funkcionišu samostalno, ali, dok god je kabl prekinut, ne mogu međusobno da komuniciraju, odnosno, da zajednički koriste resurse. Računari isključenog dela mreže će sve vreme pokušavati da uspostave vezu, što će bitno smanjiti performanse radne stanice.

Širenje mreže

Fizički rast lokacije (kompanije) koju mreža pokriva zahteva i širenje same mreže. U topologiji magistrale kablovi mogu da se produže na jedan od sledećih načina:

■ Dva kabla mogu da se povezu komponentom zvanom BNC nastavni konektor. Međutim, konektori slabe signal, pa ih treba umereno koristiti. Mnogo je bolje imati jedan duži kabl nego više kraćih povezanih konektorima. Korišćenje velikog broja konektora može da dovede do nepravilnog prijema signala.

13

Slika 13. BNC nastavni konektor

■ Za povezivanje dva kabla u jedan može da se koristi i uređaj koji se zove repetitor. Repetitor, u stvari, pojačava signal pre nego što ga pošalje. Repetitor je bolje rešenje i od konektora i od dugog kabla zbog toga što omogućava slanje signala na veće daljine i njihov korektan prijem.

Slika 14. Repetitor

2.1.3 Topologija zvezde

U topologiji zvezde, svi računari su segmentima kabla povezani sa centralnom komponentom koja se zove hab. Signal se prenosi od računara koji je poslao, kroz hab, do svih računara u mreži. Ova topologija je nastala u ranim danima umrežavanja, kada su računari bili povezani sa centralnim mainframe računarom.

14

Slika 15. Topologija zvezde

Topologija zvezde pruža prednosti u smislu centralizovanih resursa i upravljanja. Sa druge strane, njen veliki nedostatak je neophodnost velike količine kablova. Takođe, ukoliko centralna jedinica zakaže, cela mreža pada.

Ako se pokvari jedan računar, ili njegov kabl, samo će on biti isključen iz mreže. Ostatak mreže, u tom slučaju, funkcioniše normalno.

2.1.4 Topologija prstenaU topologiji prstena, računari su kružno povezani jednim kablom. Za razliku od topologije magistrale, ovde nema krajeva sa terminatorima. Signal kroz petlju putuje u jednom smeru, od računara do računara, a sami računari mogu da se ponašaju kao repetitori i da ga pojačavaju. Kvar jednog računara može da ima uticaj na čitavu mrežu.

15

Slika 16. Topologija prstena

NAPOMENA: Fizičku topologiju predstavlja sam kabl, a logičku, način na koji se signal prenosi kroz kabl. Prosleđivanje tokena

Jedan od načina prenošenja podataka kroz prsten je prosleđivanje tokena. Token je, u stvari, posebna serija bitova (sekvenci) koja putuje kroz mrežu. Svaka mreža može imati samo jedan token. Na sledećoj slici prikazana je prstenasta mreža sa tokenom.

16

Slika 17. Prosljivanje prstena

Token se prosleduje od računara do računara, dok ne stigne do računara koji treba da pošalje podatke. Taj računar menja token, podacima priključuje elektronsku adresu primaoca i šalje token dalje kroz mrežu. Ti podaci prolaze kroz svaki računar dok ne stignu do računara čija adresa odgovara adresi poslatih podataka.

Računar koji je primio podatke uzvraća porukom da su podaci primljeni. Nakon verifikacije prijema podataka, računar koji je prvobitno poslao podatke pravi novi token i šalje ga da cirkuliše kroz mrežu. Novi token kruži kroz mrežu sve dok sledeća radna stanica ne pošalje nove podatke.

17

Zaključak

18

Literatura

19