Racunalne Mreze (1) - Mario Radovan

Mario Radovan

RAČUNALNE MREŽE (1)

Izdavač Digital point tiskara d.o.o .. Rijeka, Hrvatska

Za izdavača Jasmin Ćelić

Recenzenti: Prof. dr. sc. Ivo Ipšić

Prof. dr. sc. Maj a Matetić

Priprema i tisak Digital point tiskara d.o.o.

© Mario Radovan, 201 0.

CIP Katalogizacija u publikaciji

SV EUČILIŠNA KNJIŽNICA RIJEKA

UDK 004.7(035)

RADOVAN, Mario

Računalne mreže (1) / Mario Radovan. -Rijeka: Digital point tiskara, 20 l O.

Bibliografija.

ISBN 978-953-7718-04-6

I. Kompjutorske mreže -- Priručnik

120601080

ISBN 978-953-7718-04-6

Mario Radovan

v

RACUNALNE v

MREZE (1)

Predgovor

Suvremeni životni prostor u sve većoj mjeri sastoji se od tehnoloških naprava i sustava. Da bi mogli "funkcionirati" u tom prostoru, ljudi trebaju poznavati sve veći broj procedura koje trebaju izvesti da bi pomoću tih naprava i sustava postigli one učinke koje žele postići. Kaže se da živimo u društvu znanja; međutim, današnje znanje svodi se na poznavanja procedura, dok je razina znanja o onome što se odvija "ispod površine" općenito niska i stalno opada u odnosu na proizvodnju novih naprava i procedura. U ovoj knjizi pokušali smo opisati temeljne elemente računalnih mreža i objasniti na koji način ti računalni sustavi rade ispod površine, odnosno ispod razine usluga koji korisnici izravno koriste.

Računalne mreže izgledaju jednostavno, tako da ih "svako dijete" može koristiti; u stvari, djeca su u tome vještija od starijih. Međutim, ispod razine upotrebe, računalne mreže su složeni sustavi koji obuhvaćaju ogroman broj elemenata, od kodiranja i oblikovanja zapisa, preko mnoštva protokola, do mnoštva tehnoloških rješenja koja ih implementiraju. Obična poruka računalne pošte (email) prođe na svom putu kroz bezbroj procesa i pretvorbi, da bi na njenu odredištu bila stvorena kopija poruke koja je bila napisana na njenu izvoru. Sa porastom složenosti i raznolikosti računalnih mreža, opada mogućnost da jedna osoba detaljno poznaje sve elemente koji su sadržani u nekoj od mnogih vrsta računalnih mreža. Pred tim mnoštvom i raznolikošću, brojna pitanja morala su ostati neodgovorena; neka zbog ograničenosti prostora, a neka zbog ograničenosti znanja autora. U prikazima 'sam nastojao iznijeti čim više pojedinosti, pazeći pritom da ne prijeđem granicu relativno pouzdanog govora i da ne stupim u prostor "pogađanja" na koji način bi nešto "trebalo" biti, ili funkcionirati. Ali takvi prelasci se događaju; nalaznike grešaka i propusta molim da iste prijave na adresu [email protected].

Zahvaljujem djelatnicima Odjela za informatiku Sveučilišta u Rijeci na razumijevanju, bez kojeg bi bilo teško naći dovoljno vremena za pisanje ove knjige. Igor Jugo, Vedran Miletić i Marko Turk sudjelovali su u izradi slika prema predlošcima autora teksta; slike se moglo ukrasiti lijepim simbolima, ali ukrašavanje smo ostavili za drugi put.

Konačno, naslov ove knjige sugerira da ta knjiga ne sadrži cijelu priču o računalnim mrežama; u planu je drugi (završni) dio, ali zbog drugih poslova, pi-

5

Mario Radovan RAČUNALNE MREŽE

sanje tog dijela je za sada odgođeno. Sadržaj ovog dijela obuhvaća donje slojeve mrdnog sustava (modela); gornji slojevi biti će obrađeni u drugom dijelu.

Rijeka, ožujak 2010.

6

Mario Radovan Sveučilište u Rijeci

Odjel za informatiku

Sadržaj

Predgovor ................................................................................................... 5

1. Mrežni sustavi: pojmovi i načela . ............ .... ... ...... . ..... .............. ............ 9

1 . 1 Klijent i opslužitelj ... ................. ...... . .. .. ....... ... . .......... .... .. . ...... ....... 10

1 .2 Čvorovi, veze i putovi ...... ............ . ....... ......... . ................................ 1 5

1 .3 Dijeljenje resursa . ...... .... ...... ....... ......... ... . .. ....... ........ ...... ...... .......... 24

1 .4 Slojevi i protokoli .... ........ .. ............ ....... . ... .................. . ......... .......... 29

1 .5 OSI arhitektura mreže ... ............ ....... ... ......... ........... ..... . .... ... . ......... 38

1 .6 Arhitektura Interneta . ............. .... .......... . ... . ........ .... .. .......... . . ........... 42

1 . 7 Kapacitet i pouzdanost ... ............................. ................................... 47

2. Mreže sa izravnim vezama ....... .......... ... ................ . ............ ................. 57

2 . 1 Povezivanje čvorova ... . ...... ..................... . ......... ............ . .. . .... ... ....... 58

2.2 Nosioci podataka i veze .............. .................................................... 61

2.3 Kodiranje i tvorba okvira .... . ........................... .. ..................... ........ 66

2.4 Otkrivanje i otklanjanje grešaka . ... ... .. ........... ................... .... .......... 77

2.5 Metode prijenosa okvira . .. .......... ... ........... ................. ........... ..... ... .. 85

2.6 Lokalna mreža Ethernet.. ............ .. ...... ........ . ......... ........... ............ . .. 96

2.7 Prstenaste mreže ............. . .. . ................................. ..................... . ... 1 07

3. Mreže sa neizravnim vezama ..... . ...... ....... .. . ................ .......... . ........... 1 1 9

3 . 1 Prijenosnici, paketi i putovi ............................. ..... .......... ...... . ....... 1 20

3 .2 Usmjeravanje paketa .............. ...... ........................... ... ............. 1 24

3.3 Uspostavljanje virtualnih putova .... ........ . .... ... .......... ................ . ... 1 28

3 .4 Izvorsko usmjeravanje ................... . ... ...... . ... . . .......... ..................... 1 36

3 .5 Mostovi i prošireni LANovi .......................... . ..... . . .................. . .. .. 1 40

3.6 Prijenosni sustav ATM ...... ..................... .. ....... . ...................... ....... 1 5 1

3 .7 Prijenosnici, sučelja i portovi .. . ... . ..................... . ............... ........ .. . 1 6 1

7


4. Povezivanje različitih mreža ....... ... ....... ................ ............................ 1 7 1

4. 1 Sastavljene mreže . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 72

4.2 Internet Protoko1 . . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 78

4.3 Adresiranje i uparivanje adresa . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 1 87

4.4 Unutardomensko usmjeravanje . . . . . . . . . .... . . . . . . . . . . . . .. . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

4.5 Podmreže i ujedinjavanje putova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . ... . . . . . . . . 22 1

4.6 Međudomensko usmjeravanje .... .. . . . . ....... . . . . ..... . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

4.7 lP verzija 6 ... . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . .. . ... . . .. . ... . . . . . . . . . . . . ..... . . . . . . . . . . . . . 247

5. Bežični mrežni sustavi ..... .. ............. ... . ......... ....... ... ................... . ........ 255

5. 1 Nositelji i sadržaji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

5.2 Vrste bežičnih mreža . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 262

5.3 Bluetooth (802. 15. 1 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . 269

5.4 Wi-Fi (802. 1 1) . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. 273

5.5 WiMAX (802. 1 6) . . ... . . . . . .. .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 284

5.6 Mobilna telefonija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

o izvorima ............................................................ .................................. 301

8

l. Mrcžni sustavi: pojmovi i načela

1. Mrežni sustavi: pojmovi i načela

U ovom poglavlju iznijeti su temeljni elementi i načela rada računalnih mreža. Pritom se u prikazima raznih elemenata govori o njihovim funkcijskim osobinama, više nego o podrobnostima njihove tehničke realizacije. Poglavlje otpočinje opisom metode klijent-server, koju ilustriramo na primjeru traženja i nalaženja jedne web stranice. Zatim govorimo o čvorovima, vezama i putovima, o metodama prijenosa podataka i o tvorbi sastavljene mreže. Dijeljenje resursa je jedan od temeljnih načina rada u računalnim sustavima; u računalnim mrežama je takav način rada izrazito prisutan.

U četvrtom odjeljku govorimo o "arhitekturi" računalne mreže, odnosno o slojevima i protokolima koji definiraju strukturu mrežnih čvorova, a time i strukturu računalne mreže koja se sastoji od takvih čvorova. Ovdje govorimo i o inkapsulaciji, kao metodi višestrukog "pakiranja" sadržaja koji se prenose računalnom mrežom.

Slijede prikazi OSI modela i Internet (TCPIIP) modela, kao dvaju dominantnih modela strukture mrežnih čvorova, odnosno računalnih mreža. Prvi od tih modela je rezultat teorijskog oblikovanja strukture mrežnih čvorova (i mreže), dok drugi model opisuje strukturu čvorova u sastavljenoj mreži Internet, koja je razvijena uglavnom praktičkim radom na razvoju jednog računalnog komunikacijskog sustava.

U zadnjem odjeljku dan je prikaz još nekoliko temeljnih pojmova iz prostora računalnih mreža, kao što su propusnost, širina frekventnog pojasa, zadržavanje, otkrivanje grešaka u prijenosu podataka i pouzdanost prijenosa podataka.

9


1.1 Klijent i opslužitelj

Mnogi procesi u računalnim sustavima odvijaju se prema metodi klijentserver (client-server). Klijenti i serveri su obično softverski sustavi (programi). Klijent je sustav koji šalje neki zahtjev serveru, a server je sustav koji izvršava taj zahtjev; pritom, server obično predaje klijentu rezultat izvršenja njegova zahtjeva, ali ne mora uvijek biti tako. Na primjer, ako web preglednik (browser) kao klijent, traži neku web stranieu od web servera, onda server dostavlja tu stranicu klijentu. Međutim, u situaciji kad neki klijent traži od servera koji upravlja bazom podataka, da izvrši upis nekih sadržaja (podataka) u bazu, onda se rezultat izvršenja tog zahtjeva ne šalje klijentu; server tada klijentu obično šalje obavijest o izvršenju tražene operacije.

Pojam klijent (client) se obično ne pr((vodi, pa onda nije neophodno prevoditi ni pojam server. Inače, taj pojam može se prevesti sa ops/uži/el}, jer server opslužuje klijente u smislu u kojem opskrbljivači (robama i uslugama) opskrbljuju svoje klijente. Pojam "poslužitelj" nije primjeren te je stoga postao široko poznat i opće prihvaćen. U ovom tekstu nastojati ćemo koristiti pojam opslužitelj , ali ćemo isto tako koristiti i pojam server.

Softverskim sustavom nazvali smo ono što se obično naziva "programom". Softverski (ili programski) sustavi se obično sastoje od više programa, pa i od više tisuća programa. Svaki od tih programa obavlja neke specifične operacije, pri čemu često poziva (pokreće) druge programe. U načelu, moguće je svaki softverski sustav (poput uređivača teksta) zvati "programom"; ali u praksi, to je redovito sustav programa, koji ima osobine mrežne i hijerarhijske strukture. Tim pitanjem ne možemo se ovdje podrobnije baviti. Općenito, objašnjenja koja ovdje iznosimo, često nisu potpuna jer ne sadrže sve ono što bi jedan potpun opis

nekog entiteta trebao sadržavati. Ovdje nastojimo iznijeti prvenstveno ono što je relevantno za prikaze koje ovdje iznosimo. Na primjer, rekli smo da su klijent i server obično softverski sustavi; u nekim sustavima i situacijama, klijent i server mogu biti realizirani hardverski, ali to ovdje nije bitno, tako da se tim stvarima ovdje ne bavimo. Dakle, objašnjenja koja ovdje iznosimo, trebala bi biti točna u smislu onog što ta objašnjenja tvrde; ali ta objašnjenja su često (i neizbježno) nepotpuna u smislu da neke stvari nisu rečene. Vrijeme i prostor za pisanje, kao i znanje autora su obično ograničeni.

Ilustrirajmo način rada prema metodi klijent-server na primjeru web preglednika koji treba prikazati neku web stranicu na ekranu korisnika koji želi vidjeti tu stranieu. Web preglednik je ovdje klijent, koji od web servera traži da mu dostavi kopije onih datoteka (HTML i drugih) koje su potrebne da bi preglednik iz njih sastavio traženu web stranicu. Na slici 1 . 1 prikazani su osnovni elementi mrežnog sustava, koji sudjeluju u realizaciji te operacije.

1 0

WSi

Di

K

WP

Globalna mreža (sa DNS)

Slika 1 . 1 Klijent i opslužitelj

l. Mrežni sustavi: pojmovi i načela

WSj

Dj

Klijentom smo nazvali web preglednik (WP) koji radi na osobnom računalu korisnika (K), koje je vezano na domaćina Di. Često se i računalo K naziva klijentom domaćina Di, jer su procesi koji se izvode na računalu K obično klijenti procesa (servera) na domaćinu Di. Klijentski sustavi obično komuniciraju sa serverima na domaćinima na koje su izravno vezani, ali komuniciraju i sa serverima koji se nalaze na drugim (udaljenim) domaćinima.

Uzmimo da korisnik računala K želi vidjeti web stranicu koja se nalazi na web adresi http://inf.uniri.hr/�mradovan/index.html. Da bi to učinio, korisnik pokreće na svom računalu K softverski sustav (program, alat) nazvan preglednik (browser), koji traži web stranice na zadanim web adresama i vrši prikaz njihova sadržaja na ekranu korisnika (klijenta). Inače, "to browse" znači "pasti (travu)" ili "brstiti", ali u figurativnom smislu znači "prelistavati" novine, letimično pregledati (pročitati), i slično. Da bi izvršio traženu operaciju, pregledniku treba dati adresu web stranice koju želimo da nade i prikaže.

Pogledajmo najprije strukturu onog što smo iznad nazvali web adresom. Zvanični naziv te adrese je Uniform Resource Locator (URL); nazivi često nisu naročito sretno odabrani; čini se da "uniform" ovdje znači da je struktura te adrese "uniformna" u smislu da sve web (URL) adrese imaju istu osnovnu strukturu. "Resource" bi se moglo odnositi na web stranicu koju tražimo, jer ona je onaj "resurs" kojeg tražimo; "locator" bi moglo značiti da ta adresa "locira" mjesto (domaćina, datoteku) na kojem se nalazi tražena web stranica (HTML datoteka). Prijenos kopije dane web stranice na preglednik počinje od datoteke koja je navedena u URL adresi, ali može uključivati i prenošenje drugih datoteka.

1 1


Objasnimo strukturu URL (web) adrese na primjeru adrese koju smo naveli iznad:

http://inf.uniri.hr/-mradovanlindex.html

http oznaka (naziv) HTTP protokola (o protokolima govorimo kasnije). Taj protokol definira strukturne elemente i operacije web sustava; time ujedno određuje funkcije i strukturne osobine web servera i web preglednika. Dakle, oznaka "http" određuje da se ova adresa odnosi na web sustav i da taj posao treba biti upućen (predan) odgovarajućem web serveru.

:/1 čini se da ti znakovi samo dijele oznaku protokola (http) od Internet adrese domaćina i adrese datoteke na tom domaćinu.

inf.uniri.hr - mnemoničko (tekstualno) ime domaćina (mrežnog čvora) na kojem se nalazi tražena web stranica; ta stranica (HTML datoteka) pohranjena je u sustavu datoteka kojim upravlja web' server na tom domaćinu. Spomenimo da web stranice (HTML datoteke) često ne isu izravno pohranjene, već se dinamički generiraju u trenutku kad su tražene, ali to ovdje nije bitno.

/�mradovanlindex.html put do tražene HTML datoteke index. html na danom domaćinu; prvi dio je ime direktorija, a drugi dio je ime tražene HTML datoteke.

Web stranica se općenito oblikuje na temelju zapisa (sadržaja, naredbi) iz jedne polazne datoteke. Tu datoteku naziva se HTML datotekom, a za njen sadržaj kaže se da je zapisan pomoću HTML jezika. "HTML" je kratica od HyperText Markup Language. Nazivi često ne kazuju puno, tako da ih često nema smisla ni prevoditi. Hiper-tekst bi valjda trebalo biti nešto "više od teksta"; u stvari, HTML jezikIuređivač omogućava da se u web stranicu ugrade razni sadržaji, poput slika i zvuka. Rječnik od Britannica navodi dva značenja za pojam "markup", ali nijedno od njih nije primjereno onome o čemu ovdje govorimo; "to mark", inače znači "označiti". HTML je zapravo jedan jezik za uređivanje (slaganje) informacijskih sadržaja raznih vrsta. Pritom su ti sadržaji obično zapisani u zasebne datoteke; polazna HTML datoteka (jedne web stranice) određuje koji sadržaji (datoteke) su potrebni za tvorbu jedne web stranice, i kako ti sadržaji trebaju biti uređeni (složeni) na danoj web stranici.

Dakle, jedna web stranica je obično proizvod sadržaja većeg broja datoteka. Osnovu jedne web straniee čini odgovarajuća HTML datoteka, čiji zapisi određuju koji sadržaji (datoteke) čine jednu web stranicu i kako su ti sadržaji smješteni na toj web stranici. Ti sadržaji mogu biti zapisani u zasebne datoteke koje sadrže digitalne zapise slika ili zvuka, kao i programe (poput Java apleta). Da bi preglednik (kao klijent) mogao prikazati traženu web stranicu, "pozvani" server treba mu dostaviti osnovnu HTML datoteku te web stranice, kao i sve one datoteke (sa zapisima slika i drugih sadržaja) čiji sadržaji čine dio tražene web stranice. Spomenimo ovdje da web preglednik i server spadaju u sustave aplikacijske razine mrežnog sustava; o sustavima te razine biti će više riječi u kasnijim

1 2


poglavljima. Nadalje, postoje uređivači (editori) koji omogućavaju izradu web stranica (HTML datoteka) na sličan način kako uređivači teksta omogućavaju tvorbu i oblikovanje tekstualnih sadržaja. Takve HTML datoteke pohranjuju se na servere (sa svojim URL adresama), gdje onda "čekaju" da ih neki preglednik potraži ("pozove").

Preglednik kojem je zadana adresa web stranice, radi na računalu K koje je vezano na mrežu preko domaćina Di, tako da se njegova komunikacija s mrežom odvija "preko" tog domaćina. S druge strane, datoteke koje tvore traženu web stranicu, nalaze se na Udaljenom domaćinu Dj. Moglo bi se očekivati da preglednik WP preda URL adresu "svom" web serveru WSi (na Di) i prepusti tom serveru da "dobavi" traženu web stranicu (datoteke) od svog kolege WSj koji radi na domaćinu Dj. Međutim, u literaturi (i usmenoj predaji) kaže se da preglednik WP sam uspostavlja komunikaciju sa udaljenim serverom WSj na domaćinu Dj. Pritom, uspostava veze i prijenos sadržaja jedne web stranice može iziskivati uspostavu više drugih veza u mrežuom sustavu, kao i razmjenu većeg broja poruka i datoteka, kako je to opisano iznad.

Za dobavu jedne web stranice potrebno je najprije zamijeniti tekstualni naziv (adresu) domaćina Dj na kojem se ta stranica nalazi, sa binarnom adresom (IP adresom) toga domaćina. lP adresa (u lP verziji 4) ima 32 bita; ta adresa prikazuje se sa četiri broja dekadskog sustava, pri čemu su ti brojevi međusobno odvojeni (ili spojeni) točkama. Svaki od tih brojeva prikazuje (redom) dekadsku vrijednost od jednog 8 -bitnog dijela lP adrese. Takav zapis jedne lP adrese izgleda ovako: 126.211.82. 156. Posao pretvaranja tekstualne adrese u numeričku (binarnu) lP adresu izvodi sustav imena domena (Domain Name System DNS) o kojem govorimo kasnije. To pretvaranje može iziskivati uspostavu većeg broja veza u mreži, zavisno od adrese.

Kad na temelju dane tekstualne adrese domaćina (iz URL), sustav DNS nađe binarnu adresu tog domaćina, preglednik uspostavlja TCP vezu sa web serverom na tom domaćinu na kojem se nalazi tražena web stranica (o TCP vezi govorimo kasnije). Preglednik zatim šalje tom vezom svoj zahtjev serveru, koji na to dostavlja pregledniku (kao klijentu) tražene sadržaje. Svaki od tih koraka iziskuje razmjenu više poruka između klijenta i servera; sam raskid veze (po završetku prijenosa) iziskuje razmjenu četiriju poruka. Po primitku traženih datoteka, preglednik prikazuje na ekranu web stranicu koja je određena (proizvedena) sadržajima tih datoteka. Preglednik obično počinje sa prikazivanjem web stranice prije nego primi sav njen sadržaj, ali ne može dovršiti prikaz bez da primi sav sadržaj. Web stranice obično sadrže veze (links) na druge web stranice. Pritiskom tipke miša ("klikom") na takvu vezu, pregledniku se daje zahtjev da donese novu web stranicu, sa adrese na koju pokazuje ta veza; time se pokreće novi proces uspostave komunikacije sa nekim (drugim) udaljenim serverom i prijenosa sadržaja; taj proces jednak je onome kojeg smo opisali iznad.

13


Pored web sustava, računalne mreže (Internet) nude brojne druge mogućnosti prijenosa informacijskih sadržaja. Taj prijenos se u pravilu odvija prema metodi klijent-server, ali svaka od mrežnih komunikacija (usluga) ima svoje specifičnosti. Kod računalne pošte, poruke se pišu i čitaju pomoću klijentskih programa, a o njihovom prijenosu mrežom i isporuci primateljima vode računa serveri za računalnu poštu, koji rade na domaćinima.

Video (filmski) i zvučni zapisi mogu se prenositi mrežom isto kao i web stranice. Kada su zapisani u digitalnom obliku, svi informacijski sadržaji postaju u osnovi jednaki sa stanovišta njihova prijenosa mrežom, ali prijenos svake vrste sadržaja ima svoje specifičnosti. Prijenos "pokretnih slika" je općenito tehnološki zahtjevniji od prijenosa statičkih web stranica, iz više razloga. Prvo, kod izravnog prijenosa događaja (koji se upravo odvija), potrebno je imati vezu dovoljne propusnosti (throughput) koja omo�ućava prijenos dovoljnog broja snimki u sekundi. Kod prijenosa snimljenih događaja (filmova), kada propusnost veze nije dovoljna za izravno gledanje filma, onda se najprije prenese dio filma sa servera na stroj klijenta, a zatim se može početi s njegovim prikazivanjem. Pritom dio filma koji je prenijet na stroj klijenta treba biti dovoljno velik da veza uspije prenijeti ostatak filma prije nego taj dio dođe na red za prikazivanje. Drugim riječima, na početku se stvori određena zaliha sadržaja; dok se ta zaliha troši, mrežom se donose novi sadržaji; zaliha treba biti dovoljna da potrošnja sadržaja (prikaz na ekranu), uz raspoloživi dotok novih sadržaja, ne dovede do toga da se nema što prikazati. Najsigurniji način gledanja filma je taj, da se sav sadržaj filma skine s mreže na stroj klijenta, a zatim otpočne s njegovim prikazivanjem, iako obično nije potrebno odgađati početak prikazivanja filma toliko dugo. Skidanje s mreže postojećih video zapisa naziva se video-na-zahtjev (video-on-demand).

Preuzimanje nekog video sadržaja s mreže i njegovo izravno prikazivanje, naziva se streaming ("stream" znači tok, vodena struja, i slično); dakle, sadržaj i "dotiču" poput toka vode i odmah se troše (prikazuju). Metoda rada streaming koristi se kod izravnog prijenosa događaja koji se upravo odvijaju. Uz određeno kašnjenje u prikazu, i kod streaminga se može održavati određena zaliha sadržaja na stroju klijenta, ali ta zaliha je vrlo mala. Zato je za uspješan prijenos sadržaja metodom streaming, neophodno da veza ima određenu propusnost koju taj prijenos iziskuje. Izrazito veliku propusnost veza obično iziskuje telekonferencija, koja omogućava da međusobno udaljeni učesnici takve konferencije izravno vide i čuju jedni druge. Svaki učesnik konferencije snima se (slika i zvuk) i te snimke šalju se svim učesnicima konferencije. Učesnik ovdje ne mora biti pojedinac, već može biti skupina ljudi koju snima jedna kamera.

Kod takve konferencije potrebno je ostvariti prijenos video i zvučnih sadržaja od svakog učesnika konferencije do svih ostalih učesnika te konferencije. S porastom broja učesnika - točnije, broja kamera čije se snimke prenose - općenito raste količina sadržaja (prometa) koji se prenosi u toj komunikaciji, ali taj

14

l. Mrcžni sustavi: pojmovi i načela

porast ne mora biti velik (linearan ili još veći). Naime, kod komunikacija u kojima sudjeluje više izvora i odredišta, koristi se multicas! način prijenosa, o kojem govorimo u nastavku. Spomenimo samo da kod takvog načina rada, izvor šalje jedan primjerak paketa podataka, bez obzira na broj primatelja toga paketa; prijenosni sustav (usmjerivači) pravi kopije takvih paketa (koji su upućeni na neku multicast adresu) i dostavlja po jednu kopiju svakog paketa u svaku fizičku mrežu u kojoj se nalazi neki domaćin koji je član dane mu1ticast adrese, odnosno grupe.

Ako propusnost kod video prijenosa nije dovoljna, onda se snimke komprimiraju (smanjuje se broj hoja) i smanjuje se broj snimki u sekundi; pritom, prijenos zvuka treba sačuvati, čak i kad se snimka sasvim zaustavi (smrzne). Telekonferencija treba omogućiti komunikaciju bez znatnijeg kašnjenja (zadržavanja), tako da učesnici mogu promptno reagirati na govor i postupke drugih učesnika; u suprotnom, to ne bi bila konferencija. O sustavima (uslugama, servisima) aplikacijske razine računalne mreže biti će više riječi u posebnom poglavlju o aplikacijskoj razini mrežnog sustava, koje je planirano za drugi dio ovog teksta o računalnim mrežama. U ovom odjeljku pokušali smo samo opisati i ilustrirati osnovnu metodu rada klijent-server.

1.2 Čvorovi, veze i putovi

Savršena definicija računalne mreže nije od presudnog značaja za uspješan rad mreže, a nije nam ni poznata. Recimo ovako: računalna mreža je sustav koji omogućava prijenos informacijskih sadržaja između dvaju ili više samostalnih računala. Za govor o mreži poželjno je da sustav sadrži više računala (ne samo dva); međutim, nema osnove za to da se mrežu definira počevši od nekog većeg broja računala, tako da moramo početi od minimalnog broja koji je potreban za prijenos, a to znači od dva računala. Računala koja su uključena u mrežu nazivano čvorovima mreže. Čvorove dijelimo na dvije osnovne vrste i to prema njihovim ulogama, odnosno prema-vrstama poslova koje obavljaju. Računala na kojima rade serveri i na koje se izravno vezuju klijenti (korisnici), nazivamo domaćinima (hosts). Domaćine međusobno povezuje sustav čvorova i veza, koji ostvaruje prijenos sadržaja (podataka) između domaćina. Čvorove čija je primarna namjena da ostvaruju prijenos podataka u mreži, možemo nazvati prijenosnim čvorovima, ili kraće prijenosnicima. Postoji više vrsta prijenosa i prijenosnika; čvorovi te vrste imaju posebne nazive koji zavise od funkcija koje obavIjaju; o tome će biti više riječi u nastavku. Na slici 1.2 dan je prikaz osnovne strukture jednog mrežnog sustava koji sadrži spomenute vrste čvorova.

15


Slika 1.2 Domaćini i prijenosniei

Mreža se općenito označava simbolom oblaka; čvorovi izvan oblaka su domaćini, a čvorove unutar oblaka nazvali smo prijenosnicima. Taj naziv uveli smo zato što nam nije poznat neki drugi opći naziv za sve uređaje koji izvode "usmjeravanje i prijenos jedinica podataka" u mre7nim sustavima, bez obzira na vrstu jedinica i razinu prijenosa.

Mrežni čvorovi mogu se promatrati na više razina, pojmovno i operativno. U zavisnosti od razine promatranja (i rada), naprave koje izvode usmjeravanje i prijenos jedinica podataka nazivaju se preklopnicima (switches), mostovima

(bridges), vratima (gateways) i usmjerivačima (routers). Pritom se na drugoj razini (OSI modela mreže) obično govori o preklopnicima i mostovima, a na trećoj razini o vratima i usmjerivačima. Problem je u tome što kod općih objašnjenja nedostaje jedan opći naziv koji obuhvaća sve naprave za usmjeravanje i prijenos, bez obzira na razinu promatranja i rada. U nedostatku općeg naziva za "naprave za usmjeravanje i prijenos jedinica podataka", smislili smo jedan takav naziv: dakle, sve te naprave nazvali smo prijenosnicima. U nastavku ćemo većinom koristiti onaj pojam (preklopnik, most, usmjerivač, vrata) koji je primjeren konkretnom kontekstu govora. U tom smislu, možemo reći da se u oblaku na slici l.2 nalaze usmjerivači koji (1) usmjeravaju i prenose sadržaje, ilili (2) uspostavljaju putove kroz mrežu, zavisno o načinu rada dane mreže.

1 6

I. Mrežni sustavi: pojmovi i načela

Na domaćinima rade razni serveri, a na njih se vezuju korisnici (sa svojim računalima), što im omogućava da "koriste mrežu", odnosno da svojim klijentskim sustavima koriste mrežne usluge koje u ostvaruju odgovarajući serveri. Posao prijenosnika je da izvode prijenos sadržaja između domaćina. Općenito se kaže da sustav prijenosnika ostvarnje prijenos (ili usluge prijenosa), dok domaćini (serveri i klijenti) koriste prijenos (ili usluge prijenosa).

Čvorovi su međusobno povezani vezama. Za veze koje izravno povezuju dva čvora (ili procese na tim čvorovima), kažemo da su tipa od-točke-do-točke

(ili točka-točka; point-to-point). Na taj način povezani su čvorovi A i B te čvorovi B i e sa slike l .3a. Pojam točka-točka obično se koristi kod izravnih fizičkih veza; s druge strane, moguće je ostvariti izravnu komunikaciju između procesa na čvorovima koji nisu izravno fizički povezani; na primjer, između čvorova A i e sa slike 1.3a. U tom slučaju se govori se o komunikaciji s-kraja-na kraj (endto-end). O tim stvarima biti će više riječi kasnije. Niz veza tipa točka-točka treba omogućiti prijenos sadržaja između bilo koja dva čvora mreže. Pritom, prijenosnici imaju ulogu da prenose sadržaje, dok su domaćini (i njihovi klijenti) izvori sadržaja koji se prenose i konačni primatelji tih sadržaja.

(a)

(b)

Slika 1.3 Čvorovi i veze

Kod lokalnih mreža obično se koriste veze sa višestrukim pristupom (multiple access). To znači da se na isti kabel vezuje više čvorova, kako to ilustrira slika l.3b. Lokalne mreže prostiru se na relativno malom prostoru; postoje razne vrste lokalnih mreža, ali većina takvih mreža koristi višestruki pristup nosiocu podataka (kabelu, nosivom signalu) i prostire se na prostoru od nekoliko kilometara (ili manjem). Ukupna dužina spojnog kabela kod najpoznatije lokalne mreže

17


(Ethernet) iznosi dva i pol kilometra. Takve mreže mogu sadržavati par stotina čvorova, ali neke mreže toga tipa omogućuju vezivanje i preko tisuću čvorova. Lokalne mreže u praksi obično imaju znatno manje čvorova od maksimalnog broja čvorova koji smiju imati, jer s porastom broja čvorova obično opada kvaliteta prijenosa (brzina) koji čvorovi te mreže mogu ostvariti. O lokalnim mrežama govorimo u slijedećem poglavlju.

Čvorove koji se nalaze unutar oblaka na slici 1 .2 nazvali smo općenito prijenosnicima (ili ovdje usmjerivačima), dok smo čvorove izvan oblaka (na rubu mreže) nazvali domaćinima. Sustav prijenosnika treba omogućiti prijenos sadržaja između domaćina koji su spojeni na neki od čvorova toga sustava. Da bi se razmjena sadržaja mogla odvijati normalno, svaki od čvorova u mreži treba imati jedinstvenu adresu u toj mreži. Čvoro'!'i mogu istodobno spadati u više nego jednu mrežu, pri čemu u svakoj od mreža imaju jedinstvenu adresu u toj mreži. Prijenos sadržaja između pošiljatelja i primatelja vrši se na temelju njihovih jedinstvenih adresa.

Postoji više metoda (ili načina) prijenosa informacijskih sadržaja u računalnim mrežama; dvije osnovne metode su (1) prijenos sadržaja sa usmjeravanjem paketa (packet switching), i (2) prijenos sadržaja sa uspostavljanjem putova (circuit switching).

Opišimo najprije paket (packet) podataka. Paketom podataka naziva se niz bitova određene strukture, koji se kreće (prenosi) računalnom mrežom kao jedna cjelina (jedan paket). Paket se sastoji iz dva osnovna dijela, i to od (1) zaglavlja, i od (2) podatkovnog sadržaja kojeg se prenosi tim paketom (ili u tom paketu). Zaglavlje se sastoji od adrese čvora koji šalje paket, adrese čvora kojem je paket namijenjen, i od niza drugih podataka koji su namijenjeni upravljanju prijenosom i kontroli ispravnosti prijenosa. Podatkovni (ili informacijski) sadržaj koji se prenosi u paketu, naziva se i tijelom paketa, korisnim teretom, i plaćenim teretom (payload). Payload je onaj teret na brodu čiji se prijevoz plaća; posada, voda, hrana, i slično su isto tako teret, ali se njihov prijevoz ne naplaćuje. Oni su potrebi za ostvarenje prijevoza; isto vrijedi za zaglavlje paketa podataka.

U ovom poglavlju govorimo uglavnom o paketima podataka; međutim, u računalnim mrežama postoje i drugi nazivi za jedinice podataka slične strukture; ti nazivi su okvir (frame), ćelija (cell), i drugi. Nazivi i jedinice podataka zavise od razine promatranja računalne mreže; o tim stvarima biti će više riječi u nastavku i u slijedećim poglavljima; ovdje koristimo pojam paket kao opći naziv za jedinicu podataka koja se prenosi računalnom mrežom.

Kod prijenosa sadržaja prema metodi s usmjeravanjem paketa, domaćin predaje pakete podataka onom prijenosniku na kojeg je izravno vezan. Na temelju adrese primatelja, koja je zapisana u zaglavlju paketa, taj prijenosnik odlučuje kojim putem treba proslijediti taj paket da bi se kretao prema svom odredištu na optimalan način (najkraćim putem).

1 8


Kod prijenosa sadržaja prema metodi s uspostavljanjem putova, prvi paket kojeg pošiljatelj upućuje u mrežu uspostavlja put do odredišta na koje je taj paket adresiran. Taj prvi paket kreće se od izvora do odredišta na temelju adrese odredišta (koja je sadržana u njegovu zaglavlju); taj paket kreće se po metodi usmjeravanja paketa, jer nema drugog načina da stigne do odredišta. Pritom taj paket uspostavlja jedan put kroz prijenosnike kroz koje prolazi, od svog polaznog čvora (izvora) do svog konačnog odredišta. Paketi koj i se zatim prenose u toj komunikacij i, kreću se od pošiljatelja do primatelja tim virtualnim putem, a ne više na temelju adrese primatelja.

O tim dvjema metodama prijenosa sadržaja biti će v iše riječi kasnije. Rad Interneta zasniva se na metodi prijenosa s usmjeravanjem paketa. Dakle, u Internetu svaki paket putuje od izvora do odredišta na temelju adrese odredišnog čvora (koju nosi zapisanu u svom zaglavlju); pitom je kretanje svakog paketa nezavisno od kretanja drugih paketa iz iste komunikacije. Paketi koji se kreću između dva čvora u okviru jedne komunikacije u mreži Internet, obično se kreću istim putem, ali ne moraju. Standardni telefonski sustavi rade prema metodi s uspostavljanjem putova. Pozivom nekog telefonskog broja uspostavlja se jedan (virtualni) put između telefona pozivatelja ( izvora komunikacije) i pozvanog telefona (odredišta komunikacije); tim putem se zatim odvija nastavak te komunikacije. Po završetku komunikacije, taj put se prekida (prestaje postojati); zato se takvi putov i nazivaju virtualnima; u stvari, takv i putovi nisu trajni, ali dok traju, jesu postojani ( stvarni).

Paketi podataka prenose informacijske sadržaje zapisane u digitalnom obliku. T i digitalni zapisi mogu biti bilo koje vrste: tekst, slika, ili zvuk. Za sam paket, kao i za sustav prijenosnika koj i ga prenosi, svejedno je kako pošiljatelj i primatelj interpretiraju nizove bitova koji se prenose mrežom. Prijenosnici i veze ne promatraju sadržaje paketa koje prenose.

Različite računalne mreže koriste pakete različitih struktura i veličina (dužina). U mreži Internet, paketi mogu biti veliki do 64 KB. Međutim, stvarni (fi

zički) prijenos sadržaja preko veze odvija se isključivo u paketima (točnije, "okvirima" ; f rames) te veze. Zato se Internet paketi, da bi "prošl i" kroz neku vezu ili podmrežu, umeću u pakete (okvire) te veze ili podmreže. S obzirom da su paketi raznih mreža i veza često znatno manji od maksimalne veličine Internet paketa (64 KB), polazni Internet paketi moraju se lomiti (fragmentirati) na više manjih Internet paketa, da bi mogli proći kroz te veze i podmreže. Po prolasku kroz te veze i podmreže, od fragmenata se ponovno sastavlja polazni Internet paket. Takvo sabiranje fragmenata obično se izvodi tek kad fragmenti stignu na konačno odredište, tako da se izbjegne eventualno ponovno lomljenje i sabiranje istih paketa na putu. Vjerojatnost da će Internet paket ( lP paket) trebati fragmentirati može se smanjiti tako, da izvor šalje znatno kraće lP pakete od njihove maksimalno dopuštene dužine. U svakom slučaju, izvor ne pravi veće lP pakete od onih koje može prenijeti veza kojom je taj izvor (domaćin) izravno v ezan na

1 9


prijenosni sustav. Postoji tvrdnja da je prosječni lP paket dug svega 300 bajtova; o tim stvarima govorimo u četvrtom poglavlju.

Kod prijenosa podataka metodom usmjeravanja paketa, prijenosnik pohranjuje dolazeće pakete te ih zatim prosljeđuje dalje, najbrže što može. Koliko je to brzo, zavisi od kapaciteta prijenosnika, kao i od toga koliko je taj prijenosnik opterećen dolazećim paketima. Kod prijenosa podataka metodom uspostavljanja putova, prijenosnici uspostavljaju jedan virtualni put od pošiljatelja do primatelja na početku svake komunikacije; tim putem zatim prosljeđuju sve pakete od te komunikacije. Kaže se da potonja metoda omogućava učinkovitiji (kvalitetniji) prijenos, ali ta metoda ima i svoje slabosti. Tim pitanjima bavimo se u trećem poglavlju. Metoda prijenosa s uspostavljanjem putova pogodna je za prijenos sadržaja kod tokovnih (streaming) prijenosa, kao što je izravni video prijenos nekog događaja, te gledanje filmova i tel�vizije preko računalne mreže.

Sustav čvorova (prijenosnika) i veza unutar oblaka na slici 1.2, ostvaruje

prijenos sadržaja u mreži. Čvorovi izvan oblaka (domaćini) koriste taj prijenosni sustav, odnosno usluge koje on pruža. Na tim čvorovima rade razni serveri koji realiziraju razne mrežne usluge; na te čvorove (i servere) vezuju se korisnici sa svojim računalima i na taj način koriste usluge koje ti serveri pružaju.

Simbolom oblaka možemo općeniti predstaviti računalnu mrežu bilo koje vrste. To može biti neka mreža globalnih razmjera, ali isto tako i samo jedna veza tipa točka-točka koju se (iz nekog razloga) želi promatrati kao jednu zasebnu mrežu. Na slici 1.2 prijenosnici ostvaruju prijenos podataka unutar jedne mreže; prijenosnici mogu isto tako povezati više mreža u jednu sastavljenu mrežu, na način kako je to pokazano na slici 1.4.

20


Slika 1 .4 Sastavljena mreža

Takvim povezivanjem mreža ostvaruje se mogućnost komunikacije između domaćina (korisnika) koji pripadaju različitim mrežama. Pritom komunikaeija između mreža može biti uspostavljena izravnom vezom (preko prijenosnika), ili se može odvijati preko prijenosnika i drugih mreža. Domaćini iz mreža M l i M4 mogu izravno komunieirati preko prijenosnika P4; domaćini iz mreža Ml i M3 mogu komunicirati preko prijenosnika P l, mreže M2 i prijenosnika P2. U takvim sastavljenim mrežama obično postoji više mogućih putova između dviju mreža. Prijenosnike koji imaju ulogu kakvu ilustrira slika 1.4 naziva se vratima (gateways). O tim stvarima govorimo u četvrtom poglavljU.

Računalna mreža koja se sastoji od više računalnih mreža, naziva se inter

network, ili kraće, internet. Pritom se najpoznatija (najstarija i najveća) mreža takve vrste naziva Internet (sa veliko "i"); u engleskom se tome dodaje i određeni član "the"; dakle, "the Internet". Središnji dio računalne mreže Internet čine protokoli lP i TCP, odnosno njihova softverska realizacija; o tim protokolima biti će više riječi nastavku i u slijedećim poglavljima. Za čvor koji povezuje dvije ili više mreža, može se reći da usmjerava promet između tih mreža, te se općenito naziva usmjerivačem (router). Takav čvor naziva se i vratima (gateways)

2 1


jer vodi iz jedne mreže u drugu. Neki preferiraju jedan naziv, a neki koriste drugi naziv. Ovdje smo usmjerivačima nazvali one prijenosnike koji tvore jedan složen prijenosni sustav. S druge strane, prijenosnike koji izravno povezuju dvije mreže obično nazivamo vratima.

U načelu, računalna mreža može se širiti neograničeno, odnosno koliko to dopušta adresni prostor (a to može biti praktički neograničeno). Širenjem sustava usmjerivača, dodavanjem novih mreža i vrata, sastavljena mreža postaje sve veća i složenija. Mreže koje tvore takvu sastavljenu mrežu nazivamo podmrežama te sastavljene mreže. Podmreže mogu isto tako biti sastavljene; na dnu te hijerarhijske strukture nalaze se fizičke mreže sa svojim domaćinima. U tom kontekstu, pojam internet može se prevesti sa sastavljena mreža ili opsežnije, kao mrežni sustav u kojem je međusobno povezano više mreža.

U mrežnoj komunikaciji, pošiljatelj obično šalje poruke jednom primatelju. Takav način slanja naziva sc unicast (jedno-slanje). U engleskom jeziku pojam "cast" (ili "to cast") ima mnoga značenja, od baciti (svjetlo, pogled), do lijevati (taljeno željezo u kalupe).

Pošiljatelj može poslati isti sadržaj na više adresa; takav način slanja sadržaja naziva se multicast (mnogo-slanje). Kod tog načina slanja paketi podataka jednaki su kao i kod unicast slanja: paketi sadrže samo jednu adresu primatelja. Međutim, to nije adresa jednog specifičnog primatelja nego jedne unaprijed definirane grupe primatelja. Kada neki pošiljatelj uputi paket na neku multicast adresu, tada mrežni sustav (usmjerivači) dostavlja kopiju tog paketa na adresu svakog primatelja koji je član te grupe. Spomenimo da je mu1ticast slanje relativno jednostavan proces kod lokalnih mreža; kod globalnih mreža je taj problem zahtjevniji.

Ako pošiljatelj šalje poruku na sve čvorove neke mreže, onda se to naziva broadcast načinom slanja. "Broad" znači široko, ali izraz "široko-slanje" ne zvuči naročiti dobro (kao ni prethodna dva prijevoda); "to broadcast" znači emitirati (kao radio stanica), tako da bismo ovdje mogli govoriti o emitivnom načinu slanja, ali ni taj prijevod nije naročito dobar. Broadesat način slanja koristi jednu unaprijed određenu adresu; pakete koji su upućeni na tu adresu, mrežni sustav prenosi na sve čvorove u mreži. Taj način rada obično se koristi u okviru poslova održavanja računalne mreže i upravljanja njenim radom, tako da taj način može koristiti prvenstveno osoba koja je zadužena za upravljanje nekim mrežnim sustavom.

Uvedimo ovdje i standardnu podjelu mreža prema njihovoj opsežnosti. Sa promjenom opsežnosti mreže, obično se mijenja i način rada (prijenosa) koji se koristi u toj mreži. To se obično naziva "tehnologijom (rada)" mreže, ali ovdje nismo naročito skloni tom izrazu. U tom kontekstu može se reći da opsežnost mreže ujedno određuje njene strukturne osobine (svojstva i način rada), kao i

22


strukturne osobine (svojstva i način rada) njenih čvorova. Prema opsegu, mreže se obično dijeli na nekoliko vrsta, pri čemu u praksi dominiraju tri vrste: mreže lokalnog dosega (od jedne institucije), mreže srednjeg dosega (gradske) i mreže globalnog dosega. Spomenimo da su takve podjele načelne, jer u istu vrstu spadaju mreže prilično različitih svojstava.

LAN (Local Area Network) doslovno, to znači "mreža lokalnog prostora"; te mreže nazivamo lokalnim mrežama ili LANovima". Lokalnost mreže je ovdje određena ukupnom dužinom spojnih kablova mreže (ili dosegom elektromagnetskog signala kod bežičnih mreža). Ta dužina obično iznosi par kilometara, ali kod nekih mreža lokalnog tipa može biti veća. Maksimalan broj čvorova u takvim mrežama kreće se od par stotina do tisuću, zavisno od konkretne vrste lokalne mreže. O LANovima govorimo u slijedećem poglavlju.

MAN (Metropolitan Area Network) to je mreža koja se (načelno) prostire na prostoru jednog grada, tako da se naziva i gradskom mrežom. Takve mreže mogu se prostirati na području od nekoliko desetaka kilometara (u radijusu), što može činiti prostor jednog grada. Neke mreže toga tipa koriste specifične metode prijenosa podataka, koje se razlikuju od metoda prijenosa kod LAN i WAN mreža. Mrežama tipa MAN posvećuje se u literaturi manje pažnje nego lokalnim i globalnim mrežama, bez da se navode konkretni razlozi za to. Čini se da su LANovi raznih veličina i globalne mreže (Internet) dovoljno dobra kombinacija za ostvarenje svih potreba po prijenosu podataka, tako da "nešto između" (mreže tipa MAN) ne izgleda naročito potrebno. Promjenu u tome mogle bi donijeti bežične mreže o kojima govorimo u petom poglavlju.

WAN (Wide Area Network) to je mreža širokog (globalnog) prostora. Kod tih mreža nema specifičnih ograničenja fizičkog prostora njihova širenja, osim mogućnosti da se fizički dospije u neke prostore na Zemlji ili izvan nje. Najstarija i najpoznatija mreža te vrste je Internet. Dakle, za WAN mreže može se reći da su fizički neograničene veličine. Međutim, i te mreže su ograničene brojem raspoloživih adresa čvorova, jer broj tih adresa ograničava broj čvorova koji mogu biti uključeni u mrežu. Taj problem prisutan je u Internetu, ali broj adresa može se povećati tako da se poveća broja bitova koji tvore adresu, te se stoga može reći da su mreže, te vrste praktički neograničene. O novoj verziji Internet protokola (IPv6) sa kojom se rješava problem nedostataka adresa u Internetu, govorimo u četvrtom poglavlju. U biti, mreže tipa WAN nastaju i mogu se širiti povezivanjem mreža na način kako to ilustrira slika 4. 1 . Više o tome biti će rečeno u nastavku ovog teksta, posebno o elementima i načinu rada mreže Internet.

Kod govora o bežičnim mrežama uvodimo i mreže tipa PAN (Personal Area Network); te mreže nazivaju se i pico mrežama (piconet). To su mreže koje povezuju komponente jednog sustava (u vrlo ograničenom prostoru) bežičnim vezama. Primjer takve mreže je Bluetooth o kojoj govorimo u petom poglavlju.

23


1.3 Dijeljenje resursa

U računalnim mrežama odvija se ogroman broj komunikacija istodobno. Da bi to bilo moguće, elementi računalne mreže trebaju podržavati (opsluživati) velik broj komunikacija istodobno (ili paralelno). U tom kontekstu govori se o dijeljenju resursa, čime se mislim na dijeljenje kapaciteta elemenata koji tvore računalnu mrežu. Dakle, više procesa i tokova podataka dijeli kapacitete istih e lemenata mrežnog sustava, odnosno odvija se preko istih elemenata toga sustava istodobno ili paralelno.

MuItipleksiranjem se općenito naziva način rada kada jedna brza jedinica opslužuje više sporijih jedinica. Taj naziv zvuč i nezgrapno i koristi s e neprecimo, ali je pr ilično raširen pa ćemo ga ovdje koristiti. Slika 1.5 ilus trira na koji način prijenosnici Pl i P2 multipleksiranjem podržavaju više komunikacija istodobno, koje se odvijaju preko jedne fizičke veze. Za vezu između ta dva preklopnika može isto reći da radi na multipleksan način jer prenosi sadržaje više komunikacija istodobno.

P2

Slika 1.5 Multipleksiranje

Prijenosnik P l opslužuje tri domaćina koji su izravno vezani na njega. Uzmimo da ova tri domaćina trebaju istodobno komunicirati sa tri domaćina koja su vezana na prijenosnik P2 i da pritom svaki od domaćina od Pl komunicira sa jednim domaćinom od P2. Tada prijenosnik Pl treba raditi na multipleksan nač in, čime ujedno čini da i veza preko koje se vrš i prijenos podataka radi na multipleksan način. Kaže se da prijenosnik Pl koji prima više sporijih tokova (sa domaćina), multipleksira te tokove na jednu brzu fizičku vezu. S druge strane, prijenosnik P2 koji prima tako sastavljen tok podataka sa brze veze, demultipleksira (dijeli) taj tok na više sporijih tokova prema domaćinima kojima su namijenjeni i koji su izravno vezani na P2. Komunikacije su često dvosmjerne (du-

24

l . Mrežni sustavi: pojmovi i načela

pleks); tada oba prijenosnika istodobno multipleksiraju sadržaje koje šalju u vezu i demultipleksiraju sadržaje koje primaju sa veze. U ovom primjeru multipleksiranje se izvodi na jednoj vezi; prijenosnici su često vezani na više drugih prijenosnika, tako da izvode multipleksiranje na više veza i demultipleksiranje sa više veza istodobno.

Postoje razne metode multipleksiranja više sporijih tokova podataka na jednu bržu fizičku vezu. Dvije osnovne metode nazivaju se multipleksiranje s po-

4ielom vremena i multipleksiranje s podjelom frekvencija.

Kod multipleksiranja s podjelom vremena (time-division multiplexing -TDM), prijenosnik stalno prima u svoju prijemnu memoriju pakete svih čvorova koje opslužuje. Istodobno, prijenosnik upućuje u vezu (ili na vezu) pakete koje je primio od tih čvorova; to čini na taj način da pakete svakog od čvorova koje opslužuje, šalje u vezu jedno određeno vrijeme; zatim na isti način upućuje u vez pakete drugog čvora jedno vrijeme, i tako redom i u krug. Na taj način svaki od čvorova koji su vezani na taj prijenosnik može konstantno komunicirati, bez obzira što pritom dijeli procesne kapacitete prijenosnika i prijenosne kapacitete veza sa drugim čvorovima koje taj prijenosnik opslužuje. Takvo dijeljenje resursa ne ometa komunikacije sve dok sporiji elementi ne preopterete (zasite, zaguše) prijenosnik ili vezu. Ako se takvo zagušenje dogodi, onda je prijenosnik prisiljen odbacivati pakete jer je priliv paketa veći nego što ih prijenosnik uspijeva proslijediti dalje, a njegov memorijski prostor (u kojem privremeno pohranjuje pakete) je već ispunjen. Mrežni sustav treba sprječavati zagušenja prijenosnika i veza; o tome na koji način se čini govorimo u drugom dijelu ovog teksta.

Kod multipleksiranja s podjelom vremena, vezom teče samo jedan tok podataka. Taj tok sastoji se od paketa jednog pošiljatelja (izvora), iza kojeg slijede paketi drugog pošiljatelja, i tako redom i u krug. S druge strane, kod multipleksiranja s podjelom frekvencija (frequency-division multiplexing - FDM) vezom istodobno teče veći broj tokova podataka na različitim frekvencijama, tako da se ti tokovi međusobno ne ometaju. Na takav način radio stanice prenose sadržaje istom vezom (prostorom) na tazličitim frekvencijama; radijski prijemnik može razlučiti svaku od tih frekvencija i primati sadržaje koji se njome prenose. Kod multipleksiranja s podjelom frekvencija, prijenosnik istodobno šalje u vezu (multipleksira) različite tokove podataka na različitim frekvencijama. Na prijemnoj strani prijenosnik demultipleksira takav sastavljeni tok (kojeg prima) i dijeli ga na više tokova različitih frekvencija, pri čemu su sadržaji svakog od tih tokova namijenjeni određenom primatelju.

Prijenosnici koji rade na multipleksan način, mogu davati određene prioritete pojedinim od procesa i tokova podataka koje multipleksiraju (opslužuju). Na primjer, prijenosnik P l može prenositi (upućivati u vezu) pakete domaćina D2 duže vrijeme nego što to prosječno čini za ostale domaćine. Isto tako, pakete

25


domaćina D2 može prenositi češće nego što prosječno prenosi pakete ostalih domaćina. S druge strane, kod sustava sa podjelom frekvencija, nekim komunikacijama (čvorovima) mogu se dodijeliti veće širine frekventnog pojasa (u fizičkoj vezi); to omogućava veću propusnost (u tom pojasu), i time intenzivniji prijenos podataka.

Onim čvorovima (domaćinima i procesima na njima) koji se nalaze u procesu komunikacije ali nisu aktivni (trenutno ne prenose sadržaje), može se smanjiti prioritet u odnosu na druge čvorove (procese) koji jesu aktivni. Prijenosnici koji izvode multipleksiranje (i demultipleksiranje) mogu opsluživati velik broj sporijih čvorova (točnije, procesa na tim čvorovima), ali taj broj je obično ograničen. Zato prijenosnici mogu postaviti u stanje mirovanja one procese (komunikacije) koji drže zauzete određene prijenosne kapacitete (vremenske intervale ili frekvencije) ali ih ne koriste. Na taj način prijenosnici oslobađaju neke svoje kapacitete (i kapacitete veza), i time omogućuju drugim čvorovima (procesima) koji čekaju da se oslobode kapaciteti prijenosnika i veza, da se uključe u proces prijenosa i da dobiju mogućnost slanja podataka.

ledna oblik multipleksiranja s podjelom vremena naziva se statističko multipleksiranje. Kod tog načina rada vrijeme za prenošenje (to jest, kapacitet veze) dodjeljuje se onim procesima koji to traže, a ne svakom procesu neko zadano vrijeme, bez obzira da li trenutno ima potrebe po prijenosu podataka ili ne. Ime te metode nije naročito prikladno, ali je načelo rada jasno. Postoje razne druge mogućnosti modifikacije osnovnih metoda multipleksiranja s podjelom vremena i s podjelom frekvencija; zajednički cilj takvih modifikacija je postići optimalno dijeljenje prijenosnih kapaciteta mrežnih resursa i optimalnu iskorištenost tih resursa. Pritom svaka od tih modifikacija treba ostaviti neku minimalnu mogućnost svakom od procesa (domaćina) da prenosi podatke, ali se to nastoji činiti na način koji teži optimalnom iskorištenju resursa i optimalnom funkcioniranju mrežnog sustava kao cjeline.

U računalnim mrežama događa se da na neki prijenosnik stiže više paketa nego što ih taj prijenosnik uspijeva proslijediti dalje (preko jedne ili više veza). U primjeru sa slike 1 .5 to se može dogoditi ako domaćini koji su vezani na prijenosnik P l duže vrijeme intenzivno šalju pakete, tako da P l ne uspijeva prosljeđivati sve te pakete dalje u mrežu (prema njihovu odredištu). Prijenosnik je računalo (ili proces na računalu), tako da ima ograničen kapacitet primanja i prosljeđivanja paketa. Veze preko kojih prijenosnik šalje pakete dalje u mrežu imaju ograničenu propusnost. Prijenosnici imaju memorijski prostor u koji pohranjuju pakete koji stižu na njih, dok ih ne proslijede dalje, ali i taj prostor je ograničen. Zato ako paketi duže vrijeme stižu na prijenosnik većim intenzitetom nego što ih prijenosnik uspijeva proslijediti dalje, onda taj prijenosnik biva zagušen (congested). To znači da je njegov memorijski prostor ispunjen, tako da neke od paketa koji stižu na njega mora odbacivati. Zagušenje prijenosnika bitno ugrožava rad mreže, tako da postoje metode i postupci pomoću kojih prijenosnici nastoje spri-

26

I . Mrežni sustavi; pojmovi i načela

ječiti vlastito zagušenje prije nego što do njega dođe. U osnovi, to se postiže tako, da se uspori dotok paketa na prijenosnik koji se približava točki zagušenja. Postoji više načina da se to učini; prijenosnik može upozoravati pošiljateije na opasnost (približavanje) zagušenja; to može učiniti eksplicitno ili implicitno; upozoravati se može onaj izvor koji šalje pakete najvećim intenzitetom, ili se izvori upozoravaju nasumce; o tim stvarima govorimo u kasnij im poglavljima.

Aplikacije i usluge prijenosa

Strukturu računalne mreže može se opisati (definirati) sa raznih stanovišta i na više načina, o čemu govorimo u drugom dijelu ovog poglavlja. Osnovni opis strukture računalne mreže dijeli mrežu (kao cjelinu) na aplikacije i usluge prijenosa. U aplikacije spadaju oni mrežni entiteti koji korisniku izravno omogućavaju da izvodi operacije sa računalnom mrežom. Takvi su na primjer web preglednik i web server. Aplikacije se naslanjaju na usluge prijenosa, koje ostvaruju brojni elementi računalne mreže, koje korisnik ne vidi niti izravno radi s njima. Takvi su razni protokoli (IP, TCP) koji ostvaruju prijenos sadržaja za potrebe raznih aplikacija. Općenito se kaže da mrežne aplikacije koriste usluge prijenosa, dok prijenosni sustav računalne mreže ostvaruje usluge prijenosa za potrebe raznih aplikacija. Različite aplikacije često trebaju različite vrste prijenosa; kažemo da prijenosni sustav mreže kreira razne prijenosne kanale (channels) za potrebe različitih aplikacija. Neki od tih kanala mogu biti pouzdani (otklanjaju greške u prijenosu) dok drugi mogu ostvarivati maksimalnu brzinu prijenosa, ali nisu pouzdani (ne otklanjaju greške u prijenosu). Spomenimo da se stvarni (fizički) prijenos sadržaja (paketa/okvira, kao nizova bitova) uvijek izvodi na isti način; pitanje pouzdanosti i nepouzdanosti prijenosa je stvar kontrole ispravnosti prijenosa i otklanjanja grešaka. Kod pouzdanih kanala (načina rada), čvorovi otklanjaju eventualne greške u prijenosu, i to ponovnim slanjem onih paketa u kojima je došlo do grešaka; kod nepouzdanog načina rada, greške se ne otklanjaju. Pouzdan način rada koristi se kod prijenosa preciznih sadržaja (brojeva, tekstova, programa), dok se nepouzdan način rada koristi uglavnom kod prijenosa video sadržaja, gdje gubitak ponekog paketa nema veliki utjecaj na kvalitetu sa

držaja koji se prenose. Slika 1 .6 ilustrira odnos aplikacija i usluga prijenosa.

27


0 1 D2

D3

Slika 1 .6 Aplikacije i usluge prijenosa

Na istom domaćinu izvodi se više aplikacija koje komuniciraju sa istovrsnim aplikacijama na drugim domaćinima. Takvim komunikacijama ostvaruju se prijenosi poruka računalne pošte, donošenja web stranica, i druge mrežne usluge. Mrežni sustav pruža svakoj aplikaciji prijenosni kanal određenih osobina između dva krajnja čvora (procesa) koji komuniciraju u okviru izvođenja te aplikacije. Kanal je ovdje logička (pojmovna) kategorija; njime su određena svojstva prijenosa sadržaja između dvaju procesa (aplikacija), a ne način fizičkog izvršenja toga prijenosa. Osobine kanala su propusnost, pouzdanost, zaštita tajnosti sadržaja, i slično. Dakle, prijenosni dio mrežnog sustava pruža više vrsta prijenosnih (ili komunikacijskih) kanala (usluga); aplikacije biraju one vrste kanala koji odgovaraju njihovim potrebama. Ako mreža (trenutno) ne nudi kanal kakav je potreban nekoj aplikaciji, onda ta aplikacija treba prihvatiti ono što mreža trenutno može pružiti (na primjer, manju propusnost), ili odustati od prijenosa podataka. Između dvaju domaćina može istodobno postojati više prijenosnih kanala; takva situacija može nastati kad različite aplikacije sa jednog domaćina istodobno komuniciraju sa istovrsnim aplikacijama na drugom domaćinu. Na slici 1 .6 između domaćina D2 i D4 postoje dva prijenosna kanala, za potrebe aplikacija A2 i A3.

28


Postoje dvije osnovne vrste komunikacijskih kanala, koje se nazivaju requestIreply (zahtjev/odgovor) i message stream (tok poruka ili sadržaja). Kod prve vrste kanala, klijent šalje neki zahtjev serveru, a server odgovara na taj zahtjev (i izvršava ga). Pritom, server može dostaviti klijentu rezultat izvršenja njegova zahtjeva, ili samo potvrdu da je taj zahtjev izvršen. To zavisi od vrste zahtjeva. Na primjer, ako je klijent poslao serveru zahtjev da mu dostavi neku web stranicu, onda server šalje klijentu datoteke koje tvore tu web stranicu. Ako pak klijent pošalje serveru zahtjev da izbriše neki podatak iz baze podataka, onda server izvršava taj zahtjev i šalje klijentu potvrdu da je zahtjev izvršen.

Kanali tipa message stream obično se koriste kad klijent prima sa servera jedan kontinuirani tok podataka (sadržaja). To se događa kod gledanja televizije preko računalne mreže (Interneta); taj tip kanala koristiti se kod izravnih video prijenosa preko računalne mreže, kod skidanja filmova i glazbe sa mreže, kao i kod telekonferencija. Svaka od tih aplikacija ima neke specifične osobine, tako da prijenosni kanali trebaju biti prilagođeni njihovim potrebama. Gledanje televizije je čisti slučaj message stream prijenosa: komunikacija je jednosmjerna i nema unaprijed zadanu dužinu trajanja ili količinu sadržaja koju treba prenijeti; isto vrijedi i za video prijenos. Skidanje filmova sa mreže (servera) razlikuje se od televizije i video prijenosa po tome što su filmovi unaprijed zadani sadržaji određene veličine, tako da mogu biti u cijelosti prenijeti na računalo klijenta prije početka njihova korištenja (reproduciranja). Kod telekonferencija potrebno je modificirati osnovnu message stream metodu, tako da se omogući tok podataka u oba smjera, jer članovi konferencije nisu samo primatelji sadržaja, već trebaju imati mogućnost da reagiraju i da time postanu izvori sadržaja koje sustav onda treba prenositi u suprotnom smjeru.

Kanal tipa message stream koji se uspostavlja za potrebe neke telekonferencije, treba omogućavati multicast način rada, tako da se sadržaji (slika i zvuk) svakog od učesnika te konferencije mogu istodobno slati svim učesnicima te konferencije. Kanal treba imati takve osobine (propusnost, zadržavanje) da ne dovodi do prevelikih kašnjenja između trenutka nastanka nekog sadržaja (na izvoru) i trenutka njegova primitka (kod učesnika konferencije). Veliko kašnjenje otežalo bi dvosmjernu komunikaciju (razgovor, raspravu).

1.4 Slojevi i protokoli

Strukturu čvorova koji tvore računalnu mrežu obično se opisuje pod naslovom "arhitektura računalne mreže"; bolj i naslov mogao bi biti arhitektura (ili struktura) mrežnih čvorova. Međutim, može se reći da arhitektura (struktura) čvorova koji tvore računalnu mrežu ujedno tvori arhitekturu računalne mreže. Ili obrnuto: strukturne osobine računalne mreže određuju strukturu njenih čvorova. Drugim riječima, elementi koji definiraju način rada neke raču-

29


nalne mreže ujedno određuju koje elemente (svojstva, funkcije) trebaju sadržavati čvorovi te mreže.

Složene sustave obično se dijeli na podsustave, jer se time olakšava njihovo oblikovanje i razvoj, kao i kasnije mijenjanje i održavanje. Kod računalnih mreža, čvorove (kao sustave) obično se opisuje u terminima slojeva i protokola. Načelno govoreći, svaki sloj možemo smatrati jednim podsustavom mrežnog čvora, koji ostvaruje jedan određeni skup operacija. Protokol je precizan opis jednog entiteta (elementa); jedan sloj može sadržavati više takvih entiteta, ali ponekad sadrži samo jedan entitet (i naziva se prema tom entitetu). Protokolom se naziva i realizacija onog entiteta koji je tim protokolom opisan. Na primjer, kod mreže Interneta, lP (Internet Protokol) je opis jednog elementa te mreže; ali tako se naziva i softver koj i realizira element koji je opisan tim protokolom. Radi razlikovanja tih dviju stvari, opis entiteta naziva se specifikacijom protokola, a realizacija tog opisa (to jest, element mreže) naziva se protokolom. Međutim, u praksi se često koristi pojam protokol za obje stvari, uzimajući pritom da se zna (iz konteksta) da li je riječ o opisu elementa ili o elementu. Protokoli mogu biti realizirani softverski ili hardverski; protokoli nižih slojeva često se realiziraju hardverski, dok se protokoli viših slojeva realiziraju softverski.

Kod dijeljenja složenih sustava na podsustave (ili slojeve) uvijek se postavlja pitanje na koliko podsustava podijeliti dani sustav. Jer sustav se može promatrati (opisati) na razne načine, pri čemu se sustav kao jednu cjelinu može dijeliti na više ili manje podsustava (slojeva). Računalna mreža, odnosno njeni čvorovi na kojima rade razni serveri (aplikacije, usluge, servisi), ima barem dva sloja, i to aplikacijski sloj i fizički sloj (hardver). Struktura i način rada računalne mreže ukazuju da bi tome trebalo dodati još barem dva sloja, kako je to učinjeno na slici 1 .7.

Aplikacije (usluge)

Povezivanje procesa

Povezivanje čvorova

Fizički sloj (hardver)

Slika 1 .7 Slojevi mrežnog sustava

Opisivanje slojeva obično počinje odozdo. Fizički sloj ili hardver je ono što fizički izvršava sve što računalna mreža radi. Slojevi iznad fizičkog sloja koriste usluge (operacije) toga sloja; ti slojevi ujedno upravljaju njegovim radom.

Sloj koji smo nazvali povezivanjem čvorova treba ostvariti vezu između čvorova u mreži. To znači da treba ostvariti prijenos nizova bitova (paketa podataka) između tih čvorova. Ovdje valja razlikovati uspostavu veza (i prijenosa podataka) između čvorova koji su izravno vezani i između čvorova koji to nisu.

30

1 . Mrežni sustavi: pojmovi i načela

U prvom slučaju obično govorimo o vezama (tipa točka-točka), a u drugom slučaju o putovima (ili vezama tipa s-kraja-na-kraj). U ovom uvodnom prikazu slojeva mrežnog sustava zanemariti ćemo tu razliku i uzeti da proces povezivanja čvorova omogućava prijenos paketa podataka između krajnjih točaka komunikacije, odnosno između (dvaju) domaćina koji međusobno komuniciraju.

Sloj koji smo nazvali povezivarifem procesa povezuje odgovarajuće (istovrsne) procese na čvoru (domaćinu) pošiljatelja i primatelja, i time ostvaruje određeni prijenosni kanal čija svoj stva odgovaraju potrebama određene aplikacije (mrežne usluge). Ti procesi vode računa o propusnosti (brzini) kanala i o pouzdanosti prijenosa, te upravljaju tokom prijenosa.

Aplikacijama smo nazvali one softverske entitete koji izravno omogućavaju korisniku da izvrši određene operacije "pomoću mreže" (klijentski sustavi), i one softverske entitete (servere) koji obavljaju poslove na zahtj eve klijenata. Sustavi aplikacijske razine su na primjer web preglednik i web server.

Za sustav koji je podijeljen na podsustave (ili slojeve) može se reći da je modularan. Moduli općenito ne moraju biti uređeni hijerarhijski, već mogu biti "ravnopravni", ali slojevi mrežnih sustava (čvorova) jesu hijerarhijski uređeni. Pritom svaki modul prima određene ulaze (podatke i zahtjeve) od drugih modula, obavlja određene operacije i proizvodi određene izlaze; ti izlazi mogu biti neki podaci, ili zahtjevi upućeni drugim modulima. Dakle, svaki modul ima određena ulazna i izlazna komunikacijska sučelja, te obavlja određene funkcije. Odlika modularnog sustava je da svaki modul može biti realiziran na različite načine, bez da to iziskuje promjene drugih modula. Jer sama realizacija modula ne mijenja njegova ulazna i izlazna sučelja, niti njegove funkcije, osim utoliko što ih može učiniti efikasnijima (bržima). Na primjer, lP je jedan modul (protokol) mreže Internet. Taj modul je precizno definiran na razini ulaza, funkcija i izlaza; međutim, netko bi mogao realizirati te ulaze, funkcije i izlaze na način koji j e različit od sadašnjeg; mreža Internet bi sa tim novim entitetom radila jednako kao i sa sadašnj im, s tim da bi brzina njena rada zavisila od toga koliko je nova realizacij a dobra u usporedbi sa sadašnjom. Novu softversku realizaciju istog lP modula trebalo bi instalirati na čvorove mreže. Ali to bi bilo lako učiniti, za razliku od uvođenja novog protokola iste razine i funkcije, kao što je to IPv6 u odnosu na IPv4; o tome govorimo u četvrtom poglavlju .

Slojevi mogu sadržavati više protokola. Na slici 1 . 8 dana je četveroslojna struktura mrežnog čvora, pri čemu sloj povezivanja procesa sadrži dva protokola. Prvi protokol ostvaruje prijenosne kanale tipa requestIreply (zahtj ev/odgovor) a drugi ostvaruje prijenosne kanale tipa message stream (tok poruka).

3 1


Aplikacije (usluge)

Request/reply

I Message stream

kanal kanal

Povezivanje čvorova

Fizički sloj (hardver)

Slika 1 .8 Slojevi i protokoli

Protokoli koji opisuju mrežne entitete općenito sadrže definicije triju vrsta sučelja. To su sučelje usluga koje protokol pruža entitetima sa sloja iznad sebe, sučelje usluga koje tom protokolu pružaju entiteti sa sloja ispod njega, i sučelje prema istovrsnom (peer) entitetu na drugom čvoru. Svako sučelje definira ( 1 ) oblike podataka koji se preko njega mogu razmjenjivati, i (2) zahtjeve za izvršenjem određenih funkcija, koji se mogu postaviti preko tog sučelja. Naravno, najniži sloj nema sloja ispod sebe, a najviši nema s loja iznad sebe; istovrsnim (peer) entitetom nazvali smo isti protokol na drugom čvoru sa kojim promatrani čvor komunicira. Slika 1 .9 ilustrira položaj entiteta i spomenuta sučelja.

Domaćin 1 Domaćin 2

Si +1 sučelje Si+1 sučelje !

usluga sučelje prema

usluga

Si sučelje istovrsnom entitetu

Si sučelje

usluga usluga

Si-1 Si-1

Slika 1 .9 Slojevi i sučelja

32


Protokol Pij iz sloja Si pruža usluge protokolima iz sloja Si+ l iznad sebe; pružati usluge ovdje znači izvršavati određene operacije koje su potrebne da bi protokoli koj ima se pružaju usluge izvršili svoje operacije (zadatke). Protokol Pij iz sloja Si pritom koristi usluge protokola is sloja Si- l ispod sebe. Protokol Pij isto tako izvodi određene operacije sa odlazećim paketom podataka, čime daje neke informacije (instrukcije) istovrsnom protokolu na čvoru (domaćinu) na koji se taj paket podataka upućuje. Definicije poruka koje istovrsni protokoli (na različitim čvorovima) međusobno razmjenjuju, nazvali smo sučeljem prema istovrsnom entitetu. U nastavku ovog poglavlja pokazati ćemo na koji način istovrsni protokoli međusobno komuniciraju. To se izvodi tako, da protokol Pij na strani pošiljatelja dodaje svoje zaglavlje sadržaju (paketu) kojeg je primio sa sloja iznad sebe; istovrsni protokol na čvoru primatelja skida to zaglavlje i postupa u skladu sa "uputama" koje je u njemu primio od svog kolege sa drugog čvora.

U hijerarhiji protokola, samo protokoli (entiteti) sa najniže (fizičke) razine čvora Pi izravno komuniciraju sa istovrsnim protokolima na čvoru Pj sa kojim je čvor Pi izravno vezan. Protokoli viših razina komuniciraju sa istovrsnim protokolima na drugom čvoru na taj način da dodaju svoja zaglavlja odlazećim paketima; na čvoru primatelja, protokoli na svakom sloju skidaju zaglavlja koje su postavili istovrsni protokoli na čvoru pošiljatelja i postupaju u skladu sa naredbama koje su im dostavljene u tim zaglavljima.

Strukturu (stablo) protokola na jednom čvoru može se zorno predstaviti pomoću grafa protokola (protocol graph). Predstaviti strukturu ovdje znači navesti sve protokole koji postoje na čvoru, te sa vezama među njima pokazati koji protokoli koriste usluge kojih protokola, odnosno koji protokoli koriste usluge kojih protokola. Slika 1 . 1 0 daje primjer jednog takvog grafa protokola. U stvarnosti bi takav graf bio znatno složeniji jer se čvorovi obično sastoje od većeg broja protokola; to posebno vrijedi za domaćine koji imaju velik broj protokola na aplikacijskoj razini.

33


Slika 1.10 Graf protokola

Graf protokola prikazuje protokole (sve ili neke) j ednog čvora, te koji protokoli koriste usluge koj ih protokola sloja ispod sebe. Na primjer, prema slici 1.10 protokol web sustava (HTTP) iz aplikacijskog sloj a koristi usluge RRP (request/reply) protokola iz sloja ispod sebe; taj protokol ostvaruje prijenosne kanale između domaćina koji međusobno komuniciraju. RRP protokol koristi usluge HHP (host-to-host) protokola koji ostvaruje prijenos paketa između domaćina. Tom sloj u pruža usluge fizički (hardverski) sloj ispod njega, koji vrši fizički prij enos nizova bitova (paketa, okvira) od čvora do čvora, prema konačnom odredištu (domaćinu), pri čemu put do konačnog odredišta određuje HHP protokoL Fizički sloj smo ovdje označili sa NET, misleći na fizičku mrežu (network) koja stvaruo vrši prijenos nizova bitova.

Graf protokola može se čitati i odozdo prema gore. Nizovi bitova (paketi, okviri) koje fizički sustav donosi na neki čvor, predaju se HHP protokolu. Na temelju sadržaj a HHP zaglavlja koje je HHP protokol dodao paketu podataka na strani pošiljatelja, HHP protokol zna koje operacije treba izvršiti sa primljenim paketom i kojem protokolu sa sloja iznad sebe treba predati taj paket. Isto se događa na svakom sloj u sve do sloj a aplikacija, gdje određena aplikacij a prima "čisti" podatkovni sadržaj koji joj j e uputila istovrsna aplikacija sa drugog domaćina sa kojim ta aplikacij a komunicira. Spomenimo da se opisani proces odnosi na domaćine; prij enosnici nemaju sloja aplikacije; umjesto da prosljeđuje primljene pakete "prema gore", sloj HHP na tim čvorovima prosljeđuje pakete dalj e, prema konačnom čvoru (domaćinu) kojem su namijenjeni.

34


Podsjetimo da se pojam protokol koristi u dva značenja. To je definicija (tehnički opis) nekog entiteta, ali tako se naziva i realizacija (softverska ili hardverska) tog entiteta. Definicija entiteta definira sva sučelja entiteta, to jest oblike njegovih ulaznih i izlaznih sadržaja, te operacije koje taj entitet izvodi. Opis entiteta se obično naziva specifikacijom protokola, a njegova realizacija se onda naziva protokolom. Specifikacija pojedinih protokola može biti vrlo opsežna i sadržavati više stotina stranica; neke specifikacije imaju i više od tisuću stranica. Specifikacije protokola izrađuju se pomoću grafičkih elemenata i tekstualnih opisa; ovamo spadaju dijagrami, sheme, definicije, opisi i slično. Pomoću tih sredstava definiraju se strukture ulaznih i izlaznih podataka koje dani entitet prihvaća i koje proizvodi, te operacije (procesi) koje taj entitet izvodi. Protokol ne treba striktno definirati način fizičke realizacije (softverske ili hardverske) danog protokola. Isti protokol može biti realiziran na različite načine.

Protokoli se razvijaju i mijenjaju, ali ne tako brzo kao razni drugi hardverski i softverski proizvodi. Središnj i protokoli mreže Internet (Tep i lP) ostali su praktički jednaki od početaka Interneta; na promjeni (i zamjeni) lP protokola radi se puno godina, ali ta zamjena još nije provedena u cijelosti. Razvojem, vrednovanjem i mijenjanjem mrežnih sustava i njihovih protokola upravljaju uglavnom međunarodne institucije kao što su International Telecommunication Union (ITU), International Standards Organization (ISO) i Internet Engineering Task Force (IETF).

Inkapsulacija

Inkapsulacija (encampuslation) ovdje znači umetanje sadržaja u neko pakiranje, koje se zatim umeće u neko drugo pakiranje, i tako nekoliko puta. Takvo višestruko pakiranje sadržaja koji se upućuju u mrežu, odvija se na domaćinu pošiljatelju. Višestruko pakiran sadržaj prenosi se mrežom; po prispijeću takvog (višeslojnog) paketa na odredište, na svakom sloju skida se jedno pakiranje; na kraju tog procesa, čisti sadržaj predaje odgovarajućoj aplikacij i na domaćinu primatelju. Proces pripreme sadržaja za prijenos (to jest, proces inkapsulacije), te njegova procesiranja na domaćinu primatelju, ilustriran je na slici 1 . 11.

35


D1 D2

I HHP I RRP I Sadržaj I • HHP I RRP I Sadržaj I

Mreža

Slika 1 . 1 1 Inkapsulacija

Aplikacija Ai sa domaćina D l šalje neke sadržaje istovrsnoj aplikacij i Ai na domaćinu D2. Aplikacija Ai predaje te sadržaje protokolu RRP iz sloja ispod

sebe, koji je uspostavio odgovarajući prijenosni kanal između aplikacije Ai na domaćinu D 1 i istovrsne aplikacije na domaćinu D2. Tu počinjc proces inkapsu

lacije: RRP umeće primljene sadržaje u svoje pakete, čija je struktura definirana sa RRP protokolom. Ono što se ovdje naziva umetanje, svodi se na to da proto

kol RRP dodaje svoje zaglavlje sadržaju kojeg je primio.

Protokol RRP predaje svoj paket protokolu HHP sloja ispod sebe; HHP protokol umeće primljeni paket u svoj paket; umetanje se opet svodi na izvođe

nje određenih operacija sa primljcnim paketom i na dodavanje HHP zaglavlja tom paketu. Tako zapakiran sadržaj predaje se sustavu za fizički prijenos nizova

bitova (NET) koji izvršava fizički prijenos tog niza bitova (paketa, sadržaja) do slijedećeg čvora, i tako do konačnog odredišta. O fizičkom prijenosu od čvora

do čvora (point-to-point) i od izvora do odredišta (end-to-end) govorimo po

drobnije (preciznije) u slijedećim poglavlj ima. Za sada recimo da se paket podataka upućuje u mrežu tako, da se preda hardverskoj razini čvora, koja ga onda

šalje na usmjerivač na koji je taj domaćin vezan. Taj usmjerivač zatim prosljeđu-

36

I . Mrežni sustavi: pojmovi i načela

je paket do slijedećeg čvora, prema njegovom konačnom odredištu; u danom

primjeru, prema domaćinu D2. Prosljeđivanje prema odredištu izvodi se na te

melju sadržaja zaglavlja paketa (taj sadržaj uključuje adresu odredišta) i na te

melju tablica prosljeđivanja na usmjerivačima, koje kazuju kuda treba proslije

diti paket koji je upućen na određeno odredište (adresu).

U procesu inkapsulacije jedinica podataka koja dolazi sa višeg sloja treba

se ponekad lomiti na više dijelova koj i se uvrštavaju u više jedinica podataka

(paketa) nižeg sloja, jer su jedinice podataka nižih slojeva obično maje (kraće)

nego što to mogu biti jedinice podataka viših slojeva. O inkapsulacij i se govori

kao o umetanju primljenog sadržaja u novi paket. Međutim, može se isto tako

reći da se polaznom sadržaju na pošiljatelju D l , u svakom sloju dodaje po jedno

zaglavlje koje sadrži odgovarajuće upravljačke podatke za entitete istog sloja na

primatelju D2; ti podaci kazuju odgovarajućim entitetima na D2 što trebaju uči

niti (na danoj razini) sa primljenim sadržajem.

Zaglavlja općenito sadrže upravljačke i kontrolne sadržaje, među koje spada

ju adresa pošiljatelja i adresa primatelja tog sadržaja (paketa). Kod nekih sustava,

na nekim razinama upravljački sadržaji dodaju se na kraj primljenog paketa, ali to

ne mijenja bit stvari; takve dodatke možemo zvati repom (trailer) paketa.

Podatkovni sadržaj koji se prenosi u HHP paketu naziva se tijelom (body) tog pa

keta, bez obzira što to tijelo sadrži i zaglavlje RRP paketa. Podsjetimo da se tijelo

paketa često naziva i korisnim teretom (payload); taj pojam izvorno znači teret (na

brodu) za čij i se prijevoz plaća; ostali tereti na brodu postoje zato da omoguće pri

jevoz onog tereta za koji se plaća; slično vrijedi i za niz zaglavlja sa slike 1 . 1 1 : svako od tih zaglavlja služi tome da ostvari prijenos tijela toga paketa.

Dakle, sadržaj kojeg aplikacija Ai šalje "u mrežu" umeće se u pakete RRP protokola; na sloju ispod njega, ti paketi umeću se u pakete HHP protokola. HHP

paketi se onda predaju razini fizičkog prijenosa (NET) koja izvodi fizički prijenos

paketa (nizova bitova; signala) do slijedećeg čvora na putu do konačnog odredišta.

Postoje razni sustavi fizičke razine prijenosa; takvi sustavi obično lome primljene

pakete u niz svojih (manjih) paketa (okvira, ćelija) i prenose ih na odredište, gdje

se onda iz tih okvira (ćelija) ponovno formira izvorni (polazni) paket. Fizički pri

jenos odvija se između dvaju čvorova koji su izravno povezani. Kad paket na

svom putu od izvora do odredišta prolazi kroz prijenosnike (usmjerivače), onda se

proces fizičkog prijenosa izvodi (i oblikuje) na svakoj dionici puta; jednu dionicu

čini veza između dvaju prijenosnika, odnosno između zadnjeg prijenosnika i konačnog odredišta. To oblikovanje odnosi se samo na niže razine (ovdje HHP i

NET) jer prijenosnici nemaju (i ne trebaju) viših razina.

Po prispijeću na konačno odredište, sadržaji se "penju" od fizičke razine

prema gore, do razine aplikacije. Najprije se iz nizova bitova koje je prenio su

stav za fizički prijenos sadržaja (NET) formira paket HHP sloja, kakav je bio

37


predan sustavu NET na strani pošilj atelja. Protokol HHP sloj a "skida" HHP zaglavlje sa tog paketa i izvršava ono što mu j e tim zaglavljem poručio (naredio) istovrsni entitet sa čvora pošiljatelja. Tijelo toga paketa prosljeđuje sloju iznad sebe; u ovom primjeru, protokolu RRP. Taj protokol postupa na sličan način kao protokol ispod njega, i predaje tijelo paketa ("Sadržaj") aplikaciji Ai na domaćinu D2, kojoj je taj sadržaj bio upućen (od aplikacije Ai na D I ). Dakle, aplikacije ne vide zaglavlja (ili pakiranja) koje slojevi (protokoli) ispod aplikacijske razine dodaju njenim sadržaj ima (na strani pošiljatelja), i skidaju ih nakon prijenosa tih sadržaja na odredište. Zaglavlje svakog protokola sadrži i informaciju (od strane pošiljatelja) o tome kojem protokolu (sa sloja iznad sebe) treba istovrsni protokol na primatelju predati tijelo primljenog paketa.

Protokoli na razinama nižim od aplikacijske ne promatraju (interpretiraju) sadržaj e (tijela paketa) koje prenose. Ali ti protokoli često vrše neke operacije sa tim sadržajima i mijenjaju neke zapise u određenim zaglavljima paketa koje prenose. Nadalje, ako uzmemo da komprimiranje i šifriranje (enkripcija) sadržaja nisu dijelovi same aplikacije koja šalje sadržaje, onda se može reći da se izvorni sadržaji mogu transformirati u procesu prijenosa. Prijemna strana izvodi inverzne (obrnute) transformacije, i time dobiva izvorne sadržaje koj i su joj bili upućeni. To vrijedi za šifriranje sadržaja, ali ne uvijek i za komprimiranje sadržaja; neka komprimiranja sadržaja uključuju nepovratne gubitke, na primjer nekih nijansi boja na slici. O tim stvarima biti će više riječi u drugom dijelu ovog teksta.

1.5 OSI arhitektura mreže

International Standards Organization (ISO) ima više tisuća radnih grupa koje se bave poslovima razvoja standarda (standardizacije) za skoro sve vrste proizvoda. I SO je definirala jedan (teorijski) model strukture ("arhitekture") računalnog sustava koji omogućava međusobnu razmjenu sadržaja s drugim takvim sustavima. Struktura takvog sustava (čvora) ujedno određuje (vertikalnu) arhitekturu računalne mreže, kako je to ranije rečeno. Taj model nazvan je OSI arhitekturom. OSI je akronim (kratica) od Open Systems Interconnection, što znači "međusobno povezivanje otvorenih sustava". OSI model razvijao se otprilike u isto vrijeme (ili kasnije) kada je razvijana računalna mreža Internet (tada se zvala ARPANET), tako da postoje tvrdnje da je konkretan rad na razvoju te mreže utjecao na razvoj OSI modela. U nastavku ovog poglavlja iznosimo OSI model i model mreže Internet; ta dva modela imaju bitne sličnosti, ali se i razlikuju u nekim stvarima, tako da je teško reći u kojoj su mjeri utj ecali j edan na drugog.

OSI model sastoj i se od sedam slojeva, pri čemu svaki sloj može sadržavati jedan ili više protokola. Na slici 1 . 1 2 dan je grafički prikaz OSI modela, oblikovan na način kako se taj model obično prikazuje. Pritom po sedam slojeva imaju

38


domaćini, dok prijenosnici (usmjerivači) imaju samo tri sloja, jer su preostala četiri sloja vezana uz rad aplikacija, koje rade na domaćinima, ne na prijenosnicima. Prijenosnici (usmjerivači) koji tvore prijenosni sustav mrežnog sustava kao cjeline, imaju tri sloja koja su dovoljna za ostvarenje prijenosa.

D1 D2

Slika 1 . 12 Slojevi OSI modela

OSI model se obično objašnj ava počevši od najniže razine. Ukratko,jizički sloj (physical layer) je sustav (hardverske razine) koji ostvaruje prijenos nizova bitova (ili signala) između dvaju čvorova; točnije, između onih elemenata (mrežnih kartica) koji te čvorove vezuju "na mrežu".

Prije slanja u vezu (prema susjednom čvoru), nizovi bitova uređuju se u

"komade" zadane strukture; tako uređeni nizovi bitova nazivaj u se okvirima (frames). Okviri su "paketi" niže (fizičke) razine; okvir ima zaglavlje sa adresom čvora na kojeg se šalje, ali to j e fizička adresa čvora (mrežne kartice), a ne logička adresa čvora (kakva je lP adresa). "Slaganje" bitova u okvire izvodi se na sloju (veze) podataka (data l ink). Valjda se tim nazivom htjelo reći da se na toj razini sustava uspostavlja razmjena podataka između čvorova, a ne samo raz-

39


mjena niza signala, kako je to slučaj na fizičkoj razini. Taj sloj realizira se hardverski, u mrežnoj kartici kojom se računalo vezuje na mrežu i time postaje čvorom te mreže. Radom mrežne kartice upravlja program (draj ver) koji se izvodi na tom čvoru. O fizičkom sloju i o sloju veze podataka govorimo u drugom poglavlju.

Kod mreža sa usmjeravanjem paketa, zadatak mrežnog sloja (network layer) je da usmjerava pakete od izvora do odredišta. Na toj razini, jedinice podataka koje putuju mrežom nazivaju se paketima (packets), ali pojam paket se često koristi kao opći naziv za jedinice podataka i na drugim razinama mrežnog sustava. Fizički sloj i sloj veze podataka uspostavljaju veze i prenose pakete (okvire) između dvaju izravno vezanih čvorova. Međutim, da bi stigli od izvora do odredišta, paketi često trebaju proći kroz više prijenosnika (usmjerivača), što znači kroz više međusobno vezanih čvorova. Uloga mrežnog sloja je da omogući prijenosnicima da prosljeđuju pakete prema njihovU odredištu; drugim riječima, mrežni sloj je onaj sloj koji određuje put paketa kroz mrežu, od izvora do odredišta. Kod mrežnih sustava koji rade po načelu uspostavljanja putova, uloga mrežnog sloja je ista. Ovdje taj sloj omogućava uspostavu virtualnog (privremenog) puta od izvora do odredišta u danoj komunikaciji; tim putem se zatim odvija sav prijenos sadržaja u toj komunikaciji. O mrežnom sloju govorimo u trećem poglavlju.

Prva tri sloja (odozdo) trebaju postojati na svakom čvoru sastavljene mreže da bi taj čvor mogao funkcionirati kao element te mreže. Preostala četiri sloja odnose se na ostvarenje određenih osobina prijenosa (pouzdanost, brzinu), ta na rad aplikacija, tako da ti slojevi postoje samo na domaćinima, na kojima rade aplikacije.

Sloj kojeg smo nazvali kontrola prijenosa obično se naziva transportnim slojem; puni naziv tog sloja glasi Transport Control Layer (ili Protocol), s tim da je naglasak ovdje na "control", a ne na "transport". Prijenos podataka odvija se na naj donja dva sloja, dok mrežni sloj (treći odozdo) usmjerava pakete prema konačnom odredištu. Zato bi sloj kontrole prijenosa trebalo zapravo zvati slojem upravU'anja prijenosom, a ne transportnim slojem, kako se obično naziva. Taj sloj ne vrši prijenos, nego upravlja njegovim tokom; to upravljanje uključuje kontrolu ispravnosti prijenosa kojeg su ostvarili slojevi ispod ovog sloja. Uzgred, englesku riječ "control" treba češće prevoditi sa "upravljanje" nego sa "kontrola" (kako se to redovito čini); u ovom slučaju, četvrti sloj OSI modela odnosi se na upravljanje prijenosom i na kontrolu njegove ispravnosti. Više o tome biti će rečeno u drugom dijelu ovog teksta.

Za upravljanje prijenosom podataka potrebno je uspostaviti izravnu komunikaciju između odgovarajućih procesa (protokola) na domaćin� pošiljatelja i na domaćinu primatelja. Na temelju te komunikacije utvrđuju se osobine konkretnog procesa prijenosa i provjerava se ispravnost tog prijenosa. Postoji više protokola razine kontrole prijenosa. Neki od tih protokola jamče pouzdanost (točnost) prijenosa, dok drugi ne (jer u nekim situacijama to nije nužno, ni korisno).

40

L Mrežni sustavi: pojmovi i načela

Pouzdanost prijenosa obično se postiže na slij edeći način. Kad protokol razine kontrole prijenosa na domaćinu primatelja utvrdi da je došlo do greške u prijenosu, onda postupa na način da istovrsni entitet na domaćinu pošiljatelj a pokre

ne ponovno slanje onih paketa kod koj ih je došlo do grešaka u procesu prijenosa (do iskrivljenja ili gubitaka). Sloj kontrole ispravnosti prijenosa je najniži sloj mrežnog sustava na kojem istovrsni procesi sa domaćina pošiljatelja i sa domaćina primatelja međusobno izravno komuniciraju. Zato se često ističe da su protokoli te razine end-to-end protokoli.

o preostala tri sloja OSI modela postoje različita mišljenja. S/oj aplikacija (application layer) treba svakako postojati; na toj razini rade aplikacije (serveri i klijenti) koje korisnicima pružaju razne mogućnosti rada sa računalnom mrežom (usluge, servise). Najpoznatije su aplikacija za rad sa računalnom poštom (protokol SMPT) i ona za rad sa web stranicama (protokol HTTP). Postoje brojne druge aplikacije i njihov broj stalno raste. Međutim, pitanje je što sve spada na aplikacijsku razinu, odnosno koliko "duboko" ta razina treba sezati.

Sloj predstavljarifa (presentation layer) namijenjen je rješavanju problema koji mogu nastati zbog različitih načina (fizičkog) zapisivanja sadržaja na čvoru pošiljatelja i na čvoru primatelja. Brojevi, boje i drugi sadržaji mogu biti zapisa

ni na različite načine na računalu (domaćinu) koje šalje neki sadržaj i na računalu koje taj sadržaj prima i na kojem sc taj sadržaj treba prikazati (na ekranu). O tom sloju govori se relativno malo, ali biti će još riječi u kasnij im poglavljima.

Tu se javlja problem kako razlučiti poslove između sloja predstavljanja i aplikacijskog sloja. U osnovi, sve ono što ne ostvaruje prijenos, može se svrstati na aplikacijsku razinu; s druge strane, postoje razlozi da se ono što ne ostvaruje prijenos razdijeli na više slojeva.

Za sloj sesije (session layer) kaže se da povezuje različite sadržaje koj i su dio iste komunikacije. Na primjer, taj sloj treba ujedinjavati video sadržaje (snimke) i zvukovne sadržaje (glas), koji zajedno čine "sadržaj" kojeg proizvodi

jedan učesnik telekonferencije, i koji (sadržaj) treba biti prenijet na domaćine ostalih učesnika te konferencije. O sloju sesije govori se relativno malo i njegova uloga nije sasvim jasno definirana; postoje mišljenja da se funkcije tog sloja

mogu svrstati na aplikacijsku razinu. Dakle, opisi slojeva predstavljanja i sesije su obično kratki i nisu naročito

precizni. Postoje tvrdnje da ta dva sloja ne trebaju postojati kao zasebni slojevi, i da su funkcije koje oni obavljaju (ili trebaju obavlj ati) zapravo stvar (dio) aplikacijskog sloja. Takve tvrdnje postoje već puno godina; valjda će razvoj novih

aplikacija pokazati trebaju li ta dva sloja postojati (kao zasebni) ili ne. U Internet modelu (arhitekturi) mreže, ti slojevi ne postoje, što zapravo znači da su njihove funkcije svrstane na aplikacijsku razinu. Međutim, slojevi se ponekad dijele na

dva ili više podsloja, tako da podjelu na slojeve treba općenito shvatiti kao okvirnu podjelu funkcija na grupe, pri čemu u nekim situacijama postoje razlozi da se ta podjela modificira.

4 1


1.6 Arhitektura Interneta

Računalna mreža Internet nastala je 1983 . godine iz prvotne računalne mreže ARPANET čij i je razvoj počeo 1 969. godine. Početak rada na razvoju računalne mreže financirala je agencija Advanced Research Projects Agency (ARPA), prema kojoj je prva mreža dobila ime. ARPA je jedna od agencija Ministarstva obrane SADa, koja se bavi financiranjem raznih istraživačkih i razvojnih projekata koji su zanimljivi za Ministarstvo obrane. Agencije ne izvode poslove, već ugovaraju poslove sa institucijama koje izvode poslove.

Rad na razvoju računalne mreže ARPANET (a time i Internet) započeo je prije nego što je bio definiran OSI model. Arhitektura Internet čvorova (a time i Internet mreže) razvijena je kroz praksu i u skladu sa konkretnim potrebama koje je nalagao razvoj računalne mreže koja funkcionira dobro. Arhitektura Internet čvorova obično se naziva TCPIIP arhitekturom, prema njenim glavnim protokolima, lP (Internet Protocol) i TCP (Transmission Control Protocol). Arhitektura (ili hijerarhijska struktura) Internet čvorova prikazana je na slici 1 . 1 3 .

D1 D2

Slika 1 . 1 3 Slojevi Internet modela

Za razliku od OSI modela (arhitekture) koji se sastoji od sedam slojeva, Internet model (arhitektura) sastoji se od četiri sloja. Drugim riječima, mrežni čvor (kao jedan sustav) podijeljen je na četiri podsustava (sloja) umjesto na sedam. Time je i mreža Internet postala sustav čija vertikalna arhitekture ima četiri sloja.

Najniži, fizički s/oj, ili sloj fizičkog prijenosa podataka, sastoji se od hardvera i softvera koji zajedno ostvaruju fizički prijenos sadržaja (nizova bitova,

42


signala) između čvorova. U hardver ovdje spada mrežna kartica, čijim radom

upravlja softver (drajver) koji se izvodi na čvoru kojeg ta kartica vezuje na mre

žu. Za fizički prijenos potreban je i nosioc podataka koji povezuje dva čvora (to

jest, njihove mrcžne kartice); takvi nosioci su bakrene žice, optička vlakna, i

elektromagnetski valovi kod bežične komunikacije.

Internet model ne opisuje podrobno fizički sloj ; ovdje se uzima da čvor

mreže Internet predaje svoje lP pakete fizičkom sloju ispod sebe i da taj sloj pre

nosi svaki paket na onaj susjedni čvor na koji mu je to zadano (na temelju lP

adrese iz zaglavlja tog lP paketa). Procesi fizičkog prijenosa izvode prijenos pa

keta od čvora do čvora, počevši od izvora pa do konačnog odredišta paketa.

Postoje razni sustavi koji pružaju usluge fizičkog prijenosa danih nizova bitova

(kao što su lP paketi) na zadanu fizičku adresu čvora, tako da pitanje fizičkog

prijenosa ovdje nije problem, a nije ni predmet Internet modela. O fizičkom pri

jenosu podataka (nizova bitova, nizova signala) govorimo u drugom poglavlju.

Mnogi ne vole uspoređivati slojeve sedmo-sloj nog OSI modela i četvero

slojnog Internet modela. Okvirno, može se reći da sloj fizičkog prijenosa u

Internet arhitekturi (modelu) računalne mreže obuhvaća ono što kod OSI modela spada u fizički sloj i u sloj veze podataka. Dakle, najdonj i sloj Internet modela

"potrošio" je dva naj donja sloj a OSI modela.

Drugi sloj odozdo u arhitekturi Interneta naziva se Internet protokolom

(Internet Protocol - lP). Po svojstvima i funkcijama koje obavlja, taj sloj od

govara mrežnom sloju u OSI modelu. Mrežni sloj možc se smatrati središnj im

(glavnim) elementom računalne mreže. Dakle, lP je središnj i element mreže

Internet, kako na razini modela, tako i na razini njegove realizacije kao raču

nalne mreže. lP definira strukturu paketa podataka koji se prenose mrežom,

adresni prostor (način adresiranja čvorova) u kojem se paketi kreću, i način

prenošenja (prosljeđivanja) paketa od izvora do odredišta. U operativnom smi

slu, možemo reći da lP sloj (sadržaj zaglavlja lP paketa i funkcije na usmjerivačima) vode lP pakete od izvora do odredišta. To je glavni zadatak mrežnog

sloj a u OSI modelu, tako da se lP sloj može nazvati mrežnim slojem u računal

noj mreži Internet.

Sloj kontrole prijenosa (ili upravljanja prijenosom), koj i se u OSI modelu

(krivo) naziva transportnim slojem, u Internet modelu sadrži dva protokola, TCP

i UDP. TCP (Transmission Control Protocol) i UDP (User Datagram Protocol)

su protokoli tipa s-kraja-na-kraj (end-to-end) jer uključuju komunikaciju između istovrsnih procesa na krajnjim čvorovima (na izvoru i na odredištu) jedne komu

nikacije, odnosno jednog prijenosnog kanala preko kojeg se ta komunikacija od

vija. Na temelju te komunikacije, krajnji čvorovi (izvor i odredište) upravljaju

radom prijenosnog kanala, odnosno tokom podataka tim kanalom, za potrebe one aplikacije koja je tražila uspostavu toga prijenosnog kanala.

43


TCP protokol ostvaruj e pouzdan prijenos saddaja. To čini na taj način da kod nastanka greške u prij enosu ne potvrđuje primitak onih paketa čiji su sadržaji iskrivljeni ili izgubljeni u procesu prijenosa ("na putu"); time zahtjeva od istovrsnog entiteta na domaćinu pošiljatelja da pokrene ponovno slanje tih paketa. UOP to ne čini; taj protokol ne ispravlja greške u prijenosu; zato se kaže da kod primjene tog protokola kontrolne razine, prijenos nije pouzdan. UOP se koristi kod onih prijenosa kod koj ih je brzina prijenosa važnija od potpune točnosti; to je obično slučaj kod video saddaja, pogotovo kod izravnog prijenosa događaja, gdje ispravljanje grešaka obično ne bi imalo smisla jer događaj se odvija dalje. U oba slučaja, sam proces prijenosa paketa (na lP i fizičkoj razini) odvija se jednako, ali TCP ispravlja greške koje nastaju na tim razinama, dok UOP to ne čini.

Aplikacijski sloj sastoji se od brojnih softverskih sustava (aplikacija, usluga, servisa) koji korisnicima pružaju razne mogućnost rada sa računalnom mrežom. Poznati protokoli aplikacijske razine su SMPT (Simple Mail Transfer Protocol), koji definira rad sustava računalne pošte, i HTML (HyperText Transport Protocol), koji definira rad sustava web stranica. Već smo rekli da imena raznih mrežnih entiteta često nisu naročito prikladna; pojmovi "transfer" i "transport" u nazivima ovih protokola ne znače da su to protokoli "transportne" razine (to j est, razine kontrole prijenosa); usprkos nazivima, to su protokoli aplikacijske razine.

Podsjetimo da protokol, ili točnije, specifikacija protokola, definira svojstva i funkcije nekog mrežnog entiteta (ulaze, izlaze, operacije), ali ne i način njegove realizacije. Različiti softverski sustavi mogu realizirati neki entitet definiran nekom specifikacijom protokola, na različite načine. Na primjer, postoj i više preglednika kao softverskih proizvoda (Firefox, Internet Explorer, Lynx, i drugi). Isto tako postoj e razni softverski sustavi koji rade kao web serveri. Oa bi svi ti proizvodi omogućavali jednak (ekvivalentan) rad sa web stranicama, trebaju biti oblikovani prema istom "nacrtu"; u ovom šlučaju to je protokol HTTP.

Arhitektura Interneta se često prikazuje na način kako je to učinjeno na slici 1. 1 4. Međutim, takav prikaz je zapravo grafprotokola koji na razini aplikacija navodi neke konkretne aplikacije, a na razini upravljanja prijenosom konkretne protokole, što sam model ne mora činiti, kao što to ne čini OSI model koji je dan na slici L12.

44

L Mrežni sustavi: pojmovi i načela

SNMP

Slika 1 . 1 4 Slojevi i protokoli

Elemente (protokole i simbole) sa slike 1 . 14 objasnili smo ranije. Podsj etimo samo da su NET I , . . . , NETn razni sustavi za fizički prijenos uređenih nizova bitova. lP razina mreže Internet koristit usluge tih prijenosnih sustava, za fizičku realizaciju prijenosa lP paketa podataka. Internet je u stvari softverski sustav koji se oslanja na usluge (softverske i hardverske) računalnih sustava na koj ima radi.

Kaže se da Internet arhitektura omogućava aplikacijama da "zaobiđu" sloj kontrole prijenosa (protokole Tep i UDP) i da izravno koriste usluge lP sloja (protokola). Štoviše, aplikacija može zaobići i lP protokol, i izravno koristiti usluge sloja fizičkog prijenosa, kako to pokazuje slika 1 . 1 5 .

45


Apl ikacije

Tep UDP

lP

Fizički sloj

Slika 1 . 1 5 Obilaženje slojeva/protokola

Dakle, aplikacija može koristiti protokole sa sloja kontrole prijenosa (ispod sebe), ili pak zaobići taj sloj i "sjesti" izravno na lP sloj ; nadalje, aplikacija može zaobići i lP sloj i "sjesti" izravno na fizički sloj . Aplikacija je softverski sustav i taj sustav može biti napravljen na razne načine. Ovdje je mišljeno da se kod izrade (oblikovanja i programiranja) neke aplikacije može zaobilaziti (to jest, ne koristiti) usluge nekih protokola mreže Internet. Međutim, da bi programer koji izrađuje neku aplikaciju zaobilazio neke slojeve Interneta, za to treba imati valjane razloge (koji se u literaturi ne navode). Nadalje, ako programer aplikacije ne koristi standardne protokole mreže Internet, onda mora programski napraviti one funkcije (operacije) koje ti protokoli izvode. Konačno, ako neka aplikacija zaobiđe lP sloj (protokol), onda tu aplikaciju ne bi trebalo smatrati Internet aplikacijom. S druge strane, tu aplikaciju treba smatrati Internet aplikacijom ako pruža one usluge aplikacijske razine koje pruža neka standardna Internet aplikacija. Na primjer, netko bi mogao napraviti web preglednik koji ne koristi usluge lP sloja, ali koji radi kao i oni preglednici koji koriste usluge tog sloja. U svakom slučaju, ne vidi se zašto zaobilaziti one usluge (funkcije) koje postoje i koje su temeljni elementi računalne mreže Internet. S druge strane, slika 1 . 1 5 može sugerirati da aplikacije mogu koristiti usluge fizičkog sloja pored usluga TCP/ UDP i lP sloja; to je već druga stvar i takva mogućnost izgleda korisnom.

lP sloj (protokol) je središnji element Internet arhitekture (sustava, mreže). Iznad lP sloja mogu postojati razni protokoli za upravljanje prijenosom, te brojne aplikacije na sloju iznad tih protokola. Ispod lP sloja mogu postojati razni sustavi za fizički prijenos uređenih nizova bitova (paketa). S druge strane, lP definira jedinstvenu strukturu paketa podataka (lP paket) i jedinstven sustav adresiranja (lP adresni prostor); ta dva elementa čine suštinu mreže Internet i omogućuju uspostavu jedinstvenog sustava za prijenos podataka između različitih računala i mreža. Svako računalo (čvor) u mreži Internet može "interno" raditi na svoj način, ali svaki čvor u mreži treba procesirati lP pakete i koristiti lP adrese na jednak (ekvivalentan) način, da bi bio član mreže Internet.

46


Ranije smo opisali kako se paketi prenose sa sloja na sloj , "prema dolje" na strani pošiljatelja, a "prema gore" na strani primatelja. Takvo prenošenje stvara dojam da se sadržaji paketa kopiraju iz memorijskog prostora jednog sloj a u memorijski prostor drugog sloja, i tako nekoliko puta. Međutim, mrežni sustavi napravljeni su na način koji minimizira takva kopiranja. Procesori postaju sve brži; memorije isto postaju sve brže, ali je porast brzine rada memorija mnogo manji nego porast brzine rada procesora. Zato se složeni (višeslojni) sustavi nastoje realizirati na način koji iziskuje čim manje kopiranj a memorijskih sadržaja. Kod mrežnih sustava, to se može postići na taj način da svi protokoli izvode svoje operacije na istom memorijskom zapisu paketa (sadržaja), bez da taj zapis kopiraju (negdje drugdje). Dakle, načelno govoreći, sadržaj paketa memorira se jednom, a svi protokoli onda dodaju zaglavlja i izvode razna računanja i kontrole na istom zapisu, koji se na kraju šalje u mrežu. Na isti način postupa se na čvoru primatelja, s tim da protokoli ovdje skidaju zaglavlja koja su postavili istovrsni protokoli na čvoru pošiljatelja; na kraju se "čisti" podatkovni sadržaj predaje aplikaciji kojoj je namijenjen.

l. 7 Kapacitet i pouzdanost

Dva temeljna pojma koja se javljaju u govoru o performansama računalnih mreža su propusnost (throughput) i zadržavanje (latency, delay). Propusnost veze je broj bitova koje ta veza može prenijeti u jedinici vremena, pri čemu se kao jedinica vremena uzima jedna sekunda. Ako neka veza može prenijeti 1 0 milijuna bitova u sekundi, onda j e njena propusnost 1 0 Mbps. Ovdje "M" znači "mega", a "p" znači "u" (ili "po"; "per"). Propusnosti veza stalno rastu; taj porast se u velikoj mjeri postiže smanjenjem vremenskog trajanja signala sa kojima se prenose bitovi. Slika 1 . 1 6 pokazuje na koji način se to postiže.

47


(a)

1 sekunda

(b)

1 sekunda

(e) 1 sekunda

Slika 1 . 1 6 Trajanje/širina signala

Dakle, čim kraće traje jedan signal (čim "uži" je njegov zapis), tim više si

gnala može "stati" u jednu sekundu, a to praktički znači i biti prenijeto u jednoj

sekundi. Porast preciznosti tehnoloških elemenata omogućava kreiranje i čitanje sve užih (kraćih) signala, i time stalni porast propusnosti veza.

Propusnost veza općenito zavisi od njihovih :fizičkih osobina i od procesa

kroz koje prolaze nizovi bitova (signala) koji se prenose tom vezom. Propusnost veze između dvaju čvorova koji su međusobno vezani izravnom vezom, određe

na je :fizičkim osobinama te veze (i čvorova), može se utvrditi mjerenjem, i obično je stabilna (postojana). S druge strane, propusnost veza (putova) između čvo

rova koj i su povezani preko drugih čvorova (preko prijenosnika, usmjerivača) je

teže utvrditi i ona je općenito nestalna. Propusnost takvih (neizravnih) veza za

visi od toga koliko se nizovi bitova (paketi) zadržavaju na čvorovima (prijeno

snicima) kroz koje prolaze na putu od izvora do odredišta. To zadržavanje na prijenosnicima zavisi od toga koliko je pojedini prijenosnik opterećen prilivom

paketa u trenutku kad na njega stigne neki promatrani paket: čim više je prijenosnik opterećen, tim više će paket čekati u prijemnoj memoriji toga prijenosnika prije nego bude proslijeđen dalje.

Pojam širina frekventnog pojasa (bandwith) blizak je pojmu propusnost i

mjeri se istim mjernim jedinicama, to jest, brojem bitova koje veza prenosi u se-

48


kundi. Doslovno, širina frekventnog pojasa izražava neki raspon frekvencija. Na primjer, klasične telefonske veze prenose frekvencije od 300 Hz do 3300 Hz; dakle, širina njihova frekventnog pojasa iznosi 3000 Hz. Ukratko, jedan Hz (Hertz) j e jedan "njihaj" (promjena signala) u sekundi ; 1 00 Hz je 1 00 njihaja u sekundi. Čini se da je pojam širine frekventnog pojasa dospio u računalne mreže zato što veća širina frekventnog pojasa nekog nosioca signala općenito znači da taj nosioc može prenijeti veći broj bitova u sekundi.

U praksi , pojam širina frekventnog pojasa neke veze obično označava broj bitova u sekundi, koji ta veza nominalno prenosi (prema svoj im tehničkim osobinama). Međutim, u nekoj konkretnoj realizaciji, veza može ne postizati te (teorijski moguće, očekivane) vrijednosti; broj bitova koje veza stvarno prenosi u sekundi (u danom trenutku), je propusnost te veze. Propusnost može biti manja od širine frekventnog pojasa (nominalnog kapaciteta) iz više razloga. Veza može ne biti napravljena dobro; to vrijedi za njene hardverske i softverske komponente. Vanjske elektromagnetske smetnje mogu ometati rad veze (izazivati iskrivljenja bitova koji se prenose) i time umanj ivati učinkovitost njena rada. Tako se događa da veza čija širina frekventnog pojasa iznosi 10 Mbps, ima propusnost 8 Mbps, ili samo 2 Mbps. Razlika između širine frekventnog pojasa i propusnosti je obično veća kod veza koje nisu izravne, već prolaze kroz više čvorova.

Zadržavanje

Zadržavanje neke veze je vrijeme koje je potrebno da signal (kao nositelj sadržaja) stigne s jednog kraja veze na drugi kraj . Kao i kod propusnosti, razlikujemo zadržavanje u pojedinačnim vezama (tipa točka-točka) između dvaju izravno vezanih čvorova, i zadržavanje u sastavljenim vezama (tipa s-kraja-nakraj) koje prolaze kroz više čvorova. U prvom slučaju, zadržavanje se dade precizno odrediti, dok u drugom slučaju zadržavanje zavisi od više faktora koji se mijenjaju, tako da se i zadržavanje mijenja s vremenom. Kod sastavljenih veza zadržavanje bitno zavisi od stanja (opterećenosti) čvorova kroz koje te veze prolaze.

Zadržavanje se mjeri u milisekundama (ili u sekundama). Na primjer, minimalno vrijeme koje je potrebno signalu (električnom ili optičkom) da stigne sa istočne obale SAD na zapadnu, iznosi 24 milisekunde. Stvarno zadržavanje na tako dugom putu je veće, jer ako signal i ne prolazi kroz prijenosnike, potrebno je da prođe kroz veći broj obnavljača signala; obnavljači zamjenjuju signal koji pomalo gubi oblik na putu, sa novim signalom. Zato se obično uzima da zadržavanje na putu iznosi otprilike dvostruko (ili više) od vremena koje je teorijski potrebno signalu da stigne s jednog kraja veze na drugi.

Prijenos podataka obično iziskuje dvosmjernu komunikaciju između čvorova pošiljatelja i primatelj a; vrijeme koje je potrebno da signal stigne od pošiljatelj a do primatelja i natrag, naziva se povratnim vremenom ili vremenom povratnog puta (round-trip time RTT). Kao i kod putovanja u j ednom smjeru, obič-

49


no se uzima da je stvarno vrijeme povratnog puta dvostruko veće od njegove teorijski minimalne vrijednosti. Takvo povećavanje očekivanog zadržavanja na vezama potrebno je zato jer signali na putu obično prolaze kroz razne naprave (prijenosnike i obnavljače signala), što izaziva njihova dodatna zadržavanja (procesiranja i čekanja), čime stvarno zadržavanje na nekoj vezi postaje znatno veće od onog zadržavanja koje slijedi iz same brzine širenja signala u danom nosiocu signala.

Minimalno (teorijsko) zadržavanje određeno je fizikalnim svojstvima stvarnosti i ne može se promijeniti. Najveća poznata brzina širenja signala je brzina svjetlosti, koja iznosi nešto manje od 300 tisuća kilometara u sekundi. Tom brzinom može se napraviti sedam i pol krugova oko Zemlje (na Ekvatoru) u jednoj sekundi. Električni signal u bakrenom vodiču kreće se brzinom od 230 tisuća kilometara u sekundi, a optički signal u optičkom vlaknu kreće se brzinom od 200 tisuća kilometara u sekundi.

Između čvorova se obično ne prenosi samo jedan signal (bit) već se prenose jedinice podataka (paketi, okviri). Vrijeme koje je potrebno da jedan paket stigne od izvora do odredišta zavisi od vremena zadržavanja (na vezi između njih), o propusnosti veze, i o veličini toga paketa. Ako veza između čvorova nije izravna, već prolazi kroz druge čvorove, onda vrijeme putovanja paketa može biti znatno veće, zbog čekanja paketa (da budu proslijeđeni dalje) na čvorovima kroz koje prolaze na putu od izvora do odredišta. Svaki čvor (prijenosnik, usmjerivač) kroz koji paketi prolaze, pohranjuje te pakete u svoj memorijski prostor i zatim ih prosljeđuje dalje odgovarajućom vezom. Čvor prosljeđuje primljene pakete najbrže što može, a koliko je to brzo, uvelike zavisi od opterećenosti toga čvora (obično prijenosnika), to jest, od toga koliko intenzivno paketi pristižu na taj čvor.

Dakle, ukupno zadržavanje na nekoj vezi može se izračunati na slijedeći način:

Zadržavanje = Širenje + Prijenos + Čekanje Širenje = Udaljenost / BrzinaSignala

Prijenos = VeličinaPaketa / Propusnost

Udaljenost je ovdje dužina veze (puta) između čvorova između kojih se vrši prijenos podataka (paketa). Čekanje je ukupno vrijeme koje paket koji putuje tom vezom provede čekajući na prijenosnicima da bude proslijeđen dalje; to vrijeme može znatno varirati. Ostale veličine iz gornjih izraza opisali smo ranije.

Za rad nekih aplikacija bitna je propusnost veza, dok je za druge aplikacije važnije vrijeme zadržavanja te veze. Općenito, kod komunikacija kod kojih se prenose velike količine podataka, bitnija je propusnost. Kod komunikacija u kojima se razmjenjuju male količine podataka, bitnu ulogu igra zadržavanje. Na primjer, prijenos 1 00 MB podataka vezom od 1 0 Mbps na udaljenost od 1 0 me-

50


tara i na udaljenost od 10 tisuća kilometara može trajati praktički jednako. Jer zadržavanje je relativno malo u odnosu na vrijeme koje je potrebno da se tom vezom prenese toliki broj bajtova; to vrijeme iznosi otprilike 1 00 sekundi, dok zadržavanje na 1 0 tisuća kilometara može biti manje od jedne sekunde (zavisno od Čekanja, kako je to rečeno iznad). S druge strane, prijenos 100 bajtova (vezom od 10 Mbps) na udaljenost od 1 0 metara traje mnogo kraće nego prijenos 1 00 bajtova (takvom vezom) na udaljenost od 1 0 tisuća kilometara. Jer u potonjem slučaju, zadržavanje na 10 tisuća kilometara je znatno veće od vremena koje je potrebno da se prenese 1 00 bajtova.

Govoreći o bajtovima (memorijski kapacitet) i bitovima u sekundi (brzina prijenosa), iznesimo ovdje standardne (uobičajene) interpretacije nekih simbola Gedinica) koje se koriste u okviru toga govora.

Veličinu memorije i veličinu podataka mjeri se u bajtovima; pritom se uzima da jedan bajt ima 8 bitova (kao najmanjih jedinica podataka); bajt se označava simbolom "B". Veće jedinice od bajta su kilobajt (KB), megabajt (MB), i gigabajt (GB); postoje i veće jedinice ali nam ovdje nisu potrebne. "Kilo" nominalno znači tisuću, "mega" znači milijun, a "giga" znači milijardu. Međutim, veličina memorijskog prostora se standardno izražava u "mjerama" koje su potencije broja 2. Tako u tom kontekstu KB znači 2 10 bajtova, što daje 1 024 bajta; MB znači 220 bajtova, što daje ( 1024 x 1 024) bajtova; GB znači 230 bajtova, što iznosi ( 1 024 x 1 024 x 1 024) bajtova. Dakle, kod govora o memorijskom prostoru i o veličini podatkovnih sadržaja, "kilo" je više od tisuću, "mega" je više od milijun, i "giga" je više od milijardu.

S druge strane, propusnost veza (brzina prijenosa) izražava se u bitovima u sekundi (bps); pritom se bit označava simbolom "b". Ovdje "kilo" znači 103 (tisuću), "mega" znači 1 06 (milijun), a "giga" znači 1 09 (milijardu). Tako l KB ima 1 024 bajta, dok propusnost veze od 1 Kbps znači da se tom vezom može prenositi 1000 bitova u sekundi. Ta dvojnost u interpretacij i pojmova "kilo", "mega", i "giga" ne bi trebala praviti probleme, ali tu razliku treba imati na umu kada se govori o veličini i prijenosu podataka (u baj tovima) vezom određene propusno-sti (u bitovima u sekundi).

.

Kod približnih računanja, obično se uzima da je 1 03 jednako 210 (tisuću), da je 1 06 jednako 220 (milijun), i da je 1 09 jednako 230 (milijarda), ali to nije sasvim točno. Kod približnih računanja, često se uzima i da bajt ima deset bitova, tako da se binarne mjere "usklade" sa dekadskima (radi lakšeg računanja); ali takva "usklađivanja" može se raditi samo kod vrlo okvirnih kalkulacija.

Veza kojom se odvija neka komunikacija (prijenos podataka), u svakom trenutku sadrži u sebi određenu količinu bitova; za te bitove kažemo da su na putu, ili "u letu" (in flight). Produkt

Zadržavanje x Propusnost

5 1


daje količinu bitova koji mogu biti na putu u danoj vezi. Vezu (prijenosni kanal) između dvaju procesa možemo prikazati kao cijev; pritom presjek cijevi predstavlja propusnost, a dužina cijevi predstavlja zadržavanje. Takav prikaz veze ilustrira slika 1 . 1 7 .

... -------- zadržavanje ---------._

propusnost ! (�) ___ �) Slika 1 . 1 7 Propusnost i zadržavanje

Produkt (Propusnost x Zadržavanje) daje "volumen" te veze ("cijevi"), koji se izražava brojem bitova koji se nalaze u vezi kad ta veza radi (vrši prijenos) punim kapacitetom. Na primjer, ako propusnost veze iznosi 1 00 Mbps, a zadržavanje iznosi 1 00 milisekundi, onda veza može sadržavati u sebi slijedeći broj bitova:

( 1 00 X 1 06 bitova/sekundi) x ( 1 00 X 1 0-3 sekundi) = 1 07 bitova.

Dakle, veza može sadržavati 1 0 milijuna bitova; ako svaki bajt ima 8 bitova, to iznosi 1 2,5 MB. Usporedbe radi, kod dial-up veze (klijenta i servera), koja ima propusnost 56 Kbps, u vezi (letu) može biti svega nekoliko bitova. Na primjer, ako uzmemo da na udaljenosti od desetak kilometara zadržavanje iznosi 1 00 mikrosekundi, onda broj bitova na putu kod dial-up veze iznosi:

(56 X 1 03 bitova/sekundi) x ( 1 00 x 1 0-6 sekundi) = 5 ,6 bitova,

što je manje od jednog bajta.

Zadržavanje je određeno fizičkim svojstvima stvarnosti (materije, elektromagnetske radijacije) i ono se na toj razini ne mijenja; ali ukupno zadržavanje neke veze (posebno sastavljene veze) može se smanjiti smanjenjem zadržavanja na prijenosnicima i na obnavljačima signala. Nadalje, propusnost veza povećava se poboljšanjem nekih tehničkih osobina zapisa podataka; na primjer, sužavanjem pojedinačnih signala, kako je to objašnjeno ranije. Porast propusnosti, uz isto zadržavanje, znači da se sve veća količina podataka može nalaziti na putu -to jest, u vezi (kanalu) između izvora i odredišta. Na primjer, 1 0 gigabitna veza (veza propusnosti 1 0 Gbps) koja vodi s jedne strane kontinenta na drugu, sa zadržavanjem (u jednom smjeru) od 50 milisekundi, može sadržavati u sebi 500 milijuna bitova, odnosno 62,5 MB.

Činjenica da veze mogu sadržavati u sebi (na putu) tako velike količine podataka, bitno utječe na način kako treba oblikovati komunikaciju između proce-

52


sa, odnosno na to kako treba oblikovati protokole koji definiraju te procese i načine razmjene podataka među njima. Produkt (Propusnost x Zadržavanje) pokazuje koliko bitova može pošiljatelj poslati primatelju prije nego primatelj primi prvi bit sadržaja koji mu je poslan. Ako primatelj smjesta potvrdi početak primanja (povratnom porukom), dok ta potvrda stigne do pošiljatelja, pošiljatelj može uputiti primatelju još jednu količinu (Propusnost x Zadržavanje) bitova. Te veličine su važne zato što pošiljatelj često treba znati reakciju (stanje) primatelja da bi znao na koji način (i da li) treba nastaviti sa slanjem podataka.

Ukratko, porast propusnosti i nemogućnost smanjenja zadržavanja čine sve težim postići dva cilja istodobno: ( 1 ) maksimalno iskorištenje prijenosnih kapaciteta veza, i (2) optimalan način komunikacije (razmjene sadržaja u pravo vrijeme) između komunikatora. Postaje sve lakše slati ogromne količine bitova; ali bez odgovarajuće reakcije primatelja, ti bitov i mogu često biti poslani uzalud. Jer poslani sadržaji mogu ne biti prihvaćeni, ili mogu ne odgovarati potrebama (trenutnom stanju) primatelja; s druge strane, reakcije primatelja postaju relativno sve sporije u usporedbi sa prijenosnim kapacitetima veza. Reakcije nisu sporije u milisekundama, ali jesu sporije mjereno megabitovima koje pošiljatelj može poslati prije nego primatelj može reagirati.

Obično se uzima da svaka aplikacija želi imati na raspolagu vezu (prijenosni kanal) čim veće propusnosti, ali to nije uvijek tako. Neke aplikacije trebaju određenu propusnost i ne više od toga, jer više od toga ne mogu iskoristiti. Na primjer, izravan video prijenos zahtijeva relativno veliku propusnost veze; ta propusnost (potreba) određena je brojem bitova po snimci i brojem snimaka u sekundi. Ako takva aplikacija nema vezu dovoljne propusnosti, onda mora komprimirati snimke i smanjiti broj snimki u sekundi. Međutim, ako takva aplikacija ima na raspolagu vezu (kanal) veće propusnosti nego što joj treba za izravan video prijenos bez komprimiranja i smanjenja broja snimki, onda taj višak kapaciteta veze (kanala) nema čime iskoristiti. Aplikacija ne može prenositi događaje brže nego što se stvarno odvijaju, bez obzira na veliku propusnost veze.

Aplikacije često nemaju stabilnu (stalno jednaku) potrebu po prijenosu podataka: u nekim trenucima treb"

aju veću propusnost, a u nekim trenucima manju. Veza čija je propusnost jednaka prosječnoj potrebi neke aplikacije, ne mora biti dovoljno dobra da udovolji stvarnim potrebama te aplikacije. Naime, kada aplikacija prenosi manje od prosjeka, onda kapacitet veze nije iskorišten u potpunosti; kada pak aplikacija treba prenositi više od prosjeka, onda joj ta veza ne može pružiti tu uslugu. Taj problem nastoji se riješiti tako, da aplikacija pohranjuje sadržaje u onim situacijama (kratkim razdobljima) kada bi trebala intenzivnije slati; takve situacije možemo nazvati naletima (bursts). Aplikacija zatim šalje te pohranjene sadržaje vezom u razdoblju u kojem proizvodi manje podataka za prijenos, nego što veza može prenositi; na taj način se onda izvrši prijenos onog sadržaja kojeg je aplikacija proizvela u vrijeme naleta. Slično se postupa i kod primanja podataka: aplikacija pohranjuje sadržaje koje prima a koje trenutno ne

53


stigne procesirati (ili joj trenutno nisu potrebni); te pohranjene podatke procesira kasnije, kad se za to stvori mogućnost i potreba. Takav način rada ne uspijeva riješiti sve probleme vezane uz neravnomjeran (nestalan) prijenos, ali u mnogim slučajevima se takvim načinom rada uspijeva riješiti taj problem u dovoljnoj mJ en.

Kod veza koje prolaze kroz više čvorova (prijenosnika) zadržavanje može znatno varirati, u zavisnosti od trenutne opterećenosti tih čvorova i veza među njima. Nestalnost u zadržavanju neke veze naziva se podrhtavanjem (jitter); ili bolje rečeno, nestalnost zadržavanja veze može dovesti do podrhtavanja u radu aplikacije. To se doslovno događa kod video prijenosa. Propusnost veze može biti takva da omogućava kvalitetan video prijenos; ali ako je zadržavanje veze nestalno, onda neke snimke mogu kasniti i time izazvati podrhtavanje slike na ekranu onog koji gleda taj prijenos.

.

Taj problem nastoji se riješiti tako, da se sadržaj prikazuje uz određeni vremenski pomak u odnosu na njegov nastanak. Uz dovoljnu propusnost veze, to omogućava primatelju da prispjele sadržaje pohranjuje u memoriju, a zatim ih od tamo ravnomjerno uzima i prikazuje. Na taj način otklanja se negativan učinak podrhtavanja koje izaziva promjenljivo zadržavanje veze (kanala). Međutim, takav vremenski pomak u prikazivanju primljenih sadržaja ima nepovoljan učinak kod telekonferencija jer onemogućava brzu (pravodobnu) reakciju učesnika konferencije na nečiji govor ili na neki događaj . Učesnik može reagirati brzo, ali on vidi događaj (i čuje govor) sa zakašnjenjem, tako da je sa stanovišta izvora, njegova reakcija uvijek zakašnjela.

Ukratko, zadržavanje se ne može eliminirati; povećanjem propusnosti i osiguranjem stabilnog (postojanog) zadržavanja, nastoji se umanjiti nepovoljne posljedice zadržavanja.

Pouzdanost

Za sustav kažemo da je pouzdan ako možemo biti sigurni da svoje funkcije (operacije) izvršava na ispravan način. Tehnološki sustavi nisu nikad apsolutno pouzdani; greške su uvijek moguće, a ponekad se i događaju. Međutim, neki sustavi sadrže komponente koje otkrivaju greške u njihovu radu i pokreću postupke kojima se te greške otklanjaju. Kod nekih takvih sustava, vjerojatnost da se dogodi neotkrivena i neotklonjena greška u radu je izuzetno mala. Dakle, greške se događaju, ali pouzdan sustav je oblikovan tako, da te greške otkriva i zatim izvodi operacije sa kojima se te greške otklanjanju. Ovdje kažemo da se greške otklanjaju (umjesto ispravljaju) jer se greške u prijenosu podataka obično otklanjaju ponovnim slanjem istih paketa podataka; izvorna greška nije time "ispravljena", ali su njene posljedice otklonjene ponovnim slanjem istih paketa podataka.

Na takav način - otkrivanjem i otklanjanjem grešaka - ostvaruje se pouzdan prijenos podataka u računalnim mrežama, odnosno ostvaruju se pouzdani

54


prijenosni kanali između aplikacija. Drugi prijenosni kanali izostavljaju pouzdanost (ne ispravljaju greške), sa ciljem da ostvare veću brzinu prijenosa. Takvi nepouzdani kanali koriste se kod onih prijenosa podataka kod kojih potpuna točnost prijenosa nij e izrazito važna; to je slučaj prvenstveno kod video prijenosa. Pouzdanost je bitna kod prijenosa tekstualnih i numeričkih sadržaja, programa i

drugih egzaktnih sadržaja. S druge strane, kod video prijenosa, bitnija je brzina

nego potpuna točnost, tako da se kod takvih prijenosa obično koriste nepouzdani kanali za prijenos podataka. Iskrivljenje sto bitova neke snimke obično nema bitne posljedice; s druge strane, iskrivljenje jednog bita u zapisu novčanog iznosa ili nekog programa može imati drastične posljedice.

Greške u prijenosu mogu nastati iz raznih razloga i mogu se manifestirati na razne načine. Prvo, može doći do iskrivljenja nekog bita u nizu bitova (pake

tu) koji se prenosi nekom vezom. Uslijed nekih smetnji (unutarnjih ili vanjskih), neki signal kojim se predstavlja (zapisuje) vrijednost bita " 1 " može biti iskrivljen i postati jednak (ili sličan) signalu sa kakvim se predstavlja bitovna vrijednost "O". Uzgred, u računalima i mrežama nema "nula i j edinica"; postoje samo

signali (električki, magnetski, optički). U binarnim sustavima postoje dva signala, odnosno signal može poprimiti dvije vrijednosti; pritom jedna vrijednost signala označava binarnu vrijednost "O", a druga vrijednost signala označava bi

narnu vrijednost "l ". Te dvije vrijednosti dovolj ne su da se zapiše svaki informacij ski sadržaj , od brojeva i slova, do boja i zvukova. To se čini na način da se

znakovi "abecede" (slova, boje, tonovi) predstave nizovima "nula i jedinica" i da se zatim od tih znakova abecede sastavlj aju opsežnije priče i slike.

Greške u bitovima mogu biti izazvane vanj skim elektromagnetskim smet

njama, ali i unutarnjim greškama sustava koj i vrši prijenos nizova bitova (paketa). Smetnje (greške) obično izazivaju iskrivlj enje većeg broja bitova (u nizu), a ne samog jednog bita, što omogućava da se grešku lakše otkrije. Statistički gledano, iskrivlj enja bitova događaju se vrlo rijetko. Međutim, "rijetko" je relativan

pojam. Osobno računalo koje bi pravilo jednu grešku na svakih milij ardu osnovnih operacija, izgledalo bi vrlo pouzdano; međutim, s obzirom da takvo računalo izvodi milij ardu osnovnih operacija u sekundi, onda bi to računalo pravilo jednu grešku svake sekunde, tako da uopće ne bi radilo.

Kod prijenosa informacijskih sadržaj a, u bakrenom vodiču iskrivi se j edan bit (u prosjeku) na svakih 1 06 do l 07 prenijetih bitova. U optičkim kablovima

iskrivljenja bitova su mnogo Ijeđa; iskrivi se po j edan bit na svakih 1012 do 1 014 prenijetih bitova. Takve varijacije (od-do) vjerojatno se navode zato što postoje različite vrste bakrenih vodiča i optičkih kablova.

Za ostvarenj e pouzdanog prijenosa bitova (paketa) neophodno je prije sve

ga imati pouzdan sustav za otkrivanje iskrivljenja bitova (grešaka). Takvi sustavi nisu nikad apsolutno pouzdani, ali mogu biti napravljeni dovoljno visoko pouzdanima da omoguće uspješan rad računalnih mreža, od najmanjih (lokalnih) do

55


najvećih (globalnih). Dakle, da bi se moglo otklanjati greške, potrebno ih je najprije uspješno otkrivati. Otklanjanje grešaka izvodi se uglavnom tako, da se ponovi prijenos onih paketa (okvira) u kojima je došlo do iskrivljenja bitova, kao i onih paketa (okvira) koji su izgubljeni u procesu prijenosa. Postoje metode ispravljanja grešaka (na manjem broju bitova) bez ponovnog prijenosa iskrivljene jedinice podataka, ali te metode iziskuju posebne načine zapisivanja bitova, tako da se njima ovdje ne bavimo. Takve metode zapisa obično sadrže znatnu količinu "dodatnih" (redundantnih) bitova, na temelju kojih sustav primatelja može izračunati što je trebalo stajati ("O" ili "1") na onim mjestima na kojima je došlo do iskrivljenja bitova.

Greške u prijenosu nastaju i zbog gubitaka jedinica podataka (paketa, okvira). Paket može biti izgubljen iz raznih razloga. Ako se u prijenosu iskrivi neki bit od adrese primatelja (koja je zapisana u zaglavlju paketa), taj paket ne može više stići na odredište na koje je bio upućen: Ako paket na svom putu stigne do nekog prijenosnika koji je zagušen, taj prijenosnik ga odbaeuje, čime taj paket biva izgubljen. Paket može biti izgubljen i zbog greške u radu nekog prijenosnika, zbog koje je paket proslijeđen u krivom smjeru. Takav paket bi još mogao stići do svog odredišta (nekim drugim putem) ako ga drugi prijenosnici prosljeđuju prema njegovu odredištu; ali takav paket može lako "zastatjeti" (zbog lutanja), i zbog toga onda biti odbačen na nekom od prijenosnika. Jer paketi imaju vijek trajanja, koji se može računati vremenski, ili brojem prijenosnika kroz koje paket smije proći na putu od izvora do odredišta. Po isteku njegova vijeka trajanja, paket biva odbačen.

Greške i gubici paketa mogu nastati zbog fizičkih poremećaja u radu čvorova ili veza od kojih se sastoji računalna mreža; takvi poremećaji su gubitak napona i mehanička oštećenja. Jedna od temeljnih odlika računalne mreže (kao sustava) je da zna "obilaziti kvarove" i da omogućava komunikaciju sve dok je to operativno moguće činiti. Ako se pokvari neki čvor ili prekine neka veza, ostali (okolni) čvorovi smjesta mijenjaju svoje tablice prosljeđivanja i na taj način nastavljaju iste komunikacije drugim putovima koji obilaze mjesto kvara. Naravno, mreža to može činiti samo dotle dok postoje drugi putovi; ako se prekine jedina veza koja vodi do domaćina Di, onda mreža nema načina da taj kvar obiđe.

56

2. Mreže sa izravnim vezama


U ovom poglavlju opisani su elementi koji tvore fizički sloj računalne mreže i sloj veze podataka u OSI modelu mreže. Ovdje govorimo o hardverskim elementima čvorova, o nosiocima podataka, o zapisivanju sadržaja (kodiranju) na nosioce, te o metodama prijenosa uređenih nizova bitova između čvorova koji su međusobno povezani izravnom vezom.

Da bi se napravilo računalnu mrežu potrebno je najprije ostvariti prijenos signala i sadržaja između čvorova koji su međusobno povezani izravnom vezom. Za ostvarenje takvog prijenosa potrebno je definirati način kodiranja sadržaja, način uređivanja sadržaja (nizova bitova) u jedinice podataka (okvire), te način upravljanja prijenosom podataka, koji iziskuje određenu komunikaciju između čvorova.

Za uspješan rad mreže potrebno je razviti sustav otkrivanja i otklanjanja grešaka koje nastaju u prijenosu podataka. Većina takvih sustava i procesa ostvarena je hardverski u mrežnim karticama, pomoću kojih se čvorovi vezuju jedan s drugim, odnosno na mrežu, i preko kojih čvorovi šalju i primaju podatke.

U drugom dijelu poglavlja opisano je više mreža lokalnog i gradskog tipa, kod kojih se prijenos podataka izvodi preko zajedničkog nosioca podataka (medija, veze). Uzima se da su čvorovi takvih mreža izravno međusobno povezani, bez obzira na oblik zajedničkog nosioca podataka kojeg koriste. Dan je prikaz mreže Ethernet koja koristi sabirnicu, kao i prikaz mreža (lokalnih i gradskih) kod kojih zajednički nosioc podataka ima strukturu prstena.

Postoji više vrsta bežičnih mreža koje se ubrajaju u mreže sa izravnom vezom, odnosno u lokalne i gradske mreže; bežične mreže izdvojili smo u peto poglavlje.

57


2.1 Povezivanje čvorova

Da bi se napravilo računalnu mrežu potrebno je najprije uspostaviti vezu između dva čvora. Uspostaviti vezu ovdje znači ostvariti mogućnost razmjene signala između dva čvora pomoću nekog nosioca signala. Ukratko rečeno, signal je neka fizička veličina; znak je značenje koje se dodjeljuje toj veličini u okviru nekog sustava značenja. Na ovom papiru nalaze se signali koji sami po sebi ne znače ništa. Međutim, ljudi su dodijelili neka značenja signalima određenih oblika, i time su stvorili slova, odnosno znakove abecede; nizovi znakova abecede tvore riječi, od kojih nastaju rečenice i priče.

U računalnim mrežama, nosioci signala mogu biti metalni vodiči, optička

vlakna, prostor kojim se šire elektromagnetski valovi, i druga sredstva. Pitanjem kako se elektromagnetski valovi šire prostorom (i vakuumom) ne možemo se ovdje baviti. Spomenimo samo da se i svjedo smatra elektromagnetskim signa

lom (ali postoji i drukčija teorija svjetla). Električni signali šire (kreću) se u me

talnim vodičima (obično bakrenim), dok se optički signali šire u optičkim vlaknima.

Za prijenos podataka (informacijskih sadržaja) između dva računala nije dovoljno samo ostvariti mogućnost prijenosa signala među njima, već treba napraviti još niz drugih stvari.

( 1 ) Treba definirati način kodiranja. Kodirati ovdje znači dodijeliti značenja signalima. Na toj razini dovoljno je odrediti koje stanje signala označava vrijednost "O" , a koje stanje označava vrijednost " 1 ". Znakovi "O" i " 1 " dovoljni

su da se u binarnom sustavu zapiše svaki informacijski sadržaj , i to pomoću određenih nizova binarnih znakova.

(2) Treba definirati strukturu nizova podataka određene dužine, koji se prenose vezom. Takve nizove naziva se raznim imenima; ovdje ćemo ih nazvati okvirima (frames). Dakle, između dvaju izravno povezanih čvorova prenose se

okviri (bitova, signala); pritom jedan dio okvira sadrži upravljačke sadržaje (adrese i drugo), a drugi dio prenosi podatke koje jedan čvor šalje drugome.

(3) U prijenosu bitova (okvira) događaju se greške. Takve greška mogu nastati iz raznih razloga i mogu se manifestirati kao iskrivljenje bitova u okviru, ili kao gubitak okvira. Sustav koji ostvaruje komunikaciju između dvaju čvorova, treba definirati način otkrivanja grešaka.

(4) Sustav za razmjenu sadržaja između čvorova, treba definirati način ot

klanjanja grešaka koje su nastale u prijenosu i koje su otkrivene. (5) Kod lokalnih mreža (s kojima se bavi veći dio ovog poglavlja), čvorovi

komuniciraju preko istog fizičkog nosioca podataka. Kod tih mreža, zajednički fizički nosioc podataka (točnije, signala) prenosi sadržaje samo jednog pošiljatelja istodobno. Zato kod takvih mreža treba definirati način pristupanja mediju,

odnosno postupak kojim neki čvor stječe mogućnost (pravo) zauzimanja zajed-

58


ničkog nosioca podataka i njegove (isključive) upotrebe za prijenos svojih podataka.

Navedenih pet osnovnih stvari koje su potrebne za ostvarenje prijenosa podataka između dvaju čvorova, realizira se uglavnom hardverski, i to u elementu koji se naziva mrežna kartica ili mrežni adapter (network adaptor). To j e onaj hardverski element koji vezuje računalo "na mrežu" i time ga čini čvorom te mreže. Slika 2. 1 pokazuje osnovnu strukturu računala, i pokazuje na koji način mreŽDa kartica povezuje računalo u mrežu.

CPU

110 sustav

Radna memorija Periferne

jedinice

prema mreži Mrežna

Trajne kartica

memorije

Slika 2 . 1 Osnovna struktura računala

Ovdje iznosimo načela prema kojima se ostvaruj e komunikacija između čvorova, odnosno između računala i mreže; konkretne realizacije imaju svoje specifičnosti na razini hardvera i softvera, sa kojima se nastoj i postići čim veću učinkovitost rada mrežnog čvora, II zavisnosti od specifičnih poslova koje obavIja. Na primjer, domaćini i prijenosnici (usmjerivači) su čvorovi mreže, ali obavIjaju različite vrste poslova (operacija). Računala poput usmjerivača, koja obavljaju neku specifičnu vrstu poslova, obično se oblikuju (hardverski i softverski) na specifičan način koj i je primjeren poslovima koje obavlja.

59


U osnovi, mrežna kartica vezuje računalo na mrežu i obavlja operacije koje su potrebne za izravno slanje sadržaja u mrežu, kao i za izravno prihvaćanje sadržaja sa mreže. Radom mrcžne kartice upravlja program (softverski sustav) koji se naziva draj verom (driver), a možemo ga zvati upravljačkim programom ili upravljačem mrežne kartice. Druge jedinice računalnog sustava (poput printera) imaju isto tako svoje upravljačke programe (drajvere).

Postoje različite vrste mreža i različite vrste veza na mrežu, pa tako i različite vrste mrežnih kartica. MreŽlla kartica obično ima svoj memorijski prostor i procesor. Prigodom slanja podataka u mrežu, mreŽlla kartica uzima sadržaje koje treba poslati u mrežu (iz memorije čvora, ili iz vlastite memorije), uređuje te sadržaje (nizove bitova) u okvire (mreže kojoj pripada) i upućuje te okvire u vezn prema čvoru na koji ta veza vodi. Pritom uređivati sadržaj u okvire znači praviti okvire čije tijelo sadrži (i prenosi) podatko\!ni sadržaj , dok zaglavlje okvira čine upravljački i kontrolni zapisi (adrese i drugo) koje dodaje mrežna kartica i koji su potrebni za izvršenje prijenosa, te za otkrivanje i otklanjanje grešaka u prijenosu.

Kod sustava sa višestrnkim pristupom nosiocu podataka (vezi), mrežna kartica rjcšava i pitanje prava pristupa vezi. Ukratko, mrežna kartica obavlja poslove koje treba obaviti da bi neki sadržaji (paketi podataka) bili prenijeti sa danog računala "u mrežu", prema zadanom odredištu. Pritom, mrežna kartica vrši prijenos samo do slijedećeg čvora; o putu toga sadržaja do konačnog odredišta, vodi računa mrežni sloj sustava, koji u hijerarhiji slojeva (i protokola) dolazi iznad razine poslova koje obavlja mreŽlla kartica. U OSI modelu taj sloj naziva se mrežnim slojem; u mreži Internet je to lP sloj (protokol).

Na sličan način, mrežna kartica obavlja poslove prihvaćanja sadržaja (okvira) iz mreže, koji na nju stižu preko dane veze. Pritom mrežna kartica provjerava ispravnost prispjelih okvira i izvodi odgovarajuće operacije ako utvrdi da je sadržaj okvira iskrivljen na putu; te operacije se uglavnom svode na "primoravanje" pošiljatelja da određene (skrivljene) okvire pošalje ponovno. Mrežna kartica pohranjuje sadržaje (primljene u ispravnom stanju) u memoriju (svoju ili od čvora), odakle te sadržaje onda preuzimaju viši slojevi mrežnog sustava i nastavljaju s njihovim procesiranjem, obično sve do razine aplikacija, za čije potrebe je dani prijenos podataka izvršen.

Mrežna kartica ima dva sučelja: jedno prema računalu koje ta kartica vezuje na mrežu, a drugo prema vezi preko koje kartica veznje (uključuje) to računalo u mrežu. Prijenos podataka preko mrežne kartice odvija se tako, da čvor upisuje u određeni memorijski prostor one sadržaje koje treba prenijeti na neku adresu (čvor) u mreži; mrežna kartica čita te sadržaje, formira iz njih okvire upućene na danu adresu i prenosi te okvire danom vezom do s lijedećeg čvora, koji onda nastavlja s prijenosom sadržaja tih okvira prema nj ihovu odredištu.

60


Kod primanja sadržaja, postupak je obrnut: mrežna kartica prima sadržaje iz mreže (sa veze) i smješta ih u određeni memorijski prostor, odakle ih zatim preuzimaju određeni procesi sa čvora. Radom mrežne kartice upravlja njen upravljački program koji se izvodi na čvoru kojeg ta kartica vezuje na mrežu.

Za više slojeve mrežnog sustava, poslati podatke u mrežu (na neku adresu) znači upisati te sadržaje u odgovarajući memorijski prostor, odakle ih mrežna kartica preuzima i šalje u mrežu. To se posebno odnosi na mrežni sloj (sloj lP u Internetu) koji se nalazi izravno iznad fizičkog sloja čije se funkcije realiziraju pomoću mrežne kartice. Govoreći u terminima OSI modela, ispod mrežnog sloja je sloj veze podataka (data link), koji obavlja one poslove koji se ostvaruju u mrežnoj kartici.

Na isti način, primati podatke sa mreže (sa neke adrese), za više slojeve mrežnog čvora znači preuzimati sadržaje iz određenog memorijskog prostora u koji mrežna kartica zapisuje sadržaje koje prima sa mreže. Pritom svaki od slojeva, uključujući fizički sloj i sloj veze podataka, koji su realizirani u mrežno j kartici, izvodi određene procese sa primljenim sadržajima, prije nego ih preda sloju iznad sebe, kako je to objašnjeno u prvom poglavlju.

Razmjena sadržaja između računala i mrežne kartice može biti ostvarena na razne načine. Mrežna kartica može uzimati sadržaje za prijenos izravno iz memorije čvora, bez da u tome sudjeluje CPU čvora. Isto tako, mrežna kartica može upisivati prispjele sadržaje izravno u memoriju čvora. U tom slučaju, upravljač (drajver) mrežne kartice zadaje kartici memorijsku adresu sa koje treba početi uzimati sadržaj za prijenos, odnosno adresu od koje treba početi upisivati sadržaj koji stiže na tu karticu. Mrežna kartica ima svoj procesor, tako da može obavljati takve poslove, bez izravnog sudjelovanja CPU čvora. Drugi način rada je da se razmjena sadržaja izvodi u memoriji mrežne kartice. Tada CPU čvora upisuje sadržaje koji su za prijenos, u memoriju mrežne kartice; isto tako, preuzima prispjele sadržaje iz memorije mrežne kartice.

2.2 Nosioci podataka i veze

Veze između čvorova ostvaruju se pomoću raznih nosioca signala. To može biti opletena parica (twisted pair) kakvu obično nalazimo u fiksnim telefonskim sustavima na lokalnoj razini. Nosioc signala je i koaksijalni kabel (coaxial cable), poput onog kojim se povezuje televizor na antenu, ili na kabelski sustav za prijenos televizijskih programa. Kod dugih veza obično se koriste optički kablo

vi koji imaju izrazito veliku propusnost. Prostorom se mogu prenositi elektromagnetski signali raznih vrsta i frekvencija. Elektromagnetski signali nazivaju

se valovima i prikazuju (crtaju) se kao promjenljiva stanja koja se ciklički ponavljaju (poput valova na moru); ali to ne znači da elektromagnetski valovi zaista izgledaju poput valova na moru. Stvari se često imenuje slikovitim nazivima, ali ih često nije lako predočiti.

6 1


Signali koji su valne prirode imaju određenu frekvenciju i valnu dužinu.

Frekvencija je broj "vrhova" signala (ili valova) u sekundi. Frekvencija se mjeri

u Hertzima (Hz), a može se opisati i kao broj "njihaja" signala u sekundi. Va1na dužina je udaljenost (mjerena u metrima) između dva susjedna vrha vala. Ta

udaljenost (vaIna dužina) zavisi od frekvencije signala i od brzine kojom se signal (val) širi. Na primjer, ako je frekvencija nekog signala 1 000 Hz, a signal se

širi brzinom od tisuću metara u sekundi, onda njegova valna dužina iznosi l me

tar; dakle, valna dužina je vrijednost izraza BrzinaSignala I Frekvencija.

Za prijenos signala u komunikacijskim sustavima uglavnom se koriste elek

tromagnetski signali. Postoje elektromagnetski signali vrlo različitih frekvencija

i valnih dužina. Svi ti signali kreću se otprilike istom brzinom, koja donekle za

visi od medija koj im se šire. Na slici 2 .2 dan je jedan prikaz spektra elektroma

gnetskih signala; pritom je navedeno koji m�diji (fizički nosioci) se obično kori

ste za prijenos elektromagnetskih signala određenih frekvencija.

1 04 1 05 .. I I

1 06 1 0 7 1 08 1 09 1 0 10 1 0 11 1 0 12 I I I I I I I

Satelit

Koaks. kabel ..

AM �

FM �

IV .. .

•

Zemni mikrovalovi .. �

X zrake

1 0 13 1 0 14 1 0 15

I I I Optička vlakna

...........

Slika 2.2 Spektar elektromagnetskih valova

Gama zrake

1 0 16 I �

Problematika zapisivanja bitova (vrijednosti "O" i " 1 ") na elektromagnet

ske valove je složena. Zapisivanje bitova na valove naziva se modulacijom; po

stoje razne vrste modulacija; najpoznatije su amplitudna, frekventna i fazna. Tom problematikom se ovdje ne trebamo baviti; možemo samo ilustrirati na koji

način se mogu zapisivati bitovi na elektromagnetske valove kod amplitudne mo

dulacije, kod koje to izgleda jednostavnije nego kod drugih metoda moduliranja.

Kod amplitudne modulacije, "O" se zapisuje na jedan vrh vala tako, da se smanji

visinu (amplitudu) toga vrha vala; dakle, tako da se smanjiti jačinu vala na tom

mjestu. Na sličan način, " l " se zapisuje tako, da se poveća visinu (amplitudu,

jačinu) nekog vrha vala. Na taj način val-nositelj (kod kojeg su svi vrhovi jedna

ko visoki) biva "izobličen" tako, da amplitude nekih valova budu niže a drugih

62


valova više; pritom niže amplitude zapisuju (i prenose) znakove "O", a više amplitude zapisuju (i prenose) znakove " 1 ". Frekvencija signala ostaje ista. F rekventna i fazna modulacija postižu iste učinke na druge načine.

Danim primjerom ilustrirali smo način zapisivanja korisnih signala (informacijskih sadržaja) na elektromagnetski signal (val) koji onda služi kao nosioc tih zapisa. Tehnički elementi koji to rade u stvarnim komunikacijskim sustavima, koriste složenije postupke, sa ciljem da optimalno iskoriste prijenosne mogućnosti elektromagnetskih valova (kao nositelja bitovnih zapisa), te da postignu optimalnu pouzdanost rada prijenosnih sustava.

Opis amplitudne modulacije sugerira da se na valove viših frekvencija može zapisati veći broj bitova u sekundi: na svaki vrh vala po jedan bit. To ujedno omogućava prijenos većeg broja bitova u sekundi, odnosno daje veću propusnost veze. Tako slika 2.2 sugerira da je propusnost optičkih vlakana daleko veća od propusnosti koaksijalnih kablova i satelitskih sustava, jer optička vlakna mogu prenositi elektromagnetske signale daleko većih frekvencija nego prethodna dva medija. F rekvencija (u Hz) nekog elektromagnetskog signala (vala) nije isto što i propusnost veze (u bps) koja taj signal prenosi (koristi); ali propusnost veze bitno zavisi od frekvencije signala-nositelja kojeg ta veza može prenositi.

Veze mogu prenositi signale u jednom smjeru, naizmjenično u jednom i u drugom smjeru, i u oba smjera istodobno. Veze prve vrste naziva se simpleks vezama, veze druge vrste naziva se polu-dupleks vezama, a veze treće vrste naziva se dupleks vezama. Za pouzdan prijenos podataka između čvorova koji su izravno vezani potrebno je da čvor primatelj povremeno šalje određene povratne informacije čvoru pošiljatelju. Zato ovdje uzimamo da su sve izravne veze između čvorova tipa dupleks, ne zalazeći u pojedinosti na koji način je (tehnički) ostvarena mogućnost dvosmjerne komunikacije. To se obično ostvaruje pomoću iste fizičke veze, čiji se kapacitet dijeli vremenski ili po frekvencijama, kako je to objašnjeno u odjeljku 1 .3 . Dakle, jedan kratki vremenski interval prijenos teče u jednom smjeru, a drugi interval u drugom smjeru; pritom ti intervali obično nisu jednako veliki. Kod podjele frekvencija, ukupni frekventni pojas jedne veze dijeli se na dva dijela; u jednom dijelu prijenos teče u jednom smjeru, a u drugom dijelu teče u drugom smjeru.

Postoje razne vrste kablova, koji imaju razne širine frekventnih pojaseva i omogućuju prijenos sadržaja na razne udaljenosti (bez obnavljanja signala). Na slici 2.3 dan je jedan izbor tipičnih vrsta kablova, zajedno sa njihovim prijenosnim karakteristikama.

63


Kabel Širina frekventnog

Udaljenost pojasa

Opletena parica kategorije 5 1 0-1 00 Mbps 1 00 m

Tanki koaksijalni kabel 1 0-1 00 Mbps 200 m

Debeli koaksijalni kabel 1 0-1 00 Mbps 500 m

Multimode optička vlakna 1 00 Mbps 2 km

Single-mode optička vlakna 0. 1 -1 0 Gbps 40 km

Slika 2.3 Vodiči i propusnosti

Opletena parica kategorije 5 (Category 5 twisted pair) slična je opletenoj parici kod lokalnih telefonskih veza, ali je nešto deblja; koristi se unutar zgrada, za vezivanje računala na mrežu. Tanki koaksijalni kablovi (Thin-net coax) i debeli koaksijalni kablovi (Thick-net coax) koriste se isto tako za izradu veza unutar zgrada. Navedeni kablovi mogu se koristiti i za veze između zgrada. Optički kablovi (kablovi s optičkim vlaknima) tipa "multimode" obično se koriste za povezivanje zgrada, dok se optički kablovi tipa "single-mode" koriste za ostvarenje veza najvećih dužina.

Veze se mogu iznajmljivati od tvrtki koje se bave gradnjom i iznajmljivanjem prijenosnih (komunikacijskih) sustava. Takve veze imaju svoje tehničke (i komercijalne) nazive i određena svojstva. Na slici 2.4 dana je jedna lista takvih veza i njihovih širina frekventnog pojasa (to jest, najveće propusnosti).

Vrsta veze/usluge Širina frekventnog pojasa

DS1 1 ,544 Mbps

DS3 44,736 Mbps

STS-1 51 ,840 Mbps

STS-3 1 55,520 Mbps

STS-1 2 622,080 Mbps

STS-24 1 ,244160 Gbps

STS-48 2,488320 Gbps

Slika 2.4 Veze i propusnosti

64


Kaže se da širina frekventnog pojasa veze tipa DS l ( 1 ,544 Mbps) iznosi 24 širine frekventnog pojasa glasovne digitalne telefonske linije (koja iznosi 64 Kbps); međutim, 24 puta 64 Kbps ne daje točno 1 ,544 Mbps. Kaže se da veza tipa DS3 ima 28 puta veću širinu frekventnog pojasa od veze tipa DS 1 , ali množenje ne daje točno taj rezultat. Veza STS- l je osnovna veza u nizu veza toga tipa. Veza STS-i ima i puta veću širinu frekventnog pojasa od veze STS- 1 . Dakle, veza STS- 1 2 ima 1 2 puta veću širinu frekventnog pojasa (propusnost) od veze STS- l ; množenje ovdje odgovara vrijednostima u tablici.

Veze tipa DS mogu biti ostvarene bakrenim vodičima ili optičkim kablovima; veze tipa STS ostvarene su pomoću optičkih kablova. Postoje i veze većih širina frekventnog pojasa (propusnosti) od onih koje su navedene na slici 2 .4.

Osobe koje koriste mrežu (Internet) od doma, koriste vezu (na poziv; dialup) od svog doma do čvora (domaćina) svog davatelja Internet usluga (Internet Service Provider - ISP). Za te svrhe, davatelji Internet usluga obično nude nekoliko vrsta veza, koje su navedene na slici 2.5 .

Veza/usluga Širina frekventnog pojasa

POTS 28,8 - 56 Kbps

ISDN 64 - 1 28 Kbps

xDSL 1 28 Kbps - 1 00 Mbps

CATV 1 - 40 Mbps

Slika 2.5 Usluge i propusnosti

Veza tipa POTS (Plain Old Telephone Service) veže osobno računalo na domaćina davatelja Internet usluga preko modema. Modem (modulator-demodulator) je naprava koja pretvara digitalne zapise u analogne, i obrnuto. Računala rade sa digitalnim zapisima podataka, ali vezom se prenose analogni zapisi, za koje se kaže da su manje podložni smetnjama u prijenosu.

Veza tipa ISDN (Integrated Services Digital Network) ostvaruje se preko istih žica (telefonskih) kao i veza tipa POTS, ali ima veću širinu frekventnog pojasa. Ta veza sastoji se od dva kanala širine 64 Kbps; jednim kanalom mogu se prenositi podaci a drugim kanalom mogu se istodobno prenositi digitalni zapisi zvuka (telefonskog razgovora). Kad se kanal za prijenos zvuka (za razgovor) ne koristi, onda se kapacitet tog kanala pribraja kapacitetu drugog kanala,

što onda omogućava prijenos podataka ukupnom širinom frekventnog pojasa od 1 28 Kbps.

Veze tipa DSL (Digital Subscriber Line) dosežu velike propusnosti, i to koristeći klasične telefonske linije (opletene parice ). Postoji više vrsta veza tipa

65


DSL, na što ukazuje znak "x" u općem nazivu. Jedna od tih vrsta je ADSL; kod veza te vrste, širina frekventnog pojasa veze od davatelja usluga do korisnika je znatno veća nego širina frekventnog pojasa veze od korisnika prema davatelju usluga. Jedan od razloga 7..a takvo Iješenje je taj što korisnici više skidaju (gledaju) sa mreže nego što šalju u mrežu. Širina frekventnog pojasa u oba smjera znatno zavisi od dužine veze: širina pojasa opada sa porastom dužine veze; s porastom udaljenosti raste broj grešaka u bitovima, što iziskuje ponavljanja slanja i time smanjuje propusnost.

Veze tipa CATV ostvaruju se preko prijenosnog sustava kabelske televizije. To se čini tako, da se neki kanali kabelske televizije (jedan ili više) koriste za uspostavu veze između računala (kod kuće) i čvora (domaćina) davatelja Internet usluga. Svaki kanal u sustavu kabelske televizije ima širinu frekventnog pojasa od 6 MHz. Kod veza tipa CATV, š irina fr�kventnog pojasa od korisnika prema

davatelju usluga je znatno manja od širine frekventnog pojasa od davatelja usluga prema korisniku. Rečeno je, da se u smjeru od davatelja usluga prema korisniku postiže širina frekventnog pojasa od 40 Mbps preko jednog kanala kabelske televizije (čija širina frekventnog pojasa iznosi 6 MHz), ali nije rečeno na koji način se to ovdje postiže. Postoje razni načini da se zapiše više bitova po

jednom valu (Hertzu) signala-nositelja; to se obično postiže primjenom složenij ih metoda modulacije.

2.3 Kodiranje i tvorba okvira

Fizičkim vezama (nosiocima podataka) kreću se signali; to mogu biti elek

trični impulsi u bakrenim vodičima, optički signali u optičkim vlaknima, elek

tromagnetski valovi u prostoru, i slično. Da bi mogli prenositi binarne zapise, koji se sastoje od znakova "O" i " 1 ", signali trebaju imati (barem) dva jasno razlučiva stanja. To mogu biti neki viši i neki niži napon, jači i slabiji svjetlosni signal, i slični parovi stanja raznih signala. Kodirati ovdje znači zapisati binarni sadržaj na nosivi signal. U načelu, to izgleda jednostavno: znakove "O" zapisuje se sa jednim stanjem signala (nižim), znakove a "1" sa drugim stanjem signala

(višim). Takva metoda se ponekad koristi, ali postoje tebnički razlozi zbog koj ih ta metoda nije dovoljno dobra, tako da se većinom koriste druge, složenije metode kodiranja; u nastavku iznosimo prikaze nekoliko takvih metoda.

Kodiranje

Kodiranje sc izvodi u mrežnoj kartici koja povezuje računalo na računalnu mrežu. Mrežna kartica na čvoru pošiljatelja uzima bitovne sadržaje iz me

morije čvora, slaže ih u nizove određene strukture (okvire) i upućuje ih u vezu prema čvoru primatelja. Pritom se svaki bit iz niza zapisuje određenim signa-

66


lom kojeg se šalje u vezu. Mrežna kartica na čvoru primatelja prima nizove signala i zapisuje bitovne sadržaje koje ti signali predstavljaju i prenose; pritom te sadržaje uređuje u okvire kakvi su bili poslani sa kartice pošiljatelja, i zapi

suju ih u memoriju čvora primatelja. Opisani sustav i proces rada ilustrira

slika 2.6.

čvor

I mrežna kartica

. . . 01 01 1010 . . .

bitovi

. . . JlJlJl

l signali

T�

pretvornik bit/signal/bit

Slika 2.6 Bitovi i signali

l mrežna I kartica

čvor

. . . 0101 1010 . . .

bitovi

Mrežna kartica sadrži jednu komponentu koja pretvara bitove u signale na

ulazu u vezu, i signale u bitove na izlazu iz veze. Možemo se reći da se vezom

između tih komponenata prenose signali, a da se time između kartica (i čvorova) prenose bitovi, i to uređeni u nizove odgovarajuće strukture.

Zapisivanje binarnih znakova "O" sa nižim (slabijim) signalom, a binarnih

znakova " 1 " sa višim Gačim) signalom, je jednostavna metoda zapisivanja zna

kova (sadržaja) pomoću signala. Ali u praksi, kod te metode javljaju se dva pro

blema. Prvi problem vezan je uz raspoznavanje signala na strani primatelja, a drugi uz sinkronizaciju satova (ritma rada) pošiljatelja i primatelja.

ledinica koja pretvara signale u bitov e (na strani primatelja), interpretira

kao znak "O" one signale koji su znatno niži (slabiji) od prosjeka vrijednosti signala koje prima; po istom načelu, ta jedinica interpretira kao " 1" one signale

koji su znatno viši Gači) od prosjeka signala koje prima. U situaciji kada se pre

nosi dugi niz jednakih znakova ("O" ili " 1 ") to dovodi do problema. Na primjer,

ako jedinica (pretvomik) prima dugi niz niskih signala (koji predstavljaju znak

"O"), onda će prosječna vrijednost signala koje je pretvornik primio (u određenom vremenu) postati vrlo niska, tako da daljnji niski (slabi) signali koji dolaze

na taj pretvornik nisu više "znatno niži od prosjeka", te ih pretvornik više ne prepoznaje kao nosioce znaka "O". Sličan problem stvaraju dugi nizovi znakova

" 1 ". Ukratko, da bi pretvornik signala u bitove radio dobro, potrebne su mu če

ste promjene stanja (veličine, jačine) signala, bez obzira na to koji sadržaji (nizovi bitova) se prenose. Zbog toga su pored jednostavne metode kodiranja, koju smo ovdje opisali, razvijene i druge metode.

67

Mario Radovan RAĆUNALNE MREŽE

Digitalni uređaj i rade na sat/ritam: promjene stanja (operacije) izvode se na "udarae sata". Da bi dvije digitalne naprave mogle raditi zajedno (komunicirati) moraju imati dobro usklađene satove. To je posebno važno kod mrežnih uređaja kao što su mrežne kartice, između kojih se izvodi intenzivna razmjena signala (podataka). Takvu sinkronizaciju rada mrežnih kartica pošiljatelja i primatelja nije lako postići i održavati cijelo vrijeme trajanja prijenosa podataka. Jedan od načina uspostave i održavanja sinkronog rada kartice pošiljatelja i kartice primatelja mogao bi biti da pošilj atelj posebnom vezom stalno šalje primatelju otkucaje svog sata (ritam rada). Ali ta metoda se ne koristi jer to bi iziskivalo postojanje dvostruke veze između kartica: jedne veze sa prijenos sata (ritma), a druge veze za prijenos podataka. Umjesto toga, jedinice koje međusobno komuniciraju, stalno usklađuju svoje satove na temelju sadržaja koje razmjenjuju. Na svaki otkucaj sata od kartice pošiljatelja, njen pr�tvornik pretvara jedan bit u signal i šalje ga u vezu; na svaki otkucaj sata od kartice primatelja, njen pretvornik prima jedan (dolazeći) signal sa veze i pretvara ga u odgovarajući bit. Pritom kartica primatelja treba stalno usklađivati svoj sat prema ritmu rada kartice pošiljatelja, jer u suprotnom prijenos signalaJbitova neće se odvijati uspješno. Dugi nizovi jednakih vrijednosti signala (bitova "O" ili " l ", svejedno) znače da na pretvornik mrežne kartice primatelja ne stižu nikakve promjene veličine signala. Tada pretvornik nije više u mogućnosti usklađivati svoj sat (ritam) sa satom pošiljatelja. Dakle, potreba po stalnoj sinkronizaciji satova primatelja i pošiljatelja je drugi razlog zbog kojeg se podaci koje se prenosi kodiraju na načine koji čine da se stanja signala mijenjaju i onda kada se vezom prenosi dugi niz jednakih vrijednosti bitova. Slika 2.7 ilustrira nekoliko takvih načina kodiranja.

Bitovi I O I 1 I O I O O I O I 1 I O I 1 I O I 1 1 I O I O I I I I I I t I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I NRZ ln_-i!r--i--_!;.--ruf---4---I--4-----1U l l l

Sat LfJtrJtrJtJtJtrJtffu-trJtrui I I • I I I • I • 1 I I I I I I I •

Manchester : rtlWJlI : n n�: I il il il : rtl il : n ri U i l . U U i • I • i Li Li LiJ i Li LiJ U i I I I I I I I I I I I I I I I I I I ' " I I I I I I I I I I I I I I I NRZI I I I I I • • ' I I

Slika 2.7 Metode kodiranj a

Metoda NRZ vrši kodiranje n a način koji smo opisali iznad; taj način kodiranja je najjednostavniji, ali taj način povezan je s problemima koje smo opisali

68


iznad. Metoda NRZI kodira bit "O" kao zadržavanje onog stanja u kojem se signal trenutno nalazi, a bit " l " kao prelazak iz tog stanja u drugo stanje. Slika 2.7 ilustrira učinak te metode. Tim načinom kodiranja riješen je problem javljanja dugih nizova znakova " l ": svaki znak " l " kodira se promjenom stanja signala, a promjene su dobre za prepoznavanje signala i za usklađivanje satova, kako je to objašnjeno iznad. Međutim, metoda NRZI ne Iješava problem dugih nizova znakova "O", jer se znak "O" kodira zadržavanjem postojećeg stanja signala (bilo visokog, bilo niskog). Dakle, kod dugih nizova "O", nema promjena stanja signala.

Metoda kodiranja Manchester rješava problem promjena stanja signala na najbolji način: kod te metode, svaki bit zapisuje se promjenom stanja signala. Bitovne vrijednosti (znakovi) "O" zapisuju se skokom (prelaskom) signala od vrijednosti "nisko" na vrijednost "visoko", a bitovne vrijednosti " l " padom signala sa vrijednosti "visoko" na vrijednost "nisko". Kod ove metode, sa svakim bitom (signalom) kojeg šalje u vezu, kartica pošiljatelja šalje jednu promjenu stanja, a time i otkucaj svog sata. U stvari, skokovi i padovi signala kod metode Manchester su XOR (ekskluzivna disjunkcija) signala sata kartice pošiljatelja i bitovne vrijednosti interpretirane na način kako se to čini kod NRZ metode. Dakle, treći redak (signal) na slici 2 .7 (Manchester zapis) je XOR drugog retka (signala u NRZ kodnom zapisu) i signala sata; to ujedno znači da je u svakom bitu koji je kodiran metodom Manchester sadržan i signal sata kartice koja ga je kodirala. Otkucaj sata je pritom signal koji "skače" sa vrijednosti nisko stanje na vrijednost visoko stanje; svaki takav skok signala (par nisko-visoko) je jedan otkucaj (ciklus) sata.

Slabost metode Manchester je u tome što iziskuje dvostruko promjena stanja signala nego što prenosi bitova: kod te metode svaki bit prenosi se sa dva stanja signala. To praktički znači da naprava koja kreira signale i naprava koja prima signale mogu razmijeniti dvostruko manje bitova u jedinici vremena nego što bi to bio slučaj da se svaki bit zapisuje jednim stanjem signala (kao kod metoda NRZ i NRZI). Broj promjena stanja signala u vezi (u jedinici vremena) naziva se baud rate; analogno, broj bitova koji se time prenesu vezom naziva se bit

rate. Čini se da pojam "baud" dolazi od imena jednog izumitelja po imenu Baudot; "rate" znači razmjer ili mjera. Kod primjene metode Manchester, "mjera bitova" je dvostruko manja nego "mjera bauda". To znači da prijenosni sustav koji radi prema metodi NRZ ili NRZI, može uz istu "mjeru" (količinu) bauda prenijeti dvostruko bitova nego sustav koji radi prema metodi Manchester.

Metode kodiranja su zanimljive, ali tom temom ne trebamo se ovdje podrobnije baviti. Spomenimo još samo metodu koja je nazvana 4B/5B; ta metoda nastoji postići dobre osobine metode Manchester, a izbjeći njene slabosti; to i postiže u velikoj mjeri. Dakle, dugi nizovi jednakih bitova (signala) dovode do problema koje smo opisali iznad. Metodom 4B/5B nastoji se riješiti te probleme tako, da se svaka 4 bita izvornog sadržaja kodira za prijenos pomoću 5 bitova.

69


Mrežna kartica primatelja dekodira 5 primljenih signala, i na temelju tako nastalih 5 bitova, zapisuje (u okvir kojeg formira) onaj niz od 4 bita kojeg tih 5 bitova predstavlja.

Zapisivanje nizova od 4 bita sa nizovima od 5 bitova omogućava da se izbjegnu dugi nizovi jednakih bitova; na primjer, kod metode 4B/5B, niz bitova OOOO zapisuje se (za prijenos) kao niz od 5 bitova 1 1 1 1 0. Takvi pet-bitni nizovi se zatim pretvaraju u signale (kodiraju) prema NRZI metodi i prenose se vezom na pretvomik mrcžne kartice primatelja. Na toj kartici signali se pretvaraju u nizove bitova, pri čemu se pet-bitni nizovi zapisuju sa onim četiri-bitnim nizovima čije su sadržaje prenijeli vezom. Tako se polazni niz oooo prenosi vezom kao niz 1 1 1 1 0, a kartica primatelja ga zatim interpretira (zapisuje) kao niz OOOO.

Metoda 4B/5B iskorištava prijenosni kapacitet sustava 80%: sa svakih pet prenijetih bitova, prenese se četiri bita korisnog (informacijskog) sadržaja. To je znatno bolji razmjer nego kod metode Manchester, kod koje se za prijenos informacijskog sadržaja iskorištava samo 50% prijenosnog kapaciteta sustava. Ideja metode 4B/5B je jednostavna i učinkovita. Niz od 4 bita daje 1 6 kombinacija, od OOOO do 1 1 1 1 ; niz od 5 bitova daje 32 kombinacije, od OOOOO do 1 1 1 1 1 . To daje mogućnost da se svaki od 4-bitna niza zapiše sa jednim 5-bitnim nizom koji ima relativno mali broj vrijednosti "O" za redom. Konkretno, kod te metode uzeto je da 5-bitni nizovi smiju imati najviše jedan bit "O" na početku niza i najviše dva bita "O" na kraju niza; to znači da svaki 5-bitni niz koji se koristi u ovom prijenosnom sustavu, sadrži barem dva bita " 1". To isto tako znači da dva susjedna 5-bitna niza ne mogu stvoriti niz koji ima više od tri nule za redom ( 1 + 2).

Podsjetimo, dugi nizovi jednakih bitova prave probleme u prijenosu signala jer ne proizvode nikakve promjene signala. Međutim, kod metode NRZI (koja se koristi u paru sa 4B/5B), nizovi znakova (signala) " 1" ne prave problem; zato se metodom 4B/5B ograničava samo dužina nizova znakova (signala) "O". Šesnaest 5-bitnih nizova (od 32 moguća) koristi se za kodiranje šesnaest 4-bitnih nizova, kako je to rečeno iznad. Neki od preostalih šesnaest 5-bitnih nizova koriste se kao indikatori stanja čvorova i veza, odnosno za upravljačke svrhe.

Kod metoda kodiranja kao što je Manchester, količina bauda (broj promjena stanja signala) je veća nego količina bitova koja se tim promjenama stanja zapisuje i prenosi. Moguće je napraviti sustav koji prenosi više bitova nego što ima bauda, odnosno promjena stanja signala; dakle, sustav kod kojeg je "bit rate" veći nego "baud rate". To se može postići tako, da se umjesto dvaju stanja (veličina) signala koristi prijenosni sustav sa četiri stanja (veličine) signala. Tada svako stanje signala može kodirati dva bita (OO, O l , 1 0, 1 1), tako da je tada broj prenijetih bitova dvostruko veći od broja stanja (vrijednosti) signala koji se prenose vezom. Međutim, s porastom broja stanja signala u sustavu, raste i mogućnost (vjerojatnost) greške u interpretaciji signala. To je jedan od glavnih razloga što se u digitalnim sustavima većinom koriste samo dva stanja signala (i binarni sustav) za zapisivanje sadržaja. Čim manje različitih stanja ima, tim manja je

70


mogućnost da se neko od stanja interpretira (pročita) pogrešno. Ako postoje samo stanja visoko i nisko, onda je mogućnost greške manja nego ako postoje četiri stanja, ili osam stanja; sa porastom broja stanja postaje relativno lako interpretirati (pročitati) na primjer šestu veličinu kao petu, ili obrnuto.

Tvorba okvira

Između pretvornika mrežnih kartica, vezom se prenose nizovi signala; tim nizovima signala prenose se nizovi bitova između mrežnih kartica; između čvorova koje te kartice povezuju, prenose se uređeni nizovi bitova određene strukture, koje nazivamo okvirima (frames). Ovdje govorimo o razinama sustava koje se u OSI modelu nazivaju fizičkim slojem i slojem veze podataka. Ukratko rečeno, na tim razinama, nizovi bitova uređuju se (u okvire) za fizički prijenos, bitovi se kodiraju na nosive signale, izvodi se prijenos tih signala i njihov prihvat, te dekodiranje sadržaja koji su njima prenijeti.

Čvor A zadaje svojoj mrežnoj kartici mjesto (u njegovoj radnoj memoriji) s kojeg treba uzeti sadržaje koje treba prenijeti na adresu čvora B. Mrežna kartica slaže te sadržaje u okvire zadane strukture; zatim "signalna jedinica" na sučeiju mrežne kartice prema vezi (žici, vlaknu) kodira te nizove bitova na nosioc signala (prema nekoj od metoda koje smo opisali iznad). Signali putuju vezom prema mrežnoj kartici čvora B; "signalna jedinica" na toj kartici prima signale i zapisuje bitove koje ti signali prenose; od tih bitova formira okvire kakve je čvor A uputio u mrežu, i te okvire zapisuje na određeno mjesto u memoriji čvora B . Razmjena podataka koju smo ovdje opisali odvija se između dva računala koji su izravno međusobno povezani. Sav prijenos podataka u računalnoj mreži sastoji se od takvih prijenosa između parova čvorova koji su međusobno izravno vezam.

Postoje razni načini tvorbe okvira bitova. U nastavku iznosimo kratke opise okvira nekih konkretnih prijenosnih sustava, koji ilustriraju nekoliko mogućih načina definiranja strukture o�vira. Okviri se mogu definirati kao nizovi bitova ili kao nizovi bajtova. Zato se govori o bajtno orijentiranim protokolima (definicijama okvira) i o bitovno orijentiranim protokolima.

Pogledajmo najprije neke bajtno orijentirane okvire. Bajtni pristup korišten je kod nekih starijih protokola kao što su BISYNC, kojeg je razvila tvrtka IBM, i DDCMP, kojeg he razvila tvrtka DEC. Noviji i široko korišten protokol PPP (Point-to-Point Protocol) isto tako koristi bajtno orijentiran pristup oblikovanju

okvira. Na slici 2.8 dane su sheme (strukture) okvira tih triju protokola.

7 1


8 8 8 8 8 1 6

SYN SYN SOH Zaglavlje STX Tijelo �7 I ETX GRG

8 8

8 8 8

(a) Struktura okvira BISYNC sustava

8 1 6

Tijelo

(b) Struktura okvira PPP sustava

1 4 42

Tijelo

(e) Struktura okvira DDCMP sustava

Slika 2.8 Strukture okvira

1 6 8

1 6

Shema prikazuje okvir kao niz imenovanih polja (nizova bitova) od kojib

se okvir sastoji. Iznad polja obično se navodi njegova dužina izražena u bitovi

ma. Paket počinje na lijevoj strani; sadržaj paketa kreće se vezom počevši od pr

vog bita slijeva pa do zadnjeg bita slijeva. Ovdje ne iznosimo opise triju sustava čiju su okviri prikazani na slici 2.8; na primjerima tih okvira samo ilustriramo osnovne načine oblikovanja (definiranja) okvira.

Protokol BISYNC koristi posebne znakove za označavanje početka i zavr

šetka nekih dijelova okvira, kao i okvira u cjelini. Prva dva bajta SYN (2 puta 8 bitova) označavaju početak okvira; njihovi sadržaji ujedno služe za početnu sin

kronizaciju satova pošiljatelja i primatelja okvira. Polje SOH (start of header) označava početak zaglavlja okvira; zaglavlja općenito sadrže razne upravljačke

sadržaje; točan sadržaj zaglavlja danog okvira nije ovdje bitan. Polje STS (start of text) označava početak tijela (sadržaja) okvira; tijelo završava znakom (po

ljem) ETX (end of text). Sadržaj polja CRC (cyclic redundancy check) izračunava mrežna kartica pošiljatelja okvira, u procesu tvorbe okvira i njegove pripreme za slanje. Na temelju sadržaja tog polja, mrežna kartica primatelja može utvrditi

da l i je došlo do iskrivljenja bitova u prijenosu okvira; o tome govorimo kasnije. Sadržaj polja CRC zvati ćemo kontrolnim zapisom, a proces njegova izračuna

vanja zvati ćemo izračunavanjem kontrolnog zapisa, bez obzira prema kojoj metodi se taj zapis izračunava.

72


Kod oblikovanja okvira pomoću graničnika, znak (niz od 8 bitova) koji se

koristi kao graničnik na početku i na kraju okvira (ili između pojedinih polja

okvira), može se pojaviti unutar okvira (kao dio njegova sadržaja) i tako dovesti

do greške u radu prijenosnog sustava. Na primjer, ako bi se niz bitova ETX po

javio u tijelu okvira BISYNC, kao dio sadržaja koji se tim okvirom prenosi, onda bi kartica primatelja interpretirala taj dio sadržaja (8 bitova) kao znak za

kraj tijela okvira, što bi dovelo do greške. Taj problem rješava se tako, da kartica koja tvori i šalje okvire, umeće poseban znak (niz od 8 bitova) ispred onog znaka (niza od 8 bitova) koji je jednak znaku ETX, ali nije stvarni ETX, već je dio

tijela (sadržaja) okvira. Taj poseban znak naziva se znakom za izbjegavanje na

razini veze podataka (data link escape - DLE). Ako se znak DLE (niz od 8 bito

va) pojavi u tijelu okvira kao dio njegova sadržaja, onda mrežna kartica pošilja

telja dodaje ispred toga znaka još jedan takav znak čime poručuje mrežnoj karti

ci primatelja da DLE koji slijedi nije pravi znak za izbjegavanje.

Prijenosni sustav PPP (Point-to-Point Protocol) obično se koristi za prije

nos lP paketa preko raznih vrsta fizičkih veza tipa točka-točka, to jest između

čvorova koji su međusobno izravno povezani. Struktura okvira sustava PPP dana

je na sliei 2.8b. Graničnik okvira (koji se ovdje naziva Flag), je zadani niz od 8

bitova kojeg se postavlja na početak i na kraj okvira. Flag doslovno znači zasta

va (ili zastavica); u danom kontekstu bolje zvuči naziv Oznaka, te smo taj naziv

upotrijebili na slici 2 .8b. Tri polja koja slijede iza prvog graničnika (oznake) s

lijeva, tvore zaglavlje okvira čij i nas podroban sadržaj ovdje ne zanima. Polje

Tijelo sadrži niz bajtova informacijskog sadržaja kojeg se prenosi jednim okvirom. U sustavu PP P, polje Tijelo dugo je 1 500 bajtova po difoltu, ali njegova

dužina može se mijenjati. Polje kontrolnog zapisa (ovdje se naziva Checksum),

može biti dugo 2 ili 4 bajta ( 1 6 ili 32 bita).

Umjesto pomoću graničnika, veličinu (granice) okvira može se odrediti

tako, da se tu veličinu (izraženu u bajtovima) zapiše u zaglavlje okvira. Ta meto

da oblikovanja okvira koristi se kod protokola DDCMP; struktura okvira toga

sustava dana je na slici 2.8c. U polje Veličina zapisuje se veličina tijela okvira (u

bajtovima). S obzirom da su ostala polja fiksne (zadane) dužine, iz tog zapisa

slijedi koliko je točno dug (u bajtovima) dani konkretan okvir. U DDCMP susta

vu, okvir počinje sa dva bajta za početnu sinkronizaciju pošiljatelja i primatelja;

ta dva bajta ujedno označavaju početak okvira.

Kod ovakvog načina zapisivanja veličine okvira, problem nastaje ako se u

procesu prijenosa dogodi greška u polju Veličina; tada primatelj dobiva krivi po

datak o dužini tijela okvira, a time i o dužini okvira u cjelini, što dovodi do greške. Ta greška može dovesti do gubitka jednog okvira (u kojem je greška nastala) i l i više okvira (ako je vrijednost u polju Veličina povećana). Primatelj otkriva grešku u prijenosu na temelju toga što se njegov izračun kontrolnog zapisa za

73


dani okvir razlikuje od one vrijednosti kontrolnog zapisa koju je izračunao pošiljatelj okvira (i upisao je u okvir). Kada dođe do greške, primatelj nastavlja s primanjem okvira počevši od prvog para SYN bajtova, koji čine početak novog okvira.

Prema OSI modelu mrežnog sustava, zapisivanje (kodiranje) bitova na nosivi signal i prijenos kodiranih sadržaja sa mrežne kartice pošiljatelja na mrežnu karticu primatelja, spada na najnižu razinu mrežnog sustava, koja se naziva fizičkim slojem. Tvorba okvira spada na razinu iznad fizičke, koja je u OSI modelu nazvana slojem veze podataka. Uređenjem u okvire, nizovi bitova poprimaju preciznu strukturu i značenja, te ih se stoga može zvati podacima. Komunikacija na razini veze podataka odvija se između susjednih čvorova. Put od izvora do konačnog odredišta nekog sadržaja (paketa) nalazi (određuje) mrežnž sloj mrežnog sustava; takav put može se sastojati od mnogo dionica tipa točka-točka, koje su izravne fizičke veze između susjednih Čvorova na tom putu. Na svakoj takvoj dionici uspostavlja se jedna komunikacija na razini sloja veze podataka, odnosno jedan prijenos okvira odgovarajuće strukture sa jednog čvora na drugi. O mrežnom sloju i o usmjeravanju paketa (ili biranju dionica puta) govorimo u poglavlj ima koja slijede.

Kod bitovno orijentiranih protokola, okvir se promatra kao niz bitova, a ne kao niz bajtova; ali razlika je samo u mjernim jedinicama, dok ostalo ostaje uglavnom jednako. Na slici 2.9 dana je struktura okvira prijenosnog sustava SDLC, kojeg je razvio IBM, čiji je protokol bitovno orijentiran. Protokol SDLC je kasnije postao ISO standard, pri čemu je malo promijenjen njegov naziv u HDLC. Spomenimo da prva kratica dolazi od Synchronous Data Link Control, a druga of High-level Data Link Control. Puna imena protokola (i njihove prijevode) često ne navodimo, zato što obično nisu naročito informativni.

8 1 6 1 6 8

Slika 2.9 Struktura okvira HDLC sustava

U sustavu HDLC, početak i završetak okvira označavaju se jednim zadanim nizom od osam bitova; to je niz 0 1 1 1 1 1 1 0. Kod HDLC protokola, taj niz bitova naziva se "početnom sekvencijom" i "završnom sekvencijom", ali ovdje smo taj niz nazvali oznakom, jer to je ono što takvi nizovi zaista jesu: oznake početka i/ili zavTŠetaka. Ta oznaka (niz od osam bitova) prenosi se vezom i onda kad se vezom ne prenosi nikakav podatkovni sadržaj (okviri); to se čini zato da se drži usklađene satove mrežnih kartiea onih čvorova koji su međusobno izravno povezani .

74


Dani niz bitova (oznaka) ima ulogu graničnika. To znači da i ovdje postoji problem javljanja toga niza bitova u tijelu okvira, kako je to opisano ranije. Taj

problem je ovdje riješen na slijedeći način. Ako se u tijelu okvira javi pet znako

va "1" za redom, onda mrežna kartica dodaje iza tog niza jedan znak "O" i time

sprječava da se u tijelu okvira pojavi niz koji označava završetak okvira (koj i

sadrži šest znakova "1" za redom). Mrežna kartica primatelja odbacuje znak "O" koji slijedi iza pet znakova " 1 " jer zna da je ta nula dodana iz razloga koje smo

naveli iznad. Ako pak iza pet znakova " 1 " slijedi šesti znak " 1" (a ne "O"), onda

je to pravi znak za kraj okvira.

Ako dođe do iskrivljenja bitova sadržaja (Tijela) okvira, onda to iskrivlje

nje može proizvesti graničnik na krivom mjestu; ako pak dođe do iskrivljenja u

bitovima graničnika, onda je graničnik time izgubljen što dovodi do greške u

prijenosu. U takvim situacijama, mrežna kartica primatelja čeka prvi slijedeći

niz O 1 1 1 1 1 1 O, koji vjerojatno označava početak novog okvira, i nastavlja s prije

nosom. Da li je nađeni niz zaista početak novog okvira i da li je taj okvir pri

mljen u ispravnom stanju, mrežna kartica može utvrditi na osnovu sadržaja polja

CRC toga okvira. Nastavak prijenosa može uključivati ponavljanje prijenosa

onih okvira koji su izgubljeni (zbog iskrivljenja), ako je rad prijenosnog sustava

definiran da postupa na takav način.

lP paket je nominalno veća jedinica podataka nego što su to okviri (na razi

ni veze podataka) kod većine fizičkih mreža. Zato se jedan lP ponekad prenosi u

više okvira. Proces ispravljanja grešaka - to jest, ponavljanja slanja iskrivljenih i

izgubljenih jedinica podataka - može se izvoditi i na višim razinama mrežnog

sustava. Tako se na mrežnoj razini može ponavljati slanje iskrivljenih i izgublje

nih lP paketa. lP paket je iskrivljen ako je iskrivljen barem jedan od okvira sa

kojima su prenošeni dijelovi tog lP paketa. Kontrola ispravnosti i otklanjanje

grešaka može se izvoditi na više razina mrežnog sustava, ali čini se da je bolje otklanjati greške na nižim razinama. Bolje je ponoviti slanje jednog iskrivljenog

okvira, nego jednog cijelog lP paketa (koji se prenosi sa više okvira), zbog jed

nog iskrivljenog okvira.

Dodavanje jednog bita "O" (nakon niza od pet znakova "1") čini da u susta

vu HDLC, dužina okvira zavisi od njegova sadržaja. Isto vrijedi za one bajtno

orijentirane protokole čiji okviri imaju graničnike; kod tih protokola, u tijelo

okvira dodaje se znak DLE na ona mjesta gdje je to potrebno, kako je ranije

objašnjeno. Rad sa sadržajima (okvirima) varijabilne dužine je obično tehnički

zahtjevniji ali se takvi sustavi koriste.

Za prijenos podataka na velike udaljenosti obično se koriste optička vlakna (kao nosioci); pritom se prijenos obično izvodi pomoću sustava SONET (Synchronous Optical Network). Taj sustav obuhvaća sve elemente koji ostvaruju prijenos na fizičkoj razini i na razini veze podataka, među koje spadaju kodi-

75


ranje i tvorba okvira. SONET obavlja i poslove mu1tipleksiranja više sporijih

veza (manje širine frekventnog pojasa) u jednu bržu vezu. Sustav SONET je izrazito opsežan i složen; njegov opis (specifikacija) navodno ima preko tisuću stranica, tako da ovdje iznosiIno saIna teIneljna svojstva tog sustava. Osnovna struktura okvira sustava SONET prikazana je na slici 2. 1 0.

Zaglavlje foiI�oII(-------- Tijelo --------�.I

r 9 redaka

1 90 stupaca

Slika 2. 1 0 Struktura okvira sustava SONET kod STS-1

Sustav SONET ostvaruje veze tipa STS-1 do STS-48, o kojima smo govo

rili ranije; na slici 2. 1 0 dan je prikaz okvira sustava SONET koji ostvaruje veze tipa STS- 1 ; kod veza većih širina frekventnog pojasa, struktura (oblik) okvira je isti, ali se njegove dimenzije (broj bajtova) mijenjaju.

Kod SONETa (STS- 1) , okvir se prikazuje kao matrica koja ima 9 redova i

90 stupaca, što daje ukupno 8 1 0 bajtova. Prva tri bajta u svakom retku namijenjena su zapisu raznih upravljačkih i kontrolnih sadržaja, tako da te bajtove (3 x

9 = 27) možemo zvati zaglavljem okvira; preostala 783 bajta su tijelo okvira i

prenose koristan teret. Prva dva bajta okvira sadrže jedan poseban sadržaj (ozna

ku) koji označava da je to početak okvira; drugi graničnici nisu potrebni jer je okvir fiksne strukture i dužine (8 1 0 bajtova), tako da se zna (primatelj zna) do kuda seže koje polje, i do kuda seže jedan okvir.

Prijenosni sustav SONET ostvaruje veze tipa STS-1 do STS-48, o kojima

smo govorili ranije. Slika 2. 10 prikazuje strukturu okvira prijenosnog sustava SONET sa kojim se ostvaruje veza tipa STS- 1 , čija širina frekventnog pojasa iznosi 5 1 ,84 Mbps. Okvir se ovdje prikazuje kao matrica, ali u stvarnosti, okviri

su uvijek nizovi bitova; ti nizovi mogu biti prikazani i procesirani (prenošeni) na razne načine (različitim redoslijedom).

Prijenosni sustav SONET omogućava mu1tipleksiranje, koje se ovdje izvo

di na slijedeći način: okviri više veza tipa STS-i smještaju se u jedan okvir veze

76


tipa STS-j, pri čemu j treba biti višekratnik od i. Na primjer, tri veze tipa STS- l mogu se multipleksirati u jednu vezu tipa STS-3. Multipleksiranje se izvodi tako, da se okviri tih triju veza tipa STS- l smještaju u jedan okvir veze tipa STS-3; to ujedno pokazuje da okvir veze STS-3 ima 2430 bajtova (3 x 8 1 0).

Općenito, okvir veze tipa STS-n ima n x 8 10 bajtova, a širina frekventnog pojasa te veze iznosi n x 5 1 ,84 Mbps. Dakle, svaku vezu tipa STS-n karakteriziraju veličine koje su n puta veće od onih veličina koje su ostvarene kod osnovne veze tipa STS , (to jest, kod STS- l ) u SONET sustavu.

Kad veza tipa STS-3 multipleksira tri veze STS- l , onda se tom vezom prenosi po jedan bajt redom iz okvira svake od tih triju sporijih veza, a ne najprije svi bajtovi iz jednog okvira prve veze, pa svi bajtovi iz jednog okvira druge veze, i tako redom. Kod takvog načina rada, na čvor primatelja stižu bajtovi svake od triju multipleksiranih veza ravnomjerno, i to onom brzinom kojom ih sva

ka od multipleksiranih veza (tipa S TS- I ) može normalno prihvaćati i prenositi dalje.

Kaže se da je svaki SONET okvir "dug" 1 25 mikrosekundi. Čini se, da se takva veličina izračunava na osnovu broja bitova u sekundi koji se mogu prenijeti najsporijom SONET vezom (STS-l , sa 5 1 ,84 Mbps), na temelju brzine širenja optičkog signala, i na temelju širine (trajanja) signala sa kojim se kodira jedan bit. Okviri veza tipa STS-n sadrže n x 810 bajtova, ali njihovo trajanje u vremenu je isto, 1 25 mikrosekundi. To znači da se STS veze većih širina frekventnog pojasa vjerojatno ostvaruju pomoću kraćih ("užih") zapisa signala, što omogućava da se zapiše (i prenese) veći broj signala (a onda i bitova) u jedinici vremena.

Ukratko, SONET je opsežan i složen sustav koji izvodi fizički prijenos podataka. Prema OSI modelu, funkcije i operacije koje obavlja sustav SONET spadaju u fizički sloj mrežnog sustava i u sloj veze podataka. Prema Internet modelu mreže, SONET obavlja poslove fizičkog sloja, odnosno poslove fizičkog prijenosa podataka, pri čemu ti poslovi ovdje podrazumijevaju i poslove sloja veze podataka, odnosno uređivanja bitove u okvire.

2.4 Otkrivanje i otklanjanje grešaka

U procesu prijenosa signala i njihove pretvorbe u bitove, ponekad se doga

đaju greške. Takve greške mogu biti izazvane vanjskim smetnjama (elektroma

gnetskim, termičkim), kvarovima, nestabilnošću napajanja, i sličnim uzrocima. Greške u prijenosu događaju se relativno rijetko (posebno kod optičkih kablo

va), ali za pouzdan rad prijenosnog sustava potrebno je definirati način njihova otkrivanja i otklanjanja.

Otkrivanje grešaka u prijenosu zasniva se na izračunavanju i prijenosu određene količine bitova koji su redundantni sa stanovišta prijenosa sadržaja, ali

77


omogućavaju otkrivanje grešaka u prijenosu. Niz takvih bitova, koji se izračunava iz jednog okvira (i za taj okvir), općenito nazivamo kontrolnim zapisom. Kontrolni zapisi koji služe za otkrivanje grešaka su relativno kratki u odnosu na veličinu okvira. Na primjer, kontrolni zapis za okvir mreže Ethernet, čije tijelo može imati do 1 500 bajtova, odnosno 1 2 tisuća bitova , ima 32 bita, što je zanemarivo malo.

Otkrivene greške se obično otklanjaju ponovnim prijenosom onog okvira u kojem je otkrivena greška. Postoje metode zapisivanja podataka (za prijenos), koje omogućuju ispravljanje grešaka u prenijetom okviru (bez da se taj okvir ponovno prenosi). Ali zapisi podataka koji omogućuju ispravljanje okvira bez njihovog ponovnog prijenosa, moraju sadržavati velike količine redundantnih sadržaja koji su potrebni da bi bilo moguće ispravljanje grešaka. Takvi redundantni sadržaji prisutni su u svakom okviru, a ne samo u onim okvirima u kojima je došlo do greške, jer ne može se unaprijed znati kod kojih okvira će doći do greške. Zato se se taj način rada koristi samo u iznimnim situacijama.

Dakle, neophodno je razviti čim pouzdanije metode i sustave otkrivanja grešaka koje nastaju u prijenosu podataka računalnom mrežom. Otklanjanje grešaka se u pravilu svodi na ponavljanje prijenosa onih okvira u kojima je otkrivena greška.

Metode otkrivanja grešaka i njihova otklanjanja su u osnovi jednostavne, ali se u njihovoj realizaciji često koriste složeni algoritmi. Otkrivanje grešaka izvodi se na slijedeći način. Mrežna kartica pošiljatelja, koja fonnira okvir za slanje, izračunava iz sadržaja toga okvira (iz tijela i eventnalno iz zaglavlja) jedan kontrolni zapis (niz bitova) prema zadanom a lgoritmu. Kartica uvrštava taj zapis u odgovarajuće polje okvira i zatim šalje taj okvir primatelju. Kontrolni zapisi mogu biti raznih dužina, ali većinom su dugi 1 6 bitova ili 32 bita. Kontrolni zapisi se obično izračunavaju hardverski u mrežno j kartici, u procesu fonniranja okvira za prijenos.

Mrežoa kartica primatelja okvira izvodi jednak proces računanja kontrolnog zapisa za primljeni okvir. Rezultat svog računanja uspoređuje sa kontrolnim zapisom kojeg je primila (zajedno s okvirom) od mrcžne kartice pošiljatelja. Ako je izračunata vrijednost kontrolnog zapisa jednaka primljenoj vrijednost kontrolnog zapisa, onda prenijeti okvir vrlo vjerojatno nije iskrivljen u procesu prijenosa. Ako se pak izračunata vrijednost i primljena vrijednost kontrolnog zapisa razlikuju, onda je sigurno došlo do neke greške u procesu prijenosa ili računanja, ali vrlo vjerojatno u prijenosu. Otkrivena greška otklanja se u pravilu tako, da se ponovi prijenos onih okvira kod kojih je greška otkrivena.

Tako bi izgledao jedan kratak opis procesa otkrivanja i otklanjanja grešaka u prijenosu podataka (okvira). Međutim, realizacija tog procesa uključuje složene algoritme za izračunavanje kontrolnih zapisa. Takvi algoritmi nastoje približiti se slijedećem idealnom cilju: svaka promjena u danom okviru (jednog bita ili više), treba dovesti do izračunavanja drukčijeg kontrolnog zapisa. Jer jedino u

78


tom slučaju, kontrolni zapis jamči mogućnost otkrivanja svake promjene (iskriv

ljenja) u ostatku okvira. Taj cilj nije moguće postići, ali razvijeni su algoritmi za

izračunavanje kontrolnih zapisa, kod kojih postoj i visoka vjerojatnost da će pro

mjena u bitovima okvira dovesti do promjene kontrolnog zapisa koji se iz tog

okvira izračunava. To ujedno znači da je vjerojatnost otkrivanja greške (iskriv

ljenja bitova) u prijenosu visoka.

U svakom slučaju, nije jednostavno postići da velika većina promjena na

jednom ili više bitova u okviru koji sadrži 1 2 tisuća bitova (ili više), izazove

promjenu kontrolnog zapisa koji ima svega 32 bita (ili manje). Zato su algoritmi

za izračunavanje kontrolnih zapisa (sa kojima se to nastoji postići), često prilič

no složeni. Iskrivljenja (promjene) bitova u zapisu okvira, koja se ne odraze na

izračun kontrolnog zapisa za taj okvir (kojeg izvodi mreŽlla kartica primatelja),

neće biti otkrivena na razini fizičkog prijenosa sadržaja, odnosno na razini veze

podataka, o kojima govorimo u ovom poglavlju. Iskrivljenja koja nisu otkrivena

ne mogu biti ispravljena. Međutim, iste metode kontrole ispravnosti prijenosa

koriste se i na višim razinama mrežnog sustava; na primjer, na razini upravljanja

prijenosom, tako da postoje dobri izgledi da greška koju sustav ne otkrije na ni

žoj razini, bude otkrivena na višoj razini.

Kontrolni zapisi mogu se računati prema raznim metodama i algoritmima,

ali pitanje je koliko su neka metoda i algoritam uspješni u postizanju onih učina

ka kojima se ovdje teži. Jedna klasa takvih algoritama zasniva se na raznim ope

racijama zbrajanja, tako da se njihovi rezultati zovu kontrolnim zbrojevima

(checksum). Računanje kontrolnog zbroja pomoću operacija zbrajanja može se

izvoditi na načine koji su vrlo jednostavni, ali može se izvoditi i pomoću vrlo

složenih algoritama pomoću kojih se postiže mnogo veću vjerojatnost otkrivanja

grešaka. Pogledajmo jedan vrlo jednostavan način izračunavanja kontrolnog zapisa (zbroja). Uzmimo da okvir ima 1 60 bitova (20 bajtova); razdijelimo taj

okvir u nizove od 1 6 bitova, počevši od lijeva (početak okvira) u desno (kraj

okvira), kako je to učinjeno na slici 2. 1 1 .

01 1 1 01 01 1 1 00 1 001

1 001 1 001 01 01 1 01 0

xxx . . . . . . xxx

Slika 2 . 1 1 Kontrolni zbfoj/zapis

79


Binarnim zbrajanjem (bez prijenosa) po svakom stupcu matrice sa slike 2 . 1 1 formira se jedan l 6-bitni kontrolni zapis. Takav kontrolni zapis formira mrežna kartica pošiljatelja okvira i šalje ga mrežno j kartici primatelja okvira, zajedno sa okvirom, odnosno u jednom polju okvira, kako to ilustrira slika 2 . 12 . Binarno zbrajanje bez prijenosa svodi se na brojanje jedinica: rezultat takvog zbrajanja parnog broja jedinica je "O", a neparnog broja jedinica je " 1".

Sadržaj okvira Kontrolni zapis

01 1 1 0101 . . . . . . 01 01 1 01 0 xxx . . . xxx

Slika 2 . 1 2 Okvir i kontrolni zapis

Kod prikaza strukture okvira, kontrolni zapis (polje CRC ili Checksum) crta se kao dio okvira, ali to je zapravo dodatak kojeg mrežna kartica izračunava iz sadržaja okvira. Zato se za kontrolni zapis kaže da je redundantan sa stanovišta prijenosa informacijskog sadržaja.

Algoritam izračunavanja kontrolnog zapisa, kojeg smo upotrijebili na slici

2. 1 1 , je vrlo jednostavan. Ipak, taj kontrolni zapis omogućava da se otkrije svako iskrivljenje samo jednog bita u danom okviru; ali taj algoritam ne uočava parove iskrivljenja na istoj vertikali, jer parovi promjena ne mijenjaju kontrolni zapis. Mnoge druge kombinacije promjena isto tako ne bi bile uočene. Ali postoje mnogo složeniji algoritmi računanja koji daju mnogo "osjetljivije" kontrolne

zapise. U svakom slučaju, prema ovoj metodi može se lako izračunati kontrolni zapis dužine x bitova za niz bitova (okvir) proizvoljne dužine (veće od x) .

Dovoljno je razdijeliti taj niz na dijelove dužine x, urediti ih na način kako je to učinjeno na slici 2 . 1 1 i izračunati kontrolni zapis dužine x, na način kako je to učinjeno u primjeru sa slike 2. 1 1 .

Metoda koja se zasniva na izračunavanju dvodimenzionalne parnosti je relativno jednostavna, ali daje dobre rezultate ako se algoritam (sa kojim se ta metoda realizira) oblikuje dovoljno dobro. Prema toj metodi, kontrolni zapis za

dani niz bitova (okvir) izračunava se računanjem u dva smjera, "vodoravno" i "vertikalno". Uzmimo kao primjer da se okvir sastoji od osam bajtova, pri čemu

svaki bajt ima osam bitova, i poredajmo tih osam bajtova okomito, jedan iznad drugog, kako je to učinjeno na slici 2. 1 3 .

80


1 000 0001 O 1 1 01 01 1 0 1 1 01 0 1 01 1 1 1 01 1 001 0 O 01 00 1 1 01 O 01 1 0 1 001 O 001 0 01 01 1 1 1 00 001 1 O

1 000 1 1 1 0

Slika 2. 1 3 Dvodimenzionalna parnost

Metoda dvodimenzionalne parnosti izračunava kontrolni zapis na slijedeći

način. Vodoravno, ako je broj znakova " l " u bajtu (od 8 bitova) paran, onda se

za taj bajt (redak) uvrštava znak "O" u desni stupac na slici 2. 1 3 ; u suprotnom,

uvrštava se znak " l ". Jednako se računa po vertikali: ako je broj jedinica u stup

cu paran, uvrštava se znak "O" u dodatni redak na dnu slike 2 . 1 3 ; u suprotnom,

uvrštava se znak " l ".

Ako sad vratimo okvir u polazno stanje - dakle, poredamo danih osam baj

tova u niz, jednog iza drugog, od vrha prema dolje - onda tom zapisu okvira

možemo dodati dva 8-bitna niza kontrolnog zapisa sa slike 2. 1 3 , koji su izraču

nati prema metodi dvodimenzionalne parnosti. Na primjer, možemo dodati prvo

donji niz koji je izračunat po vertikali, a zatim desni niz koji je izračunat po ho

rizontali; tako prikazan okvir, zajedno sa 16-bitnim kontrolnim zapisom, dan je

na slici 2 . 14 (bjeline su dodane radi preglednosti).

Okvir Kontrolni zapis

1 000 0001 1 1 01 . . . . . . . . 1 1 00 001 1 1 000 1 1 1 0 01 1 0 001 0

Slika 2 . 14 Okvir i kontrolni zapis

Dani algoritam nije naročito inventivan, a nije ni učinkovit jer proizvodi relativno velik kontrolni zapis u odnosu na broj bitova okvira; ali opisani postu

pak ilustrira jedan način računanja kontrolnog zapisa. Taj način računanja nazvan je metodom dvodimenzionalne parnosti, prema načinu na koji se kontrolni

zapis ovdje izračunava. Metoda dvodimenzionalne parnosti može se koristiti u okviru složenijih algoritama. Niz bitova danog okvira može se urediti ("složiti")

na razne načine, i na tako uređenim strukturama bitova mogu se izvoditi složene

(iterativne) opetracije. Cilj takvih operacija je da proizvedu čim kvalitetnij i (i

8 1


relativno kratak) kontrolni zapis, koji omogućava učinkovito otkrivanje promjena (iskrivljenja) na izvornom zapisu okvira.

Jedna od metoda koje se često koriste za izračunavanje kontrolnih zapisa naziva se metodom cikličke redundance (cyclic redundancy check - eRC). Ta metoda zasniva se na prilično složenim (polinomskim) računanjima sa kojima nema potrebe da se ovdje bavimo, jer ovdje nas zanima prvenstveno učinak tih računanja: kontrolni zapis. Kontrolni zapis izračunat prema metodi eRe je vrlo osjetljiv na promjene sadržaja okvira, tako da pruža veliku vjerojatnost otkrivanja promjena (iskrivljenja; grešaka) na polaznom sadržaju okvira. Takav zapis može imati od 8 do 32 bita, zavisno od konkretnog prijenosnog sustava; dnži eRe zapisi općenito povećavaju vjerojatnost otkrivanja greške.

Sa stanovišta prijer.iosa informacijskih sadr.laja, kontrolni zapis je redundantan; zato je poželjno da taj zapis bude čim kraći. S druge strane, kontrolni zapis treba biti dovoljno dug da omogućava otkrivanje grešaka s dovoljno velikom vjerojatnošću. Pritom, vrijede neka osnovna načela: čim duži je okvir podataka, tim teže je definirati algoritam koji čini da promjene u zapisu okvira dovedu do promjena kontrolnog zapisa. Nadalje, čim kraći je kontrolni zapis, tim teže

je naći algoritam koji čini da promjene u sadržaju okvira dovedu do promjena kontrolnog zapisa.

Jedan od načina kontrole ispravnosti prijenosa mogao bi biti da se svaki okvir prenese dva puta za redom. Ako su dvije kopije prenijetog okvira sasvim jednake, onda je vjerojatno (ali ne i sigurno) da u procesu prijenosa nije došlo do

iskrivljenja okvira; ako dvije prenijete kopije okvira nisu sasvim jednake, onda je sigurno došlo do neke greške u prijenosu. Pritom se ne zna koji je od dvaju okvira iskrivljen u prijenosu, i jesu li iskrivljena oba; izvjesno je samo to da prijenos okvira treba ponoviti. Međutim, takva metoda kontrole ispravnosti nije do

bra, iz više razloga. Ta metoda iziskuje dvostruki prijenos svakog okvira, i nije

naročito pouzdana jer iste bitovne greške mogu se dogoditi na obje prenijete kopije okvira; u tom slučaju, ova metoda ne bi otkrila te greške. Metode sa računanjem kontrolnog zapisa, poput one koju smo opisali iznad, pružaju dovoljno visoku vjerojatnost da će greške biti otkrivene, i iziskuju prijenos zanemarivo male količine redundantnih bitova (kontrolnog zapisa). Kod tih metoda, redundantan sadržaj čini par bajtova kontrolnog zapisa po svakom okviru, što je neusporedivo manje redundantnog prijenosa nego što bi to bilo u slučaju dvostrukog prijenosa cijelih okvira.

Okviri lokalne mreže Ethernet (o kojoj govorimo kasnije) mogu sadržavati do 1 500 bajtova podataka, odnosno do 1 2 tisuća bitova; istodobno, kontrolni zapis za te okvire, koj i se izračunava metodom eRe, ima svega 32 bita. Dobar algoritam za izračunavanje kontrolnog zapisa treba pružati veliku vjerojatnost da će promjena u sadržaju okvira dovesti do izračunavanja drukčijeg kontrolnog zapisa, i time omogućiti otkrivanje iskrivljenja bitova (okvira) u prijenosu. Ali ni-

82


jedan algoritam ne može računati kratke kontrolne zapise iz mnogo dužih sadržaja, na način da svaka promjena u velikom sadržaju sigurno izazove promjenu u kratkom kontrolnom zapisu. Nadalje, pojam "velike vjerojatnosti" nije lako odrediti jer različi.ti algoritmi mogu biti različito uspješni u otkrivanju različitih vrsta iskrivljenja Gednog bita ili mnogo bitova). U svakom slučaju, ako se u prijenosu okvira dogodilo neko iskrivljenje njegova sadržaja, pri čemu to iskrivljenje ne dovodi do izračuna drukčijeg kontrolnog zapisa, onda mrežna kartica primatelja okvira ne može znati da je došlo do iskrivljenja okvira, tako da takva iskrivljenja (greške) ostaju neotkrivena. Takve stvari mogu se događati, ali ( 1 ) greške se događaju relativno rijetko, (2) velika većina grešaka na razini fizičkog prijenosa biva otkrivena i otklonjena, (3) kod onih prijenosa podataka kod kojih je točnost podatak izrazito važna, kontrola ispravnosti prijenosa izvodi se na više razina mrežnog sustava, tako da je mogućnost da greška promakne svim kontrolama vrlo mala. Ovdje bi bilo zanimljivo znati neke statističke podatke o otkrivanju i propuštanju grešaka na razini veze podataka, ali takvih podataka nemamo pri ruci.

Da zaključimo; kod oblikovanja algoritma koji izračunava kontrolni zapis za neki niz bitova (okvir), teži se tome da algoritam bude takav, da se svaka promjena na nizu bitova vrlo vjerojatno odrazi (kao promjena) na kontrolnom zapisu kojeg taj algoritam izračunava (iz tog niza/okvira). Na taj način kontrolni zapis omogućava (primatelju okvira) da otkrije da je došlo do nekih promjena u okviru, koje su vrlo vjerojatno nastale kao greške u prijenosu, i da poduzme korake na otklanjanju tih grešaka. Algoritmi koji se koriste u praksi, zasnivaju se na matematičkim metodama i teorijama, kao što su kombinatorika i teorija vjerojatnosti, koje omogućavaju oblikovanje algoritama za formiranje kontrolnih zapisa, kod kojih postoj i velika vjerojatnost da će se svaka promjena na okviru odraziti (kao promjena) na kontrolni zapis. To onda omogućava otkrivanje da je došlo do greške u prijenosu toga okvira, kako je to objašnjeno iznad.

Na razini veze podataka, odnosno na razini fizičkog prijenosa okvira, algoritmi računanja kontrolnih zapisa su zahtjevniji nego algoritmi takve vrste koji se koriste na višim razinama mrežnog sustava. Na razini veze podataka, većinom se koristi algoritam eRe; u raznim varijantama. Način rada tog algoritma nismo opisali zato jer je složen (zasniva se na raznim računanjima s polinomima), kao i zato što ovdje nije potrebno znati taj algoritam. Dovoljno je znati da algoritmi tipa eRe računaju kontrolne zapise raznih dužina (od 8 do 32 bita), koji omogućuju (s relativno velikom vjerojatnošću) otkrivanje grešaka u prijenosu podataka, i koji se većinom koriste na razini veze podataka, što praktički znači na razini fizičkog prijenosa uređenih nizova bitova (signala) između dvaju čvorova koji su izravno međusobno povezani.

Kontrole ispravnosti prijenosa izvode se i na višim razinama mrežnog sustava; to se često čini na razini upravljanja prijenosom, odnosno na "transportnoj razini", kako se obično naziva. Kod Interneta, takva kontrola izvodi se u okviru

83


TCP protokola, koji je protokol "transportne" razine, kako to njegov naziv kazuje (Transmission Control Protocol). U vezi s nazivima, spomenimo dvije stvari. Mnogi puni nazivi entiteta ne daju informativne opise onoga što imenuju; takve nazive često izostavljamo, i koristimo samo kraticu (akronim). Za razliku od većine drugih, naziv "Transmission Control Protokol" jest informativan: to je protokol kontrole prijenosa, ili bolje protokol upravljanja prijenosom. Drugo, ono što ovdje nazivamo prijenosom, u raznim nazivima izražava se pojmovima "transport", "transfer", i "transmission". Ti pojmovi nemaju sasvim jednako značenje (i konotacije), ali ovdje se koriste u istom značenju, tako da ako se ti poj

movi ponegdje zamijene, takva greška nije relevantna. Na razini fizičkog prijenosa (ili na razini veze podataka) kontrolira se

ispravnost fizičkog prijenosa okvira (nizova signalalbitova) između dvaju čvoro

va koji su izravno fizički pove7.ani. Takve veze nazvali smo vezama tipa točkatočka, ili od-točke-do-točke (point-to-polnt). Na razini upravljanja prijenosom podataka između izvora i odredišta ("transportni sloj"), kontrola ispravnosti provodi se u okviru komunikacije između krajnjih čvorova (izvora i odredišta) u

tom prijenosu. Takvu vezu (komunikaciju) nazivamo vezom s-kraja-na-kraj (end-to-end). Ako je proces kontrole ispravnosti (i otklanjanja grešaka) dobro definiran (i realiziran) na razini veze podataka (to jest, na razini fizičkog prijenosa), onda na razini upravljanja prijenosom ne bi trebalo biti praktički nikakvih grešaka. Ali grešaka može biti i na toj razini, jer se greška može dogoditi na svakom koraku procesiranja i prijenosa sadržaja.

Na razini veze podataka, algoritmi za računanje kontrolnih zapisa realiziraju se hardverski, u mrežnoj kartici, zajedno sa ostalim procesima koje ta kartica

izvodi. Na višim razinama (slojevima) mrežnog sustava - obično na "transportnoj" razini (TCP) ti algoritmi realizirani su softverski, kao i većina drugih funkeija (operacija) na tim razinama.

U računalnim mrežama, ispravljanje grešaka u prijenosu okvira (paketa)

svodi se na ponavljanje prijenosa. Druge mogućnosti mogu postojati, ali općenito nisu naročito učinkovite. Postoj i mogućnost je da se ispravlja (mali broj) iskrivljenja na (dugom) okviru, bez da se ponavlja prijenos toga okvira. Ali pita

nje je na temelju čega napraviti takve ispravke. Da bi bilo moguće ispraviti neku grešku u okviru (bez ponavljanja prijenosa), taj okvir treba sadržavati kontrolni zapis koji je dovoljno veliki (informacijski sadržajan) da se na temelju njega može utvrditi ne samo da je nastala neka greška, već točno koja greška (na kojim mjestima) i na koji način treba tu grešku popraviti. Takovo ispravljanje gre

šaka na prenijetom okviru je vrlo zahtjevan proces i koristi se samo u nekim posebnim situacijama. Taj proces je zahtjevan iz dva razloga. Prvo, treba definirati algoritam koji proizvodi takav kontrolni zapis, koji omogućava da se utvrdi toč

no na kojim mjestima (bitovima) je nastala greška. Takav algoritam je teško de

finirati, jer broj grešaka nije poznat, pa je greške utoliko teže locirati. Nadajje, kontrolni zapis koji bi omogućavao ispravljanje grešaka (bez ponovnog prijeno-

84


sa) trebao bi biti velik i trebao bi se prenositi sa svakim okvirom, bez obzira da li se kod prijenosa tog okvira dogodila neka greška ili nije. Prijenosom prema ta

kvoj metodi, vjerojatno bi se prenosilo više redundantnih bitova - to jest, dugih kontrolnih zapisa - nego što se redundantnih bitova prenosi kod ponovnog slanja onih okvira kod kojih je došlo do nekih iskrivljenja sadržaja.

Za otkrivanje grešaka dovoljni su relativno kratki kontrolni zapisi; na pri

mjer, CRC zapis kod mreže Ethernet ima 32 bita, za okvir koji može imati do 12 tisuća bitova sadržaja. Kontrolni zapis koji bi omogućavao ispravljanje grešaka morao bi biti daleko duži; takav zapis prenosi se sa svakim okvirom, tako da bi

to iziskivalo prijenos velike količine redundantnih bitova, odnosno bitova koji su redundantni sa stanovišta korisničkog sadržaja. Konačno, ako se u nekom okviru iskrivi velik broj bitova, onda je praktički nemoguće ispraviti sve te greške (bitove ); okvir bi trebao sadržavati vrlo veliku količinu redundantnih bitova (kontrolnog zapisa) da bi bilo moguće ispraviti velik broj grešaka u okviru. Ali kaže se da postoje situacije u kojima se može (pokušati) ispravljati greške umjesto ponavljanja prijenosa. Kaže se da to vrijedi činiti onda kad su greške u okvirima česte, tako da ponavljanje prijenosa ne rješava problem: ponovno prenijeti okvir vjerojatno isto sadrži greške. Taj argument je zanimljiv, ali ne djeluje

uvjerljivo: tamo gdje su greške u prijenosu izrazito česte, greške se događaju i u prijenosu kontrolnog zapisa. Na temelju takvog zapisa, mrežna kartica bi mogla

dodatno kvariti primljeni okvir, umjesto da ga ispravlja. Tamo gdje su greške vrlo česte, trebalo bi (na primjer) slati svaki okvir tri puta; na temelju te tri kopi

je okvira, mrežna kartica primatelja (ili neki softverski entitet) pokušava rekon

struirati (čim točnije) zapis izvornog okvira. Na onim bitovnim mjestima gdje sve tri kopije okvira imaju istu vrijednost, ta vrijednost je vjerojatno točna; na

onim mjestima gdje nije tako, uzima se onu vrijednost koja se javlja u dvije (od tri) kopije okvira. U praksi, situacija je znatno složenija od toga; nizovi bitova (i

cijeli okviri) mogu biti potpuno izgubljeni, tako da okviri više nisu jednako dugi; ali tim problemima ne možemo se ovdje podrobnije baviti.

Ponavljanje prijenosa povećava zadržavanje (latency) veze. Tamo gdje povećanje zadržavanja izaziva izrazite teškoće u radu aplikacije (na primjer, kod

telekonferencija), izbjegava se 'ponavljanje slanja. To se može učiniti tako, da se poveća količina redundantnog (kontrolnog) sadržaja u okvirima, koji onda omogućava (djelomično) ispravljanje prenijetih okvira, bez njihovog ponovnog sla

nja. Druga mogućnost (koja obično prevladava) je da se greške kod takvih prijenosa ne ispravljaju.

2.5 Metode prijenosa okvira

Kod tvorbe okvira, mrežna kartica pošiljatelja izračunava kontrolni zapis za taj okvir i dodaje ga okviru, te tako oblikovan niz bitova kodira i upućuje ve-

85


zom primatelju okvira. Mrežna kartica primatelja prima niz signala, pretvara ih u bitove i tvori (rekonstruira) iz njih primljeni okvir i kontrolni zapis. Pritom ujedno izračunava kontrolni zapis za primljeni okvir. Ako taj izračun daje niz bitova koji je jednak primljenom kontrolnom zapisu, onda je vrlo vjerojatno da je okvir (kao i kontrolni zapis) prenijet u ispravnom stanju; u suprotnom, izvjesno je da je došlo do neke greške u prijenosu toga okvira i/ili njegova kontrolnog zapisa. U oba slučaja, primatelj obavještava o tome pošiljatelja. U prvom slučaju, pošiljatelj treba ponoviti slanje okvira kod čijeg prijenosa je došlo do greške; u drugom slučaju, pošiljatelj nastavlja sa daljnjim slanjem (novih) okvira. Na taj način ostvaruje se pouzdan prijenos okvira između mrežnih kartica, a time i sadržaja između čvorova.

Ovdje opisujemo proces prijenosa (okvira) na fizičkoj razini, odnosno na razini sloja veze podataka, prema OSI modelu mrežnog čvora. Na sličan način ostvaruje se pouzdanost prijenosa na višim razinama (slojevima) mrežnih čvorova, posebno na razini upravljanja prijenosom (transportni sloj, odnosno TCP), o čemu govorimo u kasnijim poglavljima. Potpuno pouzdan prijenos na nižim ra

zinama (u sloju veze podataka) trebao bi jamčiti pouzdanost prijenosa i na višim razinama, jer stvarni prijenos (bitova/signala) je samo jedan, ali se isti sadržaji promatraju (obrađuju) na različite načine na različitim razinama mrežnog sustava (čvora). Ali poneka greška može ostati neotkrivena na najnižoj razini, tako da je za pouzdan prijenos potrebno provoditi kontrolu ispravnosti i na nekoj od viših razina; obično se to čini na razini upravljanja prijenosom (transportni sloj). Nadalje, neke greške koje se mogu dogoditi na višim razinama sustava, nisu vidljive na razini fizičkog prijenosa (ili veze podataka), jer ta razina samo prenosi nizove bitova koje dobiva od viših razina (na stroju pošiljatelja). Greške sa viših razina obično nisu greške za najnižu razinu, tako da ta razina ne može otkriti neke greške koje se mogu dogoditi u procesima koji se odvijaju na višim razinama. Na primjer, ako se dogodi neka greška kod tvorbe lP paketa (na višoj razini), kojeg zatim prenosi razina veze podataka, onda ta razina ne "vidi" tu grešku; njen zadatak je samo da ispravno prenese onaj sadržaj (lP paket) kojeg joj je proslijedila viša razina sustava. Zato se neke kontrole ispravnost provode i na višim razinama mrežnog sustava.

Vratimo se prijenosu okvira, odnosno najnižoj razini mrežnog sustava; dakle, fizičkoj razini, odnosno razini veze podataka. U ovom odjeljku govorimo o tome na koji način čvorovi (mrežne kartice) međusobno komuniciraju, sa ciljem da ostvare pouzdan i učinkovit prijenos okvira od pošiljatelja do primatelja. Postoje dva osnovna načina (metode) odvijanja te komunikacije; prvi način naziva se stani-i-čekaj (stop-and-wait), a drugi klizni prozor (sliding window).

Stani-i-čekaj

Ova metoda je vrlo jednostavna: čvor šalje okvir drugom čvoru na koji je izravno fizički vezan, i čeka njegov odgovor. Točnije rečeno, mrežna kartica jed-

86


nog čvora šalje okvir mrežnoj kartici drugog čvora. Ako primi potvrdan odgovor da je okvir primljen u ispravnom stanju, onda šalje slijedeći okvir na isti način. Ako takav odgovor ne primi (u zadanom vremenu), onda pošiljatelj to interpretira kao obavijest da okvir nije primljen u ispravnom stanju; tada šalje ponovno isti okvir, i tako sve dok ne primi potvrdu o njegovu primitku u ispravnom stanju. Mrežna kartica primatelja potvrđuje primitak ispravnog okvira tako, da pošiljatelju uputi potvrdu (acknowledgment - ACK) o primitku toga okvira. Po primitku takve potvrde, pošiljatelj šalje slijedeći okvir i čeka potvrdu o njegovu primitku. Pritom primatelj ima neko zadano vrijeme čekanja na odgovor, ili vrijeme isteka (timeout); ako povratna potvrda (ACK) ne stigne u tom vremenu, onda rnrežna kartica pošiljatelja to interpretira kao znak da sadržaj okvira nije primljen u ispravnom stanju, te ponavlja slanje toga okvira. Kartica ponavlja slanje istog okvira sve dok ne primi potvrdu da je taj okvir primljen u ispravnom stanju. U praksi, nakon određenog broja neuspjelih pokušaja slanja istog okvira, pošiljatelj zaključuje da sa vezom ili sa primateljem nešto nije u redu, te prekida taj proces slanja.

Povratna potvrda (ACK) je jedan upravljački okvir (control frame) kojeg rnrežna kartica primatelja šalje mrežnoj kartici pošiljatelja, i time potvrđuje primitak okvira u ispravnom stanju (bez greške). Takav okvir ne prenosi korisničke podatke, ali pored potvrde o primitku (koju čini sam prazan okvir tipa ACK), takav okvir može sadržavati razne upravljačke podatke koji se odnose na taj proces prijenosa okvira, i koje primatelj šalje pošiljatelju sa ciljem da ovaj prilagodi svoje slanje trenutnim mogućnostima primatelja. Kad dva čvora izvode dvosmjernu razmjenu podataka (komunikaciju), prijenos okvira s podacima odvija se u oba smjera istodobno (dupleks vezom); tada čvorovi mogu slati potvrde o primitku okvira kao dodatak ("na leđima"; piggyback) onim okvirima podataka koje šalju drugom čvoru, ali tom mogućnošću se ovdje ne bavimo.

Na slici 2 . 1 5 prikazane su četiri osnovne situacije koje se mogu javiti u prijenosu okvira, odnosno u komunikaciji između njihovih pošiljatelja i primatelja.

87


(I) E (I)

�

Pošiljatelj I

(al

Primatelj

Pošiljatelj Primatelj I

:------- Okvir .ll1 i �x .� : ;;; 1

I I

(bl

(I) E ,� :>

(I) E (I)

�

Pošiljatelj I

Pošiljatelj I

Slika 2. 1 5 Okviri i potvrde

Primatelj

(c)

Primatelj

Slika 2 . 1 5(a) prikazuje situaciju u kojoj se prijenos odvija normalno (bez

grešaka). Pošiljatelj šalje okvir; primatelj prima okvir i šalje potvrdu o primitku,

koju primatelj prima na vrijeme, to jest prije i steka zadanog vremena čekanja na

potvrdu.

Slika 2 . 1 5 (b) prikazuje situaciju u kojoj primatelj nije primio okvir i/ili nje

gov kontrolni zapis u ispravnom stanju, tako da ne šalje potvrdu o primitku.

MreŽl1a kartica je vjerojatno primila okvir, j er ovdje govorimo o prijenosu okvira između čvorova koji su izravno fizički vezani, tako da je potpun gubitak okvira na

putu malo vjerojatan. Ali na osnovu izračunatog kontrolnog zapisa, mreŽl1a kartica

je utvrdila da je sadržaj tog okvira iskrivljen (u prijenosu); zato ga odbacuje i ne

potvrđuje njegov primitak. S obzirom da nije primila potvrdu do isteka zadanog

vremena, mreŽl1a kartica šalje primatelju ponovno isti okvir. Uzmimo da je ovaj

88


put okvir stigao u ispravnom stanju; stoga primatelj sad šalje potvrdu o primitku; pošiljatelj prima tu potvrdu (na vrijeme) i nastavlja sa prijenosom ostalih okvira.

Slika 2. 1 5( c) prikazuje situaciju kada jc okvir primljen u ispravnom stanju, ali povratna potvrda (ACK) nije. Naime, povratna potvrda je isto okvir (upravljački i kratak), tako da može biti iskrivljen ili izgubljen u procesu prijenosa. S obzirom da nije primio potvrdu o primitku poslanog okvira, po isteku vremena čekanja pošiljatelj šalje primatelju ponovno isti okvir. Primatelj je taj okvir već primio, tako da ovu kopiju odbacuje (njeno prihvaćanje značilo ponavljanje sadržaja, što bi se na višim razinama pokazalo kao greška). Ali primatelj ponovno šalje potvrdu o primitku toga okvira, jer činjenica da je pošiljatelj ponovno poslao taj (potvrđeni) okvir, pokazuje da primatelj nije primio prethodnu potvrdu (ACK) za taj okvir. Na slici 2J 5(c) uzeto je, da je ponovljena potvrda stigla u ispravnom stanju i na vrijeme, te se proces prijenosa okvira može nastaviti.

Konačno, slika 2 . 1 5(d) prikazuje situaciju u kojoj pošiljatelj treba povećati vrijeme čekanja na povratnu potvrdu o primitku okvira, jer se u suprotnom prijenos okvira uopće ne može odvijati. Naime, ovdje primatelj prima okvire u ispravnom stanju i potvrđuje njihov primitak; ali pošiljatelj prima potvrde prekasno, tako da stalno ponavlja slanje istog okvira. Jedini način da se taj problem riješi je povećanje vremena čekanja na potvrdu (ACK).

Da bi primatelj mogao razlikovati novi okvir od ponovljenog slanja istog okvira zbog gubitka povratne potvrde, zaglavlje okvira sadrži jedno polje u koje pošiljatelj upisuje sekventni broj okvira. Polje za upis sekventnog broja obično ima par bajtova, tako da se sekventni broj može kretati od vrijednosti nula do neke maksimalne vrijednosti koju se može upisati u polje te dužine. Nakon što je poslan okvir sa maksimalnim sekventnim brojem, numeriranje okvira kreće opet od početka, tako da slijedeći okvir nosi sekventni broj nula, i tako redom dalje. Dakle, sekventni broj ne mora biti isto što i redni broj okvira; ako se u nekom prijenosu podataka prenese više okvira nego što iznosi maksimalni sekventni broj (u tom sustavu), onda dva li više okvira u tom procesu prijenosa dobiva isti sekventni broj . U nekim situacijama takvo ponavljanje sekventnog broja može dovesti do grešaka u radu, ali kod metode stani-i-čekaj ne dovodi, tako da se tim pitanjem nećemo ovdje baviti. Ukratko,

'primatelj ovdje zna da je primio ponovljeni okvir

(zbog gubitka povratne potvrde) po tome što taj okvir ima isti sekventni broj kao i prethodni okvir. S obzirom da je prethodnu kopiju istog okvira primio u ispravnom stanju, primatelj ponovno potvrđuje primitak tog okvira, ali novu kopiju tog okvi

ra odbacuje, jer je taj okvir već primio i pohranio u svoju memoriju. Očita slabost metode stani-i-čekaj je u tome što prijenos okvira iziskuje

puno stajanja i čekanja. Zbog toga se prijenos okvira odvija sporije nego što bi se mogao odvijati, a prijenosni kapacitet veze nije iskorišten u cijelosti, osim ako se istom vezom ne izvodi više prijenosa okvira istovremeno (multipleksiranjem) za potrebe različitih komunikacija (procesa) između danih dvaju čvorova. Sa ciljem da se otkloni slabosti metode stani-i-čekaj , razvijena je metoda koja se naziva klizni prozor, koju opisujemo u nastavku.

89


Klizni prozor

Metoda kliznog prozora (sliding window) je u osnovi jednostavna, ali njene realizacije mogu iziskivati relativno puno računanja. Opisi te metode su obično složeniji nego što je potrebno; u nastavku iznosimo jedan jednostavan prikaz

te metode, bez puno računanja jer ta računanja nisu neophodna za razumijevanje metode klizni prozor, njenih učinaka i mogućnosti njene realizacije.

Osnovu metode rada klizni prozor čini to, da pošiljatelj šalje primatelju više okvira za redom, bez da čeka potvrdu o primitku za svaki od poslanih okvira. Ta

metoda rada može biti realizirana na više načina. Jedan od načina je da potvrde

za poslane okvire stižu paralelno (dupleks vezom) sa slanjem novih okvira.

Drugi način realizacije te metode je taj, da primatelj potvrđuje ispravan primitak

svakog n-tog okvira (n se određuje u komunikaciji između čvorova pošiljatelja i primatelja), čime implicitno potvrđuje primitak svih prethodnih okvira iz tog

niza. U literaturi se obično opisuje prvi način rada, ali se isto tako govori o "ku

mulativnom" potvrđivanju primitka okvira, a to je drugi način rada kojeg smo

opisali iznad. Na slici 2 . 1 6 dan je grafički prikaz dvaju opisanih načina realizaci

je metode kliznog prozora.

Pošiljatelj Primatelj Pošiljatelj Primatelj

(a) (b)

Slika 2. 1 6 Klizni prozor

90


Ako se u procesu prijenosa okvira ne događa puno grešaka (a tako bi trebalo biti), onda je drugi način realizacije metode klizni prozor učinkovitij i od prvog načina, jer se ovdje prenosi manje povratnih poruka (ACK). Kod obiju varijanti, proces slanja i primanja okvira i povratnih potvrda metodom klizni prozor je jednostavan. Taj proces postaje složenijim na razini rješavanja onih slučajeva kada neki okvir nije primljen u ispravnom stanju, ili kada neka potvrda o primitku nije primljena u ispravnom stanju (i na vrijeme). Proces postaje još složeniji kada čvorovi, pored okvira i potvrda, razmjenjuju i podatke o svom trenutnom stanju, sa ciljem da usklade ritam (intenzitet) prijenosa sa svojim trenutnim mogućnostima (posebno sa mogućnostima primatelja), tako da se prijenos okvira odvija na optimalan način. O tim stvarima govorimo kasnije; pogledajmo najprije odakle vjerojatno dolazi naziv metode klizni prozor.

Kod metode klizni prozor, svaki okvir ima sekventni broj , tako da se za svaku potvrdu može znati koji okvir potvrđuje. To znači da i potvrde (ACK) trebaju sadržavati sekventni broj okvira čij i ispravan primitak potvrđuju.

U mrežnom čvoru pošiljatelja, razina veze podataka (o kojoj ovdje govorimo) uzima sadržaje koje "proizvode" više razine (slojevi) toga čvora, uređuje te sadržaje u okvire, izračunava kontrolne zapise, kodira sve to i šalje u vezu prema primatelju. Na čvoru koji prima okvire, sloj veze podataka (mrežna kartica) dekodira primljene nizove signala, sastavlja iz njih okvire bitova pri čemu ujedno provjerava njihovu ispravnost (na način kako je to opisano ranije) i predaje te okvire višim slojevima toga čvora.

Na čvoru pošiljatelja, sloj veze podataka treba čuvati "original" svakog okvira kojeg je uputio prema primatelju, sve dok od primatelja ne primi potvrdu o ispravnom primitku toga okvira. Nakon toga sloj veze podataka može brisati taj okvir iz svog memorijskog prostora, jer je prijenos tog okvira uspješno obavljen. Kod metode kliznog prozora, sloj veze podataka ne čeka na potvrdu primitka poslanog okvira prije nego što šalje slijedeći okvir. To znači da taj sloj treba čuvati zapise većeg broja poslanih okvira o čijem primitku (još) nije primio potvrdu. Ti okviri postupno zauzimaju memorijski prostor toga sloja (mrežne kartice) na način na koji klizni prozor (roleta) zatvara otvor prozora (kada se spušta). S druge strane, potvrde ACK koje stižu, omogućuju sloju veze podataka na čvoru pošiljatelja da briše okvire čiji je primitak potvrđen, i time oslobađa svoj memorijski prostor. To oslobađanje memorijskog prostora može se usporediti sa podizanjem rolete na prozoru.

Na strani primatelja odvija se slično spuštanje i dizanje rolete. Dolazeći okviri zauzimaju njegov memorijski prostor (spuštaju roletu); nakon što je potvrdio primitak jednog kontinuiranog niza okvira, sloj veze podataka na primatelju predaje taj niz okvira (primljeni sadržaj) sloju iznad sebe. Tada se taj niz okvira briše iz memorijskog prostora sloja veze podatak primatelja. čime se taj prostor oslobađa za primanje novih okvira, odnosno podiže se roleta na prozoru sloja veze podataka primatelja.

9 1


Postoj e i drugi razlozi zbog kojih j e metoda kliznog prozora mogla dobiti

svoje ime. Kod te metode primatelj može obavještavati pošiljatelja (u povratnim potvrdama ACK) o trenutnoj veličini svog s lobodnog memorijskog prostora ("prozora" za priIllanje okvira), tako da pošiljatelj ne šalje okvire većim intenzitetom nego što ih primatelj može primati, jer će u tom slučaju ti okviri biti odbačeni, bez obzira na to da li su ispravni. O tom problemu biti će više riječi u ka

snijim poglavljima.

Kod metode kliznog prozora javljaju se razna tehnička (operativna) pitanja

koja mogu biti riješena na različite načine, kao i pitanja koje čvorovi mogu rješavati u međusobnoj komunikaciji koju izvode u okviru nekog konkretnog prije

nosa podataka. U nastavku ovog odjeljka iznosimo neka od tih pitanja, ne zalazeći pritom u detaljna tehnička :rješenja jer. ona mogu biti različita i mogu se mi

jenjati, dok problemi ostaju uglavnom isti.

Prvo pitanje koje se ovdj e nameće j est, treba li primatelj potvrđivati primitak svakog okvira zasebno, i l i je dovoljno da potvrdi primitak svakog n-tog

okvira u nizu, i time implicitno potvrdi i primitak svih prethodnih okvira u tom nizu. Opisi metode kliznog prozora (koj i obično nisu sasvim jasni) obično uzi

maju da primatelj eksplicitno potvrđuje primitak svakog okvira. Dakle, čini se

da je metoda kliznog prozora implementirana na način kako to ilustrira slika

2 . 1 6(a). Međutim, čini se da bi implementacija te metode na način kako to ilu

strira slika 2 . 1 6(b) mogla biti efikasnija, iz razloga koje smo naveli iznad. Ali

bez obzira na koj i od ta dva načina se ta metoda implementira, potrebno je defi

nirati neke konkretne postupke koj i se trebaju izvoditi kod prijenosa okvira me

todom kliznog prozora. Prije svega, treba definirati na koji način trebaju postu

piti primatelj i pošiljatelj u s ituaciji kad se otkrije grešku u prij enosu nekog

okvira.

Uzmimo da pošiljatelj može poslati 1 0 okvira u vezu u vremenu jednog

RTT veze, to jest u vremenu povratnog puta te veze. To znači da pošiljatelj može

poslati u vezu deseti okvir (u nekom nizu) prije nego što primi potvrdu o isprav

nom primitku prvog okvira iz tog niza. Ako se u prijenosu ne događaju greške, i

ako potvrde o primitku okvira stižu redovito i na vrijeme, onda nema nikakvih

problema. Međutim, ako je došlo do greške u prijenosu petog okvira, onda po

tvrda za taj okvir neće stići. Po isteku vremena čekanj a, pošiljatelj će ponoviti

slanje tog okvira (koji ima svoj sekventni broj) i zatim nastaviti sa slanjem novih okvira. Ponovljeno slanje okvira ne smije praviti teškoće primatelju. Na temelju

sekventnog broja kojeg nosi peti okvir, primatelj utvrđuje da li taj okvir nedosta

je u nizu primljenih okvira; ako nedostaje, onda prihvaća taj okvir, uvrštava ga

na njegovo mjesto, i šalje potvrdu o njegovu primitku. Ako primatelj utvrdi da

već ima peti okvir (iz danog niza), onda njegovu ponovljenu kopiju odbacuje, ali potvrđuje njen primitak (iz razloga koje smo iznij eli ranije).

92


Opisani postupak odgovarao bi načinu rada kojeg ilustrira slika 2 . 16(a), gdje primatelj eksplicitno potvrđuje primitak svakog okvira. Kod načina rada kojeg ilustrira slika 2. 1 6(b), umjesto potvrde petog okvira, primatelj treba potvrditi primitak cijelog niza. Ovdje se postavlja pitanje na koji način može pošiljatelj znati da primatelju nedostaje upravo peti okvir u nizu, kad se ovdje ne šalju eksplicitne potvrde za pojedinačne okvire, već samo za cijeli niz. Kod tog načina rada, primatelj može "pozvati" pošiljatelja da ponovi slanje petog okvira (koji mu nedostaje u nizu), na taj način da potvrdi primitak četvrtog okvira (umjesto desetog). Po uspješnom primitku petog okvira, primatelj potvrđuje primitak desetog okvira, i time implicitno svih ostalih okvira iz tog niza. Ako pored petog okvira nedostaje i osmi okvir, onda nakon primitka petog okvira, primatelj potvrđuje primitak sedmog okvira i time poziva pošiljatelja da ponovi slanje osmog okvira.

Ovdje postoje razne mogućnosti konkretnih rješenja. U svakom slučaju, kada se eksplicitno potvrđuje primitak svakog okvira, onda pošiljatelj zna koje okvire treba poslati ponovno: one za koje nije primio potvrdu o primitku. S druge strane, ako se eksplicitno potvrđuje samo primitak svakog n-tog okvira, onda primatelj treba nekako javiti pošiljatelju koji mu okvir nedostaje u nizu (od n

okvira). To može učiniti tako, da eksplicitno potvrdi primitak dijela niza do prve "rupe"; dakle, da potvrdi primitak onog okvira koji se nalazi ispred prvog nedostajućeg okvira. Primatelj izvodi isti postupak za svaku "rupu" u nizu, dok se zadani niz ne popuni. Međutim, takve situacije ne bi se trebale događati često, jer u procesu prijenosa okvira, greške bi trebale biti rijetke. Koliko je to "rijetko" može se pokušati izračunati iz statističkih podataka o vjerojatnosti iskrivljenja jednog bita (za danu vrstu veze) i iz broja bitova u jednom paketu. Međutim, takvi izračuni su samo okvirni, jer nije isto da li se iskrivi sto bitova u jednom okviru, ili po jedan bit u sto okvira. Prvi slučaj je u praksi vjerojatniji, ali drugi bi doveo do sto puta većeg broja iskrivljenih okvira nego prvi slučaj . Jer da bi okvir bio iskrivljen (i odbačen) dovoljno je da se iskrivi samo jedan njegov bit.

Kod metode kliznog prozora, polje sekventnog broja (u zaglavlju okvira) treba biti dovoljno veliko da se ne dogodi da okvir koji nosi segmentni broj n, u slijedećem ciklusu segmentnih brojeva, stigne primatelju prije nego što stigne ponovljena kopija okvira n iz prethodnog ciklusa segmentnih brojeva. U suprotnom, događale bi se greške: primatelj bi uvrstio okvir iz novog ciklusa na mjesto starog okvira, a stari (ponovljeni) okvir na mjesto novog okvira. Ako je sekventni broj dovoljno velik - na primjer, dug 1 6 bitova što omogućava zapis 2 16 = 65536 brojeva - onda se takve greške (vjerojatno) neće događati. Ali s porastom propusnosti, kod dugih putova (sa velikim RTT), mogu se događati razne stvari koje ne izgledaju vjerojatne.

Ovdje uzimamo da jedan "niz okvira", o kojem srno govorili iznad, sadrži mnogo manje okvira nego što iznosi maksimalni sekventni broj . Kad se na čvoru primatelja formira jedan takav niz okvira (zadane veličine) u kojem nema "rupa"

93


(nedostajućih okvira), onda čvor (to jest, sloj veze podataka) predaje taj niz okvira sloju iznad sebe i briše taj niz iz svog memorijskog prozora; time podiže svoj klizni prozor, kako je to objašnjeno ranije. Dakle, na strani pošiljatelja prozor se spušta s porastom broja poslanih a nepotvrđenih okvira, a podiže brisanjem okvira kada je njihov primitak potvrđen. Na čvoru primatelja, prozor se spušta primanjem okvira, a podiže se njihovim predavanjem višem sloju i brisa

njem iz memorijskog prostora sloja veze podataka.

Metoda kliznog prozora omogućava da čvorovi pošiljatelja i primatelja raz

mjenjuju niz podataka o svom stanju, na temelju kojih nastoje stalno održavati proces prijenosa podataka u optimalnom stanju, u kontekstu njihovih trenutnih mogućnosti, koje se stalno mijenjaju. Pritom je posebno važno da primatelj javlja pošiljatelj e podatke o svojim trenutnim mogućnostima primanja okvira, što ovdje znači prvenstveno podatak o veličini svog prozora za primanje - to jest, o veličini slobodnog memorijskog prostora na razini veze podataka. Na temelju takvih podataka, pošiljatelj treba regulirati intenzitet svog slanja. Ne bi imalo smisla da pošiljatelj šalje okvire brže (u jedinici vrcmena) nego što ih primatelj može trenutno primati, jer bi u tom slučaju primatclj morao odbacivati neke okvire, koje bi poši

ljatelj zatim morao slati ponovno. Takvi podaci upravljačke prirode prenose se u ACK okvirima koje primatelj (periodički) šalje pošiljatelju podatkovnih okvira,

jer ovdje je bitno prvenstveno to, da pošiljatelj zna trenutno stanje primatelja.

Za metodu kliznog prozora, odnosno za algoritam koji implementira tu meto

du, kaže se da omogućava ostvarenje pouz.danog prijenosa podataka preko nepo

uzdanog prijenosnog sustava. Takva tvrdnja zvuči pomalo zagonetno i nije naročito točna. Prvo, prijenosni sustav o kojem ovdje govorimo je sloj veze podataka, odnosno sustav za fizički prijenos okvira kao uređenih nizova bitova koji se prenose pomoću odgovarajućih signala. Taj sustav općenito nije naročito nepouzdan;

točnije, nepouzdan je utoliko što se u njegovu radu mogu dogoditi greške. Ali u tom smislu može se smatrati nepouzdanim svaki tehnološki sustav (barem u nekoj mjeri) jer se u radu svakog takvog sustava može dogoditi greška. Drugo, metoda kliznog prozora ostvaruje pouzdan prijenos sadržaja (preko nepouzdanog sustava) u suradnji sa tim sustavom. Prvo, sam taj prijenosni sustav (razine veze podataka) otkriva vlastite greške (na osnovu kontrolnih zapisa); metoda kliznog prozora samo prisiljava taj sustav da ponavlja prijenos istog okvira sve dok to ne napravi bez greške. Ali ovdje se ne radi o nekoj iznimnoj sposobnosti metode kliznog prozora; to isto je činila i metoda stani-i-čekaj, koju smo opisali ranije. Specifičnost metode kliznog prozora je u tome, da smanjuje ukupno vrijeme čekanja na potvrde o primitku okvira, na način kako je to objašnjeno iznad.

Kao druga odlika metode kliznog prozora navodi se to, da ohranjuje ispra

van redoslijed prenijetih sadržaja (okvira, paketa). Tu metodu smo ovdje opisali

94


na primjeru njene primjene na razini sloja veze podataka. Na toj razini, redoslijed primljenih okvira ohranjuje se na temelju toga što svaki okvir ima sekventni broj , kako je to opisano iznad. Pritom, sloj veze podataka primatelja ne predaje nizove primljenih okvira višim slojevima dok ti nizovi nisu potpuni (bez "rupa"). Ali to se ne mora smatrati specifičnom odlikom metode kliznog prozora; to je više stvar protokola (načina rada) sloja veze podataka. U svakom slučaju, na razini veze podataka nije naročito teško održavati ispravan redoslijed prenijetih entiteta (okvira). Ovdje se radi o prijenosu izravnom vezom (tipa točka-točka), tako da okviri ne mogu "pretjecati" jedni druge na putu, jer kreću se istom vezom. Redoslijed okvira (na čvoru primatelja) mogao bi se poremetiti jedino kod ponavljanja slanja iskrivljenih okvira, ali to se izbjegava na osnovu sekventnog broja, kako je to opisano ranije.

Metoda kliznog prozora koristi se i u okviru nekih protokola viših razina mrežnog sustava, o kojima govorimo u kasnijim poglavljima. Na tim razinama, očuvanje ispravnog redoslijeda jedinica podataka (paketa, poruka) koje se prenose mrežom, predstavlja zahtjevniji zadatak. Naime, tu se radi o sastavljenim vezama (tipa s-kraja-na-kraj) koje prolaze kroz više čvorova, i kod kojih paketi od istog procesa prijenosa (od iste komunikacije) mogu putovati različitim putovima, tako da ovdje postoji mogućnost pretjecanja na putu.

Treći zadatak metode kliznog prozora je da omogući upravljanje intenzitetom prijenosa jedinica podataka, i to na izravnim vezama (tipa točka-točka), na vezama koje vode preko više čvorova (tipa s-kraja-na-kraj), i na razini mrežnog sustava kao cjeline. Na razini veze podataka, taj zadatak je relativno jednostavan: primatelj stalno obavještava pošiljatelja (u ACK okvirima) o trenutnoj veličini svog kliznog prozora, što pošiljatelju omogućava da prilagodi intenzitet slanja okvira trenutnom stanju primatelja. Metoda kliznog prozora općenito omogućava čvorovima, uključujući prijenosnike (usmjerivače), da šalju povratne informacije o svom trenutnom stanju izvorima tokova podataka koji bi mogli dovesti do njihova zagušenja. Ako ti izvori postupaju u skladu s tim informacijama, onda vjerojatno neće doći do zagušenja; u suprotnom, ti izvori morati će snositi posljedice zagušenja koje su proizveli. Održavanje optimalnog intenziteta prometa na dužim putovima, kao i na razini (ne-lokalnih) mreža kao cjelina, je zahtjevan zadatak koji se nastoji ostarjeti na razini nekih temeljnih načela, ali čije je učinke teško precizno kvantificirati. U svakom slučaju, metoda kliznog prozo

ra je ovdje sredstvo koje omogućava da se pokuša ostvariti takav cilj, ali ona sama po sebi nije dovoljna za njegovo ostvarenje. O tome će biti više riječi u kasnij im poglavljima.

Da zaključimo, osnovni zadatak metode kliznog prozora je taj , da omogući

kontinuirano slanje okvira (paketa), bez čekanja na eksplicitnu potvrdu o primitku prethodno poslanih paketa. Time se ubrzava proces prijenosa podataka u jed

noj komunikaciji između dvaju procesa sa različitih čvorova. Time se ujedno omogućava bolje iskorištenje prijenosnih kapaciteta veze između tih dvaju čvo-

95


rova; to je posebno izraženo kod prijenosa sadržaja između čvorova koji su izravno međusobno povezani, kao što je to slučaj kod prijenosa okvira na razini veze podataka. Ali općenito, prijenosni kapacitet veze može biti potpuuo iskorišten i u slučaju kad se komunikacija odvija po metodi stani-i-čekaj ; to se može postići tako, da se istom vezom multipleksira prijenos jedinica podataka (okvira, paketa) za veći broj različitih prijenosa podataka (komunikacija). Takvo multipleksiranje može se izvoditi i između dvaju čvorova koj i su izravno međusobno povezani, u slučaju kada se između ta dva čvora odvija više različitih komunikacija.

2.6 Lokalna mreža Ethernet

Kaže se da je lokalna mreža Ethernet najuspješnija lokalna mreža, ali se pritom ne precizira način mjerenja te uspješnosti. Ta uspješnost zasniva se na jednostavnosti te mreže, što omogućava relativno niske troškove njene uspostave i održavanja. Mreža Ethernet razvijena je sredinom l 970-tih godina u Xerox Palo Alto Research Center (PARC); dakle, u istraživačkom centru tvrtke Xerox, u gradu Palo Alto. Kasnije su razvijene druge varijante te mreže, ali u praksi prevladava njena osnovna varijanta, poznata kao 1 0 Mbps Ethernet. U nastavku ćemo tu mrežu zvati samo Ethernet, a kod spomena drugih mreža tipa Ethernet navoditi ćemo njihove pune nazive. Osnovna odlika mreže Ethernet je jednostavnost njene strukture i načina rada, ali ta jednostavnost donosi i neke slabosti

o kojima govorimo kasnije. Na slici 2. 1 7 prikazana je osnovna konfiguracija mreže Ethernet.

sabirnica

Slika 2. 1 7 Osnovna struktura Etherneta

Mreža Ethernet koristi jedan vodič na kojeg se spajaju svi čvorovi te mreže. Preko tog vodiča kojeg nazivamo sabirnicom, izvodi se sva komunikacija između čvorova mreže. Slika 2. 1 8 pokazuje na koji način se čvor (domaćin) vezuje na sabirnicu, a time i u mrežu Ethernet, čime postaje čvorom te mreže.

96


spojnica i trans iver

sabirnica (kabel)

Domaćin

� v mrezna kartica

Slika 2. 1 8 Vezivanje na sabirnicu

Svaki čvor ima jedinstvenu Ethernet adresu u lokalnoj mreži; ta adresa je jedinstvena i u svijetu, što kod lokalnih mreža nije nužno da bude. O tome govorimo kasnije; ovdje spomenimo samo to, da je Ethernet adresa čvora zapravo Ethernet adresa mrežne kartice koja taj čvor spaja na mrežu (sabirnicu).

Osnovno načelo rada mreže Ethernet je vrlo jednostavno. Svi čvorovi (do

maćini) šalju i primaju podatke preko iste veze (sabirnice). Domaćin A šalje podatke domaćinu B na taj način da njegova mrežna kartica pošalje (preko transivera) na sabirnicu okvire s podacima, pri čemu su ti okviri adresirani na čvor B. Odaslani okviri stižu sabirnicom na sve domaćine u mreži, ali preuzima (kopira) ih samo onaj domaćin (točnije, njegova mrežna kartica) na kojeg su ti okviri adresirani. To čini osnovu mreže Ethernet i njena rada. U nastavku iznosimo niz pojedinosti koje podrobnije opisuju tu mrežu.

Sabirnica u mreži Ethernet je obično koaksijalni kabel, ali mogu se koristiti

i drugi vodiči . Sabirnica smije biti ukupne dužine do 2500 metara, ali ne mora biti u jednom komadu (linearna), već se može sastojati iz više segmenata koji mogu biti povezani na različite načine, o čemu govorimo kasnije. Mreža Ethernet smije sadržavati najviše 1 024 'čvora, ali ih obično sadrži mnogo manje, jer sa porastom broja čvorova obično raste i promet na sabirnici, što dovodi do sudaranja okvira i pada efikasnosti rada mreže, o čemu govorimo kasnije. Minimalna razdaljina između dvaju čvorova - to jest, između njihovih spojnih točaka na sa

birnici - iznosi 2,5 metra. Uzgred, nije očito kako se došlo do broja od 1 024 čvora, ako ( l ) sabirnica smije biti duga najviše 2500 metara, i (2) minimalan

razmak između dvaju spojeva je 2,5 metra. Prema tim kriterijima, čini se da u mrežu ne može stati više neko 1 00 l čvor. Ali današnja literatura ne postavlja pitanja: iznose se "podaci", bez obzira da li su konzistentni ili ne,

Za mrežu Ethernet kaže se da je jedna realizacija modela mreže koji se na

ziva CSMA/CD. Ta kratica sastavljena je od triju naziva koji ujedno opisuju mrežu Ethernet i način njena rada. Počnimo od srednjeg dijela: MA (Multiple

97


Access). To kazuje da mreža Ethernet radi po načelu višestrukog pristupa, što znači da veći broj domaćina ima pristup istom (zajedničkom) nosiocu podataka (sabirnici) i vrši prijenos podataka preko tog nosioca, na način kako je to objašnjeno iznad. Kratica ima puno i često znače različite stvari; ali kratica MA (Media Access, Multiple Access) se najčešće odnosi na način korištenja nosioca podataka.

CS (Carrier Sense) to možemo prevesti kao osluškivanje ili promatranje

(sense) nosioca podataka (carrier). Na spoju mreŽlle kartice na sabirnicu nalazi se jedan element koji se naziva transiver (transceiver), što dolazi od "transmitter + receiver" (odašiljač i primatelj). Taj element promatra stanje sabirnice i utvrđuje da li je trenutno slobodna, ili se njome izvodi neki prijenos okvira. Kada mrežna kartica treba slati podatke, onda to čini ako njen trans iver pokazuje da je sabirnica slobodna; ako nije slobodna, onda mrežna kartica čeka da njen transiver pokaže da se sabirnica oslobodila, i tađa šalje podatke. Ovdje govorimo o slanju podataka; međutim, kako je to ranije objašnjeno, mrežna kartica šalje signale, koji ( 1 ) kodiraju (zapisuju) bitove, (2) koji (bitovi) su uređeni u okvire,

(3) sa/u kojima se prenose podaci. Dakle, svaki od četiriju termina (signali, bitovi, okviri, podaci) je točan, jer prenose se signali, koji zapisuju bitove, koji su složeni u okvire, sa kojima se prenose podaci. Pitanje je samo koji od termina zvuči primjerenije u kojoj situaciji .

Ako je više mrežnih kartica čekalo da se sabirnica oslobodi, onda u trenutku kad se to dogodi, sve te kartice šalju svoje okvire na sabirnicu. Svaki okvir poslan na sabirnicu širi se cijelom sabirnicom, tako da to dovodi do sudara (collision) okvira na sabirnici i do njihova međusobnog iskrivljenja. Da bi se taj problem moglo riješiti, treba postojati neki element koji utvrđuje da je došlo do

sudara. To ovdje radi element (dio sustava) opisan sa CD (Collision Detection); dakle, CD se odnosi na onaj dio sustava koji otkriva ("detektira") daje došlo do sudara okvira (collision). Signali okvira koji su se sudarili, iskrivljuju (i miješaju) se međusobno, tako da kod pojave sudara, sve mrcžne kartice smjesta prekidaju sa slanjem okvira. Zatim svaki od domaćina (kartica) čij i su se okviri sudarili čeka neko "slučajno vrijeme", pa onda pokuša ponovno, ako je veza slobodna. O tome će biti još riječi u nastavku ovog odjeljka.

Ono što čini osnovu mreže Ethernet realizirano je hardverski u mreŽlloj kartici. Radom mrežne kartice upravlja softver (draj ver; upravljač) koji se izvodi na domaćinu kojeg ta kartica vezuje ujna mrežu. Lokalna mreža Ethernet koristi metodu kodiranja Manchester, koju smo opisali ranije.

Tvrtke Digital Equipment Corporation i Intel Corporation pridružile su se tvrtki Xerox u radu na razvoju njene lokalne mreže, i 1 978. godine zajednički su definirale "standardni" 1 0 Mbps Ethernet. Taj zajednički standard se ponekad naziva dugim imenom Digital-lntel-Xerox Ethernet standard. Taj standard je zatim poslužio kao osnova prema kojoj je definiran IEEE standard 802.3. Te dva standarda su vrlo slična, ali razlikuju se u nekom stvarima. Standard 802.3 defi-

98


nirao je više nosioca podataka (pored koaksijainog kabela) pomoću kojih se može ostvariti 1 0 Mbps mreža tipa Ethernet. Kasnije je taj standard definirao i 100 Mbps Ethernet, nazvan Fast Ethernet, 1000 Mbps Ethernet, nazvan Gigabit Ethernet. Međutim, Fast Ethernet i Gigabit Ethernet rade na drukčiji način nego standardni 10 Mbps Ethernet, te se s njima ovdje ne bavimo. Rečeno je da se Fast Ethernet i Gigabit Ethernet koriste uglavnom za uspostavljanje dupleks veza tipa točka-točka u mrežama sa uspostavljanjem putova, o kojima govorimo u slijedećem poglavlju.

Spajanje na sabirnicu može se izvesti na razne načine, u zavisnosti od toga koja se vrsta vodiča koristi kao sabirnica. U standardnoj varijanti Etherneta, koristi se koaksijalni kabel sličan onom sa kojim se spaja televizijska antena na televizor. Kod koaksijalnog kabela, spajanje se obično izvodi pomoću spojnice koja se zabada u kabel i doseže vodič u njegovoj sredini. Na tom spoju nalazi se transiver, čiju smo ulogu opisali iznad. Standard 802.3 definirao je i drukčije vodiče, kod kojih se mogu koristiti drukčiji načini spajanja, ali se na spojnom mjestu (ili odmah iza njega) uvijek nalazi transiver.

Sabirnica se obično dijeli na segmente. Svaki segment može biti dug do 500 metara. Segmenti se povezuju preko obnavljača signala (repeater). Obnavljač prima digitalne signale koji su djelomično izobličeni na putu, ali su još uvijek prepoznatljivi kao signali ("nisko" i "visoko"), te za svaki primljeni signal šalje novi signal (pravilnog oblika) dalje u vezu. Između dva čvora ne smije se nalaziti više od četiri obnavljača. Taj uvjet ujedno znači da mreža ne smije imati više od pet linearno (uzdužno) povezanih segmenata (dužine do 500 metara), odnosno više od 2500 metara ukupne dužine. Međutim, sabirnica mreže Ethernet se često oblikuje na način kako to ilustrira slika 2 . 19. U tom slučaju, gornji uvjet o četiri obnavljača ne ograničava ukupnu dužinu sabirnice, ali je ta dužina eksplicitno ograničena i bez toga.

99


Slika 2. 1 9 Segmenti i obnavljači

Lokalna mreža je obično vlasništvo jedne institucije čije se prostorije mogu

nalaziti na nekoliko katova iste zgrade. Svaki segment mreže može povezivati

domaćine na jednom katu, dok jedan vertikalan segment povezuje horizontalne

segmente, kako to ilustrira slika 2. 1 9. Povezivanja segmenata izvode se preko

obnavljača signala. Ovakva konfiguracija mreže ujedno čini da se između dva

domaćina ne nalazi više od dva obnavljača. Ta konfiguracija, sama po sebi, ne ograničava broj segmenata: ovakva mreža mogla bi imati više kraćih segmenata,

čija ukupna dužina ne prelazi 2500 metara. Isto tako, jedan segment može se

prostirati na više katova.

Bez obzira na konfiguraciju sabirnice, svaki signal (bit, okvir) koji je upućen na sabirnicu, širi se cijelom sabirnicom i dospijeva na sve domaćine u mreži.

Na kraj svakog segmenta sabirnice postavlja se element zvan terminator, za ko

jeg se kaže da apsorbira signale; bez toga, signali bi se "odbijali" natrag u vezu

(sabirnicu) i sudarali se sa drugim signalima (koji se kreću iz njih). Takvo odbi

janje i sudaranje ometalo bi rad mreže; taj problem je riješen sa terminatorom,

ali nije rečeno zbog čega se signal odbija od kraja segmenta (ako nema termina

tora).

Umjesto pomoću standardnog koaksijalnog kabela koji nosi oznaku lOB a

seS, mreža Ethernet može se napraviti pomoću kabela l OBase2. Prva vrsta kabe

la naziva se debeli mrežni kabel (thick-net), a druga se naziva tanki mrežni kabel

(thin-net). Obje vrste kabela omogućuju prijenos (propusnost) od 1 0 Mbps, ali

1 00


kod debelog kabela segment može biti dug do 500 metara, a kod tankog do 200 metara. Mreža Ethernet se može napraviti i pomoću opletene parice; ta vrsta vodiča nosi omaku lOBaseT, pri čemu "T" omačava opletenu paricu (twisted pair). Maksimalna dužina segmenta kod upotrebe te vrste vodiča (nosioca) iznosi 1 00 metara. Kod tanjih nosioca, kao što su I OBase2 i 1 0BaseT, spoj na sabirnicu ne izvodi se ubodom kao kod debelog (standardnog) koaksijalnog kabela, već pomo

ću posebnog elementa oblika "T", pri čemu jedan krak vodi na mrežnu karticu.

Format okvira mreže Ethernet dan je na slici 2.20. To je okvir "originalne" mreže 10Mbps Ethernet koja se naziva Digital-Intel-Xerox standardom i koja je uzeta kao osnova kod izrade IEEE standarda 802.3, kako je to ranije rečeno. U

stvari, ta dva standarda su praktički jednaka, uz neke manje razlike koje iznosimo u nastavku.

64 48

Adresa odredišta

48

Adresa izvora

1 6 368 - 1 2000

Tijelo

Slika 2.20 Struktura okvira mreže Ethernet

1 6

Prva 64 bita tvore polje nazvano Preambula; ta 64 bita namijenjena su tome da primatelj sinkronizira svoj sat sa satom pošiljatelja; takva sinkronizacija je neophodna za ispravan prijenos signala između dva čvora ( domaćina). Preambula

je niz naizmjeničnih signala "nisko" i "visoko" (ili makova "O" i " 1 "); takvo intenzivno mijenjanje vrijednosti signala potrebno je za uspješno izvršenje sinkronizacije satova pošiljatelja i primatelja. Preambulu se prikazuje kao dio okvira, ali u nastavku ćemo vidjeti da se Preambulu zapravo ne tretira kao dio okvira,

što je razumljivo jer se tim dijelom ne prenose ni upravljački zapisi, ni podaci, ni kontrolni zapis (eRC).

Slijede dva polja koja sadrže aO.resu primatelja, odnosno adresu pošiljatelja okvira. Svaka od tih adresa duga je 48 bitova. Kažemo da su to adrese dvaju domaćina dane mreže, ali to su zapravo adrese mrežnih kartica koje vezuju te do

maćine u mrežu.

Polje Tip sadrži oznaku onog protokola više razine kojem treba predati dani okvir kad stigne na odredište (to jest, na domaćina primatelja). Spomenimo, da se u IEEE standardu 8002.3 uloga i sadržaj tog polja razlikuju od onog što je

ovdje rečeno za izvorni Ethernet o kojem ovdje govorimo; na to ćemo se vratiti kasnije.

Polje Tijelo sadrži podatkovni sadržaj kojeg taj okvir prenosi. To polje

može sadržavati do 1 500 bajtova (12000 bitova), a mora sadržavati barem 46 bajtova (368 bitova). Zajedno sa dužinom zaglavlja bez Preambule (6 + 6 + 2 =

1 0 1


14 bajtova) i kontrolnim zapisom eRe (4 bajta), to čini da svaki okvir bude dugačak barem 64 bajta, odnosno 512 bitova. S obzirom na dopuštene dimenzije mreže, tolika dužina okvira neophodna je da bi se osiguralo otkrivanje sudara okvira u mreži.

Konačno, okvir sadrži polje kontrolnog zapisa (eRC) koje je ovdje dugo 32 bita. Uočimo da se kontrolni zapis uračunava u minimalnu dužinu okvira, dok preambula ne.

Sa stanovišta domaćina (koji šalju i primaju podatke), zaglavlje okvira ima

14 bajtova, a rep okvira (polje eRC) domaćini ne vide. Preambulu dodaje mrežna kartica koja formira okvir; rmežna kartica ujedno izračunava kontrolni zapis i dodaje ga okviru kojeg formira i upućuje u mrežu.

Preambula se potroši u procesu .sinkronizacije primatelja i pošiljatelja. MreŽDa kartica koja prima okvir, troši kontrolni zapis (eRC) od primljenog okvira; kartica to čini u procesu utvrđivanja da li je došlo do iskrivljenja sadrža

ja okvira u prijenosu, kako je to objašnjeno ranije. Dakle, mreŽDa kartica predaje ispravne okvire domaćinu, bez preambule i kontrolnog zapisa; kartica odbacuje neispravne okvire.

Okvir od IEEE standarda 802.3 jednak je okviru Ethernet standarda sa slike 2.20 kojeg smo opisali iznad, uz jednu razliku. Kod IEEE standarda, sadržaj polja Tip interpretira se kao zapis broja bajtova u tijelu okvira, umjesto kao oznaka protokola više razine kojem treba predati taj okvir, kako je to ranije bilo rečeno. Ta razlika u sadržaju (značenju, ulozi) danoga polja u ta dva standarda ne predstaVlja veći problem. To polje ima 16 bitova, tako da može sadržavati zapise veličine do 216 (više od 64 tisuće). Tijelo okvira može imati najviše 1500 bajtova. Kao oznake protokola više razine uzete su numeričke vrijednosti veće od broja 1500, tako da je lako razlikovati da li sadržaj toga polja znači oznaku protokola (Digital-Intel-Xerox standardni Ethernet) ili pak broj bajtova u tijelu okvira (IEEE standard 802.3). Upravljački program (drajver) mrcžne kartiee (koji radi na domaćinu) može biti postavljen tako, da sadržaj polja Tip interpretira kao oznaku protokola više razine, ili pak kao broj bajtova u tijelu okvira. Struktura okvira tih dvaju standarda (izvorni Ethernet i IEEE standard 802,3) je ista; stvar je upravljačkog programa kako će mrežna karti ea interpretirati sadržaj polja Tip. Za očekivati je da svi čvorovi u jednoj lokalnoj mreži rade prema jednom od dva standarda, ali s obzirom da je struktura okvira ista, čini se da to ne mora biti nužno tako.

Adrese i adresiranje

Svaki čvor u mreži Ethernet ima svoju Ethernet adresu; kako je već rečeno, to je adresa mreŽDe kartice koja spaja taj čvor na mrežu. Adresa mreŽDe kartice

102


duga je čak 48 bitova, tako da svaka mrežna kartica ima jedinstvenu Ethernet adresu u svijetu. To je postignuto na taj način što je svakom od proizvođača tih kartica dodijeljen jedan niz od prva 24 bita Ethernet adrese; dakle, kartice od različitih proizvođača sigurno imaju različite adrese: razlikuju se u prva 24 bita. Sa ostala 24 bita, svaki proizvođač dodjeljuje jedinstvenu adresu svakoj od kartica koje on proizvodi. Podjela 24 : 24 bita izgleda neobično, jer vjerojatno ima puno manje proizvođača mrežnih kartica nego što svaki od njih može proizvesti kartica, ali to ovdje nije naročito bitno. Ako neki proizvođač potroši sve svoje adrese u druga 24 bita, može mu se dati još jedan niz od prvih 24 bitova. Inače, 224 je nešto više od 16 milijuna; toliko proizvođača kartica vjerojatno nema; ali toliko kartica bi mogao proizvesti jedan proizvođač, iako ih vjerojatno ne bi mogao toliko prodati.

Adresa mrežne kartice se obično zapisuje kao šest parova heksadecimalnih znakova; parovi se pritom odvajaju dvotočkom i izostavlja se vodeća nula u svakom paru. Pogledajmo primjer jedne Ethernet adrese od 48 bitova; četvorke bitova smo ovdje razdvojili radi preglednosti.

1110 O 10 l OOOO OOOO OO 11 O 111 OOOO 11 O 1 11 O l OOOO 100 1 11 OO

Prema gornjem načelu (šest parova heksadecimalnih znakova), tu adresu zapisuje se na slijedeći način:

e5:0:37:d:dO:9c

Binarni zapis prve četvorke ( 1110) je heksadecimalno "e", iza kojeg dolazi heksadecimalno "5" kao drugi element prvog para. U drugom paru oba elementa

su heksadecimalno "O"; u zapisu toga para, prva (vodeća) "O" se izostavlja. I tako redom.

Svaki okvir koji je upućen u mrežu Ethernet dospijeva na svaku mrežnu

karticu te mreže. U standardnom načinu rada, okvir preuzima (kopira) samo ona mrežna kartica na čiju je adresu taj okvir upućen. Međutim, postoje i drukčije

mogućnosti adresiranja i prihvaćanja okvira. U mreži Ethernet mogu se definirati multicast adrese. To su adrese grupa domaćina, ili adrese podmreža. Pomoću upravljačkog programa mrežne kartice, !llOgu se definirati !llulticast adrese i

odrediti da neki domaćin pripada u jednu ili više mu1ticast grupa. Tada će njego

va mrežna kartica primati (kopirati) okvire koji su upućeni na adrese onih grupa u koje je taj dO!llaćin uvršten. Dakle, !llože se odrediti da mrežna kartica, pored

okvira koji su upućeni točno na njenu adresu, prima (kopira) i okvire koji su upućeni na određene grupne (mu1ticast) adrese.

Upravljačkim programom može se odrediti i da neka mreŽlla kartica preuzima (kopira) sve okvire koji su upućeni u mrežu, odnosno koji stižu na tu karticu. Za takvu karticu (i/ili njenog domaćina) kažemo da radi na promiskuitetan

način. Lokalna mreža je obično vlasništvo jedne institucije, tako da promiskuite-

103


tan način rada vjerojatno ne znači krađu tuđih podataka. U svakom slučaju, ta

kav način rada može služiti nekoj vrsti nadziranja komunikacije u mreži, ali to

nije uobičajen način rada. U mreži Ethernet postoji i mogućnost broadcast načina slanja; dakle, slanja

okvira svim domaćinima u mreži. Broadcast adresa sastoji se od samih znakova "1". Okvire koji su upućeni na broadcast adresu prihvaćaju svi čvorovi dane lokalne mreže.

Sudaranje okvira

Kad mrežna kartica treba slati okvire, onda to čini odmah, ako njen transiver pokazuje da je sabirnica slobodna; u suprotnom, mrežna kartica čeka da se

veza oslobodi. Kad se veza oslobodi, mr�žna kartica šalje svoje okvire u mrežu odmah. Kaže se da u osnovnom načinu rada, mrežua kartica šalje sa vjerojatno

šću l, što znači 100%, i da je stoga protokol slanja okvira u Ethernetu l-persistentan. To ujedno znači da kad dvije kartice (ili više) istodobno čekaju da se

veza oslobodi, onda će sve te kartice poslati svoje okvire u mrežu praktički istodobno, što će dovesti do sudara tih okvira na sabirnici i do njihova međusobnog iskrivljenja.

Mogućnost sudara može se smanjiti na taj način, da se za svaku karticu

smanji vjerojatnost da pošalje okvire (kad se veza oslobodij, sa vrijednosti l na

vrijednost p, pr čemu je O < P < l. Tada kažemo da mreža radi na p-persistentan način. Ako uzmemo da je p jednako 113, i da u nekom trenutku tri kartice (do

maćina) čekaju da se sabirnica oslobodi, onda bi (statistički gledano) kod oslo

bođenja sabirnice, okvire trebala poslati jedna kartica, a druge dvije trebale bi odustati od slanja. Na taj način bilo bi izbjegnut sudar okvira, mreža bi radila učinkovito, i uspješno bi prenosila podatke. One dvije kartice koje su odustale

od slanja, našle su se opet u stanju čekanja; taj se proces stalno ponavlja (ili od

vija); statistički, svaka kartica u jednom trenutku pokuša slati, i tada ima dobre

izglede da je druge kartice u tome ne ometu. Opisani model (protokol) ponašanja ne jamči izbjegavanje sudara; samo

smanjuje njihovu vjerojatnost (a onda i učestalost). Na primjer, kad je p jednako 113, ponekad se svejedno dogodi da dvije ili više kartica pokuša slati okvire isto

dobno, i tada dolazi do sudara okvira. Druga slabost dane metode je ta, što kad se veza oslobodi, ponekad nijedna od kartica koje čekaju ne pošalje okvire; po

nekad može čekati samo jedna kartica, i kad se veza oslobodi može ne poslati okvire. Ali usprkos spomenutim slabostima, smanjenje persistentnosti je dobar

način da se smanji vjerojatnost sudara okvira na sabirnici.

Da bi mrežua kartica A mogla utvrditi da se njen okvir sudario na sabirnici

sa okvirom mrežne kartice B, potrebno je da signali okvira od B stignu na karti

cu A. Ako bi kartica A imala poslati samo jedan okvir i ako bi završila sa sla-

104


njem tog okvira prije nego okvir od kartice B stigne do kartice A, onda A ne bi

saznala ("detektirala") da je došlo do sudara, da je njen okvir iskrivljen na putu

u sudaru sa okvirom od B, i da ga treba poslati ponovno. Isto vrijedi i za mrežnu karticu B.

Da bi se onemogućilo pojavu neotkrivenih sudaranja (a time i pojavu neot

klonjenih grešaka u prijenosu), potrebno je da okvir bude dovoljno dug (u bito

vima), da mrežna kartica ne može završiti sa njegovim slanjem (i zaključiti taj

proces) u kraćem vremenu nego što je potrebo da do te kartice stigne okvir sa

najudaljenijeg domaćina u mreži. To mora vrijediti za svakog domaćina u mreži.

Dužina okvira koja jamči ispunjenje takvog zahtjeva izračunava se na temelju dužine mreže, brzine širenja signala (zadržavanja), i propusnosti veze. Prvo tre

ba izračunati povratno vrijeme zadržavanja između dva krajnja čvora mreže,

koji kod Etherneta mogu biti udaljeni 2500 metara i odvojeni sa četiri obnavlja

ča; izračunato je da to vrijeme iznosi 5 1,2 mikrosekunde. Kod širine frekventnog

pojasa (propusnosti) od 10 Mbps, u tom vremenu može se uputiti u vezu 5 12 bi

tova. To znači da svaki Ethernet okvir mora imati barem 5 12 bitova, tako da

proces njegova slanja ne može završiti prije nego do mrežne kartice čvora A

koja ga šalje stigne okvir sa najudaljenijeg čvora (B), čije je slanje počelo u vri

jeme kad je A već otpočeo sa slanjem svojih okvira. Objasnimo kritičnu situaciju

uz pomoć slike 2.2 1.

A B

(a)

�_A __ �I�----------�--------------------�

�_

B __ �

(b)

Slika 2.2 1 Sudaranje okvira

Uzmimo da su domaćini A i B krajnji čvorovi mreže i da su međusobno

udaljeni 2500 metara. U trenutku kad je sabirnica bila slobodna, A je uputio svoj

okvir na sabirnicu. Dok okvir putuje od A do B, protekne vrijeme zadržavanja

dane veze u jednom smjeru.

105


U trenutku kad je okvir od A stigao nadomak transivera od B, sabirnica je

za taj transiver još uvijek slobodna. Uzmirno da u tom trenutku B pošalje svoj okvir u sabirnicu. To će smjesta dovesti do sudara okvira, kako to ilustrira slika 2.2 1 (a). MreŽl1a kartica B će to odmah registrirati, jer će do nje stići okviri od A neposredno nakon što je kartica B počela slati svoj okvir.

Medutim, da bi kartica A saznala da se njen okvir sudario, potrebno je da iskrivljeni okvir od B prođe cijelom dužinom sabirnice i stigne do A, kako to ilustrira slika 2.21(b). To sve zajedno daje povratno vrijeme zadržavanja dane veze, odnosno mogućnost da A pošalje 512 bitova dok na njegov transiver stigne okvir od B, odnosno dok sazna za sudar okvira. Zato je potrebno da svaki okvir bude dugačak barem 5 12 bitova, odnosno 64 bajta, tako da nijedna kartica ne može završiti sa slanjem svog okvira prije nego što može saznati da se njen okvir sudario s okvirom bilo kojeg čvora u mreži (ako do sudara dođe); veličina okvira od 64 bajta potrebna je da se osigura detekcija sudara u najviše nepovoljnoj situaciji, kakvu ilustrira primjer sa slike 2.2 1.

Kaže se da su tehničke dimenzije lokalne mreže Ethernet odabrane na osnovu takvih parametara i kalkulacija. To ne znači da mreža nije mogla biti duga 2000 ili 5000 tisuća metara, umjesto odabranih 2500 metara. Međutim, svaka promjena ima svoje povoljne i nepovoljne učinke. Na primjer, s porastom dužine sabirnice, raste vjerojatnost sudara okvira. To se događa zato što udaljeni čvorovi vide vezu kao slobodnu i onda kad to više nije, jer je u vezu već poslao svoj

okvir neki udaljeni čvor. Vjerojatnost sudara raste s porastom broja domaćina i

sa porastom intenziteta njihova slanja podataka, ali i sa porastom same dužine sabirnice. Na odabir dimenzija mreže utječu i praktički razlozi vezani uz njenu upotrebu; dimenzije (i performanse) mreže trebaju udovoljavati nekim konkret

nim potrebama.

Kad pokušaj neke mrežne kartice (domaćina) K da pošalje okvir dovede do sudara, onda jedna funkcija slučajnosti (od te kartice) određuje da li da kartica K pokuša odmah slati ponovno (čekanje je O) ili da sačeka 51,2 mikrosekundi, pa da onda pokuša ponovno. U prvom slučaju, K se nada da su ostali učesnici u sudaru odlučili sačekati 5 1,2 mikrosekundi i da se sudar neće ponoviti; u drugom slučaju, K čeka, dajući time priliku drugima da šalju. U oba slučaja, slijedi drugi pokušaj; ako i taj pokušaj dovede do sudara, onda funkcija slučajnosti bira između triju mogućnosti čekanja: O, 5 1,2 i 102,4 mikrosekundi. Sa svakim slijedećim sudarom raste broj višekratnika vrijednost 5 1,2 između kojih funkcija bira jedno vrijeme čekanja. Statistički, to znači da raste vrijeme čekanja. Takav način ponašanja čvora naziva se eksponencijalnim povlačenje (exponential backoft) jer je obrazac prema kojem se povećava broj višekratnika od 5 1,2 obično takav da se vrijeme čekanja čvora nakon svakog sudara udvostručava.

Takvim povlačenjem domaćina koji se sudaraju, smanjuje se vjerojatnost sudara, jer tako se povlače svi domaćini (mrežne kartice) koji sudjeluju u jednom sudaranju. Konačno, ako mrežna kartica ne uspije poslati svoj okvir ni u

106

2. Mre7,e sa izravnim vezama

šesnaestom pokušaju (zbog sudaranja okvira), onda kartica zaključuje da sa sabirnicom nešto nije u redu, prestaje s pokušavanjem i o tome izvještava svog domaćina.

Za mrežu Ethernet kaže se da radi najbolje kod manjih opterećenja; sa po

rastom opterećenja, raste vjerojatnost sudara okvira, što dovodi do pada učinkovitosti prijenosa podataka u mreži. Ako je mreža zauzeta (vrši prijenos) preko 30% vremena, onda se smatra da je vrlo opterećena. Broj domaćina u mrežama Ethernet je obično mnogo manji (ispod 200) od maksimalno mogućeg broja

(1024). Većina mreža Ethernet je znatno kraća od maksimalno dopuštene dužine (2500 metara). Sve to zajedno čini da lokalne mreže Ethernet rade u praksi izrazito uspješno (učinkovito). Bitna odlika mreže Ethernet je njena jednostavnost, što olakšava njenu uspostavu i održavanje.

2.7 Prstenaste mreže

Prstenaste mreže koriste jednu (zajedničku) sabirnicu kao i mreža 10 Mbps Ethernet, ali sabirnica ovdje tvori prsten. Pritom čvorovi koji tvore mrežu nisu samo vezani na prsten, nego su dio prstena: okviri koji se prenose prstenom pro

laze kroz mrežnu karticu svakog od tih čvorova. U ovom odjeljku govorimo o tri mreže prstenastog tipa: IBM Token Ring (odnosno, pripadni IEEE standard), FDDI (Fiber Distributed Data Interface), i RPR (Resilient Packet Ring). Prve dvije vrste mreža su starije i za njih se kaže da nisu naročito uspješne u nadmetanju sa mrežama tipa Ethernet. Treća vrsta (RPR) je novija i za nju se još ne može reći koliko će biti uspješna u tom nadmetanju. Mreže FDDI i RPR mogu biti znatno većih prostornih dimenzija nego standardni 10 Mbps Ethernet, tako da se te mreže obično smatraju MAN mrežama (Metropolitan Area Networks), što znači da se mogu prostirati na području jednog grada. Ali u tom području, prstenastim mrežama konkuriraju druge vrste mreža (kao što je WiMAX) o kojima govorimo u slijedećim poglavljima.

IBM Token Ring

Naziv te mreže može se prevesti sa prsten sa značkom. Riječ "token" ima mnogo značenja, ali ono što se ovdje naziva "token" ima ulogu značke koja se kreće prstenom, od čvora do čvora, u krug; onom čvoru na kojeg stigne, značka

daje mogućnost (pravo) da šalje svoje podatke prstenom nekom drugom čvoru te mreže. Na slici 2.22 prikazana je osnovna struktura mreže prstenastog tipa. Različite mreže toga tipa imaju svoje specifičnosti o kojima govorimo kasnije.

107


Slika 2.22 Prstenasta mreža

Prijenos podataka u mreži Token Ring odvija se na slijedeći način. Prstenom se kreće jedan niz bitova koji se naziva značkom. Značka se kreće od čvora do čvora, na taj način što je svaki čvor prosljeđuje slijedećem čvoru, u krug. Značka i okviri s podacima kreću se uvijek u jednom (istom) smjeru; smjer u kojem čvorovi šalju značku i okvire naziva se nizvodnim, a smjer iz kojeg im stižu značka i okviri naziva se uzvodnim. Kada značka stigne na čvor, ako taj čvor tog trenutka nema potrebu slati podatke, onda značku smjesta prosljeđuje dalje. Kad značka stigne na čvor koj i ima potrebu slati podatke, onda taj čvor zadržava značku i time s1;jcče isključivo pravo slanja podataka prstenom na određenu adresu u tom prstenu. Dakle, umjesto da odmah proslijedi značku, čvor šalje (nizvodno) svoje okvire s podacima. Po završetku slanja, ili po isteku nekog zadanog vremena, čvor upućuje značku u prsten (nizvodno) i time daje mogućnost susjednom čvoru da prenosi svoje podatke. I tako redom, i u krug.

Okvir koji je upućen u prsten kreće se kroz sve čvorove prstena, ili točnije, kroz njihove mreŽlle kartice; dakle, sadržaj svakog okvira mogu vidjeti svi čvorovi, ali kopira ga samo onaj čvor na kojeg je taj okvir adresiran. Taj čvor ujedno prosljeđuje kopirani okvir dalje (nizvodno), tako da se okvir, nakon što napravi puni krug, vraća svom pošiljatelju. MreŽlla kartica na koju stigne okvir kojeg je ona uputila u prsten (što se vidi iz adrese pošiljatelja), skida taj okvir sa prstena. Na opisani način značka se kreće prstenom (uz zadržavanja na čvorovima), stiže na svaki čvor i omogućava mu da šalje podatke. Osnovna uloga značke je da omogući održavanje reda u korištenju zajedničkog nosioca, odnosno u prijenosu podataka zajedničkim nosiocem. Kasnije ćemo vidjeti da prstenasta mreža može raditi i bez značke, ali to dovodi do problema koje onda treba rješavati na neki drugi način. Širina frekventnog pojasa u mrežama tipa prsten sa značkom iznosi od 4 do 16 Mbps.

108

2. Mre7.e sa izravnim vezama

Prstenasta struktura osjetlj iva je na kvarove (padove) čvorova. Prsten prolazi kroz svaki čvor mreže (kroz njegovu mrežnu karticu), tako da kvar (ili pad, gašenje) bilo kojeg čvora mreže dovodi do prekida prstena i time do prekida rada mreže. Taj problem riješen je tako, da za svaki čvor postoji mogućnost njegova premošćenja; time se problematičan čvor isključuje iz prstena i mreža nastavlja s radom. Čvorovi (domaćini) se obično vezuju u prsten u posebnim kutijama koje možemo nazvati jedinieama za višestanični pristup (multistation access unit - MSAU). Tc kutije omogućavaju spajanje u prsten većeg broja domaćina, kako to ilustrira slika 2.23.

01

D4 I 02

l sa prethodne .�'

jedinice /

na slijedeću D3 jedinicu

Slika 2.23 Jedinica MSAU

Raspored čvorova (domaćina) na slici 2.23 nalikuje zvijezdi, ali čvorovi su povezani u niz koji tvori jedan dio prstena. Ta slika ujedno pokazuje sklopke koje omogućavaju premošćivanje čvorova; uočimo da je čvor D2 premošćen i time isključen iz prstena. Ovakve jedinice za spajanje pojednostavljuju dodavanje čvorova u mrežu i njihovo skidanje s mreže. Sklopke u spojnoj jedinici omogućavaju da se isključi i dio prstena koji tvori lokalna veza prema čvoru, u slučaju kad dođe do kvara na toj vezi: premošćenjem čvora, premošćuje se i dio prstena koji vodi od spojne jedinice (MSAU) do čvora. Time se isto tako sprječava prekid prstena.

109


Čvorovi U mreži Token Ring vezani su u prsten preko mrežnih kartica; na spojnim mjestima nalazi se transiver (transmitter + receiver) čiju smo ulogu opi

sali u okviru prikaza mreže Ethernet. Prsten prolazi kroz sve transivere i mrežne

kartice, tako da svaki okvir stiže na svaku mrežnu karticu. Okvire koje šalju drugi čvorovi (domaćini) i koji nisu upućeni na njenu adresu, mrežna kartica samo prosljeđuje prstenom dalje. Okvire koje šalju drugi čvorovi, a koji jesu upućeni na njenu adresu, mrežna kartica kopira (i kopiju predaje domaćinu), a okvir pro

sljeđuje dalje prstenom. Na taj način svaki okvir vraća se (prstenom) natrag svom pošiljatelju. Kad na mrežnu karticu stigne okvir kojeg je ona uputila u pr

sten, onda ta mrežna kartica skida taj okvir sa prstena. Pritom na temelju stanja nekih bitova iz okvira, mrežna kartica utvrđuje da li je primatelj okvira primio

(kopirao ) taj okvir. Ako nije, onda mrežna kartica treba odlučiti da li da nastavi sa slanjem okvira tom primatelju (doma�inu) ili ne; o tome govorimo kasnije.

Kad nijedan domaćin ne šalje okvire (podatke), onda značka kruži prste

nom, od domaćina do domaćina, sve dok je neki domaćin ne zaustavi (zadrži) i

time stekne isključivo pravo slanja okvira. Dakle, u mreži tipa prsten sa znač

kom ne može doći do sudara okvira na vezi, kako se to događa kod mreže Ethernet.

Čvor koji je zadržao značku, može slati okvire jedno određeno vrijeme; to vrijeme naziva se vremenom zadržavanja značke (token holding time - THT).

To vrijeme može biti neograničeno, tako da čvor koji je počeo slati okvire (podatke) može poslati 'sve podatke koje želi poslati (u danom trenutku), bez da prekida proces slanja. Međutim, ako neki čvor treba prenijeti veliku količinu podataka, onda kod takvog načina rada svi drugi čvorovi moraju čekati dugo vre

mena da dobiju mogućnost slanja. Jer drugi čvorovi mogu slati tek kad do njih

stigne značka; a značka će krenuti dalje prstenom tek kad čvor koji ju je zadržao

završi sa slanjem i pošalje značku u prsten, nizvodno, prema susjednom čvoru. Da bi se izbjeglo preduga čekanja na red za slanje, vrijeme THT se obično ogra

ničava na način koji omogućava domaćinu da pošalje više okvira, ali ne neogra

ničeno mnogo. Po isteku zadanog THT, domaćin koji drži značku, prekida sa slanjem i prosljeđuje značku dalje; kad značka napravi krug i ponovno stigne do njega, onda taj domaćin može nastaviti sa slanjem okvira (podataka).

U mreži Token Ring postoji mogućnost mu1ticast i broadcast slanja okvira; ti načini slanja odvijaju se prema istim načelima kao i u lokalnoj mreži Ethernet

koju smo opisali ranije. Dakle, definira se multicast adresa i određuje se koji čvorovi spadaju u grupu čvorova kojoj pripada ta mu1ticast adresa. Tada svaki čvor iz te grupe kopira okvire koji su upućeni na tu multicast adresu.

Prema lokalnoj mreži IBM Token Ring definiran je IEEE standard 802.5.

Opisi tih dviju mreža se često miješaju, jer su te dvije mreže iste strukture. Međutim, standard 802.5 uveo je neke novosti koje ukratko opisujemo u nastav-

110


ku. Jedna od novosti je sustav prioriteta, koji se zasniva na dodjeli određenog značenja nekim bitovima iz značke. Značka koja kruži prstenom je jedan zadani niz bitova (obično dug tri bajta); kod standarda 802.5 određeno je da tri bita iz tog niza označavaju prioritet značke. Tri bita omogućavaju zapis osam različitih prioriteta; da bi domaćin smio zadržati značku, njegovi paketi (koje želi poslati nekome) trebaju imati prioritet koji je barem jednako visok kao onaj prioritet koji je trenutno zapisan u znački. Time se htjelo postići da oni domaćini koji ne moraju hitno slati podatke, ne zadržavaju značku (i vrše prijenos), tako da oni čvorovi koji trebaju slati hitno, imaju veće izglede da značka brže stigne do njih. Prioritet značke se mijenja; ne zalazeći u pojedinosti na koji način se to izvodi, uzmimo da prioritet značke raste sa porastom potražnje za značkom, odnosno sa porastom potrebe po slanju; prioritet opada sa padom intenziteta prometa u prstenu. Na primjer, ne bi imalo smisla onemogućavati nekom čvoru (visokim prioritetom značke) da zadrži značku i šalje podatke, onda kad nijedan drugi čvor ne čeka na značku. Zato je normalno da u takvim situacijama prioritet značke ide prema najnižoj razini, tako da je svaki čvor smije zadržati i slati podatke. Na slici 2.24 dana je struktura okvira prstenaste mreže IEEE standard 802.5.

8 8 8 48 48 32 8 8

Tijelo

Slika 2.24 Okvir prstenaste mreže 802.5

Početak okvira označava graničnik (Start delimiter) koji je sadržan u polju Oznaka početka; taj graničnih ima osam bitova. Kod ranijeg govora o graničnicima rekli smo da je graničnik niz bitova O 1111110; isto vrijedi za završni graničnik (End delimiter) u polju Oznaka završetka.

Polje Pristup sadrži osam bitova koji se odnose na pravo domaćina na upotrebu prstena (na prijenos podataka); dakle, na pravo pristupa (domaćina) zajedničkom nosiocu podataka. Tri bita iz tog polja pokazuju prioritet okvira: svaki okvir treba sadržavati prioritet i smije biti upućen u prsten samo ako je njegov prioritet barem jednako visok kao i prioritet značke, kako je to rečeno ranije. To znači da čvor smije zadržati značku samo ako okviri koje želi prenositi imaju dovoljno visok prioritet.

Polje Upravljanje sadrži podatke na temelju kojih mrežna kartica utvrđuje O kakvoj vrsti okvira se radi; sadržaj toga polja ujedno određuje kojem protokolu više razine treba predati taj okvir kad stigne na odredište , to jest, na domaćina

na kojeg je adresiran. Slijedeća dva polja sadrže adresu odredišta (primatelja) okvira, odnosno

adresu izvora (pošiljatelja) okvira. Kao i kod mreže Ethernet, ta polja su duga po 48 bitova.

111


Polje Tijelo je varijabilne dužine; postoji mogućnost da okvir bude toliko dug da njegov početak počne stizati prstenom na kartieu pošiljatelja (iz uzvod

nog smjera) dok kartiea još šalje (nizvodno) njegov završni dio. U tom slučaju, kartiea skida sa prstena onaj dio okvira koji stiže na nju i nastavlja sa slanjem onog dijela okvira koji još nije poslan.

Polje kontrolnog zapisa ima 32 bita; kontrolni zapis računa se prema meto

di eRe, kao i kod mreže Ethernet. Slijedi završni graničnik okvira (Oznaka završetka). Polje Status koje se dodaje okviru, sadrži podatke koji su vezani uz proees prijenosa okvira. To polje sadrži bitove na temelju kojih pošiljatelj utvr

đuje da li je primatelj primio njegov okvir; o tome govorimo u nastavku.

Polje Status sadrži (između ostalog) dva bita, označena sa A (active) i e (copied), pomoću kojih pošiljatelj utvrđuje ishod svog pokušaja slanja okvira. Kod tvorbe okvira, mrežna kartica pošiljatelja postavlja ta dva bitovna mjesta na

vrijednost O. Kad okvir stigne na mrežnu karti eu primatelja (odredišta), kartica

postavlja vrijednost od A na l; ako kartiea pritom preuzme (kopira) sadržaj okvi

ra, onda postavlja i vrijednost od e na 1. Zatim prosljeđuje okvir prstenom dalje.

Kad se okvir vrati na čvor pošiljatelja, onda pošiljatelj na temelju stanja tih dva

ju bitova vidi da li je njegov okvir primljen na domaćinu primatelju. Ako su oba bitovna mjesta, A i e, postavljena na 1, onda je primatelj primio

(kopirao ) taj okvir. Ako vrijednost od A glasi l, a od e glasi O, onda je čvor primatelja aktivan, ali primatelj nije primio (kopirao) taj okvir. To može biti zato što je mrežna kartiea primatelja utvrdila da je okvir iskrivljen na putu, ili pak zato što

primatelj (mrežna kartiea) tog trenutka nije imao slobodnog prostora u prijemnoj memoriji. Ako je domaćin aktivan, ali nije primio okvir, onda pošiljatelj može od

mah pokušati ponovno poslati taj okvir. Ako pak domaćin nije aktivan (premošten je; A ima vrijednost O), onda nema smisla odmah pokušati slati ponovno.

Postoje dva načina vraćanje značke u prsten. Po završetku slanja zadnjeg

okvira, domaćin može odmah uputiti značku u prsten, ili može to učiniti nakon što njegov zadnji okvir napravi puni krug prstenom i vrati se na tog domaćina.

Prvi način rada naziva se ranim oslobađanjem značke ( early release), a drugi način odgođenim oslobadanjem značke (deJayed release). Standard 802.5 je isprva radio po metodi odgođenog oslobađanja značke, ali je kasnije uvedena me

toda ranog oslobađanja. Ranim oslobađanjem značke povećava se propusnost prstena, jer značka ranije kreće prema drugim čvorovima, koji onda mogu ranije početi slati svoje okvire.

U prstenastoj mreži tipa 802.5 jedan od čvorova ima ulogu monitora (nad

zornika) mreže. Monitor može biti bilo koji od aktivnih čvorova mreže.

Upravljački softver mreže sadrži proceduru prema kojoj se jedan od čvorova

određuje kao monitor kad mreža počne s radom. Ako čvor koji ima ulogu moni-

112


tora prestane s radom, onda se prema toj proceduri, određuje novi monitor.

Monitor potvrđuje svoju aktivnost periodičkim slanjem određene poruke u pr

sten. Kad neki od čvorova ne primi tu poruku u nekom zadanom vremenu, onda pokreće proceduru čijim izvršenjem taj čvor postaje novim monitorom mreže.

Postoji mogućnost da više čvorova pokuša to učiniti praktički istodobno; procedura za postavljanje monitora tada daje prednost jednom od njih.

Monitor vodi računa o tome da se značka kr�će prstenom na način kako se treba kretati. Značka se može izgubiti zbog iskrivljenja nekog od njenih bitova, čime prestaje biti značkom. Značka može nestati i zbog pada domaćina koji ju jc

držao (jer je tada slao okvire). Monitor utvrđuje gubitak značke ako značka ne stigne do njega u vremenu koje se izračunava prema slijedećem obrascu:

Broj Domaćina x THT ZadržavanjePrstena

Dakle, prsten ima određeni broj domaćina; pritom svaki domaćin smije za

držati značku najviše THT vremena; tome se još dodaje vrijeme koje je potrebno da značka napravi jedan krug prstenom. Nakon što protekne toliko vremena bez da značka stigne do njega, monitor zaključuje da je značka izgubljena i šalje u

prsten novu značku.

Monitor skida sa prstena one okvire koje su trebali skinuti njihovi pošilja

telji, ali to nisu učinili. To se može dogoditi zbog toga što je došlo do iskrivljenja

bitova okvira u polju adrese pošiljatelja, tako da pošiljatelj više ne prepoznaje taj

okvir kao svoj (kad se vrati na njega), te ga zato ne skida s prstena, kao što to

treba učiniti. Nadalje, domaćin može pasti (prestati raditi iz raznih razloga) nakon što je uputio okvir u mrežu, a prije nego što je taj okvir napravio krug i vra

tio se na svoj izvor. U tom slučaju, više nema tko skinuti taj okvir s prstena; ako

je u trenutku pada, domaćin smjesta premošten, onda bi takav okvir trajno kružio prstenom i time onemogućavao rad mreže. Jedan bit u polju Status koristi se na način koji omogućava monitoru da prepoznaje takve okvire i skida ih sa prstena. Pošiljatelj i okvira postavljaju taj bit (M) na vrijednost O; monitor postavlja taj bit na vrijednost l u okviru koji prođe kroz njega. Kad na monitor stigne neki okvir u kojem je vrijednost bita' M postavljena na l , onda monitor zna da je taj okvir već napravio puni krug prstenom, te ga skida sa prstena i time omogućava normalan nastavak rada mreže.

Monitor može utvrditi i druge nepravilnosti u radu pojedinih domaćina i

pokrenuti postupak njihova isključenja iz prstena, i to njihovim premošćivanjem (u spoj nim jedinicama MSAU), kako je to objašnjeno ranije.

Mreža FDDI

Za mrežu FDDI (Fiber Distributed Data Interface) kaže se da je slična pr

stenastoj mreži tipa 802.5 koju smo opisali iznad, ali ima neke svoje specifično

sti koje ćemo ukratko opisati. Mreža FDDI je prostorno znatno opsežnija nego

113


lokalne mreže, tako da se obično svrstava u mreže tipa MAN, koje se mogu prostirati na prostoru jednog grada. Lokalne mreže su obično ograničene na prostor jedne ili nekoliko zgrada. FDDI koristi optička vlakna (Fiber), ali postoji i njena varijanta COOl u kojoj se koriste bakreni vodiči (C dolazi od copper bakar).

U mreži FDDI, čvorovi su povezani dvostrukim prstenom, pri čemu ta dva prstena mogu prenositi podatke u međusobno suprotnim smjerovima, kako to ilustrira slika 2.25(a). U normalnom radu mreže (kad nema kvara), prijenos se vrši samo jednim od dva prstena, dok se drugi prsten ne koristi. Ako dođe do prekida aktivnog prstena, onda se pomoću drugog (neaktivnog) prstena uspostavlja novi prsten, koj i isključuje mjesto prekida; to se čini na način kako to ilustrira slika 2.25(b).

(a)

"' � ""'" " .............. 16� .......... ', " " "'" ;',," prekid ','

I , prstena I I

(b)

Slika 2.25 Dvostruki prsten

Postoj i mnogo vrsta mreža, i svaka od njih sadrži mnogo hardverskih i softverskih elemenata, metoda, protokola i algoritama, tako da ovdje ne možemo opisivati i analizirati sve te stvari u detalje. Na primjer, ne izgleda naročito opravdanim koristiti dva prstena na način kako se to radi kod mreže FDDI. Čini se da bi mogao postojati neki drugi (jeftiniji) način da se obiđe mjesto prekida prstena, iako postoje naznake da premošćivanje čvorova kod optičkih vlakana (i signala) nije jednostavno kao kod električnih signala. Možemo pretpostaviti da postoje valjani praktički razlozi za postojanje dvaju prstena (pri čemu se jedan ne koristi) ali se ti razlozi ne iznose na naročito uvjerlj iv način.

U mreži FDDl postoje uglavnom svi oni elementi koje smo opisali u prikazu prstenaste mreže 802.5 ali su ti elementi i postupci oblikovani na specifičan način. Na primjer, umjesto jednog monitora, u mreži FDDl rad mreže nadziru svi njeni čvorovi, i svaki od njih intervenira (kao monitor) onda kad utvrdi da to

114

2. Mrežc sa izravnim VC7.ama

treba učiniti. Specifičan je i način korištenja značke. Ukratko, značka se mora kretati prstenom određenom brzinom; čvor do kojeg je stigla značka, smije je zadržati i slati svoje podatke ako značka "ima vremena", to jest ako je stigla na čvor ranije od onog trenutka kad taj čvor mora proslijediti značku dalje; u suprotnom, čvor treba smjesta proslijediti značku dalje (bez prenošenja podataka). Dakle, ako su čvorovi uzvodno od čvora A puno prenosili podatke (zadržavali značku), onda kad značka stigne do čvora A, taj čvor će vjerojatno morati odmah proslijediti značku dalje, bez obzira na to da li ima potrebe po slanju podataka, jer značka ne smije kasniti. Takav način rada može dovoditi u nepovoljan položaj neke domaćine, tako da su naknadno uvedena neka dodatna tješenja, sa kojima se ovdje ne trebamo baviti.

Mreža RP R

Prstenasta mreža koja se naziva Resilient Packet Ring (RPR) razvijena je nakon mreža koje smo opisali iznad; dakle, nakon mreža Token Ring (IEEE Standard 802.5) i FDDI. Naziv te mreže možemo prevesti sa elastičan paketni prsten, ali kao i obično, sam naziv ne kazuje mnogo. IEEE je uvrstio mrežu RPR u svoje standarde i dodijelio joj oznaku Standard 802.17. Elastičnost (resilience) mreže je ovdje mišljena u figurativnom smislu; njome se h�elo istaknuti odliku te mreže da se brzo oporavlja nakon pada nekog od čvorova u prstenu, ili prekida veze.

Kao i mreža FDDI, mreža RPR povezuje čvorove sa dva nezavisna prstena koji prenose podatke u međusobno suprotnim smjerovima. Za razliku od mreže FDDI, mreža RPR koristi oba prstena u normalnom radu.

Prstenasta mreža RPR ima niz drugih specifičnosti. Kod te mreže, okvire sa prstena skida primatelj, umjesto da ih prosljeđuje prstenom prema njihovom pošiljatelju (da ih taj čvor skine sa prstena), kako to rade prethodne dvije mreže. Na taj način smanjuje se ukupna količina prometa u prstenu, ali se ujedno gubi povratna informacija (od primatelja prema pošiljatelju) o tome da li je primatelj primio okvir (u ispravnom stanju).

Prstenasta mreža RPR ne koristi značku. Svaki čvor smije slati svoje okvire onda kad nije zauzet prosljeđivanjem tuđih okvira, ili primanjem okvira koji su adresirani na njega. Takvo rješenje izgleda jednostavno i dovitlj ivo, ali ono dovodi do raznih problema. Na primjer, kada je prsten prazan, može se dogoditi da dva domaćina (koji su međusobno udaljeni) počnu istodobno slati svoje okvire. To smiju učiniti jer nijedan od njih nije (tog trenutka) zauzet prosljeđivanjem tuđih okvira. Slika 2.26 prikazuje jednu takvu situaciju; pritom je uzeto da doma

ćin A šalje svoje okvire domaćinu D, a domaćin e šalje domaćinu B. Oba prijenosa odvijaju se vanjskim prstenom, u smjeru strelice. Prebacivanjem jednog od tih prijenosa na drugi prsten moglo bi se riješiti slučaj kada dva domaćina počnu slati okvire istodobno. Ali tu opciju ovdje ne razmatramo, jer općenito, kad veći broj domaćina počne slati okvire istodobno, onda dvostruki prsten ne rješava problem o kojem ovdje govorimo.

115


A

D B

C'

Slika 2.26 Prstenasta mreža RPR

Okviri od A stižu na C (koji upravo šalje svoje okvire za B), a okviri od C stižu na A (koji upravo šalje svoje okvire za D). Što bi u toj situaciji trebali učiniti domaćini A i C? Opisani "sukob poslova" pokušava se riješiti tako, da A pohranjuje okvire koje prima od C, i nastavlja sa slanjem svojih okvira (čvoru D). C isto tako pohranjuje okvire koji stižu od A, i nastavlja sa slanjem svojih okvira (čvoru

B). U načelu, na taj način može se riješit problem: kad A završi sa slanjem svojih okvira, proslijediti će pohranjene okvire od C; na isti način postupiti će i domaćin C. Međutim, takav način rada može dovesti do raznih komplikacija. Uočimo da iako domaćini A i C nastavljaju sa slanjem svojih okvira, ti okviri ne stižu do svojih odredišta, već bivaju zadržani na putu, i to na neodređeno vrijeme. Takvo zadržavanje može bitno poremetiti proces komunikacije između čvorova A i D, odnosno između C i B. Nepovoljan učinak takvih zadržavanja zavisi od vrste komunikacije: da li je komunikacija osjetljiva na velika kašnjenja (zadržavanja) i na neravnomjeran dotok sadržaja (podrhtavanje, j ittering) , ili nije osjetljiva.

U mreži RPR pokušalo se riješiti opisani problem sukoba poslova (koji dovodi do velikih zadržavanja i do podrhtavanja) na način koji izgleda prilično složenim. U osnovi, sadržaji koji se prenose mrežom dijele se u više klasa koje imaju različite prioritete u procesu prijenosa, na čemu se onda zasniva protokol postupanja čvorova u raznim situacijama. Ovdje smo pokušali ukazati na problem rada prstenaste mreže bez značke; sa pojedinostima (mogućih) rješenja

toga problema ne možemo se ovdje baviti.

Elastičnost (resilience) mreže RPR iz njena naziva sastoji se u načinu kako mreža reagira na prekid prstena. U ovoj mreži koriste se dva načina reagiranja

116


na prekid. Prvi način jednak je onom kod mreže FDDI; dakle, kod ispada jednog domaćina i kod prekida veze (prstena), uspostavlja se novi prsten na način kako je to objašnjeno iznad, za mrežu FDDI.

Kod drugog načina rada, kad neki domaćin utvrdi prekid prstena na susjednom čvoru ili na vezi do njega, onda obavještava o tome sve čvorove u mreži, koristeći za to druge veze. Ti čvorovi onda preusmjeravaju svoje komunikacije na način da izbjegnu mjesto prekida prstena. Podsjetimo da u mreži RPR, okvire sa prstena skida primatelj, tako da okviri ne moraju proći cijelim prstenom: dovoljno je da stižu do primatelja; prekid prstena na potencijalnom putu natrag (od primatelja do pošiljatelja) ovdje ne ometa promet od pošiljatelja do primatelja.

Ukratko, kod mreže RPR postoje dva nezavisna prstena, postoj i mogućnost da bude prekinut jedan od njih ili oba, i postoje dva načina kako mreža može reagirati na neku nastalu situaciju. Sve to zajedno daje mnogo mogućih načina na koje mreža može pokušati uspostaviti rad kad se dogodi neki pad domaćina ili prekid veze. Na primjer, čvor A sa slike 2.26 šalje okvire čvoru D vanjskim prstenom koji vrši prijenos u smjeru strelice. U slučaju prekida toga prstena kod čvora B, čvor A može preći na drugi (unutarnji) prsten, koji prenosi okvire u suprotnom smjeru, i tako nastaviti slanje okvira čvoru D, bez obzira na prekid vanjskog prstena kod čvora B. U danom primjeru, niti prekid obaju prstena kod B neće onemogućiti komunikaciju između čvorova A i D. Čvor e može isto tako naći neki način slanja okvira do čvora e, bilo u jednom smjeru, bilo u drugom, zavisno od toga na kojoj je strani (od C) i u kojem prstenu nastao prekid.

Zaključimo ovaj odjeljak sljedećim načelnim opaskama. Prstenaste mreže nadmeću se (na tržištu) sa mrežama tipa Ethernet; obično se kaže da u tom nadmetanju nisu naročito uspješne, ali nadmetanje se nastavlja. Smatra se da bi prstenasta mreža tipa RPR mogla biti uspješna kao MAN (gradska) mreža. Kod te mreže postoji mogućnost da se do istog čvora stigne u dva smjera (sa dvije strane); to svojstvo prstenaste mreže RPR je važno, zato što tu mrežu čini relativno otpornom na padove čvorova i prekide veza. Ali postoje i tvrdnje da će "metro Ethernet" prevagnuti na razini MAN mreža, kao što je 10 Mbps Ethernet prevagnuo nad prstenastim mrežama ·(IBM Token Ring i Standard 802.5) na razini lokalnih mreža. To pitanje ostaviti ćemo otvorenim, jer ovdje se ne bavimo predviđanjima o komercijalnim perspektivama pojedinih vrsta mreža, nego iznosimo temeljna načela njihova rada.

1 17

3. Mreže sa neizravnim vezama


Čvorovi (računala) koji su namijenjeni tome da izvode prijenos podataka između drugih čvorova (računala), omogućuju tvorbu računalnih mreža koje nadilaze prostorna ograničenja i dosežu globalne razmjere. Takvi čvorovi, koje smo ovdje nazvali prijenosnicima, uveli su strukturu zvijezde, kao i neizravne putove sačinjene od izravnih veza, u prostor računalnih mreža. Sustav prijenosnika omogućava uspostavu neizravnih veza (putova) između međusobno udaljenih čvorova i prijenos podataka između njih.

Opsežne i sastavljene mreže mogu raditi prema raznim načelima i koristiti razne metode prijenosa podataka; među tim metodama najviše se koriste prijenos metodom usmjeravanja paketa i prijenos metodom uspostavljanja virtualnih putova. Sastavljena mreža Internet radi prema metodi usmjeravanja paketa; prijenosni sustav ATM, kojeg isto opisujemo u ovom poglavlju, radi prema metodi uspostavljanja putova. U ovom poglavlju iznijeta je i metoda rada računalne mreže prema načelu izvorskog usmjeravanja.

Pored tvorbe globalnih računalnih mreža, upotreba prijenosnika omogućava međusobno povezivanje većeg broja LANova u jedan prošireni LAN. Time se omogućava prijenos podataka između zasebnih lokalnih mreža koje pripadaju istoj institucij i (vlasniku). U zadnjem odjeljku ovog poglavlja dan je prikaz načina rada prijenosnika, koji se u računalnoj mreži može nalaziti u raznim ulogama. U kontekstu tog prikaza, razmatramo značenja nekih pojmova koji se često koriste ali se nikad ne definiraju. Među takve pojmove spadaju sučelje i port, koji su u govoru o računalnim mrežama posebno zanimlj ivi.

119


3.1 Prijenosnici, paketi i putovi

Mreže sa izravnim vezama kakve se ostvaruju pomoću sabirnice ili prstena, mogu povezivati tisuću čvorova (Ethernet) i prostirati se na prostoru jednog građa (FDDI i RPR). Mreže te vrste mogle bi imati i više čvorova (domaćina), i prostirati se na još većem prostoru, ali uporaba samo izravnih veza ne bi bila dobar način izgradnje velikih mreža, odnosno mreža globalnih razmjera (WAN). Za ostvariti mrežu koja uključuje velik broj čvorova i prostire se na velikom geografskom prostoru, potrebno je ostvariti mogućnost komunikacije između čvorova koji nisu izravno povezani. Neizravne veze između međusobno udaljenih čvorova (domaćina) uspostavljaju se preko drugih čvorova koji su namijenjeni tome da ostvaruju komunikaciju (prijenos podataka) između čvorova koji nisu izravno međusobno povezani. Takve čvorove nazali smo općim imenom prijenosnici; zavisno od njihovih pozicija i uloga it mrežnom sustavu, prijenosnici se nazivaju na različite načine, kako je to rečeno u prvom poglavlju.

Prijenosnici mogu biti raznih vrsta i veličina; naprave i računala takve vrste imaju više ulaza koji dolaze sa domaćina ili sa drugih prijenosnika i više izlaza koji vode na domaćine i prijenosnike. Posao prijenosnika je da sadržaje koje prima na svojim ulazima, prosljeđuje preko onih svojih izlaza koji vode prema odredištima (primateljima) kojima su ti sadržaji namijenjeni. Na taj način, sustav prijenosnika i veza među njima, omogućava razmjenu sadržaja (podataka) između čvorova koji nisu međusobno izravno povezani.

Sustav prijenosnika i veza može ostvarivati komunikaeiju (prijenos sadržaja) između čvorova na dva osnovna načina: usmjeravanjem paketa i uspostavljanjem putova. Kod prvog načina rada, prijenosnik prima pakete podataka koji stižu na njegove ulaze; pritom svaki paket sadrži u svom zaglavlju adresu krajnjeg odredišta (domaćina) na koje je upućen. Na temelju te adrese prijenosnik prosljeđuje paket dalje, preko onog izlaza koji vodi (optimalnim putem) do njegova odredišta.

Kod drugog načina rada, prvi paket, sa kojim jedan čvor uspostavlja komunikaciju sa nekim udaljenim čvorom, prolazi kroz sustav prijenosnika na jednak način kao što prolaze paketi kod prvog načina rada. Međutim, kod ovog načina rada, prvi paket služi tome da uspostavi jedan put (kroz prijenosnike) do odredišnog čvora; tim putem se zatim kreću svi paketi iz te komunikacije. Takav put naziva se virtualnim; pojam "virtual" ima razna značenja (u engleskom); ovdje se tim nazivom hoće reći da taj put nije "stvaran" u smislu trajan, jer se taj put prekida na kraju jedne komunikacije. Ako se promijene neki uvjeti u mreži, slijedeća komunikaeija između ista dva čvora može ići nekim drugim putem. Kod rada po metodi usmjeravanja paketa ne postoji ni privremen put između izvora i odredišta; u okviru jedne komunikacije, svaki paket može se kretati drugim putem, ali u praksi obično nije tako jer se tablice prosljeđivanja na prijenosnicima ne mijenjaju tako često.

120


U prvom dijelu ovog poglavlja mrežu promatramo na onoj razini na kojoj se prijenosnici nazivaju usmjerivač ima (routers). Da bi mogli usmjeravati pakete i uspostavljati putove prema njihovu odredištu, usmjerivači sadrže tablice usmjeravanja (routing tables) i tablice prosljeđivanja (forwarding tables). O tim tablicama govorimo podrobnije u slijedećem poglavlju. Ovdje je dovoljno reći sljedeće. Pojmom usmjeravanje naziva se proces nalaženja putova između pojedinih čvorova (podmreža) sastavljene mreže. Taj proces ne izvodi se za potrebe jednog prijenosa, već se konstantno izvodi u mreži (na svakom usmjerivaču), tako da svaki usmjerivač u svakom trenutku zna kamo treba proslijediti primljeni paket podataka (ili produžiti neki virtualni put) da bi taj paket (put) stigao do svog odredišta. Podaci o putovima u mreži, koji nastaju u procesu usmjeravanja, zapisuju se u tablice usmjeravanja, na svakom usmjerivaču posebno. Ti podaci sastoje se od zapisa na koji slijedeći čvor treba proslijediti primljeni paket podataka da bi se taj paket kretao prema svom odredištu. Podaci u tablici usmjeravanja zapisuju se na logičkoj razini (lP adresama čvorova).

Na temelju tablice usmjeravanja, na svakom usmjerivaču formira se njegova tablica prosljeđivanja. Ta tablica sadrži naziv konkretnog procesa kojeg treba izvesti s nekim paketom podataka, broj porta (fizičkog izlaza) kroz koji treba taj paket proslijediti dalje, i fizičku adresu (mrežne kartice) slijedećeg čvora na koji treba proslijediti taj paket da bi nastavio kretanje prema svom odredištu. Opis procesa obrade paketa, zajedno sa pripadnim portom, obično se naziva sučeljem. Zato kažemo da usmjerivač prosljeđuje svaki paket podataka preko određenog sučelja (i pripadnog porta) na određenu fizičku adresu. Svi ti podaci, za svako odredište (podmrežu), zapisani su u tablici prosljeđivanja danog usmjerivača. Ponovimo, da se proces usmjeravanja odvija konstantno, jer stanje veza i usmjerivača može se promijeniti, pa je onda potrebno u skladu s time mijenjati i tablice usmjeravanja. Promjena tablice usmjeravanja iziskuje i promjenu tablice prosljeđivanja, jer potonja sadrži podatke koji su potrebni za fizičku realizaciju onoga što je na logičkoj razini određeno tablicom prosljeđivanja.

Optimizacija rada jednog usmjerivača je složen proces; optimizacija rada

sustava (mreže) usmjerivača je'još složenija. Za optimalan rad sustava usmjeri

vača potrebno je da usmjerivači stalno međusobno razmjenjuju podatke o svom stanju i o stanju veza preko kojih su izravno vezani na druge čvorove (usmjerivače i domaćine); na temelju tih podataka usmjerivači tvore i mijenjaju svoje tablice usmjeravanja i tablice prosljeđivanja.

Ako na neki usmjerivač stiže više paketa podataka nego što ih taj usmjerivač može prosljeđivati dalje, onda usmjerivač privremeno pohranjuje te pakete. Ali ako takvo stanje potraje, onda će se ispuniti sav memorijski prostor na usmjerivaču; za takav usmjerivač onda kažemo da je zagušen (congested). Usmjerivač koji je zagušen odbacuje pakete koji stižu na njega; time se umanjuje učinkovitost prijenosa podataka (i rada mreže); zato usmjerivači trebaju sprječavati da dođe do njihova zagušenja. U ovom poglavlju govorimo o načinima

121


rada usmjerivača i sustava usmjerivača, koji omogućavaju uspostavu računalne mreže sa neizravnim vezama među čvorovima. O metodama tvorbe i održavanja tablica usmjeravanja i tablica prosljeđivanja, kao i o metodama sprječavanja zagušenja usmjerivača govorimo u slijedećim poglavljima.

Usmjerivač možemo opisati kao napravu (računalo) koja ima više ulaza i više izlaza; preko svakog od tih ulaza i izlaza usmjerivač je izravno vezan na druge čvorove mreže, to jest na druge usmjerivače ili domaćine. Usmjerivač prima jedinice podataka (pakete, okvire) preko svojih ulaza i prosljeđuje te jedinice podataka dalje preko svojih izlaza (jednog ili više). Usmjerivač to čini na način koji zavisi od tri osnovna elementa: ( 1 ) od načina prijenosa (rada) konkretne mreže, od (2) adrese na koju su te jedinice podataka upućene, i od (3) sadržaja svoje tablice prosljeđivanja. .

Kaže se da prijenosnici (usmjerivači) uvode strukturu (topologiju) zvijezde u prostor računalnih mreža. Mreža Ethernet koristi sabirni cu; mreža Token Ring uvela je prsten (kojeg koriste i mreže FDDI i RPR); uvođenjem prijenosnika (usmjerivača) uvedena je struktura zvijezde, kako to ilustrira slika 3.1.

122

, ,

,

Slika 3.1 Prijenosnici i veze: struktura zvijezde

. . .


Upotreba prijenosnika omogućava povezivanje velikog broja čvorova preko (pomoću) relativno malog broja izravnih veza. Nadalje, prijenosnici omogućavaju praktički neograničeno širenje mreže. To se postiže na tri osnovna načina. Na postojeće usmjerivače može se vezati još domaćina. Na postojeći sustav usmjerivača mogu se vezati novi usmj erivači na koje su vezani novi (njihovi) domaćini. Konačno, pomoću usmjerivača može se povezati više manj ih mreža u j ednu sastavljenu mrežu.

Kod mreža sa izravnom vezom, koje smo opisali u prethodnom poglavlju, u svakom trenutku mrežom (to jest, zajedničkom vezom) može vršiti prijenos podataka samo jedan čvor (domaćin). za razliku od takvog načina rada, preko svakog usmjerivača može se istodobno odvijati velik broj međusobno nezavisnih prijeno

sa (tokova) podataka. Ti tokovi (prijenosi) ne ometaju i ne usporavaju jedan drugog u relevantnoj mjeri, sve dok su kapaciteti usmjerivača dovoljni da održavaju sve te tokove. U slučaju da na neki usmjerivač duže vrijeme stiže više paketa nego što ih taj usmjerivač može prosljeđivati dalje, taj preklopnik postaje zagušen i tada odbacuje neke od dolazećih paketa. Takvo odbacivanje iziskuje ponovno slanje odbačenih paketa i time znatno umanjuje propusnost neizravnih veza između udaljenih čvorova, koje se ostvaruju (vode) preko tog usmjerivača. Kako je to već rečeno, svaki usmjerivač treba poduzimati "preventivne mjere" da spriječi vlastito zagušenje; o tim stvarima biti će više riječi u kasnijim poglavljima.

Sav prijenos podataka u mreži odvija se između čvorova, koji mogu imati

ulogu domaćina ili prijenosnika. Prijenos podataka svodi se na prijenos fizičkih signala između dvaju čvorova koji su međusobno izravno vezani. Ti signali predstavljaju ("nose") bitove, koji su uređeni u okvire, kako je to objašnjeno u prethodnom poglavlju. Od nizova takvih izravnih veza i prijenosa signala (okvi

ra) preko njih, formiraju se duže neizravne veze (putovi) između čvorova mreže. Dakle, nizovi izravnih prijenosa signala (okvira) ostvaruju jedan prijenos paketa podataka (putem) između čvorova koji nisu izravno međusobno vezani.

Usmj erivač je obično izravno vezan sa većim brojem čvorova, koji mogu biti usmjerivači ili domaćini. Pritom za svaku od tih izravnih veza (tipa točka

točka) na usmjerivaču postoji (i radi) odgovarajući protokol veze podataka koji izvodi prijenos okvira (podataka) na toj izravnoj fizičkoj vezi. Protokol veze podataka je obično realiziran hardverski, u mrežnoj kartici.

Posao usmjerivača je da primljene sadržaje prosljeđuje dalje, prema njihovom konačnom odredištu. To "prosljeđivanj e dalje" može se odvijati na različite

načine, zavisno da li mreža radi prema načelu usmjeravanja paketa ili uspostavljanja virtualnih putova. U nastavku ovog poglavlja iznosimo podrobnije opise

tih načina rada.

Govoreći u terminima OSI modela mreže, može se reći da se prijenos podataka između čvorova odvij a na razini veze podataka, što znači u okvirima. Međutim, okviri " znaju put" samo između dvaju izravno povezanih čvorova.

1 23

M ario Radovan RAČUNALNE MREŽE

Određivanje (nalaženje) puta u mreži između dvaju udaljenih čvorova to jest, puta od izvora do konačnog odredišta paketa podataka - je zadatak mrežnog sloja, koji se nalazi iznad sloja veze podataka. Dakle, da bi usmjerivač znao preko kojeg izlaza treba proslijediti jedinice podataka koje na njega stižu preko njegovih ulaza, na usmjerivaču treba postojati mrežni slOj . Taj sloj sadrži tablicu usmjeravanja i pripadnu tablicu prosljeđivanja na temelju koje usmjerivač prosljeđuj e pakete podataka (koj i se prenose u okvirima) na odgovarajuće izlaze, prema njihovom odredištu.

Ulazi na usmjerivače i izlazi sa usmjerivača nazivaju se portovima (ports). Portovi imaju jedinstvene oznake na usmj erivaču; obično su to numeričke oznake. Oznake portova su lokalne usmj erivačima, što znači da se iste oznake portova koriste se na različitim usmjerivačima. Svaki čvor mreže (uključujući usmjerivače ) treba imati j edinstvenu adresu u mreži; s obzirom da ovdj e govorimo uglavnom o WAN mrežama, to onda znači i jedinstvenu adresu u svijetu.

Usmjerivač određuje preko kojih izlaznih portova treba proslij editi pakete podataka koji stižu na njegove ulazne portove. Usmjerivači, odnosno računalna mreža, mogu raditi prema načelu usmjeravanja paketa, ili prema načelu uspostavlj anja putova. Kod prvog načina rada, usmjerivač promatra adresu odredišta primljenog paketa, te na temelju zapisa iz svoje tablicu prosljeđivanj a (za tu adresu), prosljeđuje paket dalje preko odgovarajućeg (svog) izlaznog porta. Kod metode rada sa uspostavljanjem (sklapanjem) putova, usmjerivač postupa na opisani način samo s prvim paketom sa kojim jedan čvor pokušava uspostaviti komunikaciju s nekim drugim (udaljenim) čvorom. Svoj im prolaskom kroz sustav usmj erivača, taj paket uspostavlja jedan put (na usmj erivačima) između svog izvora i svog odredišta. Usmjerivači zatim prosljeđuju tim putem sve pakete u tom prijenosu podataka između ta dva čvora (domaćina). Po završetku toga prijenosa (komunikacije), čvor koji je inicirao uspostavu tog puta, šalje paket koj im traži raskidanje toga put (na svim usmjerivačima). Dakle, takav put namijenjen je jednokratnoj upotrebi ; zato se naziva virtualnim (ne-stvarnim) putem. U odjeljcima koji slijede, iznijeti su podrobniji opisi tih dvaju načina rada.

3.2 Usmj eravanj e paketa

Način rada računalne mreže koja radi po metodi usmjeravanja paketa, ukratko smo opisali iznad; u ovom odjeljku iznosimo potpuniji prikaz elemenata i načina rada te mreže. Na slici 3 .2 dan je jedan segment računalne mreže, za koju ovdje uzimamo da radi po metodi usmjeravanj a paketa.

124


5 P4

2

Slika 3 .2 Usmjeravanje paketa

Kod tog načina rada, svaki paket kojeg pošiljatelj šalje primatelju, ima u zaglavlju zapisanu adresu primatelja. Adresa je niz bitova zadane dužine, koji je jedinstven označitelj jednog čvora u mreži (točnije, jednog sučelja čvora prema ostatku mreže). Na temelju adrese odredišta paketa i na temelju sadržaja svoje tablice prosljeđivanja, svaki usmjerivač prosljeđuje svaki primljeni paket podataka dalje, preko nekog od svojih izlaznih portova (koji je zadan u tablici prosljeđivanja) prema njegovu odredištu. Jedan dio (pojednostavljene) tablice prosljeđivanja za usmjerivač P3 dan je na slici 3.3.

1 25


Odredište Port

D1 1 1

D 1 2 1

01 3 1 D21 2

D22 2

D23 2

D41 4

D42 4

D43 4

Slika 3 .3 Prosljeđivanje

Na temelju svoje tablice prosljeđivanja i adrese odredišta koja je zapisana u zaglavlju paketa, svaki usmjerivač prosljeđuje svaki primljeni paket na odgovarajući izlaz (port), prema njegovom konačnom odredištu. Uočimo da usmjerivač P3 prosljeđuje pakete za domaćine D21, D22 i D23 na usmjerivač P5, koj i ih onda (vjerojatno) prosljeđuje na usmjerivač P2, na kojeg su ta tri domaćina izravno vezana. Sa usmjerivača P3 do usmjerivača P2, paketi mogu stići i preko usmjerivača P l , ali tablica prosljeđivanja od P3, koja je dana na slici 3.3, trenutno prosljeđuje pakete za P2 na usmjerivač P5. Spomenimo ovdje da tablice prosljeđivanja sadrže više podataka (u svakom retku) nego što je to prikazano u primjeru sa slike 3.3, ali to nije predmet ovog prikaza; o tome govorimo podrobnije u slijedećem poglavlju.

Svaki redak tablice prosljeđivanja određuje izlazni port za jednu adresu, odnosno za jednu skupinu adresa domaćina. Svaki redak tablice prosljeđivanja vodi na točno jedan čvor mreže (na jednu logičku i fizičku adresu), ali taj čvor često nije domaćin (konačno odredište paketa), već je to usmjerivač na putu prema nekoj pod mreži od sastavljene (globalne) mreže. Tada se preko istog izlaznog porta nekog usmjerivača prosljeđuju paketi za sve domaćine (pojedinačne adrese) iz te podrnreže. Na primjer, tablica prosljeđivanja na nekom usmjerivaču u Hrvatskoj ne sadrži zapise (redove) za pojedinačne adrese domaćina u Argentini ili Finskoj ; umjesto toga, takva tablica sadrži jedan redak koji kaže preko kojeg porta treba proslijediti pakete da bi stigli u neku drugu državu. Dakle, usmjerivači trebaju i mogu prosljeđivati pakete "u pravom smjeru" bez da pritom poznaju konkretne adrese pojedinačnih domaćina (ili mreža) u drugim državama ili domenama. Kad paket stigne u određenu državu (ili vršnu domenu kao što su "com", "net" i druge), onda usmjerivači u toj državi (domeni) imaju u svojim tablicama prosljeđivanja zapise (podatke) na temelju kojih prosljeđuju te pakete prema njihovom konačnom odredištu.

126


Tablica usmjeravanja i tablica prosijedi vanj a postoje na svakom usmjerivaču i stalno se održavaju (mijenjaju) na temelju tekućeg stanja drugih usmjerivača i veza izmedu usmjerivača. Dakle, sadržaji (redovi) tablica prosljedivanja mogu se mijenjati u bilo kojem trenutku, čime se mijenjaju i "putovi" kojima se paketi krcću kod prijenosa podataka izmedu istih dvaju čvorova. Ovdje smo "putove" naveli u navodnim znacima, jer u mreži koja radi po metodi usmjeravanja paketa, ne postoje pravi (unaprijed zadani) putovi; ali za paket koji je prošao mrežom od izvora do odredišta svejedno možemo reći da je prošao "nekim putem".

Tvorba i održavanje (mijenjanje) tablica usmjeravanja i tablica prosIjedivanja može biti izrazito zahtj evan proces, pogotovo kod opsežnih mreža koje sadrže velik broj usmjerivača i u kojima postoji više mogućih putova kojima paket može stići od izvora do odredišta. Tu se javlja dodatni problem utvrdivanj a optimalnog puta do nekog domaćina, pri čemu optimalnost puta može zavisiti od više čimbenika. Održavanje optimalnih tablica usmjeravanja je utoliko zahtjevnije ako je "topologija mreže" nestabilna; pod time se ovdje misli da se stanje usmjerivača i veza medu njima mijenja relativno često (intenzivno). Neki usmjerivači mogu biti zagušeni ili prekinuti rad; neke veze mogu biti zauzete (preopterećene) ili u prekidu. Takve promjene stanja mreže mogu iziskivati promjene tablica usmjeravanja i tablica prosljedivanja na većem broju usmjerivača. U slijedećem poglavlju govorimo podrobnije o metodama i načinima održavanja tablica usmjeravanja i tablica proslj edi vanj a na usmjerivačima. U svakom slučaju, za svaki paket koji stigne na neki njegov ulaz, usmjerivač treba imati u svojoj tablici prosijedivanja jedan redak u kojem je zapisano preko kojeg izlaza (porta) i na koju fizičku adresu (slijedeći čvor) treba proslijediti taj paket prema njegovu odredištu.

U mreži koja radi po metodi usmjeravanja paketa, pošiljatelj paketa ne poznaje put kojim će se njegov paket kretati do odredišta; isto tako ne zna da li je mreža trenutno u stanju prenijeti njegov paket do odredišta (domaćina) i da li je taj domaćin trenutno aktivan (da može primati pakete). Zato iznad mrežnog sloja, koji pokušava "dovesti" paket do njegova odredišta, postoji sloj upravljanja prijenosom ("transportni sloj") koji pošiljatelju omogućava da sazna da li njegovi paketi stižu na odredište u ispravnom stanju, te da otkloni eventualne greške u prijenosu. O tom sloju govorimo podrobnije u kasnij im poglavljima.

Promjena stanja usmjerivača i veza može dovesti do promjena tablica prosljedivanja na pojedinim usmjerivačima, tako da se može dogoditi da paketi koje domaćin D l šalje domaćinu D2 u okviru jednog prijenosa podataka, putuju od D l do D2 različitim putovima, to jest preko različitih usmjerivača. Ali to se u praksi ne bi trebalo događati često, j er prosječan prijenos podataka traje relativno kratko, tako da je stanje veza i usmjerivača u takvim vremenskim intervalima relativno stabilno, pa se ni tablice usmjeravanja i tablice prosijedivanja ne bi trebale mijenjati u toku jednog prijenosa podataka.

127


Kod prijenosa podataka metodom usmjeravanja paketa, pad nekog usmjerivača ili prekid neke veze općenito ne bi smjeli dovoditi do prekida prijenosa podataka koji se odvijaju preko njih. U takvim situacijama, određeni (okolni) usmjerivači trebaju promijeniti svoje tablice usmjeravanja i tablice prosljeđivanja (u skladu sa novom situacijom) i nastaviti prenositi pakete preko drugih veza i usmjerivača. Mreža može (i treba) postupati na takav način sve dok postoje drugi (alternativni) putovi između čvorova (domaćina) koji međusobno komuniciraju. Ta otpornost na promjene stanja mreže, kao i na prekide veza i padove čvorova, je jedna od temeljnih odlika računalnih mreža koje rade po metodi usmjeravanja paketa.

Kod mreža koje rade po metodi usmjeravanja paketa, svaki paket usmjerava se nezavisno od drugih paketa iz istog prijeJ:?osa podataka sa domaćina Di na domaćina Dj . Kod takvog načina rada ne može se unaprijed znati performanse (propusnost, brzinu) nekog prijenosa podataka, niti se može rezervirati resurse za potrebe toga prijenosa. Ovdje ne postoji neki zadan (postojan) put kojim se kreću paketi nekog prijenosa, tako da se nema gdje ni kako unaprijed rezervirati resurse za potrebe toga prijenosa. Međutim, u mrežama sa usmjeravanjem paketa definirane su neke druge metode koje omogućuju da se određenim prijenosima podataka ipak dodijele određeni resursi, čime se onda postižu određene propusnosti veza, odnosno određene performanse nekog prijenosa. To se postiže pomoću sustava prioriteta, o čemu podrobnije govorimo u kasnijim poglavljima. Ukratko, paketima podataka dodjeljuje se određeni prioritet koji se zapisuje u zaglavlja paketa. Usmjerivači kroz koje se paketi kreću, dodjeljuju pojedinim paketima svoje vrijeme i prostor u zavisnosti od njihovih prioriteta. Paketi s višim prioritetom prosljeđuju se prije (brže) nego paketi s nižim prioritetom. Za pakete s višim prioritetom rezerviran je veći memorijski prostor na usmjerivačima, tako da ne dođe do njihova odbacivanja u slučaj u zagušenja. Na taj način, onaj prijenos podataka čij i paketi imaj u viši prioritet, ima dobre izglede da bude brži i manje podložan promjenama stanja mreže.

3.3 Uspostavlj anj e virtualnih putova

Kod ove metode rada, prijenos podataka izvodi se na taj način da se najprije uspostavi jedan put kroz mrežu, od izvora paketa do njihova odredišta, pa se onda tim putem vrši prijenos paketa s podacima od izvora do odredišta. Za prijenosne sustave koji rade na takav način kaže se da su vezno orijentirani (connection-oriented); u tom kontekstu, za mreže koje rade sa usmjeravanjem paketa kaže se da su ne-vezno orijentirane (connectionless). Put koji se uspostavlja između dvaju udaljenih domaćina naziva se virtualnim (ne-stvarnim) putem; takav put uspostavlja se za potrebe jednog prijenosa podataka i raskida se po završetku toga prijenosa.

1 28


Dakle, prijenos podataka u mreži sa uspostavljanjem putova ima dvije faze; u prvoj fazi uspostavlja se jedan put, a u drugoj fazi izvodi se prijenos paketa tim putem. Takav put naziva se virtualnim, ali taj put je stvaran i dobro definiran sve dok se njime izvodi prijenos podataka; taj put je ne-stvaran samo utoliko što obično nije trajan i raskida se po završetku prijenosa kojem je bio namijenjen. Ali ni to ne mora biti tako; neke virtualne putove može definirati mrežni administrator, i oni mogu biti trajni; takvi putovi se onda nazivaju trajnim (permanent) virtualnim putovima, što njihovu "virtualnost" onda čini upitnom. Trajni putovi mogu se uspostaviti između onih čvorova između kojih se odvija intenzivan (čest) prijenos podataka, kao i u onim slučajevima gdje je optimalan put između dvaju čvorova dobro definiran, tako da nema potrebe "tražiti put" kod svakog prijenosa podataka između tih dvaju čvorova.

Virtualan put definiran je na slijedeći način. Na svakom usmjerivaču formira se tablica virtualnih putova, pri čemu svaki redak tablice definira jednu dionicu (do slijedećeg čvora) jednog virtualnog puta. Takav redak sadrži s lijedeća četiri osnovna podatka:

- broj porta (toga usmjerivača) na koji dolaze paketi koji se prenose danim putem;

- broj toga puta (točnije, njegove dionice) koji dolazi na taj usmjerivač; - broj porta (toga usmjerivača) kojim se prosljeđuju paketi koji se prenose

tim putem; - broj puta (točnije, njegove dionice) u odlasku sa tog usmjerivača.

Na temelju takvih četvorki (iz svoje tablice prosljeđivanja), koje su oblika

< bruporta, bruputa, briporta, briputa >

usmjerivač postupa na slijedeći način. Pakete koji stižu na njegov ulazni port broj bruporta i imaju u zaglavlju upisan broj (dionice) puta bruputa, prosljeđuje dalje preko svog izlaznog porta briporta, pri čemu u zaglavlju paketa zamjenjuje primljeni bruputa sa zadanim briputa. Par koji tvore broj porta i broj puta označava jedan virtualni put na jednom usmjerivaču; pritom taj par na ulazu usmjerivača općenito nije jednak kao i par na njegovu izlazu, ali tablica virtualnih putova toga usmjerivača povezuje ta dva para i time pokazuje da je to jedan put.

Preko istog usmjerivača može istodobno prolaziti velik broj virtualnih putova, čime se preko tog usmj erivača odvija i velik broj prijenosa podataka. Broj puta na ulazu usmjerivača i broj puta na njegovu izlazu općenito nisu jednaki; dakle, isti put obično ima različit broj (oznaku) na svakoj svojoj dionici; pritom smo dionicom nazvali dio puta između dva čvora koji su međusobno izravno povezani. Odgovarajući redovi tablica virtualnih putova (na usmjerivačima) "spaj aju" te dionice i time određuju koje dionice tvore jedan virtualni put. U nastavku iznosimo jedan primjer segmenta računalne mreže koja radi po metodi

1 29


uspostavljanja (sklapanja) putova, te primjere redaka tablica virtualnih putova,

koji ilustriraju iznad rečeno. Različiti brojevi puta na različitim dionicama koriste se zato, jer je na taj

način lako dodijeliti jedinstvenu oznaku svakom putu na svakom usmjerivaču. Kad bi put imao isti broj na cijeloj svojoj dužini, pri čemu taj broj bira domaćin koji traži uspostavu puta, moglo bi se dogoditi da taj zahtjev stigne na port nekog usmjerivača na kojem (portu) već postoj i put istog broja. U tom slučaju, taj usmjerivač ne bi mogao prihvatiti uspostavu novoga puta koji nosi oznaku (broj) kakvu već ima neki od putova na tom portu toga usmjerivača. Ovako, svaki čvor bira broj puta u dolasku, čime se lako izbjegava sudare brojeva putova; podrobniji opis na koji način se to radi iznijet je u nastavku.

Na slici 3 .4 dan je jedan segment mreže za koju je ovdje uzeto da radi po metodi uspostavljanja putova. Segment mreže je jednak onome sa slike 3 .2, ali su ovdje dodani prikazi paketa koji se kreću na' dvjema dionicama jednog virtualnog puta između domaćina D l 2 i D42. Na slici 3 . 5 dani su odgovarajući redo

vi tablica virtualnih putova na usmjerivačima P l , P3 i P4 koji (redovi) definiraju taj virtualni put.

Slika 3.4 Uspostavljanje putova

1 30


Usmjerivač P1

Ulazni port Broj ulaznog puta Izlazni port Broj izlaznog puta

5 1 0 3 7

Usmjerivač P3

Ulazni port Broj ulaznog puta Broj izlaznog puta

7 1 2

Usmjerivač P4

Ulazni port Broj ulaznog puta Izlazni

5 1 2 3

Slika 3 .5 Definicije virtualnih putova

Ukratko, prijenos paketa sa domaćina D I 2 na domaćina D42 odvija se na slijedeći način. Paketi kreću sa domaćina D 1 2 sa brojem puta 1 0 i stižu na port 5 od usmjerivača P l ; P l upisuje u zaglavlje tih paketa broj puta 7 i prosljeđuje ih preko svog porta 3. Paketi tako stižu sa brojem puta 7 na port 1 od usmjerivača P3; P3 upisuje u pakete broj puta 1 2 i prosljeđuje ih dalje preko svog porta 4. Paketi sa brojem puta 12 stižu na port 5 od usmjerivača P4; P4 upisuje u njihovo zaglavlje broj puta 6 i prosljeđuje ih preko svog izlaznog porta 3 , čime paketi stižu na odredište D42. To je bio opis na koji način se virtualnim putem prenose paketi podataka; u nastavku iznosimo opis na koji način se uspostavlja virtualni put, čije funkcioniranje smo opisali iznad.

Postoje dvije osnovne mogućnosti uspostavljanja virtualnih putova u mreži. Prva mogućnost je da administrator mreže postavi određene vrijednosti u tablice virtualnih putova na usmj erivačima i time uspostavi određene virtualne putove. Takvi virtualni putovi nazivaju se trajnima, kako je to rečeno iznad. Virtualnost (ne-stvarnost) takvih putova sastoji se samo u tome što ih se može lako raskinuti, mijenjanjem određenih redaka tablica virtualnih putova. Tim načinom uspostavljanja virtualnih putova se ovdje ne bavimo. Drugi način uspostavljanja virtualnih putova definiran je programski i odvija se na čvorovima mreže kroz koje prolazi taj put. Taj način rada opisati ćemo uz pomoć primjera virtualnog puta od D I 2 do D42, koji je definiran sadržaj ima slika 3 .4 i 3.5.

Domaćin D I 2, koji želi prenositi podatke domaćinu D42, šalje "u mrežu" - to jest, usmjerivaču P l na kojeg je izravno vezan -jedan paket sa kojim zahti-

1 3 1


jeva uspostavu puta do 042. Slanje takvog "signalnog" paketa naziva se signaliziranjem puta (signalling). Signalni paket sadrži adresu od 042 do kojeg D I 2 želi uspostaviti put; signalni paket može sadržavati i druge podatke, o čemu govorimo kasnije.

Ustnjerivač Pl pritna taj signalni paket preko porta 5 i dodjeljuje mu jedan broj ulaznog puta; u našem primjeru je to broj 10. Pl zatim prosljeđuje signalni paket prema njegovom odredištu na način kako se u mreži sa prosljeđivanjem paketa prosljeđuju paketi podataka. Pl mora postupiti na taj način jer put do D42 još ne postoji: taj put se upravo stvara, pomoću tog signalnog paketa. To znači da pored tablice virtualnih putova, na P l treba postojati i tablica prosljeđivanja (za Pl); na temelju sadržaja te tablice, P l zna kojim putem (portom) treba proslijediti signalni paket od D 12 prema D42. U ovom slučaju, P l je proslijedio signalni paket preko svog porta 3 . U tom procesu, Pl ujedno upisuje jedan redak u svoju tablicu virtualnih putova; za sada, taj redak sadrži broj ulaznog port (5), broj ulaznog puta ( 10) i broj izlaznog porta (3); u tom retku nedostaje broj izlaznog puta; taj broj će P l saznati kasnije i upisati ga u taj redak svoje tablice virtualnih putova.

Uočimo da usmjerivač određuje broj ulaznog puta, ali ne i broj izlaznog puta. Na taj način izbjegava se sudar brojeva putova. Svaki usmjerivač dodjeljuje signalnom paketu koji stigne na neki od njegovih portova jedan broj puta koji na tom portu tog trenutka ne postoji. Sa danim nepotpunim retkom u svojoj tablici putova, P l je odredio slijedeće: pakete koji stižu na port 5 sa oznakom puta 10, prosljeđuje se na izlazni port 3. Tome treba dodati još broj (oznaku) izlaznog puta, kojeg će P l saznati od svog susjeda, u procesu uspostave puta, kojeg opisUJemo.

Signalni paket tako stiže na port l usmjerivača P3. Taj usmjerivač postupa jednako kao i P l ; dakle, dodjeljuje ulaznom putu jedan broj koji je tog trenutka slobodan na tom portu; ovdje je to broj 7, i prosljeđuje signalni paket dalje preko svog izlaznog porta 4. P3 ujedno upisuje jedan nepotpun redak o tom putu u svoju tablicu virtualnih putova.

Signalni paket stiže na port 5 usmjerivača P4; taj usmjerivač dodjeljuje mu broj (oznaku) ulaznog puta 12 i prosljeđuje ga preko svog porta 3, koji vodi izravno na domaćina D42 do kojeg je pošiljatelj signalnog paketa 0 12 želio uspostaviti put. P4 ujedno upisuje jedan nepotpuni redak sa podacima o tom putu, kao što su to učinili prethodni usmjerivači kroz koje je prošao taj signalni paket.

Ako je domaćin D42 u mogućnosti prihvatiti uspostavu traženog puta, onda prihvaća signalni paket i dodjeljuje tom ulaznom putu neki svoj broj; u našem primjeru to je broj 6. Ta oznaka (broj 6) biti će (ubuduće) upisana u zaglavlje paketa koje će D42 primati od D 1 2 tim virtualnim putem, odnosno u tom prijenosu podataka sa D 1 2 na D42.

Da bi virtualni put od D I 2 do D42 bio potpuno uspostavljen, potrebno je da svaki čvor na tom putu javi svom prethodniku ("uzvodno"), koji broj je dodijelio tom put na svom ulazu. Jer taj broj treba biti izlazni broj toga puta na pret-

132


hodnom čvoru. Dakle, domaćin 042 javlja usmjerivaču P4 da je prihvatio uspostavu traženog puta i da je tom ulaznom putu dodijelio broj 6; time izlazni broj toga puta na P4 postaje 6; P4 upisuje to u odgovarajući redak svoje tablice virtualnih putova. Zatim P4 javlja usmjerivaču P3 da je njegov broj ulaznog puta 1 2, čime izlazni broj toga puta na P3 postaje 12 . Na isti način, P3 javlja usmjerivaču P l da je njegov broj ulaznog puta 7, čime broj izlaznog puta na P l postaj e 7.

Na taj način svi usmjerivači popunili su odgovarajuće redove u svojim tablicama virtualnih putova. Preostaje još da usmjerivač P 1 javi domaćinu D 1 2 da je traženi put uspostavljen i da taj put za 0 1 2 nosi oznaku 1 0. To znači, da domaćin 0 1 2 sad može slati pakete podataka domaćinu 042 na taj način da te pakete upućuje na usmjerivač P l (na kojeg je vezan) sa oznakom puta 1 0. Dakle, paketi podataka koji se prenose virtualnim putem, ne nose u zaglavlju adresu domaćina kojem su upućeni, već broj virtualnog puta koji vodi do tog domaćina, ili točnije, broj prve dionice toga puta.

Odgovarajući redovi tablica virtualnih putova sad omogućavaju prijenos paketa sa 0 1 2 na 042 na način kako smo to opisali iznad. Podsjetimo da svaki usmjerivač bira broj ulaznog puta (ili broj puta na svom ulazu), pri čemu brojevi putova na svakom portu trebaju biti jedinstveni, tako da par < broj-porta, brojputa > bude jedinstven na ulazn svakog usmjerivača. Taj par onda služi kao primarni ključ za pretraživanje tablice virtualnih putova na tom usmjerivaču.

Domaćin 0 12 sad šalje pakete domaćinu 042 na taj način da u zaglavlje paketa upisuje broj prve dionice virtualnog puta do 042, to jest broj 1 0. Dakle, za razliku od signalnog paketa sa kojim se uspostavlja put, paketi podataka ne nose adresu domaćina kojem su upućeni, nego broj dionice virtualnog puta koji vodi do tog domaćina. Domaćin 0 1 2 vezan je na ulazni port 5 usmjerivača P l . Kad na port 5 od P l stigne paket u čijem zaglavlju stoji broj ulaznog puta 1 0, onda par <5, 10 > (na ulazu od P l ) adresira odgovarajući redak u tablici virtualnih putova na P l ; druga dva elementa toga retka pokazuju usmjerivaču P l što treba napraviti sa tim paketom. U danom primjeru, P l treba zamijeniti broj 1 0 u zaglavlju toga paketa sa brojem 7 (koji je oznaka slijedeće dionice toga puta) i proslijediti taj paket preko svog izlaznog porta 3 . Paket sa oznakom puta 7 stiže na port 1 usmjerivača P3, koji postupa na isti način kao i usmjerivač P l . Isto čini i usmjerivač P4 nakon toga, i tako paket podataka koji je sa domaćina 0 1 2 krenuo sa oznakom puta 1 0, stiže na domaćina 042 sa oznakom puta 6.

Kad domaćin 0 12, koj i je uspostavio dani virtualni put, završi sa slanjem podataka, onda šalje usmjerivaču Pl zahtjev za raskid toga puta. Na taj zahtjcv, P l briše redak o tom putu u svojoj tablici virtualnih putova i prosljeđuje taj zahtjev (tim putem) dalje, tako da usmjerivači P3 i P4 čine isto; konačno, svoj zapis o tom virtualnom putu briše i domaćin D42. Na taj način, taj virtualni put sa

svim nestaje. Ako bi nakon raskida toga puta, domaćin D 1 2 poslao usmjerivaču P l paket podataka sa oznakom puta 1 0, onda bi P l odbacio taj paket jer taj put više ne postoji .

1 33


Uspostava virtualnog puta iziskuje određeno vrijeme. Da bi čvor koji je tražio uspostavu puta dobio potrebne povratne informacije, potrebno je da protekne barem jedno RTT vrijeme (vrijeme povratnog puta) između izvora i odredišta

budućeg prijenosa, odnosno između početka i kraja budućeg virtualnog puta. Signalni paket treba prijeći put od čvora koji traži uspostavu puta, do čvora do kojeg se uspostavlja put, i natrag. Jer neki elementi redaka u tablicama putova upisuju se kretanjem informacija u povratnom smjeru, kako je to objašnjeno iznad. Kod prijenosa manjih količina podataka, takav "gubitak vremena" smatra

se slabošću takvog načina rada mreže. Paketi koji se kreću virtualnim putem, ne nose u zaglavlju adresu odredišta,

nego broj puta; zapis tog broja je kraći od zapisa adrese čvora (domaćina), što se može smatrati dobrom stranom prijenosa po metodi uspostavljanja putova.

Međutim, ušteda je tu ipak mala jer broj bitova u adresi je obično malen u usporedbi sa brojem bitova koje prenosi jedan paket.

Ako padne neki od usmjerivača kroz koje prolazi virtualni put, ili dođe do

prekida neke od veza kojima taj put prolazi, onda je taj virtualni put prekinut i

izgubljen, tako da treba pokušati uspostaviti novi put, koji obilazi mjesto prekida. U takvim slučajevima treba ujedno brisati pripadne redove toga puta u tablicama virtualnih putova na svim usmjerivačima kroz koje je taj put prolazio. Jer prekidom puta, ti zapisi prestaju vrijediti, tako da trebaju biti izbrisani.

Proces uspostave puta kreće se od izvora do odredišta i natrag. To omogućava da se čvoru koji je otpočeo taj proces, dostavi niz podataka o osobinama

toga puta. U signalnom paketu, čvor koji uspostavlja put može tražiti da usmjerivači dodijele tom putu određene resurse, te da osiguraju određenu propusnost i druge operativne osobine traženoga puta. Na primjer, usmjerivač može dodijeliti određeni memorijski prostor svakom virtualnom putu; taj prostor služi za pohra

nu paketa koji se prenose tim putem, onda kad ti paketi trebaju čekati (na red) neko vrijeme da ih usmjerivač proslijedi dalje. Da nema tog memorijskog prostora (bafera), kad paketi stižu na neki usmjerivač većim intenzitetom nego što ih taj usmjerivač trenutno može proslijediti dalje, ti paketi bili bi odbačeni.

Procesom prijenosa paketa na svakoj dionici virtualnog puta (to jest, izme

đu svaka dva susjedna čvora) upravlja protokol kliznog prozora, kojeg smo opisali u prethodnom poglavlju. Taj protokol (algoritam) može biti implementiran na raznim razinama (slojevima) mrežnog sustava. Algoritam kliznog prozora

izvodi se posebno za svaku dionicu svakog virtualnog puta (to jest, na svakom paru čvorova koji su izravno povezani), te omogućava kontrolu uspješnosti prijenosa i kontrolu intenziteta prijenosa. Potonja kontrola je ovdje posebno značajna jer se njome sprječava da neki čvor na putu zaguši svog susjeda nizvodno (kojem izravno šalje pakete) i time dovede do odbacivanja paketa, i do bitnog pada propusnosti veze.

Neki od usmjerivača preko kojih se uspostavlja virtualni put, može ne biti u

mogućnosti dodijeliti tom putu one resurse i ona svojstva koje u svom signal-

1 34

3. Mrcže sa neizravnim vezama

nom paketu traži domaćin koji je zatražio uspostavu toga puta. U takvom slučaju, usmjerivač može ne prihvatiti taj put (ne produžiti ga preko sebe), ili pak prihvatiti put ali dodijeliti mu manje resursa nego što je to traženo s ignalnim paketom sa kojim se taj put uspostavlja. Tražitelj uspostave puta može prihvatiti tako smanjene performanse puta, ili pak odustati od pokušaja uspostave puta; tu postoje brojne opcije sa koj ima se ne trebamo ovdje baviti. Bitno je da mreža koja radi po metodi uspostavljanja putova omogućava unaprijedno utvrđivanje i rezerviranje performansi danog puta. Kod prijenosa podataka po metodi usmjeravanja paketa, takva mogućnost izravnog rezerviranja ne postoji.

U kontekstu govora o dodjeljivanju resursa nekom virtualnom putu i o dodjelj ivanju prioriteta paketima nekog prijenosa, koriste se izrazi "quality of service" (QoS) i "type of service" (ToS); dakle, govori se o "kvaliteti" i "tipu" usluga. Kod mreža koje rade po načelu uspostavljanja putova moguće je jamčiti neku određenu kvalitetu ili "tip" prijenosa za neki dani put - ili točnije, za prijenos podataka tim putem sa priličnom točnošću i sigurnošću. Jer ovdje se unaprijed rezerviraju određeni resursi za potrebe određenog virtualnog puta na svakom usmjerivaču kroz kojeg taj put prolazi. Kod mreža sa usmjeravanjem paketa, precizna jamstva propusnosti nisu moguća, ali primjenom sustava prioriteta mogu se postići dobri rezultati po pitanju osiguravanja određenih performansi neke komunikacije, na način kako je to rečeno iznad.

Kod mreža sa uspostavljanjem virtualnih putova ne bi trebalo nikad dolaziti do zagušenja usmjerivača. Prvo, usmjerivač ne prihvaća traženu uspostavu nekog puta (preko njega) ako nije u mogućnosti dodijeliti tom putu određene resurse. Drugo, prijenosom paketa (okvira) na svakoj dionici svakog virtualnog puta (to jest, na vezama tipa točka-točka) upravlja algoritam kliznog prozora, koji ograničava brzinu slanja pošiljatelja i time sprječava da dođe do zagušenja primatelja.

Slabost ovakvog načina rada sa unaprijednim rezerviranjem resursa je u tome što se prijenos podataka pojedinim putovima obično ne odvija konstantno, tako da se kapaciteti usmjerivača i veza koji su dodijeljeni tim putovima ne koriste u potpunosti. Neki pokušaji uspostave putova preko nekih usmjerivača ne uspijevaju zato što su svi kapaciteti tih usmjerivača već dodijeljeni drugim putovima koji prolaze kroz njih, pri čemu neki od tih putova ne koriste u potpunosti one kapacitete koji su im dodijeljeni. S druge strane, u mrežama koje rade po metodi usmjeravanja paketa, nema rezerviranja kapaciteta na usmjerivačima. To omogućava da se kapaciteti usmjerivača iskoriste u potpunosti (kad za to postoji potreba), ali isto tako da dođe do zagušenja usmjerivača onda kad dotok paketa na neki usmjerivač premašuje njegove mogućnosti prosljeđivanja paketa.

1 35


3.4 lzvorsko usmjeravanje

Izvorsko usmj eravanje ili usmjeravanj e od strane izvora (source routing) je j edan osebujan način rada računalne mreže koji se razlikuje od oba dva načina rada kQj.; snIO opisali iznad, ali ujedno tvori svojevrsnu kombinaciju njihovih svojstava. Taj način rada ne koristi se često, ali ima neke zanimljive osobine, pa ćemo ga ukratko opisati.

Kod izvorskog usmjeravanja, izvor (pošiljatelj) paketa upisuje u zaglavlja paketa točnije, u opcionalni (dodatni) dio zaglavlja redom oznake (brojeve) izlaznih portova na usmjerivačima, preko koj ih ti usmjerivači trebaju proslijediti taj paket i tako ga dovesti od izvora do odredišta. Na slici 3.6 dan je j edan segment računalne mreže za koju je ovdje uzeto da radi po metodi izvorskog usmjeravanja, odnosno da podržava tu metodu rada. Jer izvorsko usmjeravanje mogu podržavati mreže koje u osnovi rade po metodi usmjeravanja paketa i mreže koje u osnovi rade po metodi uspostavljanja putova.

5 P4

Slika 3.6 Izvorsko usmjeravanj e

1 36


Na slici 3.6 dani su polazni sadržaji opcionalnih dijelova zaglavlja paketa koje domaćin D l 2 šalje domaćinu D42 metodom izvorskog usmjeravanja. Pritom su navedene dvije varijante puta od D 1 2 do D42. U prvoj varijanti, put vodi preko usmjerivača P l , P3 i P4; u drugoj varijanti, put vodi preko usmjerivača P l , P2, P5, i P4. U prvom slučaju, lista izlaznih portova preko koj ih usmjerivači trebaju (redom) prosljeđivati pakete glasi < 3, 4, 3 >, dok u drugom slučaju, lista portova glasi < 3, 7, 7, 1 >. Pritom je uzeto da usmjerivači "troše" brojeve portova redom, s desna prema lijevo.

Dakle, u prvoj varijanti, P l prosljeđuje paket preko svog porta 3; P3 prosljeđuje taj paket dalje preko svog porta 4; P4 prosljeđuje taj paket na odredište preko svog porta 3. U drugoj varijanti, P l prosljeđuje paket preko porta 1 ; P2 prosljeđuje taj paket dalje preko svog porta 7; P5 prosljeđuje paket preko porta 7; konačno, P4 prosljeđuje taj paket na odredište preko svog porta 3.

Opisanu metodu rada naziva se izvorskim usmjeravanjem, ali ovdje bi se moglo govoriti i o uspostavljanju putova, jer odabirom niza izlaznih portova na usmjerivačima, izvor paketa zapravo određuje put tih paketa kroz mrežu, do njihova odredišta. Međutim, kod tog načina rada ne postoje virtualni putovi kakve smo opisali u prethodnom odjeljku. Dakle, ovdje se paketi ne prosljeđuju ni prema tablicama prosljeđivanja, niti prema tablicama virtualnih putova (na usmjerivačima), već prema zahtjevima koje je eksplicitno postavio izvor paketa. Pritom su ti zahtjevi zapisani u obliku liste izlaznih portova niza usmjerivača, kako je to rečeno iznad. Ta lista zapisuje se u opcionalni dio zaglavlja paketa; pritom se podaci o svakom izlaznom portu zapisuju kao jedna riječ (od četiri bajta, 32 bita) u opcionalnom dijelu zaglavlja paketa. Paketi se ovdje kreću po unaprijed zadanom putu, ali taj put ne određuju sami usmjerivači (kao kod metode rada sa uspostavljanjem putova) već to čini izvor paketa.

Postoje razne mogućnosti izvorskog usmjeravanja. Jednu takvu mogućnost opisali smo iznad. Dakle, u svakom paketu koji dolazi na njega, usmjerivač čita opcionalni sadržaj njegova zaglavlja (koji je zapisan iza osnovnog zaglavlja) i na osnovu tog sadržaja prosljeđuje paket dalje preko onog izlaznog porta preko kojeg je to odredio izvor paketa sa pripadnim zapisom u opcionalnom dijelu zaglavlja paketa.

Put od izvora do odredišta može prolaziti kroz mnogo usmjerivača; lista izlaznih portova treba sadržavati oznaku (broj) jednog porta za svaki usmjerivač. Pritom lista portova treba biti uređena (i održavana) tako, da svaki usmjerivač zna koji broj porta (sa liste izlaznih portova) se odnosi na njega. To se može postići uređenjem i procesiranjem liste portova na razne načine; na slici 3 .7 prikazana su tri načina na koje se to može učiniti.

1 37


Usta portova u dolazećem paketu

P�

Usta portova u odlazećem paketu

I a I d I e I b I (a) (b) (e)

Slika 3 .7 Procesiranje liste portova

Ovdje je uzeto da svaki usmjerivač uzima odgovarajući port sa liste porto

va i prosljeđuje paket preko svog izlaznog porta koj i nosi taj broj. Da bi ta meto

da funkcionirala, usmjerivač treba pritom promijeniti stanje primljene liste por

tova na način da slijedeći usmjerivač može postupiti na isti način . Slika 3 .7 po

kazuje nekoliko načina kako se to može učiniti. Prva mogućnost je da se listu

rotira, kako to ilustrira primjer sa slike 3.7(a). Ovdje usmjerivač prosljeđuje pa

ket preko svog porta koji je zadan prvim elementom (zdesna) liste portova u do

datnom dijelu zaglavlja paketa kojeg je usmjerivač primio. Pritom usmjerivač

postavlja taj element na kraj liste, čime drugi element postaje prvim elementom

liste, tako da slijedeći usmjerivač može postupiti na isti način. Takav postupak

iziskuje pomak svih elemenata l iste za jedno mjesto naprijed. U svakom slučaju,

na taj način drugi element primljene liste portova postaje prvim elementom l iste

kad taj paket stigne na slijedeći usmjerivač.

Druga mogućnost je da se prvi element l iste iskoristi (na tekućem usmjeri

vaču) i zatim briše s liste, čime drugi element primljene liste portova postaje pr

vim elementom te liste, kako to ilustrira slika 3 . 7(b). Dakle, slijedeći usmjerivač

koji primi paket sa l istom portova, proslijediti će paket isto tako preko prvog

porta sa te liste, ali prvi port na list je sada port "b".

Treća mogućnost je da se lista portova (zapisana u opcionalnom dijelu za

glavlja paketa) ne mijenja, već da se pozicija tekućeg porta određuje jednim po

kazateljem (pointerom); tu mogućnost i lustrira slika 3.7(c). Ovdje usmjerivač

prosljeđuje paket preko onog izlaznog porta na čij i broj pokazuje pointer; pritom

usmjerivač postavlja vrijednost pointera za jedno mjesto niže na listi izlaznih

portova, tako da sljedeći usmjerivač može postupiti na isti način.

1 3 8

3. Mreže sa nei7.ravnim vezama

Treći način rada izgleda najbolj im, iz dva razloga. Prvo, usmjerivač ima malo posla: samo pomiče pointer za jedno mjesto (smanjuje njegovu vrijednost), umjesto da rotira cijelu listu, kao kod prvog načina rada. Drugo, polazna lista portova

stiže neizmij enjena do konačnog odredišta, tako da primatelj paketa može vidjeti

kojim putem je paket putovao do njega. Kod varijante s odbacivanjem prvog elementa liste, koju prikazuje slika 3 .7(b), nije tako; kod te varijante svi portovi sa polazne liste potroše se i odbace putem do odredišta, tako da primatelj paketa ne može znati kojim putem je paket putovao do njega. Podatak o tome kojim putem j e paket stigao do njega, može biti zanimljiv za primatelja iz više razloga. Na primjer, primatelj može poslati odgovor pošiljatelju istim putem.

Kod izvorskog usmjeravanja, pošilj atelj paketa treba poznavati mrežu, odnosno "topologiju mreže", kako se to često kaže, i l i barem onaj dio mreže kojim želi da se njegovi paketi kreću od izvora do odredišta. Jer bez takvog uvida u to

pologiju mreže, pošilj atelj ne bi mogao znati koji usmjerivač treba proslijediti njegove pakete na koji izlazni port. To što kod izvorskog usmjeravanja pošiljatelj paketa treba poznavati topologiju mreže može se smatrati prilično velikim

zahtjevom, pogotovo ako se ta topologija mijenja. Međutim, takve promjene obično nisu česte, i pošiljatelj može saznati za njih, tako da se metoda rada s izvorskim usmjeravanjem može uspješno koristiti (iako se ne koristi puno).

Broj usmjerivača na putu od izvora do odredišta nij e uvijek jednak; to zna

či da lista izlaznih portova nije uvijek jednake dužine. Svaki port sa te l iste zapisan je kao jedan redak opcionalnog (dodatnog) dijela zaglavlja; to znači da se dužina tog dijela zaglavlja mijenja (s brojem portova), čime se mijenja i dužina

zaglavlja kao cjeline. Usmjerivači mogu raditi s paketima promjenljive dužine

zaglavlja, ali općenito, procesiranje takvih paketa je zahtjevnij e nego procesiranje paketa kod kojih su zaglavlja iste veličine i strukture.

Internet protokol omogućava rad (slanje paketa) po metodi izvorskog

usmjeravanja. Izvorsko usmjeravanje može se koristiti i kod mreža koje rade po

metodi uspostavljanja putova. Na taj način, domaćin koji inicira uspostavu puta poručuj e usmjerivačima kuda treba prolaziti njegov budući put. Za izvorsko

usmjeravanje kaže se da može biti striktno ili labavo (loose); potonji način možemo nazvati djelomičnim usmjeravanjem. Kod striktnog izvorskog usmjerava

nja, pošiljatelj zadaje sve usmjerivače na putu od izvora do odredišta; kod laba

vog (djelomičnog) izvorskog usmjeravanja, pošiljatelj zadaje samo neke usmjerivače preko kojih treba voditi put od izvora do odredišta.

Slabost striktnog usmjeravanja je u tome što izvor treba točno poznavati sav put od sebe do odredišta, što u opsežnim mrežama (tipa WAN) općenito nije jednostavno, Slabost metode djelomičnog usmj eravanja je u tome što treba rije

šiti neke dodatne probleme. Prvo treba odrediti na koje se usmjerivače odnose dani portovi sa liste portova, jer ovdje nisu zadani izlazni portovi svih usmjeri-

1 39


vača kroz koje paket prolazi na svom putu. Drugo, ako se zadani portovi ne od

nose na početni neprekinuti niz usmjerivača (na putu), onda treba nekako osigurati da paket dospije na neke od (udaljenih) usmjerivača čiji su izlazni portovi zadani na listi portova. Na primjer, ako je listom zadan izlazni port za neki usrnjerlva<5 Pn, ali ne i za uSl:lljcrivač Pn- l , onda se može dogoditi da usmjerivač Pn-l ne proslij edi paket na usmj erivač Pn, nego nekim drugim putem. Time podatak o izlaznom portu na usmjerivaču Pn postaj e beskoristan, ili štetan ako ga

upotrij ebi neki drugi usmjerivač kojem nije namijenjen.

Opisali smo metodu rada računalne mreže s izvorskim usmjeravanjem pa

keta. Za tu metodu se kaže da može biti korištena kod mreža koje rade po metodi usmjeravanja paketa i kod mreža koje rade po metodi uspostavljanja putova. Primjena te metode ne mijenja bitno temeljne metode rada računalnih mreža;

zadana lista izlaznih portova preuzima ulogu uiblice prosljeđivanj a, a sve ostalo

ostaje uglavnom isto. Za tu metodu rada se isto tako kaže da se koristi relativno rijetko. Jedan od razloga za upotrebu te metode j est taj, da se spriječi da paketi

(podaci) putuju nekim dij elovima (globale) računalne mreže, kojima pošiljatelj ne bi želio da putuju; na primjer, iz sigurnosnih razloga. Jer sadržaji koji putuju

mrežom mogu biti namjerno iskrivljeni na putu, ili mogu biti kopirani. To se može naj lakše učiniti na usmjerivačima kroz koje podaci prolaze; zato pošiljatelj može zahtijevati (izvorskim usmjeravanjem) da njegovi paketi putuju onim dij e

lom mreže (preko onih usmjerivača) kojeg smatra dovoljno sigurnim (pouzdanim) za potrebe prijenosa nekih konkretnih sadržaja.

3.5 Mostovi i prošireni LANovi

U govoru o prijenosnicima obično se pretpostavlja da te jedinice (računala) prosljeđuju i prenose sadržaje u opsežnim (WAN) mrežama. Ali prijenosnici

mogu povezivati i dvije lokalne mreže koje su prostorno blizu jedna drugoj . Takvi prijenosnici su ujedno čvorovi lokalnih mreža koje povezuju. U takvoj

ulozi, isto računalo (prijenosnik) je čvor dviju ili više lokanih mreža koje povezuje, pri čemu u svakoj od tih mreža ima jedinstvenu adresu. Za takvo računalo

kažemo da ima po j edno sučelje prema svakoj od tih lokalnih mreža, pri čemu

na svakom sučelju ima j ednu adresu iz te mreže; u stvari, to je adresa mrežne kartice kojom j e taj prijenosnik vezan na tu mrežu. Na slici 3 .8 dan j e primjer

triju lokalnih mreža koje su povezane jednim prij enosnikom. Takve prijenosnike, koji povezuju lokalne mreže, nazivamo mostovima (bridges). Mrežu koja nastaje povezivanjem više lokalnih mreža (na istom području) pomoću j ednog ili

više mostova, nazivamo proširenim LANom (extended LAN).

1 40


0 1 1 0 1 2 0 13

3

0 31 0 32 0 33

Slika 3 .8 Prošireni LAN

Most se može promatrati kao čvor svake od lokanih mreža koje povezuje, pri čemu taj čvor radi na promiskuitetan način. To ovdje znači da prihvaća sve okvire koji stižu na neki od njegovih sučelja (portova) i prosljeđuje ih preko svih ostalih portova (osim onog preko kojeg su primljeni), što znači u sve lokalne mreže koje spaja. Na taj način, svaki okvir kojeg neki domaćin iz neke lokalne mreže uputi na sabirnicu lokalne mreže u koju spada, stiže u sve lokalne mreže koje tvore dani prošireni LAN, a to znači na svaki od čvorova toga proširenog LANa.

Rad mostova na promiskUitetan način, kakav smo spomenuli iznad, omogućio bi prijenos podataka u proširenom LANu, ali ne bi bio optimalan jer bi mostovi prenosili okvire i u one lokalne mreže u koje ih ne treba prenositi, jer se primatelj na kojeg su ti okviri naslovljeni ne nalazi u tim lokalnim mrežama. Ukratko, da bi most radio na optimalan način, potrebno je da ima svoju tablicu prosljeđivanja na temelju koje može znati u koju lokalnu mrežu valja proslijediti primljene okvire. Na slici 3 .9 dana je tablica prosljeđivanja za most M sa slike 3 .8.

14 1


Domaćin Port

01 1 1

01 2 1 D1 3 1 021 2

022 2

023 2

031 3

032 3

033 3

Slika 3 .9 Mostovi i prosJjeđivanje

Tablice prosljeđivanja za mostove može postaviti administrator mreže, ali te tablice obično stvaraju i održavaju sami mostovi. Mostovi to čine na slijedeći način. Kada most otpočne sa radom, njegova tablica prosljeđivanja je prazna; tada most još ne zna preko kojeg porta vodi put do kojeg domaćina, tako da prispjele okvire prosljeđuje na sve portove (osim na onog preko kojeg su stigli), kako je to objašnjeno iznad. Ali most pritom uči kroz rad, i stečena znanja zapisuje u svoju tablicu prosljeđivanja. Most to čini na temelju adresa u zaglavlju okvira koji stižu na njega. Ta zaglavlja sadrže adresu pošiljatelja i adresu primatelja; ako je okvir od pošiljatelja D32 stigao na port 3 mosta M, onda most M zapisuje u svoju tablicu prosljeđivanja jedan redak koji stoji da okvire koji stižu na taj most i koji su upućeni na adresu domaćina D32, treba (ubuduće) proslijediti samo na port 3. Jer ako okviri koji su poslani od D32 stižu na port 3, to znači da se domaćim D32 nalazi "na toj strani" proširenog LANa i da okvire koji su adresirani na tog domaćina treba prosljeđivati samo na taj izlazni port, a ne i na ostale portove.

Na temelju pripadnog zapisa (retka) u tablici prosljeđivanja (slika 3 .9), most M zna da okvire koji stižu na njegov port 3 i koji su naslovljeni na domaćina D32, ne treba prosljeđivati nikud. Jer ti okviri su poslani sa nekog čvora onih LANova koji su vezani na M preko porta 3 ; na toj strani proširenog LANa nalazi se i čvor (domaćin) D32, tako da oni okviri koji stižu na M i koji su adresirani na D32, su već stigli do čvora D32. Nadalje, most M je naučio (to jest, zapisao u svoju tablicu prosljeđivanja) da okvire koji stižu na bilo koji od njegovih portova (osim porta 3) i koji su adresirani na domaćina D32, treba proslijediti samo na port 3, jer taj port vodi u lokalnu mrežu (ili prema mreži) u kojoj se nalazi domaćin D32. Okvire koji su upućeni tom domaćinu nema potrebe (ni smisla) prosljeđivati u druge lokalne mreže danog proširenog LANa.

Na taj način, mostovi nauče sve što trebaju znati o svim domaćinima iz lokalnih mreža koje povezuju u jednu proširenu lokalnu mrežu - pod uvjetom da ti

142


domaćini šalju podatke (okvire). Jer bez toga, mostovi ne mogu saznati gdje se pojedini domaćini nalaze. O onim domaćinima koji još nisu slali podatke, mostovi ne znaju ništa. Kad na neki most stignu okviri koji su adresirani na nekog takvog domaćina za kojeg taj most nema podataka u svojoj tablici prosljeđivanja, onda taj most postupa prema osnovnom načelu svog rada: dakle, prosljeđuje te okvire preko svih svoj ih portova osim preko onog na kojeg su ti okviri stigli. Na taj način okviri će sigurno stići i u onu lokalnu mrežu u kojoj se nalazi domaćin na kojeg su adresirani, ali će stići i u druge lokalne mreže u kojima se taj domaćin ne nalazi. Međutim, most ne može znati točno kamo bi trebalo proslijediti okvire koji su naslovljeni na domaćina koji još nije slao podatke (okvire).

Dakle, poželjno je da mostovi znaju koji port vodi prema kojem domaćinu, jer se na taj način optimizira ukupni promet (prijenos) okvira u proširenoj lokalnoj mreži. Ali ako to znanje mostova nije potpuno, prošireni LAN će svejedno raditi ispravno, iako ne na optimalan način, jer će izvoditi i nepotrebne prijenose okvira u neke lokalne mreže u koje te okvire nije potrebno prenositi.

Zapisi u tabliei prosljeđivanja zastarijevaju; ne sami po sebi, već odlukom onog koji j e napravio (ili postavio) programe koji upravljaju radom mostova. Svaki redak tablice prosljeđivanja sadrži podatak TTL (time to live; preostalo vrijeme života); j edan proees na mostu periodički čita redom zapise (redove) u tablici prosljeđivanja i smanjuje vrijednost TIL u svakom od tih zapisa (redaka); pritom one retke čija je vrijednost (smanjenjem) pala na nulu, briše iz te tabliee. Takva brisanja izvode se zato što se smatra da zapisi o pojedinim čvorovima zastarijevaju, u smislu da mogu postati netočni. Podaci mogu zastarjeti tako, da neki čvorovi (domaćini) promijene adresu (to jest, mrežnu kartieu), ili da se uključe u drugu lokalnu mrežu. Neki čvor može prijeći u drugu lokalnu mrežu bez da promijeni fizičku lokaciju; dovoljno je da se spoj i na sabirnieu (ili u prsten) druge lokalne mreže koja se nalazi u istom fizičkom prostoru. Nisu nam poznati statistički podaci o tome koliko često se događaju takve promjene u praksi. U svakom slučaju, brisanjem jednog zastarjelog retka u tablici prosljeđivanja nekog mosta, jedan domaćin (iz neke lokalne mreže) postaje nepoznat tom mostu. Takav domaćin postati če ponovno poznat tom mostu onda kad bude ponovno slao okvire koji stižu do tog mosta.

U kontekstu opisanog načina održavanja tablica prosljeđivanja na mostovima, svaki put kad na most stigne okvir kojeg šalje neki domaćin za kojeg postoji ("živ") zapis u tablici prosljeđivanja toga mosta, onda se u tom zapisu (retku) postavlja TTL na maksimalnu (početnu) vrijednost. Jer ne bi imalo smisla dopustiti da vrijeme života zapisa istekne za one domaćine koji slanjem podataka (okvira) potvrđuju valjanost toga zapisa. Dakle, domaćini potvrđuju na mostovima podatke o sebi tako, da šalju podatke u prošireni LAN, koji (podaci) stižu na te

mostove. Svaki most sprječava zastarijevanje (i brisanje) svog zapisa o poziciji domaćina Di tako, da obnavlja vrijeme života toga zapisa svaki put kad okvir sa domaćina Di stigne na taj most. Teško je reći koliko je opravdano brisanje zapisa u

1 43


tablicama proslj eđivanja o onim domaćinima koji ncko vrijeme ne šalju podatke i koliko bi trebalo biti vrijeme života zapisa o položaju pojedinog domaćina. Jer činjenica da neki domaćin nije slao podatke tri sata ili tri dana, ne znači da je promijenio svoj položaj u proširenom LANu; a ako to nije učinio, onda zapis o njegovom položaju može biti star, ali. ni.je zastario jer je i dalje točan.

Dakle, prema onome što smo do sada rekli o mostovima i proširenim lokalnim mrežama, mostovi ne moraju znati pozicije svih domaćina da bi proširena lokalna mreža radila ispravno. Ali most koji ima dobru (potpunu) tablicu prosljeđivanja izvodi prijenos podataka u proširenoj lokalnoj mreži na optimalan

način, kako je to objašnjeno iznad. Međutim, opisani način rada proširenih lokalnih mreža može dovesti do

nekih problema kada takve mreže imaju određenu strukturu. U takvim slučajevima, struktura mreže i nepostojanje zapisa o položaju nekog domaćina (u tablicama prostjeđivanja na mostovima), mogu dovesti do trajnog kruženja okvira u proširenom LANu, a time i do zastoja u njegovu radu. Primjer j edne proširene lokalne mreže problematične strukture dan je na slici 3 . 1 0.

Slika 3 . 1 0 Prošireni LAN sa petljama

144


Ukratko, problem može nastati u situaciji kad u proširenoj lokalnoj mreži postoji petlja, jer se može dogoditi da se u takvoj petlji neki okviri trajno kreću i time onemogućuju rad nekih lokalnih mreža, odnosno proširene lokalne mreže kao cjeline. Na primjer, uzmimo da domaćin 083 iz lokalne mreže L8 nije slao podatke duže nego što iznosi T T L vrijeme u tablicama prosljeđivanja na mostovima sa slike 3 . 1 0. To znači da ti mostovi u svojim tablicama prosljeđivanja više nemaju podataka o poziciji tog domaćina. Ako sad neki domaćin iz lokalne mreže L4 počne slati okvire domaćinu 083 onda će ti okviri trajno kružiti proširenim LANom sa slike 3. 1 0 i usput izazivati sudare. Pogledajmo kako dolazi do takvih kruženja.

Kad okviri iz mreže L4 adresirani na 083 stignu na most M3, taj most ne zna na kojoj strani (portu) se nalazi domaćin 083; zato M3 prosljeđuje te okvire dalje preko svih svojih portova, osim preko onog preko kojeg je te okvire primio. Dakle, M3 prosljeđuje te okvire u mreže L 7, LS i L2. Stigavši u L 7, okviri

stižu i na most M4 jer je taj most jednim svojim sučeljem čvor mreže L 7, kako je to ranije objašnjeno. Most M4 ne zna gdje se nalazi 083 jer nema zapisa o tom domaćinu u svojoj tablici prosljeđivanja. Zato M4 prosljeđuje primljene

okvire na sve svoje portove (osim na onog preko kojeg su stigli). Na taj način okviri stižu u mrežu L8 i time na domaćina 083 na kojeg su adresirani.

Međutim, put okvira adresiranih na 083 nije time završen. Naime, stigavši

u L8, okviri za 083 stižu i na most MS koji jednim sučeljem čvor mreže L8. Most MS ne zna gdje se nalazi 083 jer nema zapisa o 083 u svojoj tablici prosij eđivanj a. Zato MS prosljeđuje te okvire na sve svoje portove osim na onog preko kojeg ih je primio; ovdje je to port koji vodi u mrežu LS. Stigavši u mrežu LS, okviri stižu i na most M3 koji je čvor od LS. Most M3 i dalje ne zna gdje se nalazi 083, tako da te okvire prosljeđuje preko svih portova osim preko onog porta preko kojeg su stigli; dakle, upućuje ih u mreže L2, L4 i L 7 . Na taj način

okviri ponovno kreću na put preko L 7 i vraćaju se petljom na M3. Dakle, okviri upućeni domaćinu 083, koji nije slao duže od T T L vremena,

tako da mostovi nemaju podataka u svojim tablicama o lokaciji toga domaćina, trajno bi kružili petljom koju tvore mostovi M3, M4 i M5. Jednako kruženje odvijalo bi se i u pctlji koju tvore mostovi M3, M l i M2. Takva kruženja sp!ječavaju se tako, da se odstrane sve petlje u proširenoj lokalnoj mreži. To se obično može učiniti na više načina; u proširenoj lokalnoj mreži sa slike 3. 1 0, petlje se

mogu ukinuti tako, da se isključe mostovi M l i M4, kako je to pokazuje slika 3. 1 1. Te petlje mogu se prekinuti i tako, da se prekinu veze (deaktiviranjem portova) između mosta M3 i lokalne mreže L4, te između mosta M3 i lokalne mreže L5, kako to pokazuje slika 3. 1 2. Prva varijanta čini se boljom, jer je u drugoj varijanti put između LANova L4 i L5 izrazito dug.

1 45


L1

L2

L5 L7

LS

Slika 3 . 1 1 Prošireni LAN bez petlj i

1 46


L1

LS

Slika 3 . 1 2 Prošireni LAN bez petlji

Prekidanje petlj i treba biti izvedeno na način da se sačuva cjelovitost proši

rene lokalne mreže; to ovdje zGači da se sačuva mogućnost komunikacije izme

đu svih domaćina iz lokalnih mreža koje tvore tu proširenu lokalnu mrežu.

Konkretno, prekidanje petlji u proširenom LANu treba izvesti na takav način da

se mrežnu strukturu proširenog LANa zamijeni sa jednim stablom koje je pod

struktura te mrežne strukture. Na primjer, kod proširenog LANa sa slike 3 . 1 0,

petlje se mogu odstraniti isključivanjem mostova M l i M4. Time će struktura

polaznog proširenog LANa biti reducirana na jednu njegovu podstrukturu. Bitna razlika između tih dviju struktura je u tome što je polazna struktura tipa mreža,

dok je reducirana struktura tipa stablo. Osnovna razlika između strukture mreže i strukture stabla je u tome što kod mreže postoji više putova između dvaju čvorova, dok kod stabla postoji samo jedan put između svaka dva čvora. Zato kod

mrežnih struktura mogu postojati petlje (i kruženja okvira), dok kod stablastih struktura nema petlj i ni kruženja okvira. Ali u strukturi stabla, nastaloj reducira-

147


njem polazne strukture, sačuvan je put (veza) između svaka dva domaćina iz polazne proširene lokalne mreže.

Dakle, prekidanjem petlji, mrežna struktura polaznog proširenog LANa svodi se na strukturu stabla; pritom se stablo koje nastaje na taj način naziva stablom prernoš.!':enja (spanning tree). Jer to stablo povezuje mostovima (premošću

je) sve LANove koji tvore polazni prošireni LAN, ali stablo to čini na takav na

čin da između svaka dva domaćina Dij i Dkl iz proizvoljnih LANova Li i Lk postoji samo jedan put.

Ovdje se nameću dva pitanja. Prvo, zašto su uspostavljene petlje u proširenom LANu kad petlje ne smiju postojati? Drugo, tko i kako odlučuje o tome što treba odstraniti da bi se mrežna struktura proširenog LANa koji sadrži petlje, prevela u strukturu stabla premošćenja? Kao odgovor na prvo pitanje navodi se da proširenom lokalnom mrežom može upravljati (administrirati) više ljudi, tako da do uspostavljanja petlje može doći nehotice ili slučajno. Da bi se takva greška mogla dogoditi, u proširenom LANu trebaju postojati redundantni (nepotrebni) mostovi i veze, koje onda netko može greškom aktivirati. Takvi redundantni elementi mreže obično postoje kao rezerva koja se može aktivirati u slučaju pada nekog od aktivnih mostova, ili prekida neke od aktivnih veza.

Petlju može prekinuti mrežni administrator, isključenjem nekih mostova il ili veza, kako je to objašnjeno iznad za prošireni LAN sa slike 3 . 10. Međutim, pitanje prekidanja petlje, bez obzira kako je nastala, obično rješavaju sami mostovi. Na mostovima koji uspostavljaju jedan prošireni LAN izvodi se jedan distribuirani proces (algoritam, program) čij i je zadatak da otkrije pojavu petlje u proširenom LANu i da tu petlju prekine deaktiviranjem određenih elemenata (mostova, veza) tog proširenog LANa. Taj distribuirani proces naziva se algoritmom stabla premošćenja jer danu mrežnu strukturu proširenog LANa reducira na strukturu stabla premošćenja, koja je podstruktura (to jest, dio) polazne mrežne strukture tog proširenog LANa. Moguće učinke tog distribuiranog procesa koji se izvodi na mostovima proširenog LANa sa slike 3 . 1 O prikazuju slike 3. l ] i 3. 12. Strukture mreža sa tih dvij u slika su podstrukture mreže sa slike 3. 10.

Proces (algoritam) koji oblikuje stablo premošćenja, izvodi se na mostovima. Taj proces iziskuje razmjenu podataka između mostova, na temelju kojih mostovi mogu doći do "zajedničkog rješenja" na koji način treba prekinuti petlju i oblikovati stablo premošćenja u nekoj danoj situaciji. Distribuirani proces koji vodi računa o tome da prošireni LAN uvijek ima strukturu stabla, je stalno aktivan na mostovima. Pojam distribuirani proces ovdje znači da se dijelovi procesa koji dovodi do konačne konfiguraeije stabla premošćenja izvode na različitim mostovima.

Mostovi i veze (portovi) koji su isključeni u procesu oblikovanja nekog stabla premošćenja, ostaju fizički prisutni u tom proširenom LANu. Ti mostovi i veze mogu biti ponovno uključeni (aktivirani) ako neki od aktivnih mostova ili

148


veza zakažu (pokvare se). Kod nastanka kvarova, algoritam (proces tvorbe) stabla premošćenja treba reagirati i aktivirati neke od isključenih mostova i/ili veza (portova), i tako uspostaviti novo stablo premošćenja, i time ujedno sačuvati cjelovitost proširenog LANa. Dakle, one elemente mreže koje je algoritam isključio u jednom procesu tvorbe stabla premošćenja, algoritam može ponovno uključiti kod slijedećeg procesa tvorbe novog stabla premošćenja.

Proces tvorbe stabla premošćenja izgleda jednostavnim za onog tko izravno vidi strukturu proširenog LANa. Jer načelo oblikovanja takvog stabla je jednostavno: treba prekidati petlje i sačuvati povezanost svih čvorova u danom proširenom LANu. Međutim, da bi mostovi "vidjeli" strukturu mreže potrebno je da međusobno razmijene znatnu količinu podataka, na temelju kojih mogu utvrditi strukturu (topologiju) danog proširenog LANa. Mostovi međusobno razmjenjuju podatke i upite, na temelju kojih svaki most odlučuje što on treba učiniti da bi zajednička aktivnost svih mostova dovela do uspostave optimalnog stabla premošćenja. Pojedinostima toga procesa (algoritma) ne trebamo se ovdje baviti. Bitno je znati da takav distribuirani proces treba stalno raditi na mostovima, jer prošireni LANovi ne smiju sadržavati petlje, već trebaju imati strukturu stabla.

U proširenom LANu postoji mogućnost broadcast i multicast slanja. Kod broadcast slanja svaki most prosljeđuje okvire (koji nose broadcast adresu) preko svih svojih portova, osim onog na kojem je te okvire primio. Okviri koji su upućeni na neku multicast adresu obično se prenose na isti način kao i kod broadcast prijenosa, iako se time stvara mnogo nepotrebnog prometa. Jer na taj način svaki okvir stiže na svakog domaćina u proširenom LANu, iako nijedna multicast adresa ne obuhvaća sve domaćine, pogotovo ne sve domaćine u većim proširenim LANovima. Dakle, okviri koji su poslani na neku mu1ticast adresu proširenog LANa stižu na sve domaćine u toj mreži; te okvire onda preuzimaju (kopiraju) samo oni domaćini koji su članovi grupe čija je to multicast adresa.

Proces multicast slanja u proširenim LANovima može se definirati na optimalniji način sa stanovišta prijenosa, ali bi to iziskivalo održavanje nekih dodatnih znanja (podataka) na mostovima. Na temelju tih znanja, mostovi bi odlučivali treba li prenositi u neku lokalnu mrežu okvire koji su upućeni na neku multicast adresu. Na primjer, čini se da ako nijedan domaćin iz nekog LANa nije član grupe čiju multicast adresu nose neki okviri, onda te okvire ne bi trebalo prosljeđivati u taj LAN. Međutim, to ne mora biti tako, jer preko tog LANa okviri mogu stizati do nekog drugog LANa u kojem neki domaćini jesu članovi dane grupe. To čini proces selektivnog prosljeđivanja okvira sa multicast adresama relativno zahtjevnim, tako da se ti okviri obično prenose u sve LANove i na sve domaćine, kao kod broadcast slanja.

Prošireni LAN obično se sastoji od LANova koji su iste vrste, ili imaju jednake osnovne elemente okvira, kao što su adrese. Na primjer, prošireni LAN može se sastojati od više lokalnih mreža tipa Ethernet, ili od više lokalnih mreža

1 49


tipa Standard 802.5 (Token Ring). Ali mostovi mogu povezivati LANove tipa Ethernet i tipa Standard 802.5, j er te dvij e vrste LANova imaju adresna polja jednake veličine (48 bitova). Dakle, isti prošireni LAN može sadržavati LANove različitih vrsta, ali njihovi okviri trebaju imati jednake adresne prostore. Mogući učinci drugih sličnosti i razlika u strukturi okvira ne spominju se. M.eđutim, povezivanje lokalnih mreža različitih vrsta u j ednu proširenu lokalnu mrežu ne čini se neophodnim i vjerojatno nije uobičajeno.

Maksimalan broj LANova u proširenom LANu nij e zadan precizno; kaže se da prošireni LAN može sadržavati "desetak" ili "nekoliko desetaka" LANova. Ali s porastom broja LANova u proširenom LANu, javlja se niz problema koji se obično ne jaVljaju u j ednom LANu. Glavna odlika proširenih LANova je ta, što omogućavaju komunikacij u između domaćina koji spadaju u različite lokalne mreže. Međutim, ostvarenje te mogućnosti popraćeno je sa nekim problemima. Na primjer, veličina zadržavanja (RTT) u nekoj lokalnoj mreži je poznata. Kod proširenog LANa zadržavanje općenito nije poznato, j er to vrijeme zavisi od toga preko koliko lokalnih mreža i mostova vodi put od jednog domaćina do drugog. Neki mostovi na tom putu mogu biti zagušeni i odbacivati okvire, što se u lokalnim mrežama ne događa. Ukratko, prošireni LANovi pružaju jednu veliku pogodnost (povezuju LANove) koja je popraćena sa nekim nepovoljnim posljedicama. Nepovoljni učinci povezivanja LANova smanjuju se tako, da se smanji broj LANova koj i se povezuju u jedan prošireni LAN.

Unutar jednog LANa koji povezuje aktivnosti i ljude unutar jedne organizacijske jedinice, broadcast slanje (to jest, slanje iste poruke na sve domaćine) je često opravdano i potrebno. U proširenom LANu, mostovi prenose broadcast poruke iz jednog LANa u sve LANove i time na sve domaćine u tom proširenom LANu. Sa porastom broja LANova koje obuhvaća jedan prošireni LAN, opada vjerojatnost da će broadcast poruke biti zanimlj ive (relevantne) za znatan dio domaćina proširenog LANa na koj e te poruke stižu. Taj problem (i neke druge) nastojalo se rij ešiti podj elom proširenog LANa na više segmenata, odnosno virtualnih LANova.

Segmenti i virtualni LANovi definiraju se na mostovima; jedan virtualni LAN može obuhvaćati više segmenata. U ovakvom mrežom sustavu (proširenom LANu), mostovi prenose okvire samo unutar pojedinih virtualnih LANova, a ne između njih. Time j e ujedno ograničeno kretanje broadcast poruka na prostor jednog virtualnog LANa, odnosno na segmente koji tvore taj virtualni LAN. Takvom podjelom polaznog proširenog LANa na više virtualnih LANova nije sasvim izgubljena mogućnost komunikacije unutar cijelog proširenog LANa; u stvari, bez takve mogućnosti, to više ne bi bio jedan prošireni LAN. Na mostovima se može mijenjati (redefinirati, ukidati) podjele na segmente i virtualne LANove, čime se ujedno oblikuju različite mogućnosti komunikacije u prostoru cijelog polaznog (fizičkog) proširenog LANa.

1 50


3.6 Prij enosni sustav ATM

Za sustav ATM (asynchronous transfer mode) se obično kaže da je "connection-oriented" i "packet-switched". To ne izgleda sasvim jasno. Prvo svojstvo sugerira da je to vezno orijentiran sustav (connection-oriented), koji radi po metodi uspostavljanja virtualnih putova. Drugo svojstvo sugerira da je to sustav koji radi po metodi usmjeravanja paketa (packet-switched). Mrežui sustav ne može raditi prema oba načela istodobno, jer ako sustav uspostavlja put, onda se paketi (okviri) kreću tim putem, bez dodatnih usmjeravanja; ako pak sustav radi po metodi usmjeravanja paketa, onda da u njemu nema zadanih putova.

ATM sustav radi po metodi uspostavljanja virtualnih putova; dakle, za taj sustav može se reći da je "connection-oriented". Pritom prvi (signalni) paket (okvir) sa koj im se uspostavlja jedan put, biva proslijeđen od izvora do odredišta po metodi usmjeravanja paketa, kako je to objašnjeno u odjeljku 3.3. Sve ostale jedinice podataka (paketi, okviri) iz tog prijenosa podataka zatim putuju tim virtualnim putem od izvora do odredišta. U tom kontekstu, naVođenjem svojstva "packet-switched" vjerojatno se hoće reći da se virtualni put od izvora do odredišta uspostavlja usmjeravanjem (i prosljeđivanjem) signalnog paketa od izvora do odredišta. Dakle, put nije nnaprijed zadan i ne postavlja se ručno (izravno), već se to čini jednim posebnim (signalnim) paketom; prijenosnici usmjeravaju taj paket prema njegovu odredištu, pri čemu ujedno definiraju jedan virtualni put (u svojim tabl icama virtualnih putova), kako je to objašnjeno u 3 .3 .

Proces uspostavljanja virtualnog puta naziva se signaliziranjem. U ATM sustavu taj proces definiran je protokolom koji nosi oznaku Q.293 1 . U procesu nalaženja (i uspostave) puta, signalni paket pokušava rezervirati određene kapacitete (propusnost) na prijenosnicima koji ga prosljeđuju prema odredištu. Pored propusnosti, mogu se definirati i druga svojstva nekog puta, kao što je stalnost (stabilnost) protoka, koja je bitna kod izravnih komunikacija, poput telefonskog govora. Ta mogućnost unaprijednog osiguravanja određenih performansi puta i svojstava prijenosa koji se njime odvija, je jedna od glavnih dobrih osobina sustava koji rade po metodi uspostavljanja virtualnih putova. Na taj način može se osigurati određena svojstva (kvalitetu) nekog prijenosa podataka, odnosno komunikacije. To spada u problematiku osiguravanja kvalitete usluga mrežnog sustava (quality of service QoS), o čemu govorimo u kasnijim poglaVljima.

ATM sustav može prenositi razne sadržaje i razne jedinice podataka, pa tako i lP pakete. Ali ATM ne spada u sustave fizičke razine prijenosa; njegove j edinice podataka (koje se zovu ćelije) mogu prenositi razni sustavi fizičke razine prijenosa, ali ATM obično za to koristi sustav SONET, kojeg smo ukratko opisali u prethodnom poglavlju. S obzirom da se ATM sustav nalazi iZlTIeđu mrežnog sloja (na primjer, lP sloja u Internetu) ijizičkog sloja (na primjer, sustava SONET), može se reći da prema OSI modelu računalne mreže, ATM (kao prijenosni sustav) radi na razini sloja veze podataka. Ali u opisu ATM sustava to

1 5 1


nije eksplicitno rečeno. Općenito, striktne podjele elemenata i prijenosnih sustava na određene razine modela mrežnog sustava mogu biti problematične, zato što postoji više modela računalne mreže, kao i zato što se isti prij enosni sustavi mogu naći u raznim ulogama u raznim računalnim mrežama.

Ako smo sustav ATM načelno smjestili na razinu veze podataka, onda bismo jedinice podataka koje se prenose u tom sustavu trebali zvati okvirima. Međutim, u ATM sustavu, te se jedinice nazivaju ćelijama (cells). Ćelije su fiksne dužine koja iznosi 53 bajta; dakle, prilično su male (kratke). Pritom je zaglavlje ćelije dugo 5 bajtova, a tijelo (koristan teret) ima 48 bajtova. Nadalje, kod nekih načina rada ATM sustava, još 4 bajta iz tijela ćelije troši se na upravljačke zapise, što daje nepovoljan razmjer između veličine upravljačkog dijela ćelije i dijela korisnog tereta, to jest 9 (5+4) bajtova naprama 44 bajta. O tom problemu biti će još riječi kasnije.

Problematika dužine jedinica podataka j e opsežna i s njom se ovdje ne možemo podrobnije baviti. U tom kontekstu, postoje četiri osnovne mogućnosti (ili tendencije): jedinice podataka mogu biti fiksne dužine, ili promjenljive dužine; jedinice mogu biti relativno duge, ili relativno kratke. Svaka od tih mogućnosti ima neke prednosti i neke slabosti; konkretan odabir svojstava (strukture) jedinica podataka u nekom prijenosnom sustavu je uvijek rezultat više čimbenika, kao i nekih kompromisa.

Ako su jedinice podataka fiksne dužine, onda j e općenito jednostavnije definirati i izraditi proces (program) koji te j edinice podataka obrađuje. Pritom obrada može značiti prosljeđivanje, sabiranje u jednu jedinicu podataka više razine (što obično rade mrcžne kartice) i slično. Fiksna dužina jedinica podataka j e posebno poželjna kad s u procesi koji te jedinice obrađuju realizirani hardverski. Jer je znatno j ednostavnije definirati hardverski sklop koji procesira jedinice fiksne dužine, nego hardverski sklop koji izvodi isti proces sa jedinicama podataka varijabilne dužine. Hardverska realizacija procesa je općenito poželjna, jer su hardverski realizirani procesi znatno brži od softverskih realizacija istih procesa. Postoji više razloga za to; na primjer, kod hardverske realizacije procesa nije potrebno prenositi (iz memorije) i interpretirati programske naredbe; proces j e "zapisan" u hardveru, koji ga izvodi na taj način što za primljene ulaze proizvodi određene izlaze. Kod računalnih mreža poželjno je da se čim više procesa na prijenosnicima realizira hardverski, j er se na taj način postižu veće brzine prosljeđivanja jedinica podataka.

Dakle, fi ksna dužina jedinica podataka olakšava hardversku realizaciju procesa, što pak omogućava veće brzine prijenosa, odnosno veće propusnosti veza. S druge strane, ako je sadržaj koji se treba prenijeti kraći od jedne j edinice podataka fiksne dužine, onda se ostatak tijela takve jedinice mora ispuniti nekom "ispunom" (padding), što znači da se tada mrežom prenose nekorisni nizovi bitova. Takav slučaj događa se kad primatelj potvrđuje primitak neke j edinice podataka;

takve potvrde su obično kratke; kod nekih načina rada mogu se svesti samo na jedan bajt ili bit.

1 52


Kraće jedinice podataka omogućuju bolje upravljanje redovima čekanj a na ulazima prij enosnika, a time i postizanje bolje kvalitete usluga. Ukratko, onu jedinicu podataka koju je prijenosnik počeo prosljeđivati na neki svoj izlazni port, prijenosnik treba proslijediti do kraja. Ako na prijenosnik stigne neka j edinica podataka visokog prioriteta u trenutku kad je prijenosnik počeo slati neku jedinicu, onda prispjela jedinica mora čekati dok prijenosnik ne završi sa slanjem one jedinice koju je upravo počeo slati (prosljeđivati). Ako je jedinica podataka P koju je prij enosnik počeo slati duga 5300 bajtova, onda će proces njena prosljeđivanj a trajati sto puta duže nego da j e jedinica bila duga 53 bajta. To znači da će prispjela jedinica (visokog prioriteta) morati čekati sto puta duže (da bude proslij eđena) nego što bi bila čekala da j e jedinica P bila duga 53 bajta. Inače. prij enosnici procesiraju (proslj eđuju) veći broj j edinica podataka paralelno, ali taj broj je uvijek ograničen, tako da se opisani problem čekanja javlja i kod paralelnog procesiranj a (prosljeđivanja).

Iznad rečeno ne znači da j edinice podataka trebaj u biti čim kraće, a pogotovo ne da trebaju biti duge upravo 53 bajta, kako što je to odabrano u ATM sustavu. Ako su j edinice podataka kraće, onda se za prij enos iste količine informacijskog sadržaja mora prenijeti i procesirati veći broj jedinica podataka. Nadalje, kod kraćih jedinica podataka, za prij enos istog informacijskog sadržaja prenosi se veći broj zaglavlja tih j edinica, što znači i veću količinu sadržaj a koji j e nekoristan sa stanovišta korisnika usluge prij enosa. Kod kratkih jedinica podataka, kao što su to ATM ćelije, omjer broja upravljačkih baj tova i broja bajtova korisnog tereta može postati izrazito nepovoljan.

Na izbor jedinice podataka (ćelij e) u ATM sustavu bitno je utjecalo to, što je taj sustav isprva razvijan za prijenos digitaliziranog glasa u telefonij i; dakle, za prijenos telefonskog razgovora. Standardni proces digitalizacije glasa izvodi se uzorkovanjem frekvencijom od 8 KHz, pri čemu se svaki uzorak zapisuje sa 8 bitova. Za izravni prijenos takvih zapisa potrebna je veza propusnosti 64 Kbps. Dakle, uzima (snima) se uzorak glasa 8 tisuća puta u sekundi i svaki uzorak zapisuje se sa 8 bitova, što znači da za prijenos tako digitaliziranog govora treba prenositi 64 tisuće bitova u sekundi. Uzorkovanje glasa kakvo je opisano iznad (8 tisuća puta u sekundi) znači da se uzima j edan uzorak svakih 1 25 mikrosekundi; svaki takav uzorak zapisuje se jednim bajtom.

U tom kontekstu postavlja se pitanje koliko bajtova se može "sakupiti" u j ednu j edinicu (ćeliju) prije nego se tu j edinicu pošalj e primatelju? Ako se čeka da se skupi puno baj tova, onda će to dovoditi do velikog kašnjenja između trenutka izgovora (neke riječi) i trenutka reprodukcije (te riječi) na strani slušatelja. Nakon mnogo rasprava (i uzimajući u obzir i druge čimbenike) odlučeno je da jedinica podataka ima 48 bajtova tereta. što sa 5 bajtova zaglavlja daje ukupnu dužinu ATM ćelije od 53 bajta. Dakle, kod prijenosa digitaliziranog glasa ATM sustavom, svaka ćelija nosi 48 uzoraka glasa; ako se uzorak uzima svakih 1 25 mikrosekundi, onda to znači da svaka ćelij a nosi zapis od 6 milisekundi glasa

1 53


( 125 X 48 = 6000 mikrosekundi). To izgleda prilično malo, tako da omogućava brzu reprodukciju glasa na strani primatelja. Inače, postojao je prijedlog (zahtjev) da ćelija ima 64 bajta tereta, i prijedlog da ima 32 bajta tereta; broj 48 nalazi se točno na pola puta izmedu ta dva prijedloga, tako da je taj broj usvojen kako kompromisno rješenje izmedu spomenuta dva prijedloga. Kako je već rečeno, čim više bajtova se prenosi u jednoj ćelij i, tim povoljnij i je omjer izmedu broja bajtova korisnog tereta i broja upravljačkih bajtova (zaglavlja). S druge strane, što se manje bajtova skuplja u jednu ćeliju, toliko manje može biti kašnjenje izmedu trenutka izgovora i trenutka reprodukcije (na strani primatelja), što onda omogućava normalan razgovor.

ATMćelija

Postoje dvije vrste (ili dva formata) ATM ćelija; obje vrste su iste dužine, ali se donekle razlikuju u strukturi zaglavlja. Prva vrsta naziva se UNI (usernetwork interface) i koristi se u prijenosu sadržaja izmedu jednog korisnika i ATM mreže. Druga vrsta ćelije naziva se NNI (network-network interface) i koristi se za prijenos sadržaja izmedu dviju ATM mreža. Razlika izmedu tih dvaju formata je mala i za ovaj prikaz nije naročito važna. Na slici 3 . 1 3 dana je struktura (format) ATM ćelije tipa UNI.

4 8 1 6 3 8 384

GFC VPI VCI Tip I CLP I HEC Tijelo fl Slika 3 . 1 3 Struktura ATM ćelije

Zaglavlje ATM ćelije ima 5 bajtova, odnosno 40 bitova, a tijelo 48 bajtova, odnosno 384 bita. Polje GFC (general flow control) ne opisuje se podrobno, uz napomenu da se malo koristi. Za to polje je rečeno da ima "lokalnu ulogu", koja se svodi na upravljanje pristupom mediju u onim situacijama kad neki korisnik pristupa ATM sustavu preko nekog zajedničkog medija; dakle, preko medij a sa višestrukim pristupom, kojeg može istodobno (pokušati) koristiti više korisnika. Takvo načelno objašnjenje je ovdje dovoljno, jer to polje nije naročito značajno u okviru govora o ATM sustavu. Kod ćelija tipa NNI to polje ne postoji ; kod tih ćelija, prva četiri bita zaglavlja tvore dio oznake virtualnog puta, koja slijedi.

Slijedeća 24 bita zaglavlja UNI ćelije sadrže oznaku virtualnog puta kojim se ćelij a kreće; kod ćelija tipa NNI, ta bi oznaka trebala biti 4 bita duža, iz razloga kojeg smo naveli iznad. Oznaka virtualnog puta dijeli se na dva dijela; kod UNI formata sa slike 3 . 1 3, prvi dio ima 8 bitova, a drugi dio ima 1 6 bitova. Prvi dio naziva se oznakom (označiteljem ili identifikatorom) virtualnog puta (virtual

1 54


path identifier), a drugi dio oznakom virtualnog kruga (virtual circuit identifier). Ti nazivi nisu naročito dobri zato što se cjelina (virtualni put; virtual path) naziva jednako kao i njen prvi dio. Ukratko (i načelno govoreći), VPI označava dio puta do neke udaljene mreže, a VeT označava put u toj mreži do odredišnog čvora. Dakle, mogli bismo reći da se oznaka jednog virtualnog puta kao cjeline sastoji od oznake globalnog dijela toga puta (VPI) i od oznake lokalnog dijela toga puta (VCI). Takva objašnjenja uopćavaju stvari, tako da nisu uvijek prikladna, ali ujedno ukazuju na suštinu stvari.

Polje Tip ima tri bita. Ako je prvi bit postavljen na "l ", onda je to okvir sa upravljačkim sadržajem; tada slijedeća dva bita imaju određena značenja upravljačke vrste. Ako je vrijednost prvog bita "O", onda ćelija nosi korisničke podatke; tada je drugi bit namijenjen sustavu (protokolu) za sptječavanje zagušenja preklopnika. Kada se prijenosnik približava stanju zagušenosti, onda postavlja taj bit na " 1 " i time obavještava primatelja ćelija o svom trenutnom stanju; primatelj treba tada obavijestiti pošiljatelja (obično u povratnim porukama o primitku ćelija) da uspori slanje, i da se tako izbjegne zagušenje. O tome će biti više govora u kasnijim poglavljima. Treći bit ima jednu posebnu ulogu koja ovdje nije važna.

Polje CLP (cell loss priority) označava koje ćelije prijenosnik treba odbacivati, ako se nalazi pred zagušenjem. Bitovna vrijednost " 1 " označava da ta ćelija spada među one koje treba odbacivati prve, ako se nešto mora odbacivati. Vrijednost toga bita može postavljati sustav pošiljatelja, ili pak neki čvor (prijenosnik) u mreži. Kod prijenosa video sadržaja, neki paketi podataka su važniji za reprodukciju pokretne slike nego drugi paketi. Zato sustav pošiljatelja može postavljati vrijednosti " l " u polje CLP onih ćelija koje prenose one pakete čij i sadržaji su manje važni za reprodukciju video sadržaja. Dakle, ako se putem bude moralo nešto odbacivati, onda bolje da se odbacuju one ćelije koje prenose pakete čij i je sadržaj manje važan, tako da se ne bi moralo odbacivati one ćelije koje prenose pakete koji nose više informacijskog sadržaja na osnovu kojeg se reproducira video sadržaj . To je posebno značajno kod izravnih video prijenosa događaja.

S druge strane, neki prijenosnik može postavljati vrijednost " l " u polje CLP ćelija koje pošiljatelj šalje preko one količine prijenosa u sekundi (to jest, propusnosti) koja je dogovorena prigodom uspostavljanja tog virtualnog puta. Dakle, ako pošiljatelj šalje više ćelija (bitova) u sekundi nego što je za dani virtualni put utvrđeno prigodom njegova uspostavljanja, onda neki prijenosnik na tom putu može postavljati vrijednost " l" u polje CLP prekobrojnih ćelija. Ako prijenosnici uspijevaju prenijeti sve ćelije koje pošiljatelj šalje, onda vrijednost " l " u polju CLP kod prekobrojnih ćelija ne mijenja ništa; u suprotnom, prekobrojne ćelije, bivati će odbačene na nekom prijenosniku koji se približio točki zagušenja.

Zadnjih 8 bitova zaglavlja je jedan kontrolni zapis tipa eRe . Taj zapis sc

ovdje naziva kontrolom greške u zaglavlju (header error check - HEC) jer se taj kontrolni zapis izračunava samo iz zaglavlju ćelije. Kaže se da tih 8 bitova ujedno omogućava ispravljanje jedno-bitovnih grešaka u zaglavlju ćelije; dakle, ako

1 55


se izmijeni samo jedan bit (u zaglavlju), onda bi na temelju sadržaja polja HEC, čvor primatelja (to jest, njegova mrežna kartica) trebao: ( 1 ) utvrditi da je došlo do greške i (2) na kojem bitovnom mjestu se to dogodilo, te tu grešku popraviti.

Na kraju ćelije dolazi polje Tijelo, u koje se zapisuju podaci koje ta ćelija prenosi. To polje dugo je 48 bajtova, odnosno 384 bitova. Kako je već rečeno, kod nekih načina rada sustava ATM, nekoliko bajtova tijela ćelije biva zauzeto upravljačkim sadržaj ima.

Segmentiranje

ATM ćelije su očito prilično malene (kratke); da bi se pomoću takvih ćelija prenio jedan lP paket, koji može sadržavati do 64 KB podataka, taj paket treba razdijeliti u mnogo ATM ćelija. Proces dijeljenja jedna jedinice podataka na više manjih jedinica podataka iste vrste, općenito se naziva fragmentacijom. Ovdje se pak radi o dijeljenju jedne veće jedinice podataka (lP paketa) u više manjih jedinica podataka druge vrste (ATM ćelija). Taj proces se ovdje naziva segmentacijom (segmentation). Kad ćelije koje su nastale segmentiranjem jednog paketa stignu na odredište, iz njih se ponovno sastavlja taj paket, čij i su sadržaj te ćelije prenijele na odredište. U ATM tenninologiji, ta dva procesa zajedno nazivaju se segmenliranjem i ponovnim sabiranjem (segmentation and reassembly - SAR). Proces segmentiranja i ponovnog sabiranja obavlja jedan element ATM sustava koji se naziva ATM prilagodbeni sloj (ATM Adaptation Layer - AAL). Slika 3 . 14 prikazuje poziciju i učinke AAL sloja. Ovdje je uzeto da ATM prenosi lP pakete, koje prima sa lP razine (to jest, sa mrežnog sloja) i smješta (dijeli) ih u ATM ćelije.

ćelije

D

1 56

· · · 0

I

ML

ATM

l P paket I

Slika 3 . 1 4 Segmentiranje

I l P paket

ML

D

ATM

I

ćel . .

ije

· 0


Govoreći U terminima OSI modela, AAL sloj može se smatrati jednim dodatnim slojem koji je umetnut između mrežnog sloja (ovdje lP) i sloja veze podataka (ovdje ATM); sam naziv "Layer" (sloj) sugerira takvu interpretaciju (shvaćanje) AAL sloja. Međutim, AAL može se promatrati i kao jedno sučelje koje na strani pošiljatelja prima razne jedinice podataka i smješta (dijeli) ih u ćelije. Na strani primatelja, AAL sučelje prihvaća nizove ćelija i iz njihovih sadržaja (tijela) formira one jedinice podataka iz kojih su nastala tijela tih ćelija na strani pošiljatelja.

ATM sustav prenosi uvijek samo svoje ćelije, ali te ćelije mogu prenositi različite sadržaje, kao što su digitalni zapisi zvuka (glasa), teksta, slika i pokretnih slika. Ćelije ne trebaju znati kakvu vrstu sadržaja prenose; ali smatralo se da AAL sučelje treba procesirati određene vrste sadržaja na određene načine. Zato je razvijeno nekoliko AAL sučelja.

Sučelja AALI i AAL2 namijenjena su prijenosu glasa (telefonskog govora); kod te vrste prijenosa bitno je da veza (odnosno, proces prijenosa) ima čim manje zadržavanje i da prijenos teče kontinuirano (bez podrhtavanja), jer bi inače dolazilo do iskrivljenja govora (u reprodukcij i).

Sučelje AAL3 bilo je namijenjeno prijenosu paketa (sa mrežne razine sustava) u računalnim mrežama koje rade po načelu uspostavljanja putova. Sučelje AAL4 bilo je namijenjeno prijenosu paketa (sa mrcžne razine sustava) u računalnim mrežama koje rade po načelu usmjeravanja paketa. Kasnije se došlo do zaključka da za ove dvije vrste mreža nisu potrebna dva različita AAL sučelja, tako da su sučelja AAL3 i AAL4 ujedinjena u sučelje koje nosi oznaku AAL3/4. Nakon toga razvijeno je sučelje AAL5, kojim se nastojalo otkloniti neke slabosti sučelja AAL3/4. Tako sad postoje četiri AAL sučelja: AALI , AAL2, AAL3/4, i AAL5.

AAL sučelja općenito izvode proces segmentiranja na slijedeći način. Uzimaju jedinicu podataka (sa mrežnog sloja), dodaju toj jedinici određeno zaglavlje i rep, i tako nastali niz bajtova dijele na dijelove od po 48 bajtova, koliko je veliko tijelo ATM ćelije. Svaki dio umeće se u jednu ATM ćeliju koja se onda prenosi ATM prijenosnim sustavom (danim virtualnim putem) do njena odredišta. Svako od navedenih AAL sučelja izvodi proces segmentacije (i ponovnog sabiranja) uz neke svoje specifičnosti, i proizvodi ATM ćelije koje imaju neke svoje specifičnosti. U nastavku ćemo to ukratko opisati, ne zalazeći u podrobnije opise svih elemenata ATM sustava. Na slici 3 . 1 5 dan je prikaz procesa kojeg izvodi AAL sučelje, kao i prikaz struktura podataka koje taj proces koristi i onih koje proizvodi.

1 57


ML zaglavlje

I 1\ 1 \ 1 \ I , I , I , I

I ATM zaglavlje

(5 bajtova)

,

Paket podataka

�\ " ' \ , , , \ , \ , ,

' I l Tijelo ćelije (48 bajtova)

71 I I , , \ ,

, \ ,

l

Slika 3 . 1 5 Tvorba ćelija iz CS-PDU

ML rep

, \ , \ , \ \ \ , \ , \ , \ ,

I J I

ledinica podataka sa vrha slike 3 . 1 5 naziva sejedinicom podataka (od) protokola podsloja konvergencije (convergence sublayer protocol data unit - CS

PDU); kao i obično, naziv sam po sebi ne kazuje puno. Tu jedinicu formira odgovarajuće AAL sučelje; to čini tako, da jedinici podataka koju prima sa više razine mrežnog sustava - na primjer, lP paketu - dodaje odgovarajuće zaglavlje i rep. Tako nastali niz bajtova se zatim dijeli na komade od po 48 bajtova, koji se redom smještaju u ćelije (i postaju njihovim tijelima), kako to ilustrira donji dio slike 3 . 1 5 .

Kako j e već rečeno, svako od AAL sučelja dodaje svoje zaglavlje i rep paketima koje prima, i iz toga zatim proizvodi ćelije, koje mogu imati svoje specifičnosti. Na primjer, sučelje AAL3/4 troši četiri bajta od tijela ćelije za upravljačke potrebe, tako da kod tog sučelja, ATM ćelija prenosi samo 44 bajta korisnog tereta (podataka). Kod ATM ćelija, prvih 5 bajtova otpada na zaglavlje, ali

sučelje AAL3/4 uzima još 4 bajta (od 48 bajtova tijela) za upravljačke potrebe, tako da za prijenos korisnog tereta preostaje samo 44 bajta. Koristan teret je ovdje konstrukt (niz bajtova) sa vrha slike 3 . 1 5, koji se naziva CS-PDU; taj niz

bajtova se ovdje dijeli na dijelove od po 44 bajta, koji se smještaju u skraćena tijela ATM ćelija. Dakle, kod sučelja AAL3/4 prenosi se čak 9 bajtova upravljačkog sadržaja za prijenos 44 bajta korisnog sadržaja (podataka). Omjer postaje još nepovoljniji ako se uzme u obzir da se korisnim sadržajem ovdje naziva jedinica CS-PDU koja je dijelom sastavljena iz AAL zaglavlja i repa; doduše, taj dio je relativno mali u odnosu na moguću veličinu jedinice pravih podataka (do 64 KB) koju obuhvaća jedan CS-PDU.

Nepovoljan omjer broja upravljačkih bajtova i broja podatkovnih bajtova kod

sučelja AAL3/4 bio je jedan od razloga za razvoj sučelja AAL5, kod kojeg je taj

1 58


omjer znatno povoljniji: zaglavlje ima 5 bajtova, a svih ostalih 48 bajtova ćelije čine koristan teret. Upravljački sadržaji za koje je sučelje AAL3/4 trošilo po 4 bajta od tijela svake ćelije, kod sučelja AAL5 sadržani su u repu polazne CS-PĐU jedinice podataka. Kod tog sučelja, CS-PĐU jedinica ima samo rep, u kojem su sadržani svi upravljački sadržaji koji su potrebni da bi to sučelje moglo obavljati svoj posao. Na slici 3 . 1 6 dana je jedinica CS-PĐU kakvu tvori sučelje AAL5.

< 64 kB

Paket podataka

o - 47 bajtova 2 bajta

Ispuna Rezerva

Slika 3 . 1 6 Struktura CS-PĐU

2 bajta 4 bajta

Dužina Kont. zapis

Đakle, kod sučelja AAL5, jedinica CS-PĐU nema zaglavlja, već su svi upravljački sadržaji koje to sučelje koristi sadržani u repu. Tih sadržaj a ima prilično malo. Prvo polje jedinice podataka sa slike 3 . 1 6 je paket podataka koj eg se prenosi i koji može biti velik do 64 KB; toliko mogu biti veliki lP paketi. Cjelokupna dužina CS-PĐU jedinice treba biti višekratnik (u baj tovima) broja 48, jer se CS-PĐU treba razdijeliti u dijelove od po 48 bajtova, pri čemu svaki takav dio postaje tijelom jedne AN ćelije. Zato postoji polje Ispuna, u koje se dodaje onoliko baj tova "ispune" koliko je to potrebno da ukupna dužina CSPĐU jedinice bude višekratnik od 48.

Rep ima ukupno 8 bajtova. Prva dva bajta su rezervirana; trenutno se ne koriste i njihova vrijednost treba biti nula. Polje Đužina sadrži dužinu paketa podataka (iz prvog polja) kojeg se prenosi; dakle, samo paketa, bez ispune. Polje kontrolnog zapisa (tipa CRC) dugo je 32 bita; kontrolni zapis izračunava se na cijelom CS-PĐU. Taj kontrolni zapis omogućava otkrivanje gubitaka ćelija (koje nastaju iz tog CS-PĐU), te otkrivanj e eventualnih poremećaja u njihovu redoslijedu. Time ovaj kontrolni zapis sa razine CS-PĐU omogućava izvođenje onih kontrolnih operacija u procesu segmentacije i sabiranja za čije potrcbe se kod sučelja AAL3/4 troše po četiri bajta iz tijela svake ćelije. Stoga AAL5 postiže povoljnij i omjer između broja bajtova podataka (korisnog tereta) i upravljačkih sadržaja (zaglavlja). Sučelje AAL5 smatra se najbolj im AAL sučeljem za prijenos lP paketa u Internetu. Ali postoje i drugi prijenosni sustavi, osim sustava ATM , koji se koriste za prijenos lP paketa.

Virtualni put

U zaglavlju AN ćelije, koje j e dano na slici 3 . 1 3 , dva polja ukupne dužine 24 bita, sadrže oznaku virtualnog puta kojim se ta ćelija kreće. Pritom je taj niz od 24 bita podijeljen na dva dij ela (u dva polja); prvi dio od 8 bitova naziva se

1 59

Mario Radovan RA(:UNALNE MREŽE

oznakom virtualnog puta (virtual path identifier VPI) , a drugi dio oznakom vir

tualnog kruga (virtual circuit idcntifier VCl). Kako je to ranije rečeno, s l ika 3 . l J prikazuje ATM ćelije tipa UNI; kod ćel ija tipa NNI, prvi dio oznake puta proširuje se na četiri početna bita ćel ije (i time el iminira polje GFC) . Identifikator je ono što jednoznačno odredl{;e jcdan entitet ovdje smo identifikator nazvali "oznakom", uzimajući da ta oznaka jednoznačno određuje ono na što se odnosi .

Prvi dio oznake puta (VPI ) označava put do podmreže (od sastavljene mreže) u koju taj put vodi; drugi dio oznake puta (VCI) označava put do jednog čvora (domaćina) u toj podmreži, do kojeg vodi dani put kao cjel ina. Takva podjela oznake puta na dva dije la uvodi hijerarhiju u adresni prostor, a time i u prostor usmjeravanja i prosljeđivanja . Usmjerivači prosljeđuju ćel ij e samo na temeIju prvog dije la oznake puta (VP I) sve do one fizičke mreže ( i l i podmreže ) u koju vodi taj put i u kojoj se nalazi domaćin na kojeg taj put vodi . Kad ćel ija stigne u tu mrežu, onda je usmjerivači prosljeđuju na temelj u drugog dijela oznake puta (VCT) do njena konačnog odredišta. S l ika 3. J 7 i lustrira opisani proces.

Globalna mreža

Slika 3 . 1 7 Virtualni putevi

Mreža M 2

Opisani način rada je posebno pogodan kada se između dviju udaljenih podmreža (globalne) sastavljene mreže istodobno izvodi velik broj prijenosa podataka (komunikacija). Tada usmjerivači mogu prosljeđivati ćel ije svih tih prijenosa (komunikacija) samo na temelju prvog dijela oznake puta, dok se prosljeđivanje unutar tih podmreža izvodi na osnOVll drugog dijela oznake puta. Kako je to rečeno na početku, nazivi su ovdje nezgodno odabrani j er se c ije l i put naziva istim imenom kao i njegov prvi dio (virtual path).

A Hv! i fizički pr�ienos

Kaže sc da prijenosni sustav ATM može "raditi" na raznim sllstavima za fi zički prijenos podataka. To zapravo znači d a s e fizički prijenos ATM ćel ija može izvoditi pomoću raznih sustava za fizički prijenos podataka. U praksi se za prijenos ATM ćelija obično koristi sustav SONET.

1 60


Ovdje se može postaviti pitanje o tome koja je zapravo uloga sustava ATM u prijenosu podataka. Takvo pitanje nitko ne postavlja, niti na njega odgovara, jer takva pitanja i odgovori se više ne prakticiraju. Rečeno je da sustav za fizički prijenos podataka SONET može prenijeti "bilo što"; dakle, pakete i okvire raznih vrsta i sadržaja. Nije rečeno zašto se lP pakete predaje ATM sustavu, odnosno njegovu sučeiju AAL5, koje ih dijeli u ATM ćelije, koje onda SONET fizički prenosi na odredište. Ako SONET ili neka druga mreža za fizički prijenos podataka može vršiti fizički prijenos lP paketa, onda uloga ATM sustava u tom prijenosu nije jasna, ili barem nije jasno istaknuta. Kako je to ranije rečeno, ATM sustav smješta se između lP sloja (kao mrežnog sloja) i sustava SONET (kao fizičkog sloja). Time se ATM postavlja na mjesto sloja veze podataka (prema OSI modelu), tako da mu je vjerojatno dodijeljena uloga toga sloja, ali to nije eksplicitno rečeno. Može biti da je uloga ATM sustava jasnija i bitnija u prostoru telefonije (prijenosa glasa), gdje je ATM sustav i razvijan. Ali u okviru OSI i TCP/IP modela mreže, mjesto i uloga sustava ATM nisu dovoljno jasno opisani. Konkretno, nije rečeno zašto se lP pakete ne predaje izravno sustavu SONET, već se to čini preko sustava ATM.

Kada je razvijan sustav ATM (80tih i 90tih godina) očekivalo se da će ta tehnologija (način rada) zamijeniti postojeće tehnologije lokalnih mreža (Ethernet i Token Ring). Za lokalne mreže može se reći da rade na razini veze podataka; to onda sugerira da se i prijenosni sustav ATM može smjestiti na tu razinu.

Nezavisno od nejasnoća oko razina, ATM tehnologija nije istisnula standardne sustave i načine rada lokalnih mreža. To se nije dogodilo, između ostalog i zbog toga, što ATM tehnologija nije pogodna za mu1ticast i broadcast slanje. Standardne lokalne mreže (Ethernet i prsteni) rade sa zajedničkim nosiocem podataka (sabirnicom, prstenom); u tim mrežama svi okviri stižu na sve čvorove mreže, tako da je kod tih mreža jednostavno realizirati multicast i broadcast načine slanje. Nasuprot tome, sustav ATM radi po metodi uspostavljanja putova; dakle, svaka ćelija kreće se zadanim putem prema točno jednom odredištu (domaćinu), tako da taj način rada nije pogodan za multicast i broadcast slanje. Taj problem je u ATM sustavu kasnije riješen, ali na prilično složen način, uvođenjem posebnih servera za multicast i broadcast slanje. Ta tješenja nisu naišla na široku primjenu, tako da ATM sustav nije istisnuo postojeće (standardne) vrste lokalnih mreža.

3.7 Prij enosnici, sučelja i portovi

Prijenosnikom smo nazvali napravu (računalo) koja ima veći broj ulaza i izlaza; ta naprava prima jedinice podataka koje stižu na njene ulaze i prosljeđuje te jedinice dalje preko odgovarajućih izlaza. Ovako općenit (načelan) opis prijenosnika i prosljeđivana otvara pitanja o tome na koji način realizirati naprave i

1 6 1

Mario Radovan RAČUNALNE M REŽE

procese koje smo ovdje spomenu l i . U ovom odjeljku iznosimo neka rješenja s koj ima se pokušava odgovoriti na takva pi tanja. U osnovi , kod prijenosnika se nastoj i smanj it i broj postupaka i vrijeme koje je potrebno da se prosl ijedi jednu jedinieu podataka sa nekog ulaza, preko odgovarajućeg izlaza. Da bi se to postiglo, nastoj i se smanj iti količinu čitanja i kopiranja (premještanja) jedinica podataka na prijenosni ku.

Posebno je važno da se omogući paralelno (istodobno) prosljeđivanje većeg broja jedinica podataka koje se pros ljeđuje, jer se time b itno povećava propusnost prijenosnika. Propusnost se ovdje izražava brojem b itova u sekundi, al i i brojem jediniea podataka (okvira, paketa) koje neki prijenosnik može proslijedit i u sekundi. Ako su jedinice podataka duge, onda prijenosnik ne uspijeva prenijeti očekivani (maksimalan) broj jedinica podataka; ali i kod kratkih jedinica (paketa), prijenosnik treba izvesti određeni proees da bi proslijedio jednu jedinicu, tako da i kod najkraćih jedinica postoj i neki maksimalan broj paketa koje prijenosnik može proslijediti u sekundi. Na sliei 3 . 1 8 dana je struktura jednog sustava (računala) koj i radi kao prijenosnik, sa koj im se i lustrira proees proslj eđivanja paketa.

l/O sustav

I S 1 I I I

[B I Si I I CPU

t:::Đ I I Sj I [B t:::Đ

Radna memorija

I Sn I I I

Slika 3 . 1 8 Prijenosniei i prosljeđivanje

162


Paketi stižu na sučelja Si sustava sa slike 3 . 1 8 i prosljeđuju se dalje preko tih sučelja. Jedan element računalnog sustava izvodi proces prijenosa dolazećih paketa sa sučelja u radnu memoriju sustava, kao i prijenos sadržaja iz radne memorije na izlazno sučelje. Takav element se općenito naziva elementom (sustavom) za izravni pristup memoriji (direct memory access DMA).

Dakle, kad paket stigne na neko od sučelja prijenosnika, DMA prenosi taj paket u radnu memoriju tog prijenosnika. Zatim odgovarajući proces (koji se izvodi na CPU tog prijenosnika) čita zaglavlje tog paketa (u memoriji) i saznaje adresu njegova odredišta (kod mreža sa prosljeđivanjem paketa), odnosno broj njegova puta (kod mreža sa uspostavljanjem virtualnih putova). Na temelju zapisa iz zaglavlja paketa i zapisa iz tablice prosljeđivanja ili iz tablice virtualnih putova (na tom prijenosniku), taj proces utvrđuje preko kojeg sučelja (izlaza) treba taj paket proslijediti dalje. Tada pokreće proces DMA (sa danim parametrima) koji prenosi sadržaj (paket podataka) iz zadanog prostora u memoriji na zadano izlazno sučelje.

Proces kojeg smo opisali izvodi ono što treba biti izvedeno u procesu prosljeđivanja jedinica podataka. To znači da se taj proces može implementirati na prijenosnicima i izvoditi poslove pros lj eđivanj a jedinica podataka. Međutim, nastoje se razviti učinkovitije metode realizacije opisanog procesa prosljeđivanja, odnosno rada prijenosnika. U opisanom procesu paket se ne prenosi u CPU, zato što CPU (ili neki drugi element prijenosnika) treba znati samo neke vrijednosti iz zaglavlja paketa; te vrijednost su uglavnom adresa odredišta, ili broj virtualnog puta, u zavisnosti od vrste mreže. Operacije koje prijenosnik izvodi sa paketom (ili na paketu) odnose se na zaglavlje paketa, tako da nema potrebe da se prenosi sav paket u CPU, odnosno da CPU čita (procesira) sav paket podataka (čije je tijelo višestruku veće nego njegovo zaglavlje).

Gornji prikaz opisuje proces prosljeđivanja paketa, kao i strukturu prijenosnika koji izvodi taj proces. Ali taj ilustrativni sustav i način njegova rada imaju neke očite slabosti. Na primjer, svaki paket prolazi dva puta preko 110 sustava (bus): u memoriju i iz nje; time se troši puno vremena. Nadalje, svi paketi koji prolaze kroz taj prijenosnik, prenose se istim 110 sustavom i koriste isti (jedan) memorijski prostor; to bitno ograničava performanse (propusnost) takvog prijenosnika. Zbog navedenih razloga (i drugih), računalni sustavi koji imaju ulogu prijenosnika oblikuju se na načine koj ima se izbjegava ograničenja i slabosti koje smo spomenuli iznad. Pritom je posebno važno postići čim viši stupanj paralelnog prolaženja jedinica podataka kroz prijenosnik. U gornjem primjeru postoji više ulaznih i izlaznih sučelja, ali samo jedan 110 sustav, jedan memorijski prostor i jedan DMAjedinca, tako da ne postoj i mogućnost paralelnog (istodobnog) prolaska većeg broja paketa kroz taj prijenosnik

Paralelnost prolaska paketa kroz prijenosnik je vrlo bitna za propusnost tog prijenosnika. Uzmimo da na sučelje Si nekog prijenosnika stigne paket x koji treba biti proslijeđen dalje preko sučelja Sj ; neka istodobno na sučelje Sl stigne

1 63


paket y koji treba biti proslijeđen preko sučelja Sk. Da bi radio učinkovito, prijenosnik treba biti oblikovan na takav način da ta dva paketa prođu paralelno (istodobno) kroz njega, jer su putovi njihova kretanja različiti (međusobno nezavisni). Prijenosnici trebaju biti oblikovani na način da ostvaruju čim veći stupanj paralelizma u svom radu. Ali u praksi, paralelno prosljeđivanje paketa nailazi na neka ograničenja, koja zavise od konkretnog prometa koji u nekom trenutku prolazi kroz neki prijenosnik. Na primjer, ako veći broj paketa (koji su stigli preko raznih sučelja), treba proslijediti preko istog izlaznog sučelja, onda ti paketi ne mogu biti proslijeđeni istodobno; tada se neizbježno stvara red čekanja paketa (na izlaznom sučelju) da budu proslijeđeni preko tog sučelja.

Sučelja i Portovi

U govoru o prijenosnicima (i drugdje) miješaju se pojmovi kao što su ulaz, izlaz, sučelje (interface) i port, bez da se pritom objasni značenja tih pojmova, odnosno da se opišu tehnološki entiteti koji realiziraju te funkcije. Ulaz i izlaz su vrlo općeniti pojmovi; neki ulazi i izlazi su sasvim jednostavni i svode se na davanje mogućnosti fizičkog prijenosa nekih signala u neki sustav ili iz toga sustava. Ali pojmovi ulaz i izlaz mogu obuhvaćati i vrlo opsežne sustave i procese. Sučelje je općenito nešto (forma) preko čega se izvodi neka komunikacija, odnosno neka razmjena sadržaja i zahtjeva. Sučelje može biti istodobno ulaz i izlaz, ali može biti i samo ulaz ili samo izlaz.

Portove možemo opisati kao relativno jednostavne naprave koje primaju jizičke signale na nekom ulazu (koji nose zapise sadržaja) i proizvodelša!jujizičke signale u vezu, na nekom izlazu. Takvo usko shvaćanja portova može se proširiti. Port se može promatrati zajedno sa raznim drugim elementima (hardverskim i softverskim) koji su vezani uz rad porta, te zajedno sa nekim procesima koji su potrebni za ostvarenje prosljeđivanja. Portovi su posebno zanimljivi u okviru govora o prijenosnicima, jer prijenosnici obavljaju posao koji je suštinski vezan uz ulaze i izlaze: stalno prihvaćaju pakete podataka na ulaznim portovima i prosljeđuju ih dalje preko izlaznih portova.

U kontekstu iznad rečenog, potrebno je odrediti odnos sučelja i porta. U ovom odjeljku većinom govorimo o portovima, ali općenito, te pojmove smo u ovom tekstu nastojali koristiti na slijedeći način. Port je izlaz/ulaz u užem smislu, a sučelje je izlaz/ulaz u širem smislu. Sučelje može obuhvaćati niz procesa, dok se port odnosi prvenstveno na proces fizičkog izvršenja procesa primanja signala (podataka) i njihova slanja. Kad kažemo da se neka jedinica podataka prosljeđuje preko nekog sučelja, onda se podrazumijeva da to sučelje (kao širi pojam) obuhvaća i određeni port (kao uži pojam) koji je neophodan za izvršenje prosljeđivanja.

1 64


CPU

UP1 I P 1

U P 2 I P 2

U P 3 IP3

U Pn IPm

S l ika 3 . 1 9 Struktura prij enosnika

Na slici 3 . 1 9 dan je shematski prikaz osnovne strukture prij enosnika. Temeljne komponente prijenosnika su: ( l ) niz ulazn ih portova, (2) jedinica (hardverski sklop) koj a izvodi fizički prijenos paketa (kao niza signala) sa ulaznog porta na odgovarajući izlazni port preko kojeg taj paket treba biti prosl ijeđen dalje, i (3) niz izlaznih portova koji prosljeđuju pakete sa prijenosnika u dane veze. Radom prij enosni ka upravljaj u razni programi koj i se izvode na njegovoj CPU. Na slici 3 . 1 9 uzeto je da ti programi izravno upravljajujedinicom za !izičko prosljeđivanje (JFP) i da preko tc jedinice mogu utjecati i na rad portova.

Prijenosnici mogu raditi prema raznim metodama i b it i realizirani na razne načine. Prema nekim opisima, portovi obavljaju glavninu posla u procesu prosljeđivanja paketa. Ulazni port sadrži odgovarajući prijemnik signala; kod optičkih nosioca signala to je neki prij emnik optičkih signala, iz koj ih port onda slaže odgovarajuće jedinice podataka koje sc prenose tom vezom i koje treba proslijediti daje preko tog prijenosnika. Spomenimo da to obično nisu i ste j edinice. Prijenos se odvija na razini točka-točka (između dva susjedna čvora) II jedinicama koje smo nazvali okvirima (ćelijama); s druge strane, proslj eđivanje se izvodi na mrežnoj razini, što znači na razini paketa koje ti okviri prenose; pritom jedan paket može biti prenijet u v iše okvira. Ali ovdje možemo zanemariti takve poj edinost jer problematika usmjeravanj a ostaje u b iti i sta, bez obzira na kojoj se razini promatra.

Izlazni port treba imati generator izlaznog signala; kod optičkih nosioca (vlakana) to može biti laser koj i pretvara bitove u optičke signale i tako upućuje kodirane zapise sadržaja (okvira) u danu izlaznu vezu. Ulazni port sadrži svoj memorijski prostor u kojeg pohranj uje pakete koj i stižu na njega. Izlazni port

1 65


sadrži svoj memorijski prostor u kojeg pohranj uje pakete koj i čekaju na red da budu proslij eđeni dalje preko toga porta. Portovi mogu sadržavati i niz drugih hardverskih i softverskih elemenata i procesa. A l i kada se osnovne funkeij e portova promatraju u širem kontekstu, onda taj širi kontekst (podsustav) obično nazivamo sučeljem.

Portovi u svom radu izravno koriste tablice proslj eđivanja, odnosno tablicc virtualnih putova. Kod mreža sa uspostavljanjem virtualnih putova, portovi obavljaju većinu poslova u procesu uspostavljanja (definiranja) novog virtualnog puta. Portovi biraju (slobodan) broj puta i upisuj u odgovarajući redak u tablicu virtualnih putova, sa kojim se definira (uspostavlja) taj put preko tog prij enosnika.

Ulazni port koji je primio neki paket podataka, obavlja operacije koje su potrebne da bi se utvrdilo preko kojeg iz laznog porta treba taj paket b it i proslijeđen dalje . U lazni port zatim predaje paket jedinici koj u smo ovdje nazval i j edinicom fizičkog prosljeđivanja (JFP) koj a treba prenijeti (kopirati) taj paket na odgovarajući izlazni port. Pritom uz paket podataka, ulazni port daje JFP i obavijest na koji izlazni port treba prenijeti taj paket. Oblik te obavijesti zavisi od načina rada JFP; u nastavku iznosimo dvije mogućnosti takve vrste.

Prosljeđivanje se može izvesti na taj nač in da ulazni port UPi dade obavijest jedinici JFP na koj i izlazni port IPj treba kopirati neki paket (zapisan u memorij i od UPi); JFP tada pokreće DMA, s naredbom da kopira saddaj tog memorijskog prostora (od UPi) u memoriju od IPj prek6 kojeg taj paket treba biti proslijeđen dalje. Podsjetimo da ulazni port zna preko kojeg izlaznog porta (sučelja) treba prosl ij editi neku jedinicu podataka, j er taj port vidi ( 1 ) adresu odredišta u zaglavlju te j edinice podataka i tabl icu prosljeđivanja (na tom prijenosni ku), odnosno (2) broj virtualnog puta u zaglavlju primljene jedinice podataka i tablicu virtualnih putova na tom prijenosniku.

Pogledajmo još j edan način fizičkog prosljeđivanja. Ovdje ulazni port i sto tako zna na koj i izlazni port treba proslijediti neku jedinicu podataka; port to zna na temelju uvida u adrese i tablice, kako smo to objasnili iznad. Ovdje ulazni port izravno "namjesti" JFP (pomoću odgovarajućih naredbi i li bitova) na takav način da onu jedinica podataka koju taj port preda JFPu, JFP prenesi ( kopira) točno na onaj izlazni port preko kojeg ta j edinica podataka treba b it i proslijeđena dalje.

U dosadašnjem opi su strukture i načina rada prij enosni ka, većina poslova dodije ljena je u laznim portovima. Ulazni port fizički prihvaća dolazeće signale i zapisuje i h (u obl iku okvira i l i paketa) u svoj memorij ski prostor. Zatim na tcmelju tabliee proslj eđivanja, ili tabliee v irtualnih putova, određuje na koj i izlazni port treba prenijeti taj paket. Informaciju o tomc predaje jedinici J FP (u nekom obl iku), koja treba zaista prenijeti (kopirat i) dani paket na dani izlazn i port.

1 66


Jedan od bitnih poslova portova je pohrana paketa koji čekaju da budu procesirani. Na ulaznim portovima, paketi čekaju da budu predani JFP i prenijeti na odgovarajuće izlazne portove; na izlaznim portovima, paketi čekaju na red da budu fizički upućeni u vezu preko porta u čijem memorijskom prostoru čekaju na red.

Memorijski prostor u koji se privremeno pohranjuju paketi kada pristižu većom brzinom nego što trenutno mogu biti obrađeni, naziva se bafer (buffer). Buffer se naziva odbojnik koji ublažava sudaranje vagona; taj naziv je vjerojatno uzet zato, što memorijski bafer ublažava udar kojeg izaziva prevelik dotok paketa na neku jedinicu u nekom trenutku. Dakle, bafer ili odbojnik je memorijski prostor u koji se privremeno pohranjuju podaci koji čekaju na daljnju obradu. Ovakvi odbojnici su ograničene veličinc; ako prevelik dotok paketa potraje duže vrijeme, odbojnik će se potpuno popuniti, tako da će neki od paketa koji stižu prevelikim intenzitetom, biti odbačeni.

Paketi koji prolaze kroz prijenosnike ponekad moraju čekati u redu (to jest, u odbojniku) na ulaznom portu i na izlaznom portu. Spomenimo ukratko neke situacije koje se ovdje javljaju. Na neki ulazni port stiže više paketa nego što ih taj port može obraditi; tada se ti paketi privremeno pohranjuju u odbojnik tog ulaznog porta.

Jedinica JFP prenosi na neki izlazni port više paketa (u jedinici vremena) nego što ih taj port može slati ujna vezu. Tada se ti paketi privremeno pohranjuju II memorijski odbojnik tog izlaznog porta i čekaju na red da budu upućeni ujna vezu.

Takva privremena pohranjivanja događaju se i kad treba istovremeno uputiti dva ili više paketa preko istog izlaznog porta. Taj problem ne može se riješiti na razini jednog porta; prijenosnik može prenositi velik broj paketa istodobno (paralelno), ali jedan port šalje istodobno samo jedan paket (u danu vezu) . U načelu, moguće je napraviti drukčije portove ali to ne izgleda opravdanim. Problem nadmetanja za isti izlazni port moglo bi se ublažiti tako, da se tablice prosljeđivanja i tablice virtualnih putova nastoje oblikovati na način da se takve situacije događaju čim rjeđe.

.

Zauzetost izlaznih portova stvara probleme ulaznim portovima. Jedan od tih problema naziva se b/okiran jem (g/ave) ulaznog reda (head-of-line blocking). Taj problem ilustrira grafički prikaz sa slike 3 .20; pritom brojevi na paketima u nizovima (odbojnicima) na ulaznim portovima ovdje pokazuju preko kojih izlaznih portova trebaju ti paketi biti proslijeđeni.

1 67


U P 1 IP 1

UP2 JFP I P 2

UP3 IP3

Sl ika 3 .20 B lokiranje ulaznog reda

Na ulazne portove UP I , UP2 i UP3 istodobno stižu paketi (iz različitih prijenosa) koj i trebaju biti proslijeđeni preko istog izlaznog porta IP2 . U takvim situacijama kažemo da se ulazni portovi nadmeću za isti izlazni port IP2. To ovdje znači da se nadmeću za JFP, koja treba prenijet i pakete sa ulaznih portova na izlazne portove. Naime, jedinica za fizičko prosljeđivanje paketa (JFP) sa ulaznih portova na izlazne portove, može paralelno ( istodobno) prosljeđivati mnogo paketa sa razl ičit ih ulaznih portova na različite izlazne portove, ali ne na isti

izlazni port (ovdje IP2). Drugim riječ ima, JFP može prenositi samo jedan paket istovremeno na jedan izlazni port; isto tako, jedan izlazni port može slati samo jedan paket istodobno u vezu.

Jedan od u lazn i h portova sa slike 3 .20 pobjeđuje u nadmetanju, tako da JFP prenosi njegov paket na izlazni port IP2, i l i u memorijski odbojnik tog izlaznog porta. Uzmimo da je u nadmetanju pobijedio ulazni port UP3 . Redovi ostal ih dvaju ulaznih portova su pritom ostal i i sti , tako da se nadmetanje za IP2 nastavlja (ponavlja). Problem je u tome što prvi paketi redova na UP I i UP2 (koj i trebaju biti prenijeti na port IP2) onemogućuju prijenos drugih paketa iz tih redova. JFP bi te druge pakete mogla prenijeti paralelno, jer ne idu na iste izlazne portove, ali to nije moguće učiniti jer prvi paketi blokiraju ostale pakete iz tih redova. Dakle, glava reda (n iza) blokira ostale pakete iz tog reda. Istodobno, izlazni portovi na koje ti paketi trebaju biti prenijeti, i koj i te pakete trebaju uputiti u veze (dalje) , mogu isto tako b iti sasvim slobodni.

Takva međusobna b lokiranja nizova paketa na ulaznim portovima nisu rijetka. Procjenjuje se da ovakva blokiranja ograničavaju propusnost prijenosnika na oko 60% njegove teorijski moguće propusnosti , kad se ne bi događala ovakva blokiranja. Taj problem pokušava se riješiti (umanj iti) na taj način da se maksimalno ubrza prijenos paketa sa u laznih portova na izlazne portove, tako da se redovi paketa (na čekanj u) formiraju u memorijskim odbojnicima izlaznih portova umjesto u odbojnicima ulaznih portova. Jedan izlazni port ne može i stodobno slati v iše paketa u vezu, ali nizovi na izlaznim portovima ne blokiraju jedni druge. Na ulaznim portovima gdje su međusobna blokiranja moguća (i česta),

1 68


koriste se razne metode upravljanja u laznim redovima, sa ciljem da se izbjegne (minimizira) međusobno blokiranje tih redova.

Propusnost jedinice za fizičko prosljeđivanje paketa (1FP) izražava se količinom sadržaja koju ta jedinica može prenijeti sa svoj ih ulaznih portova na svoje izlazne portove u jedinici vremena. Pritom se ta propusnost može mjeriti brojem bitova u sekundi (bps), ili brojem paketa u sekundi (Pps). 1FP može općenito prenositi velik broj paketa paralelno (istodobno) sa ulaznih portova na izlazne portove, ali veličina paralelizma zavisi od konkretnih podataka koji se prenose preko danog prijenosnika. U situacij i kad paketi koji dolaze na različite ulazne portove trebaju biti proslijeđeni preko istog izlaznog porta, onda stupanj paralelizma u radu JFP opada, čime opada i propusnost prijenosnika. U idealnoj situaciji , ako prijenosnik ima n ulaznih portova i n izlaznih portova, prijenosnik (JFP) treba biti u stanju prosljeđivati n paketa istodobno. Ali nadmetanje za iste izlazne portove onemogućava postizanje takvih rezultata i umanjuje stupanj paralelnosti fizičkog (stvarnog) prosljeđivanja podataka.

Postoje razne metode i načela rada prema kojima se može realizirati jedinicu za fizičko prosljeđivanje paketa (1FP) sa ulaznih portova na izlazne portove. Ta rješenja su često zanimlj iva ali se s njima ne možemo ovdje baviti. Jedno takvo rješenje moglo bi biti da izlazni i ulazni portovi koriste zajednički memorijski prostor. Ulazni portovi primaju pakete i upisuju ih u taj prostor; izlazni portovi čitaju pakete iz tog prostora i prosljeđuju ih dalje. Ovdje je potrebno još odrediti koji izlazni port treba proslijediti koji paket podataka. To se može učiniti na razne načine. Ulazni portovi mogu dodavati paketima (interne) oznake izlaznih portova koji trebaju proslijediti te pakete dalje. Druga mogućnost je da se svakom izlaznom portu dodijeli određeni dio zajedničkog memorijskog prostora; tada ulazni portovi jednostavno upisuju pakete u memorijske prostore onih izlaznih portova koji te pakete trebaju proslijediti dalje.

Jedna klasa metoda fizičkog prosljeđivanja paketa oslanja se na procesne osobine jedinice JFP umjesto na mogućnosti upotrebe memorijskog prostora. U osnovi ta metoda izgleda ovako. Na temelju uvida u ( l ) sadržaj zaglavlj a paketa i u (2) tablicu prosljeđivanja (ili u tablicu virtualnih putova), ulazni port utvrđuje preko kojeg izlaznog porta treba biti proslijeđen dani paket podataka. Taj dio procesa potreban je i prisutan u svakoj varijanti prosljeđivanja; slijedi specifičan dio ove metode, koji može imati više varijanti.

Ukratko, ulazni port dodaje paketu jedno interno zaglavlje (niz od nekoliko bitova) koje "vodi" dani paket kroz 1FP (kao hardverski sklop) na onaj izlazni port koji treba proslijediti taj paket dalje. Dakle. JFP je jedan hardverski sklor>! interno zaglavlje paketa je jedan niz bitova koji "postavlja put" (vrata) u tom sklopu na način da se paket (kojeg je ulazni port postavio na JFP) prenese (kopira) na onaj izlazni port koji treba proslijediti taj paket dalje.

1 69


Ta metoda fizičkog prosljeđivanja paketa čini se najboljom, ali je tehnički zahtjevna za realizaciju, posebno kad treba omogućiti proslj eđivanje paketa različitih dužina. Takve jedinice za fizičko prosljeđivanje paketa mogu postići visok stupanj paralelizma u radu. Međutim, i kod takvih JFCa, stupanj paraleInosti prij enosa zavisi od konkretnih prij enosa podataka koj i sc odvijaju preko nekog prijenosnika u nekom trenutku, odnosno od toga kojim putovima (izlaznim portovima) se ti prijenosi kreću dalje. Problem nadmetanja za isti izlazni port prisutanje uvijek, i uvijek umanjuje stupanj paralelizma u radu prij enosnika.

Kažc se da prijenosnici mogu II nekim situacijama sadržavati stotine tisuća portova. ali nije rečeno II kojim situacij ama treba na jednom prijenosniku postoj ati toliko portova, niti na koji način se ti porto vi fizički realiziraju.

1 70

4. Povezivanje različitih mreža


Računalne mreže mogu se međusobno povezivati; na taj način nastaju sastavljene računalne mreže; najpoznatija sastavljena mreža je Internet. Za tvorbu sastavljene mreže potrebno je definirati jedinstven sustav adresiranja na razini te mreže i jedinstvenu jedinicu podataka koja se prenosi između čvorova različitih fizičkih mreža koje tvore tu sastavljenu mrežu. Internet Protokol (lP) sadrži definicije tih dvaju temeljnih elemenata sastavljene mreže, i time čini osnovu za uspostavu sastavljene mreže Internet koja se sastoji od velikog broja fizičkih mreža raznih vrsta.

Bitne elemente sastavljene mreže čine sustav za nalaženje putova (usmjeravanje) od izvora do odredišta podataka, i sustav za prosljeđivanje jedinica podataka na fizičkoj razini, od čvora do čvora na tom putu od izvora do odredišta. Globalna sastavljena mreža (poput Interneta) dijeli se na domene, koje tvore relativno samostalne dijelove te mreže. Domene se međusobno razlikuju po strukturi i namjeni; u osnovi, mogu se podijeliti na prijenosne sustave i na korisničke mreže. Usmjeravanje se provodi zasebno, unutar domena i među domenama.

Postojeća verzija Internet Protokola sadrži preko četiri milijarde lP adresa, ali te adrese se brzo troše, tako da se pojavio problem njihova pomanjkanja. Taj problem nastoji se umanjiti boljim iskorištavanjem postojećih adresa i drukčijim načinom njihova zapisivanja u procesu usmjeravanja. U tu svrhu uvedene su podmreže i sustav elDR označavanja grupa mreža. Već niz godina radi se na razvoju nove verzije IPa, sa kojom se uvodi iznimno velik broj adresa; ovo poglavlje zaključujemo prikazom osobina te verzije, koja nosi oznaku IPv6. Ta verzija se postupno uvodi, ali proces njena uvođenja nije jednostavan, a nije ni hitan, tako da se odvija relativno sporo.

1 7 1


4.1 Sastavljene mreže

Od manjih mreža koje rade kao samostalni sustavi, mogu se sastavljati veće mreže koje rade kao jedan sustav. Kod govora o sastavljenim mrežama, koristimo pojmove fizička mreža i logička mreža. Načelno govoreĆi, fizička mreža je jedna samostalna mreža koja radi prema jednom od načela koje smo opisali u prethodnom poglavlju. Mreže sa izravnom vezom, kao što su lokalne mreže Ethernet i Token Ring, su fizičke mreže; mreže sa neizravnim vezama (sa prijenosnicima), kakve smo opisali u prethodnom poglavlju, su isto fizičke mreže. S druge strane, mreža koja je sastavljena iz više različitih fizičkih mreža naziva se logičkom mrežom. Dakle, kad se više fizičkih mreža raznih vrsta poveže (na određen način) u jedan sustav, onda nastaje jedna sastavljena ili logička mreža.

Proširene lokalne mreže, koje smo opisal� u prethodnom poglavlju, moglo bi se smatrati sastavljenim mrežama. Međutim, te mreže sastavljene su iz manjeg broja lokalnih mreža, pri čemu su te lokalne mreže iste (slične) vrste; proširene lokalne mreže obično se prostiru na ograničenom prostoru i pripadaju jednom vlasniku. Kod sastavljenih mreža o kojima ovdje govorimo, nema takvih ograničenja - barem u načelu, iako se u praksi mogu javiti neka ograničenja. Zato se kod govora o sastavljenim mrežama, proširenu lokalnu mrežu smatra . jednom fizičkom mrežom, jer se u tom kontekstu takvu mrežu može smatrati jednom homogenom (fizičkom) cjelinom. Nasuprot tome, sastavljene (logičke) mreže mogu obuhvaćati (i obično obuhvaćaj u) mreže koje su sasvim različite po svojim strukturnim svojstvima i načinima rada.

Ono što ovdje nazivamo sastavljenom mrežom, naziva se "internetwork", ili kraće "internet", sa malim slovom "i". Internetwork ili internet je skup različitih mre71l koje su međusobno povezane na način koji omogućava prijenos podataka (komunikaciju) između svaka dva čvora koji spadaju u tu sastavljenu mrežu. Velike tvrtke mogu oblikovati svoje internete globalnih razmjera na taj način, da povežu svoje lokalne mreže (na udaljenim lokaeijama) pomoću iznajmljenih linija (tipa točka-točka). Takve linije onda povezuju posebne prijenosnike (na svakoj lokaciji po jednog) preko kojih se lokalne mreže povezuju u jednu sastavljenu mrežu globalnih razmjera. Međutim, kao i kod proširenih LANova, takve mre7,c su obično zatvorenog tipa i povezuju ograničen broj LANove iste vrste; o takvim "privatnim internetima" biti će riječ kasnije, ali oni nisu primarni predmet govora u ovom poglavlju.

Onaj internet, čije se ime piše "the Internet" dakle, sa veliko "i" - je najpoznatija i najveća sastavljena mreža, na koju (ili u koju) je povezan ogroman broj mreža raznih vrsta širom svijeta. Vjerojatno nisu sve mreže vezane ulna Internet, ali Internet je svakako najpoznatija i vjerojatno najveća sastavljena mreža. U nastavku ovog poglavlja govorimo većinom o toj sastavljenoj mreži, odnosno o tome na koji način se pomoću središnjeg protokola (lP) te mreže povezuje fizičke mreže raznih vrsta i tako oblikuje sastavljene mreže.

1 72


Dva osnovna problema s kojima se suočavamo kod međusobnog povezivanja velikog broja različitih mreža jesu ( 1 ) raznovrsnost (heterogenost) tih mreža, i (2) opsežnost sastavljene mreže koja može nastati takvim povezivanjem. Mreža koja nastaje povezivanjem dviju ili više različitih mreža treba omogućiti normalnu komunikaciju između čvorova (domaćina) iz različitih mreža. Pritom se takva komunikacija često odvija preko niz drugih (različitih) mreža. Te mreže obično imaju različite strukturne osobine (pakete, adrese) i rade na različite načine. Čvorovi koji povezuju različite mreže trebaju na neki način "premošćivati" te razlike i tako omogućiti komunikaciju između svaka dva čvora sastavljene mreže.

Problem opsežnosti mreža nastalih spajanjem više različitih mreža manifestira se na dva osnovna načina. Prvo, treba definirati načinjedinstvenog adresiranja čvorova u mreži; drugo, treba definirati način nalaženja puta između dva međusobno udaljena čvora sastavljene mreže. Različiti načini adresiranja čvorova u raznim fizičkim mrežama iziskuju definiranje jednog jedinstvenog načina adresiranja čvorova na razini logičke (sastavljene) mreže. Sa porastom broja fizičkih mreža u jednoj sastavljenoj mreži, raste problem nalaženja puta između dvaju udaljenih čvorova (fizičkih mreža), pogotovo nalaženja (i održavanja) optimalnog puta između međusobno udaljenih mreža.

Problem povezivanja različitih mreža može se riješiti tako, da se definira jedan jedinstveni mrežni sloj sastavljene mreže, koji se implementira (to jest, radi) na čvorovima svih fizičkih mreža koje su povezane u jednu logičku (sastavljenu) mrežu. Kao jedinstveni mrežni sloj koji omogućava povezivanje različitih mreža obično se koristi lP protokol (Internet Protokol). Taj protokol definira lP pakete podataka i lP sustav adresiranja čvorova. Može se napraviti sastavljenu mrežu i na druge načine, uz pomoć nekog drugog zajedničkog protokola mrežne razine (koji definira strukturu paketa i način adresiranja), ali čini se da većina sastavljenih mreža (u širokoj upotrebi) koristi lP protokol kao "zajednički jezik" komuniciranja na razini sastavljene mreže. Pritom se unutar svake fizičke mreže prijenos i dalje vrši pomoću njenih (fizičkih) jedinica podataka i na temelju njenog sustava fizičkih adresa. Ali se pritom u fizičkim jedinicama podataka prenose lP paketi, a fizičke adrese čvorova preslikavaju se na odgovarajuće lP adrese. U nastavku ovog odjeljka pokazano je na koji način se to radi.

Na slici 4. 1 dan je jedan primjer sastavljene (logičke) mreže. Ta mreže sastoji se iz četiriju fizičkih mreža različitih vrsta, i to Ethernet (mreža M l ), Pointto-Point Protocol (mreža M2), FDDI (mreža M3), i Token Ring (mreža M4). Neke od tih mreža opisali smo u prethodnim poglavljima, neke smo ukratko spomenuli; ali specifična svojstva tih mreža nisu ovdje posebno važna; važan je način na koji se te mreže povezuju, odnosno način na koji se izvodi prijenos podataka između domaćina koji spadaju u različite mreže.

1 73


M 1 (Eth.)

'. ' ....

Slika 4. 1 Sastavljena mreža

• .. .. oo

Dane četiri fizičke mreže povezane su sa tri prijenosnika, P l , P2 i P3 . Ti

prijenosnici fizički povezuju dana mreže i izvode one operacije sa podacima

(okvirima), koje je potrebno izvesti da bi sadržaji iz jedne mreže mogli nastaviti

put preko druge mreže. Ti prijenosnici nazivaju se vratima (gateways) i usmjeri

vačima (routers); prevladava drugi naziv, ali u ovoj situaciji, prvi naziv izgleda

primjerenije. Jer ti prijenosnici su ovdje "vrata" iz jedne fizičke mreže u drugu;

oni ovdje izravno povezuju mreže koje su "logički blizu" (susjedne), iako ne

moraju biti i fizički blizu. S druge strane, naziv usmjerivač (router - onaj koji

određuje put) prikladan je za one prijenosnike koji "nalaze put" (route) između

logički i fizički udaljenih mreža. Ne povezuju svi prijenosnici izravno fizičke

mreže; neki prijenosnici vezuju se na druge prijenosnike i tako tvore jedan prije

nosni sustav (sustav prijenosnika) koji vrši prijenos podataka na velikom (globalnom) prostoru. Takve prijenosnike nazivamo usmjerivačima, jer oni usmjera

vaju pakete na velikom prostoru, dok prijenosnici sa slike 4. 1 izravno povezuju

fizičke mreže.

1 74


Bilo S nazivima kako bilo, primjer sa slike slika 4.2 pokazuje na koji način prijenosnici (vrata) ostvaruju prijenos podataka između mreža koje izravno povezuju. U danom primjeru uzeto je da neka aplikacija Ai sa domaćina D I 2 iz mreže M l šalje podatke istovrsnoj aplikaciji Ai na domaćinu D42 iz mreže M4. Mreža M l je tipa Ethernet, a mreža M4 je tipa Token Ring; te dvije mreže povezane su preko mreže M2 koja je tipa PPP i mreže M3 koja je tipa FDDI.

D1 2 D42

APi APi

TCP TCP

P1 P2 P3

lP lP

ETH TRG

Slika 4.2 Vrata i povezivanje mreža

Prijenos podataka izmedu različitih mreža odvija se na temelju zajedničkog mrežnog sloja koji treba raditi (biti implementiran) na svim čvorovima preko

kojih se izvodi prijenos podataka; dakle, na domaćinima i na vratima koja povezuju fizičke mreže. Ovdje je uzeto da je taj zajednički mrežni sloj Internet Protokol (lP); taj protokol određuje jedinstvenu (zajedničku) jedinicu podataka (paket) i jedinstven način adresiranja čvorova u sastavljenoj mreži.

Prijenos podataka kreće sa razine aplikacije Ai; ta aplikacija predaje svoje podatke sloju za upravljanje prijenosom (ovdje TCP), koji te sadržaje prosljeđu

je dalje sloju lP ispod sebe. lP ima ovdje ulogu zajedničkog jezika u sastavljenoj mreži, kako je to rečeno iznad. Da bi lP paketi podataka mogli krenuti sa domaćina D 12, ti paketi trebaju biti umetnuti u okvire mreže Ethernet. Jer domaćin

D l 2 nalazi se u fizičkoj mreži Ethernet, a svaka mreža izravno prenosi samo svoje okvire; u tijelu tih okvira mogu se prenositi bilo koji sadržaji, pa tako i lP

paketi.

1 75


Ethernet okviri koj i u svom tij e l u nose lP pakete koje domaćin D 1 2 šalj e domaćinu 042, trebaju u svom zaglavlju sadržavati Ethernet adresu nekog odredišta u mreži M L U ovom slučaju, to treba biti Ethernet adresa od vratiju P l , jer samo preko tih vratiju mogu paketi sa D 1 2 stići na 042 koj i se nalazi izvan mreže M l . U izvorima s koj ima raspolažemo, problem adresiranja nij e opisan dovoljno precizno; taj problem može se riješiti na sl ij edeći način. Vrata su čvor svake mreže koju povezuju s drugim mrcžama. Vrata P koja povezuju fizičku mrežu Mi sa fizičkom mrežom Mj , su čvor mreže M i i imaj u svoj u adresu tipa Mi u mreži Mi. Ta vrata su isto tako čvor mreže Mj i imaju svoj u adresu tipa Mj u mreži Mj . Kažemo da vrata imaj u po jedno sučelje prema svakoj od mreža koje izravno povezuju ; svako od tih sučelja ima svoj u fizičku adresu u mreži na koju je izravno vezano. Dakle, vrata P l sa s l ike 4 . 1 imaju svoj u Ethernet adresu u mreži M l , i svoj u PPP adresu u mreži M2.

Na svakom domaćinu mreže M l postoj i tabl ica parova <JP adresa, Ethernet

adresa> za svaki od čvorova iz tc fizičke mrcže. Kada čvor D l i iz mreže M I hoće slati lP pakete na neku lP adresu, onda u svojoj tablici parova adresa traži Ethernet adresu čvora na č iju lP adresu žel i slati lP pakete. Ako se čvor sa tom lP adresom nalazi u istoj fizičkoj mreži M I , onda čvor D l i nalazi ( u spomenutoj tablici) Ethernet adresu toga čvora ( D lj), umeće svoje lP pakete u Ethernet okvire i te okvire šalje na Ethernet adresu čvora D l j. Na taj način l P paketi stižu na čvor D lj , a time i na lP adresu na koj u su trebal i bit i poslani .

S druge strane, kada domaćin D l i ne nađe u svojoj tab l ic i onu lP adresa na koju treba slati fP pakete, onda zna da sc čvor sa tom lP adresom ne nalazi u njegovoj fizičkoj mreži M l . Tada D l i umeće svoje lP pakete u Ethernet okvire koj i nose Ethernet adresu od vratiju P l . N a taj način paketi sa domaćina D 1 2 ( iz mreže M l ), koj i su adresirani na lP adresu domaćina 042 ( iz mreže M4), stižu na vrata P l , preko koj ih mogu nastaviti put prema mreži M4. Uzgred, govor o stizanj u okvira na neki čvor ovdje nij e sasvim prikladan, jer kod lokaln ih mreža svi okviri stižu ne sve čvorove. ali preuzimaj u ih samo oni čvorovi na koje su ti okviri adresirani.

Na s l ic i 4.2 pokazano je na koj i način lP paketi sa D 1 2 nastav ljaju put prema 042 preko vratiju P l . Ukratko, vrata primaju Ethernet okvire na svom sučeIj u prema mreži M I , uzimaj u lP pakete iz tijela tih okvira, umeću te pakete u tijcla okvira mreže PPP preko koje trebaju nastaviti put, i prosljeđuje PPP okvire ( a time i lP pakete) u mrežu PPP preko svog sučelja prema toj mreži. Mreža M2 sa sl ike 4. 1 je jedan prijenosni sustav; ta mreža ovdje nema domaćina, tako da sve što ulazi u tu mrežu b iva upućeno na vrata P2 koja tu mrežu povezuju sa mrežom M3 koja je ovdje tipa FDDI. Dak le, da b i lP paketi mogl i bit i prenij et i mrežom tipa PPP, ti paketi trebaju b i t i umetnuti u okvire PPP mreže, jer svaka fizička mreža izravno prenosi samo svoje jedinice podataka.

Vrata P2 postupaju analogno vratima P l , kako to pokazuje s lika 4.2 . Dakle, ta vrata primaj u PPP okvire na svom sučclju prema M2, preuzimaj u nj ihove sa-

1 76


držaje (lP pakete) i umeću ih u okvire mreže FOOl; zatim te okvire prosljeđuju u mrežu M3 (koja je tipa FOOl) preko svog sučelja prema toj mreži. Ovdje se opet postavlja pitanje adresiranja: na koju FOOl adresu trebaju vrata P2 uputiti te okvire. Ovdje uzimamo da vrata P2, koja su dio mreže FOOl, imaju tablicu parova <IP adresa, PDDI adresa> za sve čvorove te mreže. S obzirom da dana lP adresa (od domaćina 042) nije lP adresa nijednog od domaćina iz FOOl mreže, vrata P2 adresira ju FOOl okvire na vrata P3, koja su isto tako čvor te FOOl mreže, i koja tu mrežu povezuju sa ostatkom sastavljene mreže. Oakle, vrata P2 ne trebaju znati točno gdje se nalazi (fizički) onaj domaćin na čiju lP adresu su upućeni dani lP paketi; dovoljno je da znaju da ti lP paketi nisu upućeni ni na jedan od čvorova te mreže, tako da trebaju biti proslijeđeni dalje, što će ovdje učiniti vrata P3 .

Vrata P3 primaju FOOl okvire iz FOOl mreže, uzimaju njihove sadržaje (lP pakete), umeću te sadržaje u TRG okvire mreže Token Ring i upućuju ih u tu mrežu (M4). Vrata P3 imaju tablicu parova <lP adresa, Token Ring adresa> za sve čvorove iz mreže M4 (u koju spadaju jednim svojim sučeljem). Na temelju uvida u tu tablicu, vrata P3 adresiraju TRG okvire na TRG adresu onog čvora u M4 na čiju su lP adresu upućeni ti lP paketi. U danom primjeru, lP paketi su upućeni sa domaćina 0 1 2 (iz M l ) na domaćina 042 (iz M4). Na taj način, lP paketi stižu kroz sastavljenu mrežu do svog odredišta.

Kad TRG okviri stignu na domaćina 042, mreŽlla kartica tog domaćina preuzima te okvire, i njihove sadržaje (lP pakete) predaje lP razini iznad sebe. To predavanje može uključivati neke operacije, o kojima govorimo kasnije. U svakom slučaju, lP paketi su tako stigli do svog odredišta. Njihov put bio je određen jedinstvenom lP adresom u sastavljenoj mreži, na temelju koje čvorovi (domaćini i vrata) znaju kamo trebaju fizički prosljeđivati svoje okvire da bi sadržaj (lP paket) koji oni prenose stigao do svog konačnog odredišta. lP protokol (sloj) ima ovdje ulogu onog što se u OSI modelu naziva mrežnim slojem. Taj sloj možemo nazvati zajedničkim jezikom svih čvorova sastavljene mreže, koji definira jedinstvenu strukturu jedinice podataka i jedinstven sustav adresiranja.

Uspješnost izvršenja posla (prijenosa) na lP razini, kontrolira sloj upravlja

nja prijenosom ("transportni sloj", TCP). Taj sloj traži da se ponovi prijenos onih lP paketa koji su iskrivljeni ili izgubljeni u procesu prijenosa. TCP predaje ispravno prenijete sadržaje aplikacij skom sloju iznad sebe, i tako ti sadržaji stižu na aplikaciju APi kojoj su bili upućeni.

To je bio načelan opis strukture i načina rada sastavljene mreže koja se sastoj i od većeg broja fizičkih mreža različitih vrsta, koje su međusobno povezane prijenosnicima. Pritom smo te prijenosnike ovdje zvali vratima (gateways), a nazivaju se i usmjerivačima (routers). U nastavku iznosimo opis standardnog lP protokola, na kojem se zasniva povezivanje mreža koje smo ovdje opisali. lP nije jedini protokol pomoću kojeg se mogu povezati različite mreže u sastavljenu mrežu, ali lP je najpoznatiji i najviše korišten protokol pomoću kojeg se to čini.

177


4.2 Internet Protokol

Internet protokol sadrži dva osnovna elementa koji omogućavaju tvorbu sastavljenih mreža, i to: ( J ) jedinstvenu jedinicu podataka koju se naziva lP paketom, i (2) jedinstven sustav adresiranja čvorova u sastavljenoj mreži. Za lP sustav (protokol, razinu) kaže se da radi po načelu maksimalnog nastojanja (best effort) i da je nepouzdan jer ne jamči da će to nastojanje završiti uspješno. Ukratko, radi se o s lijedećem. lP sustav nalazi put od izvora do odredišta lP paketa i prosljeđuje pakete tim putem. Pritom se ti paketi prenose u okvirima fizičkih mreža kroz koje prolaze, kako je to opisano iznad. "Maksimalno nastojanje" lP sustava sastoji se u tome da nađe put od izvora lP paketa do njegova odredišta, što u opsežnim (globalnim) sastavljenim mrežama sa puno vratiju i usmjerivača nije malen posao. Pogotovo nije lako naći. optimalan put između proizvoljna dva čvora sastavljene mreže globalnih razmjera. Struktura i trenutno stanje takve mreže se mijenja, što iziskuje stalno održavanje tablica usmjeravanja, o čemu govorimo kasnije.

"Nepouzdanost" lP sustava sastoj i se u tome što lP razina ne otklanja eventualne greške u prijenosu. Greške se otkrivaju i otklanjaju na razini veze podataka (ispod lP razine), kako je to objašnjeno ranije, i na razini upravljanja prijenosom (iznad lP razine). Dakle, nepouzdanost lP sustava ovdje ne znači da taj sustav radi loše, već samo to da nije "njegov posao" da ispraVlja eventualne greške u prijenosu, već to rade drugi slojevi mrežnog sustava. lP razina pokušava naći put i ostvariti prijenos lP paketa od izvora do odredišta, dok je posao drugih razina (ispod i iznad nje) da otkrivaju i ispravljaju eventualne greške koje mogu nastati u procesu ostvarenja toga prijenosa. Razina veze podataka bavi se greškama u prijenosu okvira od čvora do čvora; dakle, na vezama tipa točka-točka; point-to-point. Razina upravljanja prijenosom ("transportna razina") bavi greškama u prijenosu paketa između izvora i odredišta; dakle, na vezama tipa s-kraja-na-kraj ; end-to-end. Uzgred, potonj i naziv može se skratiti na kraj-kraj, kao što smo prethodni naziv skratili na točka-točka. Inače, greške u prijenosu ne nastaju samo zbog iskrivljenja okvira (IP paketa) ili zbog njihovog gubitka na putu. Greške mogu nastati i zbog višestrukog (ponovljenog) prijenosa istih paketa (okvira), kao i zbog poremećaja u njihovom redoslijedu.

Na slici 4.3 dana je struktura (format) standardnog lP paketa koj i je dio lP protokola koj i nosi oznaku IPv4. Kasnije ćemo iznijeti strukturu lP paketa nove verzije lP protokola koji nosi oznaku IPv6, i koji treba zamijeniti postojeću verZIJU.

1 78


Verzija DZag TaS DPaketa

IdPaketa Oznake Uvršteno

Hl Protokol KontZapis

Adresa izvora

Adresa odredišta

Dodatne naredbe Ispuna

... >

PW�i

� -

�� ,�

Slika 4.3 Internet Protokol (IPv4)

lP paket sastoji se od zaglavlja i tijela. S obzirom da zaglavlje tog paketa ima puno polja, lP paket se prikazuje kao vertikalni niz (stup) riječi od 4 bajta, odnosno 32 bita. lP paket je jedan niz bitova; paket sa slike 4.3 treba promatrati kao jedan niz bitova koji počinje s prvim lijevim bitom prvog retka (riječi) i nastavlja se do zadnjeg bita toga retka; tom bitu slijedi prvi lijevi bit iz drugog retka, i tako dalje, do kraja lP paketa. Paket se prenosi (kreće) počevši od prvog lijevog bita prvog retka (riječi)� nakon prvog retka slijedi drugi redak kako je to rečeno iznad, i tako do kraja zaglavlja i do kraja cijelog paketa. Dakle, lP paket se crta kao kvadrat, ali lP paket je niz bitova.

Zaglavlje lP paketa sastoji se od 5 riječi od po četiri bajta, što znači da je dugo 20 bajtova. Iza tog osnovnog dijela zaglavlja može biti dodano više dodatnih upravljačkih podataka, koji tvore opcionalni dio zaglavlja. Iza zaglavlja dolazi tijelo lP paketa koje može biti varijabilne dužine. Opcionalni dodaci zauzimaju dio tijela paketa; ukupna dužina lP paketa može biti do 64 KB.

Polje Verzija sadrži oznaku verzije lP protokola u koji spada dani lP paket. Za razliku od većine softverskih proizvoda, lP nema puno verzija; poznata je verzija 4; već mnogo godina radi se na razvoju verzije 6, ali u trenutku pisanja

1 79

Mano Radovan RAC'UNALNE MREŽE

ovog teksta, uvođenje tc verzije odvija sc relativno sporo; o tome govorimo II odj eljku 4 .7 . Spomenimo da je skok sa verzije 4 na verziju 6 nastao zato što j e verzija 5 potrošena u procesu rada na razvoj u novog IPa; t a eksperimentalna verzija (kako sc često naziva) imaJa je 64 bitnu adresu, ali je napuštena. Kaže se da zapis verzije protokola tl prvom polju njegova okvira, olakšava procesiranje paketa (na čvorovima), kao i uvođenje novih verzija lP protokola i paketa. To je točno, ali situacija ovdje n ije jednostavna. Ako na neki čvor na kojem radi nova verzija lP protokol a, stigne TP paket od stare verzije, onda oznaka verzije (u paketu) kaže novom lP protokolu da taj lP paket treba procesirati na stari način. Tu postoje razne mogućnosti ; nova verzija lP softvera može sadržavati staru verziju l P softvera kao svoj podsustav, koj i onda procesira lP pakete od stare verzije l P protokola. M eđutim, ako lP paket nove verzije stigne na neki čvor na kojem radi stara verzij a l P protokola (softvera), onda oznaka verzije ( u paketu) ne pomaže puno, j er stara verzija lP softvera ne zna kako procesirati pakete nove verzije lP protokola. Dodatni problem u torne je taj , što se adrese kod stare verzije IPa (IPv4) i nove verzije ( lPv6) bitno razlikuju . O tim stvarima govorimo u odjeljku 4.7;u svakom slučaju, prvo polje lP paketa nosi oznaku verzije l P protokola (paketa).

Polje DZag sadrži dužinu zaglavlja danog lP paketa, izraženu u 3 2-bitnim rij ečima. Kad zaglavlje nema opeionainih naredbi (riječi), onda zapis u tom polju glasi 5, što znači 5 riječi po 4 bajta, odnosno 20 bajtova. lP paketi obično ne sadrže opcionainc naredbe zaglavlja. U s lučaju kad paket sadrži opeionaIne naredbe, onda je zapis u polj u DZag tog paketa veći od 5 i pokazuje kol iko opcionalnih riječi s l ijedi iza osnovnog dijela zaglavlja.

Sadržaj polja ToS ( type of service) sadrži prioritet danog paketa, koj i određuje na koji način (s kojim prioritetom) trebaj u prij enosnici procesirati (prosljeđivat i ) taj paket. lP protokol radi po metodi usmjeravanja paketa, tako da se kod njega ne mogu unaprijed definirati performanse puta, kako se to može učiniti kod sustava koj i rade po metodi uspostavlj anja putova. Dodje lj ivanjem većeg prioriteta lP paketima iz nekog prijenosa može se postići to, da prij enosnici daju tim paketima veći prioritet kod proslj eđivanja, i time ostvaruj u veću propusnost za taj prijenos. Pitanje prioriteta spada u problematiku kval itete usluge (qual i ty of service - QoS), o čemu će biti više rij eči u kasnij im poglavlj ima.

Polje DPaketa sadrži ukupnu dužinu lP paketa, uklj učuj ući njegovo zaglavlje ; ta dužina izražena je u bajtovima. Maksimalna dužina l P paketa iznosi 65 535 bajtova (64 KB); lP paketi nisu fiksne dužine; u praksi, ti paketi su obično mnogo kraći . Čim duži je paket, tim povoljnij i je omjer između broja bajtova zaglavlja i broja bajtova tije la (korisnog tereta); a l i postoje i razlozi zbog koj ih je poželjno da lP paketi budu kratki ; o tim razlozima govorimo tl nastavku ovog odje ljka. lP paket je puno kraći od maksimalne dužine onda kad se njime prenosi neka kratka poruka računalne pošte, koja irna jedan kilobajt i l i manje.

1 80


lP paketi prenose se preko raznih fizičkih mreža, koje imaju svoje specifične jedinice podataka (okvire). Ti okviri su obično znatno kraći od maksimalne dužine lP paketa (64 KB), tako da se sadržaj i dužih lP paketa moraju dijeliti ("lomiti") u više dijelova; to se čini na takav način da svaki od tih dijelova stane u tijelo jednog od okvira koji trebaju prenijeti taj lP paket. Taj proces naziva se fragmentacijom. Druga riječ iz zaglavlja lP paketa - to jest, polja IdPaketa, Oznake, i Uvrštcno - sadrže podatke koji se odnose na fragmentaciju. Proces fragmentacije i uloge tih triju polja opisani su u drugom dijelu ovog odjeljka,.

Sadržaj polja rTL (time to live) kaže koliko je još "života" preostalo tom lP paketu. Paketima se ograničava vijek trajanja zato, da paketi koji zalutaju u mreži (iz bilo kojeg razloga), ne lutaju trajno mrežom. Kada vrijednost u polju TTL padne na nulu taj paket biva odbačen na slijedećem prijenosniku. Isprva se vrijeme trajanja paketa zadavalo u sekundama; svaki prijenosnik kroz kojeg je paket prošao umanjivao je vrijednost u polju TTL tog paketa za onoliko koliko se taj paket zadržao na njemu. Kasnije je uvedena nova metoda ograničavanja trajanja paketa, koja je jednostavnija. Domaćin koji šalje paket u mrežu, upisuje u polje rTL jednu početnu vrijednost; svaki prijenosnik kroz kojeg taj paket prođe, umanjuje vrijednost u tom polju za jedan; kad vrijednost u polju TTL padne na nulu, taj paket biva odbačen. Kao difoltna početna vrijcdnost koju domaćini upisuju u polje TTL navodi se 64; dakle, paket može proći kroz najviše 64 prijenosnika na svom putu od izvora do odredišta. Nakon što prođe preko toliko prijenosnika, paket biva odbačen, bez obzira da li je zalutao ili se kreće dobrim putem prema odredištu. Vrijednost 64 izgleda vrlo velikom jer u kretanju od izvora do odredišta paketi obično prolaze preko mnogo manje od 64 prijenosnika. Ali ako bi u nekim slučajevima (kod velikih udaljenosti) ta vrijednost bila premala, onda u tim slučajevima paket ne bi uopće mogao stići do odredišta; zato je bolje ta vrijednost bude veća. S druge strane, ako neki paket zaluta, onda veća vrijednost u polju TTL znači i više lutanja mrežom (preko više prijenosnika), a time i više beskorisnog trošenja prijenosnih kapaciteta mreže. Konačno, velika većina lP paketa ne zaluta na putu; kod takvih paketa, veća polazna vrijednost u polju TTL ne mijenja ništa. Inače, TP paket može zalutati zbog neke greške u adresi odredišta, ili zbog greške u radu nekog prijenosnika, koji je proslijedio paket na krivi put kojim ne može (više) stići do svog odredišta.

Polje Protokol sadrži oznaku onog protokola više razine kojem treba predati taj paket kad stigne na odredište. "Predati" ovdje znači predati na daljnju obradu. Iznad lP sloja nalazi se sloj upravljanja prij enosom; kod Interneta. na toj ra

zini nalaze se protokoli TCP (koji nosi oznaku 6) i UDP (koj i nosi oznaku 1 7). Ali lP paketi mogu na odredištu biti predani i drugim protokolima, koji imaju svoje oznake, koje se zapisuju u polje Protokol danog lP paketa.

1 8 1


Polje KontZapis sadrži kontrolni zapis; taj zapis se ovdje izračunava samo na zaglavlju lP paketa, jer na mrežno j razini najvažnije je zaglavlje koje sadrži adrese. Ako prijenosnici kroz koje paket prolazi utvrde da je došlo do iskrivljenja bitova u zaglavlju lP paketa, onda taj paket smjesta odbacuju; Tep razina treba onda utvrditi nedostatak tog paketa (na odredištu) i pokrenuti proces njegova ponovnog slanja. Kontrolni zapis se ovdje računa prema metodi koja je jednostavnija od metode eRe (koja se koristi na razini veze podataka), ali je i manje uspješna u otkrivanju grešaka.

Slijedeća dva 32-bitna polja zaglavlja sadrže lP adresu izvora paketa, odnosno odredišta paketa. Na temelju adrese odredišta iz paketa, i svoje tablica prosij eđivanj a, svaki prijenosnik prosljeđuje lP pakete prema njihovu odredištu. Adresa izvora (iz paketa) omogućava protokolu sa razine upravljanja prijenosom na domaćinu-primatelju da uspostavi povratnu komunikaciju sa istovrsnim protokolom na domaćinu-pošiljatelju paketa.

Iza osnovnog zaglavlja lP paketa može slijediti više riječi (redaka) opcionalnih (dodatnih) naredbi koje mogu biti namijenjene usmjerivačima ili primatelju. Te opcionalne naredbe (riječi) su obično duge 32 bita, ali ne moraju biti; ako neka takva riječ nije duga toliko, onda se ostatak do 32 bita ispunjava nekom zadanom "ispunom" (nekim nizom bitova).

Slijedi tijelo lP paketa, koje sadrži podatkovni sadržaj koji se prenosi tim paketom. S obzirom da ukupna dužina lP paketa može iznositi 65535 bajtova (216 - l ), i da je standardno lP zaglavlje dugo 20 bajtova, maksimalna dužina tijela paketa može iznositi 655 1 5 bajtova, to jest, malo manje od 64 KB; pritom se dodatne naredbe računaju kao dio dužine tijela.

Fragmentiranje

Vratimo se drugoj riječi iz zaglavlja lP paketa, čija su tri polja namijenjena fragmentiran j u lP paketa i nj ihovom ponovnom sabiranju. Fizičke mreže koje tvore sastavljenu mrežu i prenose lP pakete, koriste okvire različitih dužina. Na primjer, tijelo okvira mreže Ethernet može biti dugačko najviše 1 500 bajtova; to znači da Ethernet okviri mogu prenositi lP pakete čija ukupna dužina (sa lP zaglavijem) ne prelazi 1 500 bajtova. U tom kontekstu koristi se pojam najveće jedinice prijenosa (maximum transmission unit MTU) neke mreže; to je zapravo dužina tijela okvira u toj mreži. To je ujedno najveća dužina lP paketa kojeg dana fizička mreža može prenijeti u tijelu svog okvira. MTU mreže FDDI iznosi 4500 bajtova, a mreže PPP 532 bajta. Za mrežu Token Ring bilo je ranije rečeno je da su njeni okviri varijabilne dužine; to ne znači da mogu biti neograničeno dugi, ali ovdje možemo uzeti da tijelo tih okvira nije kraće od MTU mreže PPP, što je ovdje dovoljno.

Domaćin-pošiljatelj zna koliko dugačke lP pakete može prenositi fizička mreža u kojoj se on nalazi, ali općenito ne može znati koliko velike pakete mogu prenositi druge fizičke mreže kroz koje će njegovi paketi morati proći na svom

1 82


putu do odredišta. Ne bi bilo optimalno da pošilj atelj pravi tako kratke lP pakete da mogu stati u tijelo okvira one fizičke mreže koja ima najmanji MTU (najkraće tij elo) u cijeloj sastavljenoj mreži, j er možda njegovi lP paketi na svom putu ne prolaze kroz tu mrežu. Nadalje, razvijaju se nove mreže; neka od tih mreža mogla bi imati manji MTU od onog koji j e trenutno najmanji, što bi onda iziskivalo da svi domaćini iz sastavljene mreže prilagode (skrate) svoje lP pakete po mjeri te mreži. Konačno, čim kraći je neki lP paket, tim je nepovoljnij i omjer između broja bajtova zaglavlja i broja bajtova korisnog tereta. Spomenimo ovdj e, da se kod ATM sustava ne uzimaju ćelije (koje imaju tijelo od svega 48 bajtova), kao mjera (MTU) na koju bi se trebalo skratiti lP pakete; u ATM sustavu j e ta mjera jedinica CS-POU (iz koje taj sustav "puni" svoje ćelij e) koja je daleko veća od veličine ćelije.

Umjesto pravljenj a vrlo kratkih lP paketa na njihovu izvoru, na lP razini je definiran proces dijeljenja (fragmentiranja) lP paketa na ulazu u onu fizičku mrežu čij i okviri nisu dovoljno dugi da u njihovo tijelo stane cijeli lP paket koji je na svom putu stigao na vrata u tu mrežu. Domaćin može slati lP pakete one dužine koju se može prenijeti u okvirima fizičke mreže u kojoj se taj domaćin nalazi; dakle, one dužine koja je jednaka vrijednosti MTU te mreže. Kada lP paketi stignu na neki prijenosnik (vrata) koji ih treba proslijediti u neku fizičku mrežu čiji je MTU manj i od dužine tih lP paketa, onda taj prijenosnik treba izvršiti fragmentiranje tih lP paketa.

U procesu fragmentacije, iz jednog lP paketa nastaje više lP paketa. Paketi koji nastaju fragmentacijom jednog lP paketa imaju isti broj u polju IdPaketa. Taj broj dodjeljuje paketu njegov izvorni pošiljatelj. Polje IdPaketa ima 1 6 bitova, što znači da se njima može zapisati 2 1 6 različitih brojeva (preko 65 tisuća). Ako se u nekom procesu prijenosa prenosi više od toliko lP paketa, onda se vrijednost u polju IdPaketa ciklički ponavlja nakon svakih 216 paketa koje pošiljatelj upućuje primatelju. Kod fragmentiranja je to bitno, jer fragmenti nastali iz paketa čije polje IdPaketa sadrži vrijednost n trebaju stići do primatelja prije nego primatelju stignu fragmenti lP paketa iz slijedećeg ciklusa, koji ima istu vrijednost n u polju IdPaketa. U suprotnom, doći će do greške u procesu sabiranja fragmenata u izvorne lP pakete, jer će se pomiješati fragmenti prvog i drugog lP paketa koji imaju isti IdPaketa. Takve situacije se u normalnom radu ne događaju, ali se u načelu mogu dogoditi, pogotovo ako dolazi do grešaka u prijenosu i ponavljanja slanja paketa.

Fragmenti nastali iz lP paketa su isto lP paketi, koji putuju nezavisno j edan od drugoga, od vratiju na kojima su nastal i (fragmentiranjem) do zajedničkog odredišta. Ti fragmenti imaju ista lP zaglavlja kao i lP paket iz kojeg su nastali (osim onih polja koja se odnose na fragmentaciju), tako da svi fragmenti od jednog paketa trebaju stići na isto odredište. Kad na domaćina-odredište stignu svi

1 83

M ario Radovan RAČ'UNALNE MREŽE

fragmenti koj i su nastali iz jednog l P paketa, onda l P protokol na tom domaćinu sastavlj a iz tih l P paketa-fragmenata izvorni l P paket kakav mu je bio poslan sa domaćina koj i šalje pakete. Ako na odredište ne stignu svi fragmenti nekog l P paketa (zbog greške u prij enosu), onda l P protokol tog domaćina odbacuje i one fragment tog l P paketa koj i j esu stigli do njega, i prepušta sloj u Tep da ponovi slanje cijelog polaznog lP paketa. Kako je ranije rečeno, l P razina (mreŽl1i sloj) ne bavi se otklanjanjem grešaka.

Ista vrijednost u polju IdPaketa pokazuje koj i paketi-fragmenti tvore j edan izvorni paket; vrijednosti u preostala dva polj a druge rij eč i zaglavlja l P paketafragmenata omogućuju da se ti fragmenti slože u ispravnom redoslijedu, te da se utvrdi jesu li stigl i svi fragmenti danog paketa. U procesu fragmentacije, postavlja sc j edan bit tl polju Oznake na vrijednost " 1 " u svakom fragmentu osim zadnjeg, koji na tom mjestu ima vrijednost "O"; na taj način primatelj zna koj i je fragment zadnj i i da l i je stigao zadnj i fragment

Polje Uvršteno sadrži podatak o tome koliko je bajtova od tijela polaznog l P paketa (koji je fragmentiran) uvršteno u fragmente koji prethode ovome fragmentu. Podatak u polju Uvršteno zapisan je ll osmerkama baj tova; na primjer, vrij ednost 1 0 znači 80 bajtova.

Polja IdPaketa, Oznake i Uvršteno (u fragmentima) sadrže podatke na temelju koj ih l P protokol na domaćinu-primatelju saznaje s l ijedeće: ( 1 ) iz tij ela koj ih lP paketa-fragmenata treba uzeti sadržaje i spoj iti ih u j edan lP paket, (2) koj im redoslijedom trebaju biti poredani ti sadržaj i ( fragmenti), i (3) jesu li stigli svi l P paketi-fragmenti danog l P paketa. Ukratko, ako je stigao zadnji fragment, ako postoji prvi fragment (koj i ima vrijednost O u polj u Uvršteno), i ako nema "rupa" u nizu baj tova (što se vidi iz vrijednosti polja Uvršteno), onda su svi fragmenti na broju . l P protokol na domaćinu-primatelju tada iz tih fragmenata sastavlja polazni l P paket.

Pogledajmo jedan primjer fragmentacije. Uzmimo da domaćin D 1 2 iz mreže M l šalje podatke domaćinu D42 IZ mreže M2. Domaćin D 1 2 može normalno slati l P pakete dužine 1 500 bajtova, koliko iznosi MTU mreže tipa Ethernet u kojoj se D 1 2 nalazi. Nošeni u Ethernet okvirima, l P paketi od D 1 2 stižu na vrata P L na način kako smo to opisali ranije. Vrata P I trebaju uzimati l P pakete iz Ethernet okvira, umetati ih u PPP okvire i upućivati te okvire u PPP mrežu. Ali MTU mreže PPP iznosi samo 532 baj ta, tako da vrata P l trebaju fragmentirati primljene l P pakete, da bi nj ihov sadržaj mogao na taj način (u kraćim lP paketima) biti prenijet kroz mrežu tipa PPP. Slika 4.4 i lustrira na koji nači to čine vrata P l .

1 84


ETH IPzg (20) l P tijelo (1 480)

(a)

I Pzg (20) l P tijelo (1 480)

(b)

PPP IPzg (20) lP tijelo (512)

(e)

Slika 4.4 Fragmentiranje lP paketa

Na slici 4.4(a) dan je Ethernet okvir koji donosi lP pakete sa domaćina D 1 2 n a vrata P l . Ukupna dužina tih l P paketa j e 1 500 bajtova; 2 0 bajtova čini zaglavlje lP paketa, a ostalih 1 480 čini tijelo tog paketa. Na slici 4.4(b) dan j e lP paket kojeg vrata P l uzimaju iz tog okvira i kojeg ta vrata trebaju fragmentirati da bi njegov sadržaj mogao biti proslijeđen dalje u okvirima mreže PPP čija MTU imosi 532 bajta. Na slici 4.4(c) dan j e rezultat fragmentacije, kojeg P l upućuje u PPP mrežu M2 sa slike 4 . 1 . Dakle, svaki od fragmenata sastoji se od kopij e zaglavlja lP paketa (20 baj tova) od kojeg j e nastao (sa podacima o fragmentacij i) i od dijela tij ela toga lP paketa; to dvoje zaj edno daje MTU mreže PPP, osim kod zadnjeg fragmenta čij e tijelo je dugo onoliko koliko preostaje na kraju dijelj enj a tijela polaznog lP paketa. Dakle, zbroj dužina tijela trij u fragmenata (5 1 2 + 5 1 2 + 456) daje dužinu tijela polaznog lP paketa ( 1 480 bajtova).

Sadržaji druge riječi u zaglavljima tih triju lP paketa-fragmenata to j est, sadržaji polja IdPaketa, Oznake i Uvršteno - dani su na slici 4 .5 . Pritom smo uzeli da vrijednost u polju IdPaketa fragmentiranog lP paketa (koju postavlja izvorni pošiljatelj paketa) iznosi 1 7238.

1 7238 o

1 7238 64

1 7238 o 1 28

Slika 4.5 Podaci o fragmentiranju

1 85

Mario Radovan RAČUNALNE M R EŽE

Svi paketi nastal i fragmentiranjem jednog lP paketa nose ist i broj u polju TdPaketa svoj ih zaglavlja. Svi fragmenti osim zadnjeg imaju vrijednost " 1 " na odgovarajućem bitovnom mjestu polja Oznake; po torne se vidi koji je fragment zadnj i u nizu. Prvi fragment irna vrijednost O u polju Uvršteno, j er u fragmente "ispred njega" uvršteno je ukupno O baj tova od tijela polaznog lP okvira broj 1 7238; po torne se vidi koji j e fragment od tog okvira prvi . U fragmente nastale od tijela lP paketa broj 1 7238, koj i prethode drugom fragmentu, uvršteno je ukupno 64 osmerke bajtova ( 64 x 8 = 5 1 2) . U fragmente koj i prethode zadnjem fragmentu, uvršteno je ukupno 1 28 osmerki baj tova ( 1 28 x 8 = 1 024).

Fragmentiranjem lP paketa nastaju fragmenti koj i su isto tako lP paketi . Ako ti lP paketi-fragmenti na svom putu naiđu na neku fizičku mrežu čiji j e MTU manj i od MTU one mreže zbog koje je izvršeno fragmentiranje polaznog lP paketa, onda se lP paketi-fragmenti fragmentiraju na isti način kao i polazni lP paketi. Tako se barem kaže; ali prema opisu procesa fragmentacije kojeg smo ovdje iznijel i, fragmentiranje fragmenata dovelo bi do problema sa nj ihovom identifikacijom. Naime, ne vidi se po čemu bi se međusobno razlikovali istaredn i fragmenti od raz l ičitih fragmenata. Uzmimo da fragmente sa slike 4 . 5 treba fragmentirati na po pet fragmenta svakog. SPrvi fragment od prvog fragmenta, prvi fragment od drugog fragmenta i prvi fragment od trećeg fragmenta imali bi jednake vrijednosti u polj ima ldPaketa, Oznake i Uvršteno, tako da se (kod nj ihova sabiranja) ne bi znalo koji od tih fragmenata od fragmenata kamo spada. Na primjer, prvi fragmenti od svih triju fragmenata sa s l ike 4.5 imali bi isti broj u polju ld Paketa ( 1 7238), oznaku " l " u poUu Oznake, i vrijednost O u polju Uvršteno. Jednako vrijedi i za ostale fragmente fragmenata. Kaže se da se lP paketi koj i su nastali kao fragmenti od jednog (polaznog) TP paketa mogu dalje fragmentirati (ako je to potreno); vjerojatno jc tako, al i za takvu višestruku fragmentaciju potrebno upotpuniti proees kojeg smo ovdje opisa l i s još nekim elementima da bi se taj proees mogao uspješno odvij ati .

Ponovno sabiranje fragmenata izvodi lP protokol na domaćinu-odredištu. Nakon prolaska fragmenata kroz neku mrežu zbog čijeg je MTU izvršena fragmentacija, vrata na izlazu iz te mreže mogla bi ponovno sabrati fragmente u polazni paket, ako je MTU s l ijedeće fizičke mreže dovoljno velik da njeni okviri omu prenositi polazne lP pakete. Ali vrata ne izvode sabiranje, jer može biti da je MTU neke druge mreže preko koje TP paketi trebaju proći do svog odredišta, nedovoljno velik za prijenos polaznih l P paketa, tako da bi onda trebalo ponovno izvoditi fragmentaciju. Da se to ne b i događalo, fragmenti se prenose do odredišta, gdje onda lP protokol iz njih tvori polazne lP pakete.

Fragmentacija i ponovno sabiranje l P paketa su općenito zahtjevan proces. Povrh toga, kod gubitka jednog od fragmenata, primatelj odbacuje ostale fragmente od tog TP paketa, j er bez onog fragmenta koji nedostaje ne može sastaviti polazni TP paket. Zato se kaže da fragmentiranje treba izbjegavati; to se može

1 86


učiniti tako, da pošiljatelj pravi kraće lP pakete, jer je se time smanjuje vjerojatnost da će ti paketi morati biti fragmentirani na svom putu do odredišta. Nadalje, kaže se da pošiljatelj treba nastojati "otkriti" minimalan MTU u onom dijelu sastavljene mreže kojim se kreću njegovi lP paketi na putu do odredišta. Pošiljatelj treba onda slati lP pakete koji nisu veći od te MTU, jer će time izbjeći potrebu po fragmentaciji. Postoje valjani razlozi za takve preporuke, ali nije sasvim jasno kako ih ostvariti na učinkovit način. Osim toga, takve preporuke su u opreci s onime što je bilo navedeno na početku kao razlog za uvođenje fragmentacije: da se oslobodi domaćine brige o strukturnim osobinama fizičkih mreža (MTUima i sličnom) od kojih se sastoji logička (sastavljena) mreža čij i su dio. Ukratko, čini se da fragmentacija, kao i njeno izbjegavanje, imaju svoje dobre i loše strane.

4.3 Adresiranj e i uparivanje adresa

Pored jedinstvene jedinice podataka (paketa), lP protokol definira i način adresiranja čvorova u sastavljenoj mreži. Kod protokola IPv4, adrese čvorova (IP adrese) dugačke su 32 bita. Te adrese dijele se u nekoliko klasa, i to prema broju bitova (iz lP adrese) koji određuju podmrežu sastavljene mreže, i broju bitova koji adresiraju čvorove u toj podmreži. Niz bitova koj i tvori lP adresu dijeli se na tri dijela; prvi dio označava klasu lP adrese, drugi dio je adresa jedne podmreže (fizičke mreže) u sastavljenoj mreži, a treći dio adresira jedan čvor (domaćina, sučelje) u toj podmreži (fizičkoj mreži). Na slici 4.6 dane su tri osnovne klase lP adresa; pored tih klasa postoje još klase D i E; o osobinama lP adresa određene klase govorimo u nastavku.

7 24

A o Mreža Domaćin

1 4 1 6

B Mreža Domaćin

21 8

Mreža Domaćin

Slika 4.6 Klase lP adresa

1 87


Ovakvom podjelom lP adrese na mrežni i domaćinski dio uvedena je hijerarhija u adresni prostor IPa. Ta hijerarhija je ovdje prilično niska, jer postoje svega dvije razine adresiranja (ili tri razine, ako računamo i podjelu na klase), ali je primjerena strukturi sastavljene mreže. Na prvoj razini, lP paketi se prosljeđuj u \usmjeravaj u) prema onoj podrnreži (fizičkoj mreži) u koju su upućeni; na drugoj razini, lP paketi se prosljeđuju na domaćina-primatelja lP paketa unutar te podmreže. To znači da svi domaćini iz jedne podmreže imaju jednak mrežni dio lP adrese Ger spadaj u u istu podmrežu); njihove lP adrese se međusobno razlikuju u domaćinskom dijelu lP adrese. Spomenimo odnos pojmova podmreža i fizička mreža. Fizička mreža je podmreža (u sastavljenoj mreži), ali neke podmreže mogu se sastojati iz više fizičkih mreža; o tome govorimo u drugom dijelu ovog poglavlja.

Prijenosnici (vrata, usmjerivači) su vezani na barem dvije fizičke mreže; na svakoj od tih veza (sučelja), vrata imaju fizičku adresu u mreži na koju ih to sučelje povezuje. Tu adresu trebaju imati samim time što su vrata (tim sučeljem) dio te mreže. Nadalje, ta fizička adresa je potrebna zato da vrata mogu vršiti fizički prijenos lP paketa u okvirima te mreže sa tog sučelja na čvorove te fizičke mreže, kao i zato da čvorovi iz te fizičke mreže mogu slati lP pakete (u okvirima) na ta vrata, i time dalje prema nekom čvoru sastavljene mreže.

Vrata imaju i po jednu lP adresu na svakom sučeiju prema nekoj fizičkoj mreži. Na prvi pogled, čini se da vrata ne bi trebala imati po jednu lP adresu na svakom sučeIju. Ali s druge strane, struktura lP adrese iziskuje da svaki čvor spada u neku fizičku mrežu, i da svi čvorovi iz te mreže imaju isti mrežni dio lP adrese. S obzirom da vrata spadaju sa svakim sučeljem u jednu fizičku mrežu, vrata moraju na tom sučelju imati mrežni dio lP adrese od te mreže. Na taj način ispada da vrata (kao jediniea) imaju toliko lP adresa koliko imaju sučelja, odnosno koliko fizičkih mreža povezuju. lP adrese sučelja istih vratiju sigurno se razlikuju u mrežnom dijelu, jer ta sučelja spadaju u različite fizičke mreže. Ovdje treba razlikovati fizičku adresu sučelja prema fizičkoj mreži (to jest, adresu mrežne kartice sučelja) i lP adresu sučelja. Svako sučelje ima fizičku adresu u fizičkoj mreži koju spaja sa ostatkom sastavljene mreže. Svako sučelje ima i svoju lP adresu u okviru sastavljene (globalne) mreže. lP adresa spada na mrežnu razinu sustava; ona je stvar logičkog izbora načina adresiranja čvorova (koji se realizira softverski). S druge strane, fizička adresa sučelja je onakva kakva fizički (hardverski) jest, i bez nje ne bi bio moguć fizički prijenos podataka sa čvora ni na čvor.

Iznad rečeno možemo sabrati na slijedeći način. Adrese općenito ne pripadaju čvorovima mreže, nego sučelj ima preko kojih su ti čvorovi vezani na neku fizičku mrežu. To vrijedi za fizičke adrese (mrežnih kartica) i za lP adrese. Domaćini obično spadaju u jednu fizičku mrežu, na koju su vezani preko jednog sučelja, tako da domaćini imaju jednu fizičku adresu (u fizičkoj mreži) i jednu lP adresu u sastavljenoj mreži. S druge strane, vrata (usmjerivači) vezani su na više mreža preko različitih sučelja, tako da imaju po jednu fizičku i po jednu lP adre-

1 88


su na svakom sučeIju. U tom kontekstu, precizan govor iziskivao bi da umjesto o domaćinima i vratima, stalno govorimo o sučeljima. Umjesto toga ovdje često koristimo pojam čvor, pri čemu se misli na odredeno sučelje toga čvora, bez obzira da li su to vrata ili je to domaćin.

Na slici 4.6 dana je struktura lP adrese. Početni bitovi te 32-bitne adrese označavaju koje je klase ta adresa; slijedi niz bitova koji adresiraju jednu podmrežu (u sastavljenoj mreži); dužina tog niza bitova različita je kod različitih klasa. Zadnji dio lP adrese adresira jedan čvor (točnije, jedno sučelje) u danoj podmreži. Pored triju klasa danih na slici 4.6, postoje i lP adrese klase D, koje su namijenjene adresiranju multicast grupa, kao i adrese klase E, koje se ne koriste; tim dvjema klsasma se ovdje ne bavimo.

Vrijednost "O" prvog bita lP adrese (s lijeva) odreduje da je to adresa klase A. Ako vrijednost prvih dvaju bitova lP adrese glasi " 1 O", onda je to adresa klase B. Ako vrijednost prvih triju bitova lP adrese glasi " l l O", onda je to adresa klase C. Dužina lP adrese (32 bita) omogućava da se zapiše preko četiri milijarde (232) različitih 32-bitnih nizova, a time i toliko lP adresa. Prema podjeli lP

adresnog prostora, koju smo opisali iznad, jedna polovica lP adresa je klase A (to jest, sve one adrese koje počinju sa "O"); jedna četvrtina lP adresa je klase B, a jedna osmina je klase C. Preostala osmina lP adresa otpada na klase D i E.

Kod adresa klase A, 7 bitova adresira podrnrežu sastavljene mreže, a 24 bita adresiraju domaćina u toj podmreži. To znači da može postojati 1 28 (to jest, 27) adresa klase A; pritom su mrežne adrese 0000000 i 1 1 1 1 1 1 1 (O i 1 27 , izraženo dekadski) rezervirane za posebne namjene, tako da se u lP adresnom prostoru (Internetu) može adresirati (nalaziti) najviše 1 26 podrnreža klase A. Podrnreže te klase mogu biti vrlo velike, jer dio lP adrese koji adresira domaćine u toj mreži, dugačak je 24 bita. To omogućava da se u svakoj podrnreži klase A adresira preko šesnaest milijuna domaćina; točnije, taj broj iznosi 224 - 2, jer su dvije adrese rezervirane. Kada se kaže da je neka adresa rezervirana, to znači da se taj niz bitova ne koristi za adresiranje jedne odredene podmreže, odnosno jednog doma

ćina (u podmreži). Obično se kao rezervirane adrese uzimaju nizovi bitova koji se sastoje samo od vrijednosti "O" i nizovi bitova koji se sastoje samo od vrijednosti " 1 ". Za prvi niz (sve "O") obično se kaže da nije valjana adresa (bez obrazloženja zašto). dok se drugi niz (sve " 1 ") obično koristi kao broadcast adresa.

Ovo vrijedi i za ostale klase lP adresa. Adrese klase B mogu adresirati preko 1 6 tisuća mreža (214 - 2), pri čemu

svaka od tih mreža može imati preko 65 tisuća domaćina (216 - 2). Adrese klase e mogu adresirati preko dva milijuna mreža (221 2), pri čemu svaka od tih mreža može imati 254 domaćina (28 2).

Treba nastojati da se svakoj fizičkoj mreži dodijeli lP adresa one klase koja odgovara broju domaćina u toj mreži; u suprotnom, ta mreža neće imati dovolj-

1 89


no lP adresa za sve svoje čvorove, ili će dio lP adresa ostati neiskorišten. Adrese klase e su obično primjerene za LANove, dok se adrese klase B i A dodjeljuju većim mrežama, koje su podmreže sastavljene mreže Internet, koja je uspostavljena pomoću lP protokola i njegova sustava adresiranja.

lP adrese se obično zapisuju kao niz od četiri cijela broja dekadskog sustava, koji su povezani (ili odvojeni) točkama. Takav niz izgleda ovako: 1 23.88.2 1 1 .66. Svaki od četiri broja je dekadski zapis binarne vrijednosti niza od osam bitova Gednog bajta) lP adrese. Dakle, dani primj er zapisa lP adrese označava slijedeću 32-bitnu lP adresu (bjeline su dodane radi preglednosti):

0 1 1 1 1 0 1 1 0 10 1 1 000 1 1 0 1 00 1 1 0 1 0000 1 0

Uočimo da j e to lP adresa klase A jer počinje s vrijednošću "O" (gledano s lijeva). Nadalje, uočimo da vrij ednost nijednog od četiriju dekadskih zapisa ne može prijeći 255, to jest, 28 1 .

Dani primjer pokazuje dva načina numeričkog zapisivanja lP adresa. Međutim, u Internetu, korisnici znaju i koriste mnemoničke (tekstualne) zapise lP adresa domaćina; primjer tave adrese je inf.uniri.hr. Iza svake takve tekstualne. adrese stoji odgovarajuća 32-bitna lP adresa u mreži Internet. Prije prijenosa JP paketa na danu tekstualnu adresu, sustav Internet nalazi odgovarajuću (32-bitnu) JP adresu čvora na koji referira dani tekstualni zapis adrese čvora, i na temelju te 32-bitne lP adrese izvodi prijenos lP paketa. O "prevođenj u" tekstualnih adresa čvorova (koje su dio adresa računalne pošte i web straniea) na prave lP adrese biti će riječi u drugom dijelu ovog teksta. Ovdje možemo samo istaknuti da lP paketi koji se prenose mrežom, nose u svom zaglavlju 32-bitne (binarne) lP adrese kakve smo opisali iznad, bez obzira kako glase tekstualni zapisi tih adresa na korisničko j (aplikacijskoj) razini komunikacije. Prijenosnici (usmjerivači, vrata) prosljeđuju JP pakete na temelju takvih zapisa lP adresa u zaglavlj ima lP paketa, te na temelju zapisa u svojim tablicama prosljeđivanja.

Ukratko, proces prosljeđivanja lP paketa izvodi se na slijedeći način. Na vrata stižu lP paketi u okvirima fizičke mreže na koju su ta vrata vezana nekim svojim sučeljem. Vrata uzimaju prispjeli lP paket (iz okvira), čitaju lP adresu odredišta iz njegova zaglavlja, nalaze odgovarajući redak (za tu lP adresu) u svojoj tablici prosljeđivanja i u tom retku nalaze broj svog izlaznog sučelja (porta) preko kojeg treba proslijediti taj lP paket dalje, prema njegovu odredištu. U slij edećem odj eljku dan je podrobnij i opis ovog procesa, kao i opis procesa tvorbe (održavanja) tablica usmjeravanja i tablica prosljeđivanja.

Us11iferavanje i uparivanje adresa

Mrežni dio lP adrese iz prispjelog lP paketa označava jednu fizičku mrežu, odnosno jednu podmrežu sastavljene mreže. Svi čvorovi (domaćini, sučelja) koj i spadaju u istu podmrežu imaju isti mrežni dio l P adrese. Kad vrata prime lP pa-

1 90


ket preko nekog od sučelja (u pripadnom okviru), onda vrata utvrđuju da li je mrežni dio lP adrese odredišta iz tog paketa jednak mrežnom dijelu adrese nekog od sučelja tih vratiju. Ako jest, onda je taj lP paket stigao do svoje fizičke i treba biti upućen na odgovarajućeg domaćina u toj fizičkoj mreži. Vrata održavaju tablicu parova <lP adresa, fizička adresa> za domaćine onih podmreža koje su izravno vezane na ta vrata. Vrata uzimaju iz te tablice fizičku adresu domaćina na čiju lP adresu treba uputiti dani lP paket, umeću taj lP paket u okvir dane fizičke mreže, i taj okvir upućuju preko odgovarajućeg sučelja na odgovarajuću fizičku adresu domaćina. Na taj način lP paket stiže do svog konačnog odredišta.

Druga mogućnost je da mrežni dio lP adrese odredišta (iz primljenog lP paketa) nije jednak mrežnom dijelu lP adrese nijednog od sučelja danih vratiju. To onda znači da taj lP paket još nije stigao do svoje podmreže i da ga treba proslijediti na neka druga vrata (usmjerivač), prema njegovoj podrnreži. Dana vrata to čine na temelju svoje tablice prosljeđivanja. S obzirom na strukturu lP adrese, tablica prosljeđivanja na vratima Pi ne treba sadržavati podatke o domaćinima iz podmreža na koje ta vrata nisu izravno vezana; dovoljno je da tablica prosljeđivanja od Pi sadrži po jedan zapis za svaku podmrežu, koji pokazuje kamo (kome) treba proslijediti lP paket koji je upućen na nekog domaćina iz te podmreže. U koju podrnrežu je upućen neki lP paket vidi se iz mrežnog dijela lP adrese odredišta, koja je zapisana u zaglavlju tog lP paketa.

Nadalje, tablice prosljeđivanja na vratima niže (lokalne) razine ne trebaju sadržavati podatke o svim podmrežama opsežne sastavljene mreže, pogotovo ne o onim podmrežama koje su fizički vrlo udaljena od njih. Opsežne sastavljene mreže strukturirane su hijerarhijski, tako da vrata niže (lokalne) razine sadrže samo zapise o putovima do podmreža iz njihovog područja. lP pakete koj i nisu upućeni ni u jednu od tih podmreža, takva vrata prosljeđuju na jedan zadani usmjerivač više razine, koji zna kamo treba proslijediti te lP pakete. Takav hijerarhijski ustroj sastavljene mreže oslobađa vrata (usmjerivače) nižih razina potrebe da održavaju podatke o mnogim (udaljenim) podrnrežama. Umjesto toga, dovoljno je da takva vrata u svojoj tablici prosljeđivanja imaju jedan zapis koji kazuje kuda (kome) proslijediti one lP pakete koji su upućeni u podmreže o kojima ta vrata nemaju podataka. Na primjer, vrata (usmjerivači) niže razine u Hrvatskoj mogu prosljeđivati na jedan usmjerivač više razine (u Hrvatskoj) sve one lP pakete koji su upućeni u neku podrnrežu u drugoj državi. Tablica prosljeđivanja tog usmjerivača više razine treba sadržavati zapis o tome kuda (kome) proslijediti lP paket da bi iz Hrvatske stigao u BraziL Za vrata (usmjerivače) niže razine dovoljno je da znaju proslijediti takav lP paket odgovarajućem usmjerivaču više razine.

Zaključimo ovo kazivanje o situaciji kad vrata Pi trebaju proslijediti TP paket dalje u sastavljenu mrežu, jer taj paket ne spada ni u j ednu od fizičkih mreža koje su izravno vezane na vrata Pi. U tom slučaju, vrata Pi ( l ) uzimaju mrežni dio lP adrese odredišta iz tog paketa, (2) nalaze u svojoj tablici prosljeđivanja

1 9 1

Mario Radovan RAČ'IJNALNE MREŽE

zapis o tome na koja vrata (usmjerivač) Pj treba proslijediti taj lP paket da bi nastavio put prema cilju, (3) umeću taj lP paket u okvir fizičke mreže (ili veze) koja vodi do Pj, i (4) proslj eđuju taj okvir preko svog sučelj a u tu fizičku mrežu (ili vezu) . Na taj način lP paket stiže na vrata (usmjerivač) Pj , koja postupaj u na način kako je to objašnjeno iznad; i tako sve dok TP paket ne stigne do svoje fizičke mreže i do domaćina na čiju j e l P adresu upućen,

U kontekstu iznad rečenog, slanje lP paketa unutar j edne fizičke mreže može se izvoditi na dva načina. Prvo, domaćin Di koji hoće slati lP pakete doITI�Ćinll Dj , može pakirati te pakete II okvire te fizičke mreže i slati tc okvire na fizičku adresu od Dj . Da bi mogao slati l P pakete na taj način, Di treba održavati svoju tablicu parova lP adresa i fizičkih adresa svih domaćina u svojoj fizičkoj mreži s kojima žel i komunicirati .

Domaćin Di može se osloboditi posla održavanja takve tablice parova na taj način, da sve lP pakete koje šalje bilo kojem domaćinu (iz svoje fizičke mreže ili izvan nje) umeće u okvire fizičke lmeže u kojoj se nalazi, i te okvire šalje na fizičku adresu nekih vratiju koja su dio njegove fizičke mreže (dakle, imaju sučelje prema njoj ) . Time je posao prosljeđivanja tih l P paketa prenijet na t a vrata. Vrata koja primaju tc pakete (u okvirima), tada postupaju na način koj i smo opisali iznad i tako dostaVljaju lP pakete na domaćina Dj koji sc nalazi u istoj fizičkoj mreži kao i domaćin Di koj i te pakete šalje . Dakle, vrata utvrđuju da je mrežni dio l P adrese j ednak mrežnom dijelu jednog od nj ihovih sučelja ( i to onog preko kojeg su ti lP paketi stigli); vraćaju te l P pakete u okvire j ednake onima u kakvima su stig l i , i tc okvire upućuju na fizičku adresu domaćina Dj . Na taj način Di šalje pakete čvoru Dj II istoj fizičkoj mreži, preko vratiju koja su dio te fizičke mreže.

Pogledajmo to na primjeru sastavljene mrcže sa slike 4. ] . Domaćin 0 1 2 iz mreže M l može slati TP pakete domaćinu D I I iz iste mreže na taj način da l P pakete umeće u okvire fizičke mreže Ethernet i t e okvire šalje na fizičku adresu (mrcžne kartice) od 0 1 1 . Ali 0 1 2 može to uč initi i na taj način da okvire sa l P paketima u kojima je TP adresa odredišta ona o d D l l , šalje na fizičku (Ethernet) adresu vratiju P I točnije, na fizičku adresu sučelj a od P l prema M l . To sučelj e od P l vidi da je mrežni dio l P adrese iz primljenih T P paketa jednak mrežnom dijelu njegove l P adrese prema M l . Stoga sučelje od P l vraća te l P pakete u M L i to u Ethernet okvirima koj i su adresirani na fizičku (Ethernet) adresu od D l I . Dakle, da bi domaćin D 1 2 slao lP pakete izvan fizičke mreže M l (u kojoj se nalazi), D 1 2 mora koristiti usluge vratiju P l , kako je to objašnjeno ranije, Ovdje je pokazano na koj i način može D 12 koristiti iste usluge od P I za slanje lP paketa domaćinima unutar iste fizičke mreže M 1 u kojoj se nalazi.

Kad domaćin 0 1 2 šalje l P pakete domaćinu 042, tada te pakete treba slati (u okvirima) na vrata P l , j er jedino preko tih vratiju mogu ti l P paketi izaći iz M l i stići do M4. Vrata P l čitaju mrežni dio lP adrese odredišta (u zaglavlju pa-

1 92


keta) i vide da taj paket nije upućen ni u jednu od mreža M l i M2 koje ta vrata povezuju. Dakle, ti lP paketi trebaju biti proslijeđeni na neka vrata, koja ih mogu proslijediti dalje, prema onoj fizičkoj mreži čiju lP adresu nose u zaglavlju (kao mrežni dio lP adrese odredišta). Vrata P l upućuju te lP pakete (u okvirima fizič

ke mreže M2) na vrata P2, na način koji je opisan ranije. Vrata P2 postupaju jednako kao i vrata P l , i tako lP paketi od D l 2 (u okvi

rima mreže M3) stižu na vrata P3. Time su ti paketi, upućeni domaćinu D42, sti

gli na vrata čije jedno sučelje ima mrežni dio lP adrese jednak mrežnom dijelu lP adrese odredišta iz zaglavlja tih paketa. Dakle, lP paketi su stigli do svoje mreže (M4), te ih vrata P3 upućuju na fizičku adresu domaćina D42, u okvirima

fizičke mreže M4, kako je to objašnjeno ranije. Svaka vrata imaju svoju tablicu prosJjeđivanja; stanje sastavljene mreže se

mijenja, tako da vrata (usmjerivači) trebaju stalno održavati svoje tablice prosljeđivanja. O tablicama prosljeđivanja i o njihovom održavanju govorimo u slijedećem odjeljku; na slici 4.7 dan je pojednostavljen prikaz tablice prosljeđiva

nja za vrata P2 sa slike 4. 1 . Na temelju mrežnog dijela lP adrese odredišta, koji

je zapisan u zaglavlju lP paketa, i na temelju sadržaja svoje tablice prosljeđivanja, vrata P2 procesiraju na odgovarajući način svaki lP paket koji stigne na neko

od njihovih sučelja.

Adresa mreže Sučelje (izlaz)

Ml S1

M2 S2

M3 S3

M4 S4

Slika 4.7 Prosljeđivanje

Kad na vrata P2 stigne lP paket kod kojeg je mrežni dio lP adrese odredišta

jednak adresi mreže Ml , onda vrata predaju taj paket sučeiju S 1 . Pojam "suče

lje" je jedan od onih pojmova koji se nikad na definiraju, a mogu značiti puno

toga. U ovom slučaju sučelje je kombinacija softvera i hardvera, čija je funkcija da fizički proslijedi lP paket onamo kamo taj paket treba biti proslijeđen. U kon

kretnom slučaju, S l treba postaviti dani lP paket u okvire PPP mreže i adresirati taj okvire na fizičku adresu mreŽfle kartice od vratiju P l . Jer na taj način se okvir prenosi prema mreži M l na koju je adresirani. Fizička adresa od P l bi u ovom

slučaju bila dio zapisa (retka) za M l u tablici usmjeravanja od P2, ali ovdje smo sve podatke o tome kako stić i do M l sabrali u entitet nazvan sučelje. Taj entitet

1 93


uključuje i odgovarajući fizički (hardverski) iz laz (port) iz P2 prema P l , preko kojeg se šalje okvire sa vratiju P2 na vrata P l . S l ičan proces izvodi se za l P pakete koj i su upućeni u mrežu M4, i koj i se predaju sučclju S4.

Kad na vrata P2 stigne lP paket kod kojeg je mrežni dio lP adrese odredišta jednak adresi mreže M3, onda vrata predaju taj paket sučeiju S3 . U ovom slučaju, M3 je izravno vezana na P2, tako da sučelje S3 treba postaviti lP paket u okvir FDDl mreže M3 i adresirati taj okvir na fizičku adresu (mrežne kartice) onog domaćina D3i u mreži M3 , na čijuje l P adresu upućen taj l P paket. To znači da sučelje S3 treba sadržavati tabl icu parova <lP adresa, fizička adresa> za čvorove iz M3 i na temelju toga proslijediti dani lP paket (u FDDI okvirima) na fizičku adresu onog domaćina u M3, na čiju je TP adresu upućen. S lično vrijedi i za sučelje S2, s tim da mreža M 2 sa slike 4 . 1 nema nijednog domaćina, tako da to sučelje ne bi trebalo nikad biti aktivirano. Napomenimo da ovdje govorimo o načelima postupanja; opisani proces može biti tehnički realiziran na više načina.

Pojmovi često nisu dobro definirani, ni objašnjeni; nj ihova uporaba isto tako često nije dosljedna. Za to postoji više razloga; iste i l i sl ične naprave mogu se koristiti u različitim situaeijama i za različite svrhe; razl ičite naprave mogu davati iste ili slične učinke. Povrh toga, pojedinci imaju različite sklonosti korištenja pojedinih pojmova. Usprkos svemu tome, pokušajmo ovdje okvirno opisati značenja pojmova preklopnik (switch), most (bridge), vrata (gateway) i usmjerivač (router) .

Sve navedene naprave (računala) rade sličan posao: primaju neke jedinice podataka i prosljeđuju ih prema nj ihovu odredištu. Preklopnik je naprava koja prima i prosljeđuje okvire; dakle, vrši prijenos na razini veze podataka. Preklopnik nije dovoljan za ostvarenje heterogenih sastavljenih mreža, jer ne sadrži mrežni sloj na kojem se izvodi usmjeravanje tokova podataka između heterogenih (različitih) podmreža sastavljene mreže. Mostom smo nazvali napravu (preklopnik) koja povezuje kompatibi lne lokalne mreže u jednu proširenu lokalnu mrežu. Mostovi prosljeđuju okvire između istovrsnih ( i l i sličnih) lokalnih mreža, tako da oni rade na razini veze podataka.

Vrata (gateway) izvode prosljeđivanje lP paketa, što znači da rade na mrežnoj razini sustava. Prijenos sadržaja fizičkom mrežom izvodi se u jedinicama podataka (okvirima) te fizičke mreže, ali vrata usmjeravaju jedinice podataka mrežne razine (pakete) na način koji prelazi granice jedne fizičke mreže. Pojam usmjerivač obično znači isto što i vrata. Ovdje nazivamo vratima one naprave koje izravno povezuju (heterogene ) fizičke mreže na mrežnoj razini. S druge strane, kod sastavljenih mreža globalnih razmjera, takve naprave nazivamo usmjerivačima, jer usmjeravaju promet između često vrlo udaljenih fizičkih mreža. Usmjerivači se vezuju na fizičke mreže, ali vezuj u se i jedni na druge, i tako uspostavljaju prijenosni sustav globalnih razmjera.

Kako je to ranije rečeno, ovdje nedostaje j edan opći pojam za naprave koje prenose i usmjeravaju jedinice podataka na bilo kojoj razini mrežnog sustava.

1 94


Zato smo uveli pojam prijenosnik kojem smo dodijelili ulogu zajedničkog naziva za sve naprave takve vrste, koje smo naveli iznad. Može biti da taj pojam nije sasvim dobar, ali to se može reći za većinu izvornih (engleskih) naziva s koj ima se ovdje susrećemo. U svakom slučaju, poželjno je imati jedan opći (generički) poj am za sve naprave te vrste, bez obzira na kojoj razini djeluju (rade).

Svaka fizička mreža izravno prenosi samo svoje jedinice podataka (okvire) . Čvorovi pakiraju l P pakete u okvire one fizičke mreže u kojoj se nalaze i preko koje trebaju slati te pakete; na taj način šalju T P pakete na njihova odredišta. Pritom ta odredišta mogu biti privremena (neka vrata), i l i konačna (neki domaćin). Da bi čvor Di mogao slati l P pakete u okvirima na l P adresu čvora Dj u istoj fizičkoj mreži, potrebno je da zna fizičku adresu čvora Dj . Takvi podaci sadržani su u tablic i koja ima po jedan redak podataka za svaki čvor u danoj fizičkoj mreži; taj redak sadrži (između ostalog) par <lP adresa, .fizička adresa> za dani čvor. Takva tablica postoj i na svakom čvoru (sučeiju) fiz ičke mreže; na temelju njena sadržaja, čvor zna na koju fizičku adresu (u toj fizičkoj mreži) treba slati okvire koj i nose l P pakete, da bi njihovi sadržaji ( TP paketi) stigl i na onu lP adresu na koju ih želi poslati.

Kod takvih tablica uvijek se postavlja p itanje na koj i način ih napraviti i održavati . Taj proces definiran je j edni m protokolom, koji sc ovdje naziva ARP (address resolution protocol), a kojeg možemo zvati protokolom uparivanja adresa. Taj protokol omogućava svakom čvoru (sučeiju) u j ednoj fizičkoj mreži, da održava svoju tabl icu parova fP adresa i fizičkih adresa za sve čvorove u fizičkoj mreži u koju spada. Tu tab licu treba konstantno održavati, jer mrcžna kart ica nekog čvora može biti zamijenjena, č ime sc mijenja i fizička adresa toga čvora, kao nosioca određene l P adrese. Redovi (parovi) u toj tablici, koja se naziva ARP tabl icom, zastarijevaju, tako da svaki čvor treba konstantno obnavljati svoju ARP tablicu. Kaže se da zapisi u toj tablici zastarijevaju svakih 1 5 minuta, što izgleda prilično kratkim vremenom, jer se mrežne kartice zacijelo ne m ijenjaju ( kvare) tako često.

Kada neki čvor Di hoće slati l P pakete na neki čvor Dj, onda iz mrežnog dijela l P adrese (na koju hoće slati) v idi da li se Dj nalazi u istoj fizičkoj mreži kao Di . Ako je tako, onda D i uzima iz svoje ARP tablice fizičku adresu čvora Dj na čiju TP adresu hoće poslati l P pakete, umeće tc pakete u okvire i šalje te okvire na fizičku adresu čvora Dj . Ako Di vidi da mrežni dio lP adrese na koju hoće slati pakete n ije isti kao i mreži dio njegove JP adrese, onda Di postupa na isti način, s tim da okvire (s l P paketima) šalje na fizičku adresu sučelja vratiju, koj a ć e onda t c T P pakete proslijediti dalj e n a način koji smo opisali ranije .

Ako u svojoj ARP tablici domaćin Di nema zapis (redak) o fizičkoj adresi domaćina Dj čija T P adresa ima isti mrežni dio kao TP adresa od Di (dakle, nalazi se u istoj fizičkoj mreži), onda Di šalje jednu broadcast poruku (ARP upit) u svoju fizičku mrežu, sa p itanjem koj i domaćin ima danu lP adresu. Onaj doma-

1 95


ćin koj i ima tu lP adresu odgovara na taj upit slanjem svoje fizičke adrese čvoru Di . Čvor Di zapisuje taj podataka (redak) u svoju ARP tablicu i na temelju toga sad može slati lP pakete čvoru Dj .

ARP upit kojeg Di šalje (na broadcast način) sadrži njegovu lP adresu i fizičku adresu, tako da svi čvorovi iz dane fizičke mreže koj i nemaju taj podatak (za čvor Di) mogu taj podatak upisati u svoje ARP tablice. Oni čvorovi koji imaju taj podatak u svojim ARP tablicama, trebaju ga obnoviti (promijeniti u njemu vremensku oznaku) jer ti podaci zastarijevaju. Oni čvorovi čija adresa nije tražena, i koj i u svojim ARP tablicama nemaju zapisa o tražitelj u (čvoru Di), ne moraju upisati podatke o čvoru Di u svoje ARP tebliee ako smatraju da im ti podaci neće uskoro trebati. Ako nekom od tih čvorova kasnije zatrebaju podaci o Di, moći će ih saznati slanjem odgovarajućeg ARP upita, na način kako je to učinio Di.

ARP upit sa koj im čvor Di traži fizičku adresu za danu lP adresu, može sadržavati niz podataka o tražitelju Di. Odgovor čvora Dj na taj upit može isto tako sadržavati niz podataka o čvoru Dj . Čvorovi mogu sve te podatke zapisivati u svoje ARP tablice, čij i redovi onda nisu samo parovi adresa (lP, fizička), već svaki redak sadrži i n iz drugih podataka o jednom čvoru iz dane fizičke mreže; ali ovdje nas zanimaju samo parovi adresa.

Saberimo ukratko suštinu onog o čemu ovdje govorimo. lP sustav sadrži dva osnovna elementa koj i omogućuj u tvorbu opsežne sastavljene mreže od raznovrsnih (heterogenih) fizičkih mreža. Prvi element je jedinstvena jedinica (paket) podataka, koja može biti fragmentirana na putu (na vratima), tako da njen sadržaj može biti prenijet kroz praktički svaku fizičku mrežu. Drugi clement je jedinstven sustav adresiranja čvorova (sučelja) u heterogenoj sastavljenoj mreži globalnih razmjera.

Uvođenjem dvorazinske h ijerarhije u adresni prostor, lP sustav omogućava da se lP paketi prosljeđuju samo na osnovu lP adrese fizičke mreže - to jest, na osnovu mrežnog dijela lP adrese odredišta - prema onoj fizičkoj mreži u koju trebaju biti prenijeti. Kad lP paketi stignu na vrata koja vode izravno u tu fizičku mrežu, onda ih ta vrata prosljeđuju na fizičku adresu nj ihovog konačnog odredišta u toj fizičkoj mreži . Svaki fizički prijenos lP paketa izvodi se u okvirima fizičke mreže kroz koju sc ti paketi prenose.

Unutar jedne fizičke mreže može se izvoditi broadcast slanje okvira; kod nekih mreža (LANova) je takav prijenos jednostavan. Unutar jedne fizičke mreže može se izvoditi i broadcast slanje na lP razini, ali je realizacija broadcast slanja na toj razini znatno složenij i proces s kojim sc ovdje ne bavimo. Spomenimo samo to, da vrata obično ne prenose broadcast poruku TP razine izvan fizičke mreže u kojoj je ta poruka poslana. Takva poruka stiže na sve lP adrese u danoj fizičkoj mreži, al i ne prenosi s e izvan te fizičke mreže. Fizički prijenos u fizičkoj mreži uvijek sc izvodi u okvirima te mreže; broadcast slanje na TP razini se isto tako ostvaruje (broadcast) slanjem okvira tc fizičke mreže, a l i se to realizira na specifičan način .

1 96


Kako je to ranije rečeno, lP ne ispravlja greške koje nastaju u prijenosu lP paketa. Ali kaže se da lP radi "u paru" sa jednim drugim protokolom koji se naziva ICMP (Internet Control Message Protocol) koji evidentira greške u prijenosu. ICMP šalje poruku izvoru (domaćinu) Di kada se neki lP paket od Di odbaci ili izgubi (uništi) na putu prema svom odredištu. Obavještavanje nije isto što i ispravljanje grešaka, čime se bavi razina upravljanja prijenosom.

Postoje razni razlozi zbog kojih prijenos nekog lP paketa može ne završiti uspješno. Neki prijenosnik (vrata, usmjerivač) na putu može odbaciti lP paket iz više razloga: ( 1 ) zato što je taj prijenosnik trenutno zagušen pa ne može primiti paket, (2) zato što je taj prijenosnik utvrdio (na temelju kontrolnog zapisa) da je došlo do iskrivljenja bitova u zaglavlju lP paketa, te (3) zato što je taj lP paket zastario (vrijednost u polju TTL je O). Neki kvarovi u sastavljenoj mreži mogu dovesti do toga da trenutno ne postoji mogućnost da paketi stignu od Di do Dj (jer trenutno nema ispravnog puta od Di do Dj). Kada se dogodi neka takva situacija, ICMP šalje odgovarajuće povratne obavijesti izvoru lP paketa.

Ako odredište lP paketa (Dj) nije u mogućnosti primiti taj lP paket, onda ICMP obavještava o tome izvor Di tog paket. Razlozi zašto Dj ne može primiti pakete od Di mogu biti jednaki onima zbog koj ih ih neki prijenosnik odbacuje na putu. Pored toga, proces sabiranja fragmenata lP paketa (koji je bio fragmentiran na putu) može ne uspjeti; tada Dj odbacuje sve fragmente toga paketa. Konačno, čvor Dj može ne biti aktivan (uključen) u danom trenutku.

Pored slanja povratnih poruka o greškama, ICMP omogućava prijenosnicima da šalju razne upravljačke poruke izvorima lP paketa (domaćinima). Takve poruke mogu se odnositi na usmjeravanje. Na primjer, vrata Pl od mreže Mk mogu obavijestiti domaćina Di iz Mk da preko Pl postoji put do domaćina Dj iz mreže Mn, koj i je kraći (lakši) od puta koji iz Mk prema Mn vodi preko vratiju P2, na koja domaćin Dl sada upućuje svoje pakete za domaćina D2. U prethodnom poglavlju rečeno je da u lP sustavu postoj i mogućnost izvorskog usmjeravanja, ali u normalnom radu lP sustava ne postoje fiksni putovi od izvora do odredišta. lP paket prosljeđuje se na svakom prijenosniku nezavisno od drugih lP paketa i od drugih prijenosnika. Međutim, kada je neka fizička mreža M povezana sa drugim fizičkim mrežama preko više vratiju, onda nije svejedno preko koj ih vratiju će domaćin Di slati lP pakete za nekog domaćina Dj koji se nalazi izvan fizičke mreže M. Izborom izlaznih vratiju, Di ne određuje izravno kojim će se putem njegovi lP paketi kretati do odredišta Dj, ali taj izbor može bitno utjecati na taj put.

Dakle, ako domaćin Di primi obavijest od vratiju Pl o tome da je pakete za Dj bolje slati na ta vrata nego na vrata P2, na koje ih Di sada šalje, onda Di treba zapisati taj podatak u svoju tablicu prosljeđivanja. Na temelju tog zapisa, Di će ubuduće slati pakete za Dj na vrata Pl umjesto na vrata P2. Za neka druga odredišta, Di može i dalje slati pakete na vrata P2; konkretna obavijest odnosi se na

1 97


neko konkretno odredište paketa, jer ne moraju ista vrata biti optimalan izlaz iz fizičke mreže za sva odredišta u sastavlj enoj mreži.

O tome na koj i način prij enosnici saznaju podatke o putovima, govorimo u nastavku ovog poglav lja. Neki prij enosnik P koj i se nalazi daleko od fizičke mreže Mk u kojoj se nalazi domaćin Di, teško da može znati preko kojih vratiju od Mk bi Di trebao slati svoje pakete za koje odredište izvan Mk. Pod "daleko" se ovdje misl i da i zmeđu Mk i P postoj i više prijenosnika. Al i vrata koja povezuju Mk sa ostatkom sastavljene mreže, znaju podatke o mogućim putovima do konkretnih odredišta.

Privatne i virtualne mreže

Neka tvrtka ( i l i institucija) može imati svoja sjedišta (aktivnosti) na međusobno udaljenim mjestima. Na svakom od tih sjedišta, tvrtka može imati svoju računalnu mrežu M koj a može biti lokalna i l i sastavljena iz više fizičkih mreža. Prijenos podataka između takvih međusobno udaljenih mreža M i i Mj može se izvoditi preko javne mreže, poput Interneta. Tvrtka može isto tako napraviti svoju privatnu (globalnu) mrežu koja se sastoj i samo iz njenih mreža M . To može učiniti na taj način da iznajmi veze (određenog tipa) i pomoću tih veza poveže svoje udaljene mreže. Veze sc mogu iznajmiti od tvrtki koje sc bave izgradnjom sustava za prijenos informacijskih sadržaj a raznih vrsta; obi čno su to telefonske tvrtke. Na taj način može se naprav iti privatnu sastavlj enu mrcžu koja sc sastoj i i z mreža M i dane tvrtke i ( iznajmljenih) veza i zmeđu tih mreža.

Svaka od mreža M i povezanaje u tu sastavljenu mrežu preko jednog usmjerivača Pi. Taj usmjerivač prosljeđuje jedinice podataka iz mreže M i u sve druge mreže te privatne mreže i prima jedinice podataka iz drugih mreža Mj koj i su upućeni u mrežu Mi . Kako je to ranij e rečeno, vrata i usmjerivači su naprave (prijenosnic i ) iste vrste; vratima smo ovdje nazvali one prijenosnike koj i povezuju fizičke mreže na užem području, dok smo usmjerivačima nazvali one prijenosnike koj i povezuju fizički udaljene mreže. Takvo razl ikovanje ne zvuči uvijek dobro, a l i nije bez osnove; u svakom s lučaju, nastojati ćemo koristiti ga dos lj edno.

Globalna mreža kakvu smo opisali iznad, omogućava potpuno ograničavanje i kontrolu komunikacije i zmeđu tc mreže i drugih mreža. Zato se takva mrcža naziva privatnom. Da bi sc postiglo privatnost, podmreže M i od tc mreže ne smiju biti vezane na javnu mrežu (Internet) osim preko onih usmjerivača Pi koji te podmreže povezuje u jednu sastavljenu privatnu mrežu. Jedan od razloga za uspostavu takve privatne mreže je zaštita sadržaj a u prijenosu i zaštita sadržaja u njenim podmrcžama. Bez dopuštenja usmjerivača P i, koj i povezuju podmreže jedne privatne sastavljene mreže (preko iznajmljenih veza), n i tko izvana ne može pristupiti tom privatnom sustavu i njegovim sadržaj ima. Usmjerivači koj i povezuju podmreže M i mogu dopustiti pristup tim podmrežama izvana (iz j avne mreže), ali ne moraju to dopust iti : usmjerivači imaju ovdje u logu fi ltara (vatrozi-

1 98


da) koji odlučuju koje će vanjske zahtjeve za komunikaciju pustiti u tu mrežu a koje neće, kao i koje će komunikacije iz privatne mreže prema vanjskim mrežama dopustiti a koje ne.

Privatna mreža koju smo opisali iznad, je fizički stvarna, a ne virtualna. Pojam virtualna mreža koristi se u raznim kontekstima i s različitim značenj ima. Ovdje govorimo o nečem što se naziva virtualna privatna mreža (virtual private network - VPN). Takve mreže ostvaruju se jednim specifičnim načinom pakiranja sadržaja i adresiranja lP paketa kojima se ti sadržaji prenose.

U nastavku iznosimo jedan način kako se može uspostaviti privatnu sastavljenu mrežu globalnih razmjera bez da se iznajmi posebne linije koje povezuju podmreže od kojih je ta mreža sastavljena. U tom slučaju govorimo o virtualnoj privatnoj mreži. Na slici 4.8 prikazana je struktura jedne virtualne privatne mreže.

Internet

Slika 4.8 Virtualna privatna mreža

Svaka od mreža Mi tvori jednu cjelinu. Svaka od tih nueža (ili podrnreŽ3) vezana je na javnu mrežu (Internet) preko jednog usmjerivača Pi. Zatvorenost prema vanjskom svijetu (a time i privatnost) sastavljene mreže koja se sastoji od podmreža Mi, postiže se na slijedeći način. lP paketi od nekog domaćina iz mre-

1 99


že Mi, koji su upućeni nekom domaćinu u mreži Mj, prenose se kao tijela lP pa

keta koje usmjerivač Pi šalje usmjerivaču Pj. Dakle, domaćin Dx iz mreže Mi

šalje lP paket domaćinu Dy iz mreže Mj, tako da taj paket pošalje na usmjerivač

Pi koji povezuje mrežu Mi sa ostatkom Interneta. Pi bi mogao proslijediti taj lP paKet u javnu rrrrezu, prema njegovu odredištu Dy u MJ. Međutim, Pi ovdje po

stupa drukčije: Pi umeće lP paket od Dx (za Dy iz Mj) u novi lP paket u kojem je adresa izvora Pi a adresa odredišta Pj. Pi zatim prosljeđuje taj lP paket u

Internet. Tako paket od Dx za Dy putuje u normalnom lP paketu na normalan

način kroz Internet, ali kao tijelo drugog lP paketa. Na slici 4.9 prikazan je lP

paket koji sadrži (i prenosi) drugi lP paket; u danom primjeru, lP paket od usmje

rivača Pi prenosi (kao tijelo) lP paket od domaćina Dx za Dy. Dakle, sadržaj lP

paketa od Dx "dvostruko pakiran".

IPadrPi IPadrPj I IPadrDx I IPadrDy I Tijelo I Slika 4.9 Dvostruko pakiranje

Usmjerivač Pi povezuje mrežu Mi u danu virtualnu privatnu mrežu, dok

usmjerivač Pj povezuje mrežu Mj u danu virtualnu privatnu mrežu. Stoga lP pa

keti od domaćina Dx iz Mi upućeni domaćinu Dy iz Mj, putuju kroz Internet kao

paketi čiji je izvor usmjerivač Pi a odredište usmjerivač Pj. Kad usmjerivač Pj

primi lP paket kod kojeg je pošiljatelj usmjerivač Pi, uzima njegov sadržaj - to

jest, izvorni lP paket od domaćina Dx - i prosljeđuje ga domaćinu Dy iz pod

mreže Mj na kojeg je taj paket adresiran.

Privatnost tako uspostavljene virtualne mreže, koja koristi prijenosne uslu

ge javne mreže (Interneta), ostvaruje se na isti način kao i kod privatne mreže s iznajmljenim vezama, koju smo opisali iznad. Dakle, svaka podmreža Mi komu

nicira sa vanjskim svijetom (to jest, sa javnom mrežom) samo preko svog usmjerivača Pi; pritom, ti usmjerivači imaju ulogu filtara koji mogu spriječiti ili ogra

ničiti (filtrirati) komunikaciju između domaćina iz tako uspostavljene virtualne

privatne mreže i vanjske globalne mreže.

Virtualnost (ne-stvarnost) opisane privatne mreže sastoji se u tome što ta

mreža nema vlastitih veza između podmreža od kojih se sastoji. lP paketi koji se

prenose između tih podmreža kreću se Internetom kao normalni lP paketi (što i

jesu), s tim da su njihove adrese izvora i odredišta adrese usmjerivača koji ih ša

lju, odnosno primaju. Preciznije rečeno, to su lP adrese sučelja usmjerivača, ali

to su normalne lP adrese, kao što su i sučelja usmjerivača normalni čvorovi onih

mreža koje povezuju. Kažemo da se dvostrukim pakiranjem uspostavljaju tuneli

kroz javnu mrežu između parova usmjerivača, koji na taj način ostvaruju jednu

virtualnu privatnu mrežu.

200


Opisani način rada virtualne privatne mreže (VPN) može se ostvariti na razne načine. Pogledajmo kako se to može učiniti na primjeru VPN sa slike 4.8. Uzmimo pritom da usmjerivači sadrže neki podsustav koji odlučuje o tome kako postupiti sa lP paketima koji na njih stižu iz javne (vanjske) mreže, kao i sa onim lP paketima koje neki domaćin iz VPN želi uputiti van iz te VPN, u javnu mrežu. Dakle, problem načina filtriranja komunikacije između dane privatne mreže sa javnom mrežom nije predmet ovog prikaza. Na slici 4. 1 0 dana j e jedan pojednostavljen prikaz tablice prosljeđivanja za usmjerivač P l sa slike 4.8.

Mreža Sučelje

M1 S1

M2 VS2

M3 VS3

Int Slnt

Slika 4. 1 0 Prosljeđivanje

Tablica prosljeđivanja sa slike 4.l O sadrži četiri sučelja, ali stvarni fizički prijenos lP paketa preko usmjerivača P l odvija se preko dva izlaza (porta): jedan vodi u podmrežu M l a drugi u javnu mrežu Internet. Virtualna sučelja VS2 i VS3 su zapravo procesi obrade na P l onih lP paketa koji su upućeni u mrežu M2, odnosno M3 . Kad sučelje primi lP paket iz M l , koji je adresiran na neku lP adresu izvan dane privatne mreže, onda filtar na P l odlučuje što učiniti s tim paketom; ako se paket propušta dalje, onda ga P l prosljeđuje u Internet preko sučelja SInt (i pripadnog porta). Ako na P l stigne lP paket iz vanjske mreže upućen u M l , onda filter na P l treba odlučiti hoće li taj paket biti proslijeđen u M l ili ne. Ako se taj paket proslj eđuje u M l , onda P l to čini preko sučelj a S l , na način na koji vrata prenose lP pakete u mreže, kako je to objašnjeno ranije.

Kad sučelje Pl primi lP paket kojeg mu šalje neko drugo sučelje Pi iz te virtualne privatne mreže, onda bi sadržaj tog lP paketa trebao biti lP paket koji je adresiran na nekog domaćina Dk iz podmreže M l koju P l povezuje u danu VPN. Tada P l odstranjuje vanjsko pakiranje (lP zaglavlje) primljenog paketa, koje je služilo samo tome da njegov sadržaj (lP paket za Dk iz M l ) bude prenijet na P l . Zatim Pl predaje lP paket iz tijela primljenog lP paketa sučelju S l koje ga prosljeđuje u podmrežu M l . Način prosljeđivanja zavisi od strukture podmreže M l . Ako je to lokalna mreža, onda sučelje S l pakira lP paket za Dk u okvire te fizičke mreže, naslovljuje te okvire na fizičku adresu domaćina Dk, i prosljeđuje ih preko odgovarajućeg porta u lokalnu mrežu M l . Ako je M l sastavljena mreža, onda je proces u osnovi jednak, ali se u tom slučaju lP paketi mogu prosljeđivati (u odgovarajućim okvirima) na neka vrata unutar sastavljene

20 1

1'v1ario Radovan RAČ:UNALNE M REŽE

podmreže M l . Ovdje govorimo o usmjerivačima na krajev ima tunela, a ne o vratima u sastavljen im mrežama.

Kad na P l stigne lP paket iz M I koj i je adresiran na nekog domaćina Dj iz M2, onda prema tablici sa s l ike 4. 10, usmjerivač P l prosljeđuje taj lP paket preko sučelja VS2. To sučelje naziva se virtualnim sučeljem jer se prosljeđivanje preko tog sučelja svodi na izvođenje određenog procesa na P l , dok se stvarno (fizičko) proslj eđivanje izvodi preko nekog drugog sučelja; u ovom primjeru. preko sučelja S lnt. Dakl e, virtua lno sučelje VS2 umeće TP paket koj i je stigao iz M l i upućen u M2, u lP paket od P I ( adresa izvora) za P2 (adresa odredišta). VS2 predaje taj lP paket stvarnom sučeiju SInt, koje taj paket onda proslj eđuje preko svog porta u javnu mrežu Internet. Na taj način lP paket od P l , sa paketom za Dj iz M2, stiže na P2, koj i onda sadržaj tog TP paketa (to j est, lP paket za Dj) prosljeđuje u M2, kako je 10 objašnjeno ranije.

Usmjerivač P l postupa na ist i način sa lP paketima koje prima iz mreže M l a koji su upućeni u mrcžu M3 . Ovdje smo naveli posebno virtualno sučelje za svaku podmrcžu Mi zato što P l može proeesirati pakete za pojedine podmreže na načine koj i se donekle razl ikuju. Naprimjer, P l može postavljati neki poseban prioritet u zaglavlj a svoj ih l P paketa (polj e TaS) koj i prenose lP pakete u podmrežu M3. Kao i kod VS2, stvarni prijenos l P paketa koj e proeesira VS3 odvija se preko sučelja SInt, odnosno preko fizičkog porta koj im je P I vezan na neki usmjerivač u mreži Internet. Virtualna sučelja označavaju određene proeese na usmjerivačima; stvarni prijenos sa usmjerivača izvodi se preko stvarnih sučelja (i portova) .

Osta l i usmjerivači virtualne privatne mrcže sa slike 4.8 rade na ist i način kao i P I .

Kaže se da je virtualna privatna mreža jednako dobra kao i stvarna privatna mreža koj a se ostvaruje pomoću i znajm ljenih veza između udaljen ih podmreža, kako je to objašnjeno iznad. G lavna dobra osobina privatne mreže je to, što omogućava ( i l i olakšava) zaštitu komunikaeije i sadržaja u toj mreži od vanj skih napada. Kao dobra osobina virtualnih privatnih mreža navodi sc i to, što sc tunel ima mogu prenositi razne jedinice podataka, ne samo lP paketi. To praktički znači , da usmjerivači Pi koj i povezuju podmreže Mi, mogu u svoje lP pakete uvrštavati proizvoljne j edinice podataka koje primaju iz t ih mreža, a ne samo lP pakete. Međutim, da bi bio moguć takav način prijenosa, na usmjerivačima treba postojati odgovarajući softver ( sučelje) koj i umeće razne jedinice podataka u lP pakete koje usmjerivač Pi šalje usmj erivaču Pj ; potrebno je da taj softver zna i vaditi razne jedinice podataka iz primljenih l P paketa (na lIsmjerivaču ) i prosljeđivati te j ed inice na odredište Dk u podmreži koju taj usmjerivač povezuje u danu virtualnu privatnu mrežu. Takve j edinice podataka mogl i b i biti okviri mreže Mj , koj i su izravno poslan i iz mreže Mi u i istovrsnu mrežu Mj, preko nj ihov ih usmjerivača Pi i Pj . To isto mogu raditi i obični domaćini vezani na Internet,

202


ako na njima postoji odgovarajući softver koji izvodi takva pakiranja proizvoljnih jedinica podataka u lP pakete. Ali preko tunela mogu se povezati dvije udaljene mreže Mi i Mj iste vrste, koje na taj način mogu razmjenjivati svoje jedinice podataka, bez da te jedinice prolaze ikakve pretvorbe, osim dodatnog pakiranja (u lP pakete) na usmjerivačima koji se nalaze na krajevima tunela.

Primjena tunela omogućava i to, da usmjerivači na njihovim krajevima prosljeđuju primljene jedinice podataka na adrese koje su različite od onih koje su zapisane u zaglavlj ima tih jedinica podataka, odnosno od onih na koje ih je njihov izvor uputio. Postoje situacije u kojima je ta mogućnost korisna. Slabost upotrebe tunela svodi se na to, da treba izvoditi dodatne procese na usmjerivačima, što može znatno usporiti prijenos (smanjiti propusnost veze) i povećati vrijeme zadržavanja (kašnjenja) te veze.

4.4 Unutardomensko usmjeravanje

U dosadašnjim prikazima uzimali smo da tablice prosljeđivanja na vratima (usmjerivačima) sadrže podatke koji točno određuju preko kojeg porta trebaju ta vrata (usmjerivač) proslijediti neku jedinicu podataka (paket, okvir), koja je naslovljena na neki čvor u sastavljenoj mreži. U ovom odjeljku govorimo o tome na koji način vrata (usmjerivači) oblikuju svoje tablice usmjeravanja i tablice prosljeđivanja.

Kod mreža sa usmjeravanjem paketa, svaki lP paket prosljeđuje se od izvora do odredišta na temelju svoje adrese odredišta, i na temelju sadržaja tablica prosljeđivanja na usmjerivačima koji ga prosljeđuju. Kod mreža sa uspostavljanjem virtualnih putova, na taj način prosljeđuje se samo prvi (signalni) paket, sa kojim se uspostavlja jedan virtualni put od izvora do odredišta; svi paketi iz tog prijenosa podataka kreću se zatim tim virtualnim putem. Kretanje signalnog paketa kroz mrežu određeno je sadržaj ima tablica prosljeđivanja na usmjerivačima, tako da sadržaj tih tablica jednako određuje tokove podataka kod mreža sa usmjeravanjem paketa i kod mreža sa uspostavljanjem virtualnih putova.

Usmjeravanje i prosljeđivanje

Pojam routing znači (1) određivanje puta (u stvarnosti), (2) nalaženje puta (na karti), i (3) usmjeravanje (nekog/nečeg) nekim putem. S obzirom na proces na koji referira pojam routing, svaki od ta tri pojma (prijevoda) je dovoljno dobar, ali nijedan nije sasvim dobar. U govoru o računalnim mrežama, pojmom routing naziva se proces nalaženja (utvrđivanja) optiInaInih putova iZ1Y\eđu fizičkih

mreža i usmjerivača u sastavljenoj mreži. U tom procesu putovi se ne uspostavljaju, nego se traži (i nalazi) optimalan put kojim se može stići od jedne točke (podmreže, usmjerivača) do druge točke u danoj sastavljenoj mreži, u kontekstu

203


danog stanja veza i usmjerivača u toj mreži . Putovi koj i su nađeni u tom procesu

zapisuju sc u tablicu usmjeravanja (routing table) . Na temelju sadržaja tablice usmjeravanja, formira se tablica prosljeđiva

nja; na temelju sadržaja te tablice, usmjerivači izvode stvarno (fizičko) prosljeđivanje jedinica podataka (paketa, okvira) prema nj ihovu odredištu. Dakle, rezultati procesa nalaženja putova (routing) zapisuju se u tablice usmjeravanja i time ujedno određuju sadržaj tablice prosljeđivanja toga usmjerivača. To znači da rezultati procesa nalaženja putova određuju kojim će se putovima kretati budući lP paketi. Routing je najbolje prevesti sa nalaženje putova jer taj pojam daje najbolj i opis procesa na koj i referira routing; može se koristiti i pojam

usmjeravanje jer je taj pojam ponekad primjereniji i uvijek kraći, a usto je dobar prijevod riječi routing.

Proces usmjeravanja obl ikuje i održava tablicu usmjeravanja (routing table) koja čini osnovu za tvorbu tablice prosljeđivanja (forwarding table). Tablica

usmjeravanja nalazi putove na mrežnoj ( logičkoj) razini; možemo reči da ta tablica pokazuje kuda treba usmjeriti neki lP paket ili virtualni put. S druge strane, tablica prosljeđivanja sadrži podatke koj i su potrebni ta to da se izvrši proces fizičkog prosljeđivanja (na tom usmjerivaču); ti podaci pokazuju kome i kako treba

proslijediti danu jedinicu podataka. Primjer jednog retka tablice usmjemvanja dan je na sliei 4. I I (a); primjer retka tablice prosljeđivanja dan je na slici 4. I I (b). Taj redak kazuje da jedinica podataka (lP paket) č ije odredište se nalazi u mreži 24 ( to je mrežni dio lP adrese), treba biti proslijeđena preko sučelja S 1 2 i to u Ethernet okvirima koj i u zaglavlju nose adresu odredišta 6:e8:2:4b:a5:ee. Taj zapis je sadrži dovoljno konkretnih podataka za izvršenje dane operacije pros1jeđivanja.

(a)

(b)

(e )

Slika 4. 1 1 Tablica usmjeravanja i tab lica prosljeđivanja

204


Sučelje općenito označava neki proces na usmjerivaču, koji završava fizičkim slanjem dane jedinice podataka preko odredenog porta na zadanu fizičku adresu; u danom primjcru, to je adresa jedne mrež ne kartice (čvora) u mreži Ethernet. Na taj način, lP paket biva fizički proslijeđen (u Ethernet okviru) na slijedeći čvor, ili na svoje konačno odredište. Spomenimo da redovi tablice usmjeravanja i tablice prosljeđivanja obično sadrže još neke podatke, koji mogu biti potrebni iz raznih razloga; međutim, navedeni sadržaji zapisa (redaka) tih dviju tablica dovoljni su za potrebe ovog prikaza. Među dodatne podatke (u redovima tablice) spada i podatak o vremenu važenja (trajanja) toga zapisa (retka).

Tablica usmjeravanja sadrži prvenstveno podatke o tome na koji čvor (lP adresu) treba proslijediti jedinicu podataka koja je upućena u određenu podmrežu sastavljene mreže. Na slici 4. 1 1 (a) dan je ilustrativni primjer jednog retka takve tablice. Osnovu zapisa (retka) u toj tablici čine oznaka (lP adresa) mreže i lP adresa čvora (usmjerivača) preko kojeg vodi put do te mreže. Sadržaj tablice usmjeravanja čini osnovu za tvorbu (i održavanje) tablice prosljeđivanja. Primjer jednog retka te tablice dan je na slici 4.1 1 (b). Podaci iz redaka te tablice dovoljni su za izvršenje fizičkog prijenosa jedinice podataka na konkretan čvor, kako je to rečeno iznad.

Postavlja se pitanje da li tablica usmjeravanja i tablica prosljedivanja trebaju biti dvije odvojene tablice, ili se njihovi sadržaji mogu sabrati u jednu tablicu. Mogućnost takva sabiranja pokazuje redak sa slike 4. I I (e), koji sabire sadržaje redaka sa slika 4. 1 l (a) i (b). Taj redak kaže slijedeće: ( 1 ) lP paket koji je upućen u mrežu broj 24 (što je zapisano u adresi njegova odredišta), treba proslijediti na čvor (sučelje) čija lP adresa glasi 2 1 2.72. 1 5 1 .86; (2) to treba ostvariti na taj način da se taj lP paket preda sučeiju S 12, koje sadržaj tog lP paketa umeće u Ethernet okvir čija adresa odredišta glasi 6:e8:2:4b:a5:ce, i taj okvir upućuje preko svog porta na tu fizičku adresu.

U načelu, takvo ujedinjavanje spomenutih dviju tablica je moguće. Kaže se da je to stvar konkretne realizacije nekog prijenosnika hoće li se tablicu usmjeravanja i tablicu prosljeđivanja ujediniti u jednu tablicu, ili neće. Ali kaže se i to, da je ipak bolje držati sadržaje tih dviju tablica odvojenima, jer se te dvije tablice koriste (pretražuju) i održavaju na različite načine. U svakom slučaju, tablica prosljeđivanja oblikuje se (na svakom usmjerivaču) na temelju sadržaja tablice usmjeravanja (tog usmjerivača). Pritom se u tablici prosljeđivanja dopunjava podatke iz tablice usmjeravanja sa konkretnim fizičkim adresama čvorova, koje su potrebne za fizičku realizaciju onog prosljeđivanja koje je određeno (zadano) tablicom usmjeravanja.

205

'vlario Radovan RAČUNALNE MREŽE

Domene i grafovi

U nastavku ovog odjeljka govorimo o llsmjeravanju, što znači o metodama i procesima nalaženja (određivanja) optimalnih putova u sastavljenoj mreži. Dakle, govorimo o tome na koji način usmjerivač i (vrata) utvrđuju koj i putovi postoje u nekoj sastavljenoj mreži, i koj i su među njima najbolj i. Takva traženja (i nalaženja) optimalnih putova izvode se u mrežnim sustavim s ograničenim brojem čvorova. Ta ograničenost broja čvorova postiže se podjelom vrlo opsežnih (globalnih) sastavljenih mreža na više područja, koja se ovdje nazivaju domenama. Očekuje se da domene najniže razine budu sastavljene mreže koje ima

j u manje od sto prijenosnika ili l i fizičkih mreža. Takve sastavljene mreže su obično podmreže neke opsežnije (globalne) sastavljene ali se traženje optimalnih putova (to j est, usmjeravanje) izvodi na razini takvih (manjih) domena.

Jednu domena usmjeravanja često se opisuje kao sastavljenu mrežu č ij i su prijenosnici (vrata, usmjerivači) pod istim administrativnim upravljanjem. To upravljanje (administriranje) obično uključuje i tehničko održavanje mreže; ali takav opis domene nije naročito precizan. Kao primjeri domena uzimaju se sa

stavljena mreža jednog sveučilišta i sastavljena mreža jednog davatelja Internet usluga (ISP). Podjel om sastavljene mreže na domene usmjeravanja uvedena je određena hijerarhijska struktura u prostor usmjeravanja. Usmjeravanje (to jest, traženje optimalnih putova) unutar jedne domene naziva se unutardomenskim

usmjeravanjem (intradomain routing). Traženje optimalnih putova ( ih samo putova) između domena naziva medudomenskim ( interdomain routing) usmjeravanjem. U načelu, administrativne domene niže razine mogu se promatrati kao čvorovi jedne domene više razine administriranja; na taj način međudomensko usmjeravanje postaje unutardomensko usmjeravanje u jednoj administrativnoj domeni više razine. Međutim, u praksi postoj e razlike u načinima traženj a putova unutar jedne domene i traženju putova među domenama. Ovdje govorimo o unutardomenskom usmjeravanju, dok u odjeljku 4.6 govorimo o međudomenskom usmjeravanju.

Dakle, u nastavku govorimo o metodama (protokolima) usmjeravanja (nalaženja optimalnih putova) u sastavljenim mrežama ograničenog opsega. Te metode (protokole) ne može se primijeniti na sastavljene mreže koje obuhvaćaju ogroman broj usmjerivača i fizičkih mreža (poput e ijelog Interneta) jer bi tada

bi le operativno sasvim neučinkovite. Te metode koriste se unutar pojedinih domena opsežnih mreža poput Interneta, dok se pitanje međudomenskog usmjeravanja rješava prema drugim načelima i metodama.

U okviru govora o nalaženju putova u računalnoj mreži, sastavlj ena mreža predstavlja se kao graf: Time se problem nalaženja putova u sastaVljenoj mreži svodi na problem nalaženja putova u grafu, za što su razvijene razne formalne (matematičke) metode. U proeesu predstavljanja računalne mreže j ednim grafom, treba odrediti još nekol iko stvari; navedimo one osnovne. Prvo, treba odre-

206


diti koje se entitete iz sastavljene mreže predstavlja kao čvorove grafa. U načelu, to mogu biti domaćini, prijenosnici, fizičke mreže i sastavljene mreže (koje su podmreže opsežnije mreže). Ovdje ćemo uzeti da su čvorovi grafa prijenosnici (vrata, usmjerivači); u nastavku ćemo tc prijenosnike zvati usmjerivačima. Svaka fizička mreža u sastavljenoj mreži vezana je na jedan ili više usmjerivača; to znači da je put do te fizičke mreže u stvari put do tih usmjerivača, koji onda izravno šalju lP pakete (u odgovarajućim okvirima) na fizičke adrese domaćina iz te fizičke mreže.

Drugo, treba odrediti što su veze (među čvorovima) u tom grafu, i na koji način se određuje kvalitetu (težinu, cijenu) pojedine veze. Normalno je da se kao veze među čvorovima grafa uzimaju veze među usmjerivačima koje ti čvorovi predstavljaju. Težina (cijena) prenošenja podataka nekom vezom može bitno utjecati na to koji je od putova između dva čvora u grafu "lakši" (jeftiniji, brži). Određivanje težina pojedinačnih veza između čvorova je općenito problematičan proces. Taj proces temelji se na elementima (svojstvima veza) koji mogu biti različito bitni za različite vrste prijenosa, i koji se mogu brzo mijenjati. O tome govorimo kasnije.

Treba utvrditi tko određuje težine veza (bez obzira na koji način), kako će te vrijednosti (težine) biti zapisane i na koji način će biti distribuirane (u grafu), te na koji način će se iz tih vrijednosti izračunavati optimalne putove između svaka dva čvora danoga grafa. To ovdje ujedno znači optimalni putovi između svake dvije fizičke mreže u danoj sastavljenoj mreži, kako je to objašnjeno iznad. Takva sastavljena mreža obično čini jednu domenu usmjeravanja u okviru op

sežnije (globalne) sastavljene mreže. Mjere i procesi koje smo naveli iznad, mogu se definirati i realizirati na više načina; na primjeru sastavljene mreže koju predstavlja graf sa slike 4. 1 2, ilustrirati ćemo neke standardne načine kako se to može učiniti. Čvorovi toga grafa predstavljaju usmjerivače, a veze u grafu predstavljaju fizičke veze između tih usmjerivača. Podsjetimo da su fizičke mreže koje čine danu sastavljenu mrežu vezane na neke od tih usmjerivača, tako da su putovi do tih čvorova grafa ujedno i putovi do tih fizičkih mreža. Podsjetimo i to, da vezom ovdje nazivamo jednu izravnu fizičku vezu između dva čvora; dakle, to je veza tipa točka-točka. S druge strane, put između dva čvora može se sastojati iz jedne ili više takvih veza; dakle, put je veza tipa s-kraja-na-kraj (ili kraj-kraj).

207


2

1 3 3

5 4

1 2

6 2

Slika 4.12 Mreža kao graf

Vezama između čvorova grafa sa slike 4.12 dodijelili smo težine. Između

svaka dva čvora toga grafa postoji više nego jedan put, osim između čvorova E i

D, između kojih postoji samo jedan put. Optimalnim putem između dva čvora smatra se onaj put između ta dva čvora kod kojeg je zbroj težina veza minima

lan. Kažemo minimalan (a ne najmanji) jer različiti putovi mogu imati jednaku težinu koja nije veća od težine nijednog drugog puta; tada težina nijednog puta nije najmanja, ali težine nekih putova jesu minimalne. U takvom slučaju postoj i više putova koji se mogu smatrati optimalnima. Kako je već rečeno, na težinu veze utječu razni čimbenici, poput njene trenutne opterećenost, tako da se težine veza općenito mijenjaju. Time se mogu mijenjati i optimalni putovi između pojedinih čvorova grafa. O tome govorimo kasnije; ovdje najprije iznosimo na koji način se ti putovi izračunavaju.

Za protokol (proces) koji nalazi optimalne putove u grafu (sastavljenoj mreži) kaže se da je distribuiran jer se izvodi na svim čvorovima grafa (mreže). Sam proces izračunavanja optimalnih putova nije distribuiran, već se izvodi na svakom čvoru za putove od tog čvora do drugih čvorova; ali svaki takav proces

računanja zasniva se na podacima koje taj čvor prima od drugih čvorova; isto tako, svaki čvor šalje svoje podatke drugim čvorovima, tako da se proces izračunavanja optimalnih putova (kao cjelina) može smatrati distribuiranim procesom. Taj proces može se podijeliti na tri podprocesa.

208


Prvo, svaki čvor utvrđuje postojanje izravnih veza prema drugim (susjednim) čvorovima i određuje težinu svake od tih veza. Drugo, rezultate prethodnog koraka šalje drugim čvorovima; sadržaji koje čvorovi šalju i načini slanja zavise od metode rada (protokola), o čemu govorimo kasnije. Treće, na osnovu vlastitih podataka o vezama (iz prvog koraka) i na osnovu podataka koje prima od drugih čvorova, svaki čvor izračunava svoju tablicu optimalnih putova do svih drugih čvorova u danom grafu. Ovdje govorimo o putovima, ali čvorovi trebaju znati samo "slijedeći korak" (čvor) kod prosljeđivanja; dakle, preko kojeg izlaza (sučelja, porta) trebaju proslijediti neki paket koji treba stići na neki čvor. Ali da bi čvor Pi to mogao znati, treba znati koji je optimalan put do čvora Pj. Ukratko, bez obzira da li čvor Pi zapisuje cijele optimalne putove do drugih čvorova ili ne, na temelju rezultata izračunavanja takvih putova, čvor Pi oblikuje svoju tablicu usmjeravanja, na osnovu koje onda oblikuje svoju tablicu prosljeđivanja.

Pogledajmo jedan primjer. Ako je čvor G sa slike 4. 12 izračunao da optimalan put od njega do čvora C vodi preko čvorova A i B, onda to znači da usmjerivač G treba zapisati u svoju tablicu usmjeravanja jedan redak koji kaže da pakete koji trebaju stići na usmjerivač C, treba proslijediti na usmjerivač A. Podsjetimo da G tada upisuje u svoju tablicu usmjeravanja lP adresu odgovarajućeg sučelja od usmjerivača A. S druge strane, u svoju tablicu prosljeđivanja, G upisuje jedan redak koji točno definira izlazno sučelje (i port) od G i fizičku adresu (mrežne kartice) od danog sučelja odA, kako je to ranije objašnjeno.

Podsjetimo da lP paketi koji kreću od usmjerivača G na usmjerivač C obično nisu adresirani na usmjerivač C, nego na nekog domaćina iz neke fizičke mreže koja je izravno vezana na C. Ali to ne mijenja suštinu procesa usmjeravanja; graf sa slike 4. 12 može se upotpuniti tako, da se na čvor C, na kojeg je vezana fizička mreža M, veže jedan čvor (u grafu) koji predstavlja tu fizičku mrežu. Optimalan put od G do M bi tada vodio preko C i imao bi jednu dionicu više nego što to ima sada, kada se grafom prikazuju samo usmjerivači, dok su fizičke mreže izostavljane. Ako se u graf uvrste i fizičke mreže (kao dodatni čvorovi), onda bi govor o paketima koji trebaju stići na usmjerivač C, trebalo zamijeniti preciznijim govorom o paketima kod kojih je mrežni dio lP adrese onaj od fizičke mreže M. Ovdje smo fizičke mreže izostavili zato da graf bude jednostavniji, ali suština procesa usmjeravanja je ista. Ako je fizička mreža M vezana na C, onda optimalan put do M vodi preko C; ili jednostavnije rečeno, optimalan put do C je ujedno optimalan put do M.

Promatrajući graf sa slike 4. 1 2, može se steći dojam da je proces nalaženja optimalnog puta u grafu jednostavan. Ali taj proces uključuje niz problema s kojim se ovdje ne možemo podrobnije baviti; u nastavku ćemo samo ukratko opisati neke od njih. Na primjer, put od G do C preko A težak je 8, dok je put od G do C preko H težak 9. Put preko A vodi preko dva čvora (A i B), dok put preko

209


H vodi preko jednog čvora. Prol azak kroz svaki čvor uključuje neko zadržavanje

i može naići na probleme. Postavlja se pitanje, u kojoj mjeri bi broj čvorova na putu trebao utjecati (pored zbroja težina veza) na izbor optimalnog puta. Neki

put koj i je teorij ski bolji, može biti problematičniji u praksi. Nadalje, za čvor A

postoje dva jednako teška puta do čvora e, i to preko B i preko H. Čvor A treba

odabrati jedan od ta dva puta (bo optimalan), jer ovdje smo uzeli da za svako

odredište, usmjerivač ima jedan redak ( izlaz, slijedeći čvor) u svojoj tablicu

usmjeravanja i u svojoj tablici prosljeđivanja. Uzmimo da je A odabrao da put

od njega do e vodi preko H, tako da pakete za e prosljeđuje na H, koji bi te pa

kete onda trebao prosl ijediti na C. Ali to može dovesti do problema. Naime,

može sc dogoditi da neki čvorovi procjenjuju težine pojedinih veza drukčije

nego drugi čvorovi . To može dovesti do toga da se neki paketi kreću u petlj i . Na

primjer, ako je H utvrdio da težina veze od njega do A iznosi 5 , do e iznosi 1 0, a do G iznosi l , onda je za H optimalan put do e onaj koji vodi preko čvorova G,

A i B. To znači da će H proslijediti čvoru G paket za e, kojeg je primio od A, čime će taj sc paket vratiti u čvor iz kojeg je krenuo, odnosno napraviti će krug.

Tako velike razlike u procjenama težina i stih veza ne bi se trebale događati, ali i

male razlike u procjenama težina veza mogu dovesti do kretanja paketa u petlj i .

Takvi probl emi rješavaju se na razne praktične načine koj i su operativno dovolj

no dobri i s kojima sc ovdje ne trebamo baviti; ovdje smo samo ukazali na mo

gućnost jav ljanja nekih problema.

Konačno, uzmimo da su težine veza jednoznačno određene ( i l i zadane) i

pogledajmo na koje načine se iz tih težina mogu izračunavati optimalni putovi

između čvorova grafa, što ovdje znači između usmjerivača (i fizičkih mreža koje su na nj ih vezane). Za takvo računanje potrebno je na svim čvorovima (kao mje

stima računanja) stalno prikuplj ati podatke o težinama veza i/i l i putova. U praksi dominiraju dvije metode prema koj ima se izvode takva računanja. Kaže se da

postoje dvije klase protokola za izračunavanje optimalnih putova u sastavljenoj

mreži; protokoli prve od tih dviju klasa nose naziv vektor udaljenost ( distance

vector), a protoko l i druge klase nose naziv stanje veza ( l ink state). Govor o kla

sama protokola pokazuje da se osnovna načela rada primjenjuju uz razne prila

godbe i dopune. Osnovno načelo rada je kod obiju klasa protokola jednostavno.

U nastavku iznosimo podrobniji opis tih dvaju (klasa) protokola.

Vektor udaljenosti

Kod protokola tipa vektor udaljenosti, svaki čvor razmjenjuje svoja znanja

o putovima sa čvorovima s kojima je izravno vezan. Na taj način, svaki čvor

prenosi svoja znanja svim izravnim susjedima, čime se znanja svakog čvora postupno šire cij elom mrežom. Na temelju t ih znanja, svaki čvor izračunava opti

malni put od sebe do svakog drugog čvora u danoj mreži (domeni). Na temelju

rezultata tih računanja, svaki čvor (usmjerivač) oblikuje svoju tablicu usmjera-

2 1 0


vanja i svoju tablicu prosljeđivanja, sa konkrctnim izlaznim portovima i fizičkim

adresama odredišta, kako je to ranije objašnjeno. Računanje optimalnih putova kreće na svakom čvoru od utvrđivanj a poda

taka o vezama toga čvora sa susjednim čvorovima. Svaki čvor zatim šalje te po

datke svim susjednim čvorovima, od kojih prima njihove podatke iste vrste. Na

taj način, početno znanje čvorova o njihovim izravnim vezama nadopunjava se

izračunavanjem putova do udalj enih čvorova, koji vode preko izravnih veza do

drugih čvorova. Pogledajmo primjer; na slici 4.13 dano je stanje tablice usmjeravanja za čvor G na početku procesa kojeg ovdje opisujemo; na slici 4 . 1 4 dano je stanje tc tabliee na završetku toga procesa.

Odredište Slijedeći čvor Težina

A A 3

B Cf':;

e xl

D - x;

E - .x;

F F 1

H H 5

S lika 4.13 Tabl ica usmjeravanja

U prvom koraku proecsa nalaženja optimalnih putova (to jest, usmjeravanja), čvor G utvrđuje samo postojanje veza do susjednih čvorova i težine tih

veza. Čvor G još nc zna da li postoje putovi do onih čvorova sa kojima nije

izravno vezan; zato ne može odrediti odgovaraj uće iz laze u svojoj tablici usmjeravanja, a težine tih putova postavlja na "beskonačno". Beskonačno ovdje znači

neki broj dovoljno velik da nitko ne pokuša slati podatke tim putem. C ikličkom

razmjenom podataka o putovima (to jest, sadržaj a tabl ica usmjeravanja) sa su

sjednim čvorovima, čvor G saznaje za putove do drugih čvorova. Na temelj u tih podataka, G dopunjava i mijenja svoju tablicu usmjeravanja (a onda i tablicu prosijedivanja). Na primjer, nakon prve razmjene podataka sa susjedom A, čvor

G saznaje da postoj i put od A do B i da težina toga puta iznosi 2. Na temelju

toga, G mijenj a polazni zapis u svojoj tablici usmjeravanja o putu do B: upisuje da put do B vodi preko susjeda A ("sl ijedeći čvor") i da težina puta do B iznosi

5. Na isti način G saznaje od H da postoji put do e i da težina toga puta iznosi 9. Čvor G zapisuje to u svoju tablieu usmjeravanja: taj zapis će kasnije mijenjati

kad iz slij edeće poruke čvora A sazna da preko njega vodi lakši (manje težak) put do C. Ovdje je uzeto da u prvom koraku čvor A nije to prenio čvoru G jer

211


čvor A tad još nije bio saznao (od čvora B) za put do čvora c. Čvor G saznaje od

čvora H da preko H vodi put do B; ali G već zna (ima zapisan) podatak o putu do B, koji je lakši od puta preko H; zato G zanemaruje tu mogućnost i ne mijenja svoju tabl icu usmjeravanja sa zap isom o putu prema B. Na taj način, periodičkom razmjenom podataka o putovima sa susjedima, čvor G oblikuje svoju tablicu usmjeravanja koja je prikazana na slici 4.14.

Odredište Slijedeći čvor Težina

A A 3

B A 5

e A 8

D F 9

E F 7

F F 1 •

H A 4

Slika 4.14 Tablica usmjeravanja

Proees (protokol) zvan vektor udaljenosti ima dvije specifičnosti. Prvo.

čvorovi šalju svoja znanja o putovima samo svoj im susjedima. to jest, čvorovima s kojima su izravno vezani. Drugo, čvor šalje svoja znanja o svim putovima u danoj sastavljenoj mreži; točnije, šalje podatke o tome do koj ih sc čvorova

može stići od (preko) njega i po kojoj cijeni. Na taj način susjedi od čvora Pi saznaju do kojih čvorova se može stići preko Pi i koje su težine tih putova. Isto tako, čvor Pi saznaje od svojih susjeda do kojih čvorova se može stići preko sva

kog od njih i koje su težine tih putova.

Ovdje se može postaviti pitanje kakva smisla ima postoj anje izravne veze između dvaju čvorova između kojih postoj i neizravan put koj i je l akši od te

izravne veze. Takav je slučaj između čvorova G i H na slici 4 . 1 2: izravna veza između njih teška je 5, dok je put između njih preko A težak 4. U načelu, posto

janje takvih veza ne bi imalo smisla jer ih čvorovi ne bi koristili . Međutim, teži

ne veza mogu se mijenjati, tako da veze u grafu koje se trenutno ne koriste,

mogu biti korištene kasnije. Takve promjene događaju se posebno u situaeijama kad dode do prekida neke veze ili do pada nekog usmjerivača. Nadalje, usmjera

vanje obuhvaća niz p itanja s kojima se ovdje ne možemo podrobnije baviti. ledno od tih pitanja je na koji način vtjednovati (mjeriti) težine veza, tako da se postigne čim ravnomjernija podjela opterećenja svih resursa (veza, usmjerivača)

u mreži. U situaciji koju prikazuje graf sa slike 4. 1 2, čvor G šalje sve podatke za

2 1 2


fizičke mreže koje su vezane na čvorove A, B, e, i H preko čvora A. To će dovesti do preopterećenja veze između G i A (i do odbacivanja paketa na čvoru A), pa će težina te veze porasti. Istodobno, težina slobodne veze između G i H će se vjerojatno smanjiti. Zbog toga će nakon slijedeće razmjene podataka o putovima sa čvorovima A i H, čvor G vjerojatno izračunati da optimalan put do čvorova H i e vodi preko čvora H, i u skladu s time mijenjati svoju tablicu usmjeravanja i tablicu prosljeđivanja. U načelu, takve promjene tablica i prebacivanja prometa na druge putove (do kojeg one dovode) ne bi trebale biti problem, ali ako su takve promjene prečeste, onda one čine mrežu nestabilnom, što može dovoditi do zagušenja nekih prijenosnika i do suboptimalnog rada mreže kao cjeline.

Ako je stanje veza u sastavljenoj mreži stabilno, i ako je proces izračunavanja optimalnih putova dobro oblikovan, onda taj proces konvergira prema uspostavi stabilnih tablica usmjeravanja na svim čvorovima mreže. Ali ako se stanje veza intenzivno mijenja, onda svaki ciklus razmjene podataka o putovima (među susjednim čvorovima) može dovoditi do znatnih promjena u tablicama usmjeravanja i prosljeđivanja na mnogim čvorovima u danoj mreži.

Čvorovi šalju susjedima sadržaje svoj ih tablica usmjeravanja periodički, i onda kad se od prošlog slanja ti sadržaj i nisu promijenili. Kaže se da učestalost slanja tih sadržaja može varirati, od svakih nekoliko sekundi do svakih nekoliko minuta. Kad čvor Pi primi od svog susjeda Pj podatke o putovima, koji su doveli do toga da Pi izmijeni neki redak u svojoj tablici usmjeravanja, onda Pi smjesta šalje sadržaj svoje izmijenjene tablice svojim susjedima. Ako čvor Pi utvrdi da je veza od njega do nekog njegovog susjeda prekinuta, onda to obično izaziva promjene u njegovoj tablici usmjeravanja, te stoga Pi odmah šalje sadržaj svoje izmijenjene tablice susjedima (osim onog prema kojem je veza prekinuta).

Čvor Pi može utvrditi da je veza između njega i njegovog susjeda Pj prekinuta, ako od Pj ne primi podatke o putovima nekoliko zadanih vremenskih intervala za redom. I kad optimalan put od Pi do njegovog susjeda Pj ne vodi preko izravne veze između njih (kao što je to slučaj sa čvorovima G i H), ta dva čvora svejedno periodički razmjenjuju podatke o putovima. Drugi način ispitivanja stanja veze j e taj, da susjedni čvorovi periodički razmjenjuju pakete koji su namijenjeni upravo ispitivanju performansi (težine) izravne veze između njih. Pokušaj razmjene takvog paketa može pokazati da je veza u prekidu.

Prekid jedne veze može izazvati promjene u tablicama usmjeravanja mnogih čvorova. Te promjene provode se odmah u cijeloj mreži, jer svaki čvor koji je mijenjao svoju tablicu zbog tog prekida, odmah šalje sadržaj svoje izmijenjene tablice usmjeravanja svim svojim susjedima. Na taj način podaci o prekidu veze, odnosno o njegovim učincima na putove, odmah se rašire po cijelQj mreži. Opisani proces (protokol) oblikovanja (održavanja) tablica usmjeravanja sadrži još neke elemente koji su potrebni za to da se izbjegnu neki problemi i da se stanje tablica usmjeravanja čim brže stabilizira. Na primjer, čvor Pi ne šalje susjedu

2 1 3

M ario Radovan RAČUNALNE M R EŽE

Pj podatak o putu od Pi do Pk ako taj put vodi preko Pj . Jer u slučaju prekida puta od Pj do Pk, čvor Pj bi (na temelju tog podatka) izmijenio svoju tablicu usmjeravanja tako, da pakete za Pk šalj e čvoru Pi, računajući da preko Pi mogu stići do Pk. Al i put od Pi do Pk vodi preko Pj , tako da je prekidom puta od Pj do Pk, prekinut i put od Pi do Pk. Hoće l i opisani problem nastati i l i ne, zavisi od redoslijeda događaja: prekid veze, poruka o putovima čvora Pi čvoru Pj , i poruka o putovima čvora Pj čvoru Pi. Jer kad Pj sazna za prekid veze do Pk, onda će podatak o tome prenijeti susjedu Pi ; tada Pi više neće moći javiti čvoru Pj da preko Pi vodi put do Pk. Ali redoslijed događaja može biti drukčij i i time dovesti do opisanog problema. Čak i kad izgledaju sasvim jednostavne, mrežne strukture redovito omogućavaju nastanak brojnih problematičnih situacija. Primjenom načela poput onog kojeg smo spomenuli na početku ove priče, nastoji se spriječiti nastanak problematičnih situacija i zajamčiti ispravan rad procesa usmjeravanja, kao i brzu stabilizaciju tablica usmjeravanja.

Redovi (zapisi) u tablicama usmjeravanja imaju ograničen vijek trajanja. Ti redovi sadrže polje TTL (time to live), koje smo u grafičkim prikazima ovdje izostavili; vrijednost tog polja se periodički smanjuje; kad vrijednost TTL padne na nulu, taj zapis sc br iše. Ali vrijednost tog polja postavlja sc na maksimalnu vrijednost svaki put kad neka poruka s podacima o putovima (koja je stigla od nekog susjednog čvora) potvrdi valjanost zapisa u tom retku. Dakle, ako cijel i sustav izračunavanja putova radi u redu, onda zapisi u tabl icama usmjeravanja ne bi trebali zastarijevati nikad.

Protokol RIP (Routing Information Protocol), kao softverski proizvod koj i se obično koristi za nalaženje optimalnih putova u domenama (podmrežama) sastavljene mreže Internet, radi prema metodi vektora udaljenosti, koju smo ovdje opisal i . Dakle, RIP se koristi za unutardomensko usmjeravanje, ali uz neke modifikacije koristi se i za međudomensko usmjeravanje. Inače, RIP uzima da su sve veze jednake težine, i to l . To znači da je za RIP optimalan onaj put koj i se sastoj i od najmanjeg broja dionica, odnosno koj i vodi kroz najmanji broj čvorova (usmjerivača). Takva pojednostavljenja su u praksi često potrebna i opravdana. Time su ujedno izbjegnuti problemi koj i mogu nastati zbog toga što različiti čvorovi razl ičito procjenjuju težine pojedinih veza, o čemu smo govorili iznad. Međutim, takva pojednostavljenja imaju i očigledne slabosti, o čemu će biti još r iječi kasnije. U biti, RIP nalazi put u sastavljenoj mreži, al i pritom nije naročito sigurno da li je taj put optimalan. Međutim, s porastom opsežnosti mreža, naći put je već uspjeh .

Stanje veza

Protokol nazvan stanj e veza je drugi poznat protokol (proces) koj i se koristi za unutardomensko usmjeravanje. Taj protokol zasniva se na i stim osnovnim podacima i teži istom cilj u kao i protokol nazvan vektor udaljenosti, kojeg smo opisali iznad. A l i ta dva protokola razl ikuju sc u dva bitna elementa. Prvo, kod

214

4. Povezivanje različitih mre:7�

protokola stanje veza, čvorovi šalju podatke samo o stanju (težinama) svojih veza sa susjedima (a ne i o putovima preko tih čvorova do ostalih čvorova mreže). Drugo, svaki čvor šalje podatke o stanju svoj ih veza svakom čvoru u sastavljenoj mreži (a ne samo svojim susjedima). Na taj način svaki čvor dobiva izvorne podatke o stanju svih veza u danoj mreži; na temelju tih podataka, svaki čvor oblikuje (tvori, održava) svoju tablicu optimalnih putova, odnosno svoju tablicu usmj eravanja i tablicu prosljeđivanja.

Dobra strana ovog protokola je u tome što se sva računanja zasnivaju na

podacima o vezama koji dolaze izravno od njihova izvora. Slabosti tog protokola su što iziskuje relativno veliku količinu prijenosa podataka o vezama (od svakog čvora do svakog čvora), i relativno zahtjevan proces izračunavanja optimalnih putova (na svakom čvoru) na temelju relativno velikog broja podataka. Proces kojim se paketi s podacima o stanju veza prenose od jednog čvora do svih ostalih čvorova u mreži naziva se pouzdanim preplavljivanjem (reliable flooding). To preplavljivanje izvodi se na slij edeći način. Svaki čvor šalje podatke o stanju svojih izravnih veza preko svih tih veza; dakle, svim svojim izravnim susjedima; svaki čvor koji primi takav paket, prosljeđuje ga preko svih svojih veza, osim preko one veze preko koje j e taj paket primio. Na taj način, svaki paket s podacima o stanju veza j ednog čvora stiže na sve čvorove dane mreže.

Paket koji prenosi podatke o stanju veza naziva se paketom stanja veza (link-state packet - LSP). Takav paket sadrži slij edeće podatke:

- jedinstvenu oznaku (ID) čvora čij i je to paket podataka o vezama; - listu veza; ta lista zapisuje se kao lista čvorova s kojima je taj čvor izrav-

no vezan; za svaku vezu dana je njena težina (cijena); - sekventni broj tog LSP paketa; - vrijeme trajanja (TTL) tog paketa. Sekventni broj od LSP potreban ja u kontekstu opisane metode distribucije

LSP paketa preplavljivanjem. Može se dogoditi da na čvor Pi stigne stariji LSP paket čvora Pj nakon što je na Pi stigao novij i LSP paket od Pj. Čvor Pi to utvrđuje na temelju sekventnih brojeva LSP paketa; u tom slučaju, Pi odbacuje starij i LSP; dakle, ne prihvaća ga

'i ne prosljeđuje ga dalje. Čvor Pi postupa na isti način kad na njega stigne (drugim putem) neki LSP paket sa istim sekventnim brojem kakvog je već primio; taj paket se isto odbacuje, j er Pi je već napravio s tim paketom ono što je trebao napraviti; dakle, preuzeo njegov sadržaj i proslijedio ga dalje. Čvorovi odbacuju i one LSP pakete čije je vrijeme trajanja isteklo. Čvor koji prosljeđuje LSP paket, umanjuje vrijednost u njegovom polju TTL; kad vrijednost u tom polju padne na nula, onda čvorovi odbacuju kopije tog LSP paketa. Opisani proces preplavlj ivanja čini da svaki LSP paket stigne do svakog čvora i da preplavljivanje mreže tiIn LSP paketQIn tada završi (prestane).

Kao i kod prethodnog protokola, čvorovi šalju svoje LSP pakete periodički, ili onda kada utvrde promjenu stanja neke od njihovih izravnih veza. Za čvor Pi, pad susjednog čvora Pj znači prekid veze prema Pj; tada Pi postavlja težinu te

2 1 5

Mario Radovan RAč:UN ALNE MREŽE

veze na vrijednost beskonačno i smjesta šalje svoj novi LSP paket preko svih ostalih veza. Beskonačno se ovdje predstavlja nekim odabranim velikim brojem koj i jamči da nijedan čvor neće pokušati slati podatke putem koj i uključuje vezu takve težine. Čvorovi i spituju stanj a svojih veza tako što periodički razmjenjuju sa susjedima određene upravlj ačke poruke (na razini veze podataka); ako od susjednog čvora Pj ne stižu takve poruke (nekoliko vremenskih intervala za redom), onda čvor Pi zaključuje da je njegova veza sa Pj u prekidu, ili je čvor Pi

pao. Sa stanovišta upotreblj ivosti dana veze, to dvoje ima isti učinak.

Kod primjene metode preplaVljivanja, mrežom se prenosi relativno velika količina paketa sa podaeima o vezama, jer se LSP paketi svakog čvora šalju na

svaki čvor; povrh toga, na isti čvor često stiže više kopija i stog LSP paketa, ra

zl ičitim putovima. Radi smanjenja kol ičine prijenosa LSP paketa, vrijeme perio

dičkog slanja takvih paketa je veliko i može iznositi nekoliko sati. Naravno, čvor

Pi šalje svoj LSP paket odmah, ako utvrdi neku relevantnu promjenu u stanju

neke od svoj ih veza. LSP paket sadrži oznaku (ID) čvora č ij i je to paket; sekventni brojevi LSP

paketa jednog čvora nezavisni su od sekventnih brojeva paketa drugih čvorova;

u svakom LSP paketu kojeg upućuje u mrežu, čvor Pi povećava vrijednost svog sekventnog broja za jedan. Polje za upis sekventnog broja (u LSP paketu) treba

biti veliko (na primjer, 64 bita), tako da sekventni broj može stalno rasti (264 je mnogo). Ako neki čvor padne, onda kod ponovnog kretanja čvor kreće od se

kventnog broja nula. Ako je pad čvora Pi trajao dovoljno dugo, onda su svi LSP paketi od Pi zastarjeli, tako da novi početak od sekventnog broja nula ne pred

stavlja problem. Ako je pad čvora Pi trajao kratko, tako da u mreži još ima starih LSP paketa od čvora Pi, onda početak od sekventnog broja nula može izazvati

određene probleme, jer sckventni broj novog LSP paketa (nula) n ij e veći od se

kventnog broja prethodnog LSP paketa. Postoj i način da se taj problem rij eši, ali se time ne trebamo ovdje baviti.

Na temelju sadržaja LSP paketa svih čvorova iz dane sastaVljene mreže, na svakom čvoru oblikuje se formalni model (graf) te mreže; takav graf treba sadr

žavati sve čvorove i sve veze ( sa težinama) od kojih se ta mreža sastoj i . Zatim odgovarajući algoritam (proces) izračunava (nalazi) optimalne putove od danog

čvora do svih drugih čvorova u danom grafu (mreži). Na temelju toga se onda oblikuje odgovarajuća tabl iea usmjeravanja za taj čvor, i iz nje pripadna tabliea

prosljeđivanja za taj čvor, kako je to objašnjeno ranije. Proces tvorbe odgovarajućeg grafa (iz sadržaj a mnoštva LSP paketa) i proees nalaženja optimalnih putova u tom grafu, spadaju u domenu teorije grafova. Ti procesi su dobro definira

ni, ali njihovim opisima ne trebamo se ovdje baviti. Bitno jc istaknuti da se ti

procesi izvode na svakom čvoru Pi zasebno, i to na temelju LSP paketa svih

čvorova dane mreže koji su na Pi stigli metodom preplavljivanja. Proees obliko-

2 1 6


vanja grafa mreže i izračunavanja putova za čvor Pi treba se izvesti na čvoru Pi svaki put kad taj čvor primi neki novi LSP paket. Sadržaj tog paketa ne mora izazvati nijednu promjenu u tablici usmjeravanja za Pi, ali može isto tako dovesti do velikih promjena. Pi to ne može znati bez da računa.

Za protokol (proces) stanje veza navodi se više dobrih osobina, ali neke od njih ne zvuče naročito uvjerljivo. Rečeno je da kod tog protokola, proces izračunavanja optimalnih putova brzo konvergira (prema konačnim rezultatima, stanjima), što znači da se tablice usmjeravanja i tablice prosljeđivanja na čvorovima brzo stabiliziraju. Slaba strana opisanog protokola je što iziskuje prijenos velike količine LSP paketa. Nadalje, svaki čvor treba čuvati (i obnavljati) podatke o vezama svakog čvora u mreži (koje prima u njegovim LSP paketima). Proces izračunavanja optimalnih putova izgleda zahtjevnijim nego kod metode vektor udaljenosti, iako je i kod tog protokola proces računanja zahtjevniji nego što se čini na prvi pogled, i to zbog raznih specifičnih (mogućih) situacija, od kojih smo neke spomenuli ranije.

Jedan od najviše korištenih protokola (softvera) koji rade prema protokolu (kao opisu procesa) stanje veza, je OSPF; za taj protokol kaže se da je razvijen pod pokroviteljstvom !ETF (Internet Engineering Task Force). Kaže se da je protokol OSPF uveo brojne dodatke u odnosu na osnovni protokol stanje veza, kojeg smo opisali iznad. Uzgred, pojam protokol koristi se kao naziv za previše stvari; tim pojmom se često nazivaju metoda, algoritam, proces, program, sustav i slično. Ukratko, metoda je općenit (načelan) opis nekog postupka (ili načina rada); algoritam je precizan opis nekog postupka (u kojem se mogu koristiti metode); proces je realizacija nekog algoritma (opisa); program je softverska realizacija algoritma; sustav je struktura koja obuhvaća jedan ili više procesa. Pojam protokol ima dva osnovna značenja. Tim pojmom označava se opis (definicija) jednog sustava; takav opis obuhvaća strukture podataka i procese toga sustava. S druge strane, protokolom se naziva i realizacija sustava kojeg neki protokol (kao opis) opisuje (definira). U tom kontekstu, može se reći da je OSPF softverski sustav koji koristi metodu (implementira algoritam) stanje veza, pri čemu ta implementacija dopunjuje tu metodu (algoritam) sa određenim specifičnim dodacima i rješenjima. U prethodnoj rečenici može se zamijeniti pojam algoritam sa pojmom protokol, ali nazivati sve protokolom nije dobro.

Dakle, sustav OSPF implementira metodu (algoritam) stanje veza, uz neke dopune. Jedna od tih dopuna je utvrđivanje autentičnosti LSP paketa. Time se nastoji spriječiti da netko (zlonamjerno) šalje krive LSP pakete u mrežu (u ime drugih čvorova te mreže) i time uzrokuje da čvorovi izmijene svoje tablice usmjeravanja na krivi način. Ta provjera autentičnosti zasniva se na primjeni 64-

bitne lozinke koja treba jamčiti autentičnost LSP paketa. Ta lozinka je sadržana u LSP paketu i čini se da je šifrirana; primatelj paketa dešifrira lozinku i po tome utvrđuje da li taj LSP paket zaista dolazi od čvora čiju oznaku (ID) nosi. Inače, ono što smo do sada zvali LSP paketom, u sustavu OSPF naziva se OSPF poru-

2 1 7


kom. Sličan sustav zaštite od lažnih poruka o putovima uveden je u sustav RIP,

koji implementira metodu vektor udaljenosti, kojeg smo spomenuli ranije.

OSPF omogućava da se jedna velika domena razdijeli na više područja (areas) nalaženja optimalnih putova. Na taj način se jedan opsežan zadatak nalaženja optimalnih putova između svih čvorova II cijeloj domeni, zamjenjuje sa

nekoliko znatno lakših zadataka nalaženja putova između svih čvorova unutar pojedinih područja te domene. Pritom čvorovi iz jednog područja ne održavaju

podatke o putovima do pojedinih čvorova iz drugih područja, već samo o puto

vima do područja u kojima se odredeni čvorovi nalaze. OSPF omogućava da čvorovi sadrže podatke o većem broju putova do istog čvora. To obično znači o

većem broju izlaza (portova) toga čvora, koji vode prema istom čvoru; time se

omogućava da prijenos podataka sa jednog čvora bude ravnomjerno podijeljen

na više portova, odnosno na više veza (i putova u mreži). To iziskuje neke dodatne elemente sustava koji upravljaju tom podjelom tereta, čime se ovdje ne

možemo baviti.

Da zaključimo; kod protokola vektor udaljenosti, svaki čvor (usmjerivač)

Pi razmjenjuje pakete s podacima o putovima samo sa svojim susjedima. Pritom

ti paketi sadrže podatke o optimalnim putovima od Pi do svih drugih čvorova u

danoj mreži; Pi je te podatke izračunao na temelju ispitivanja vlastitih veza i na

temelju podataka koje je primio od susjednih čvorova. Kod protokola stanje

veza, svaki čvor šalje pakete s podacima o stanju svojih veza svim čvorovima

(usmjerivačima) u danoj mreži. Dakle, ovdje svi čvorovi međusobno razmjenjuju pakete, ali samo s podacima o svojim izravnim vezama. Sustav RIP imple

mentira prvi protokol (metodu rada), dok sustav OSPF implementira drugi pro

tokol (metodu rada). Za oba sustava je rečeno da se koriste u Internetu, ali nema

mo precizan uvid u raširenost njihove primjene.

Težine veza

Procesi nalaženja optimalnih putova u mreži koje smo opisali iznad, uzi

maju da su težine veza (tipa točka-točka) među čvorovima poznate (utvrđene).

Na temelju tih podataka, opisani procesi utvrđuju optimalne putove (veze tipa skraja-na-kraj) između svih parova čvorova u sastavljenoj mreži. U nastavku go

vorimo o tome na koje načine se pokušava utvrditi težine pojedinačnih veza. Problematika težine veza (i putova) je zanimljiva, ali čini se da u praksi nije na

den naročito dobar način mjerenja te težine, a ni upotrebe te veličine. U načelu, težina veze sabire sve ono što je u toj vezi nepovoljno, ali obično i neizbježno.

Na težinu veze utječu cijena i trajanje prijenosa jedne jedinice podataka tom ve

zom, ali i niz drugih čimbenika; pritom utjecaji pojedinih čimbenika zavise od

toga kakva svojstva treba imati veza da udovolji potrebama odredene vrste prije

nosa podataka.

2 1 8


Problem težine veza može se riješiti (ili zanemariti) jednostavno tako, da se svim vezama dodijeli jednaka težina, koja obično iznosi 1 . Tada je optimalan put između dva čvora onaj put koji se sastoji od najmanjeg broja veza, što ujedno

znači da prolazi kroz najmanji broj usmjerivača. Ranije smo rekli da se taj način računanja težina veza koristi u sustavu RIP, koji implementira metodu vektor udaljenosti. Međutim, takvo krajnje pojednostavljenje problema težine veza ima niz slabosti. Time se zanemaruje pitanje zadržavanja (1atency) veze; kod satelitskih veza, zadržavanje može iznositi 250 milisekundi, dok kod nekih zemnih veza može iznositi 1 milisekundu, što za neke prijenose podataka može biti vrlo bitno. Dodjeljivanjem iste težine svim vezama zanemaruje se propusnost veza, koja za neke prijenose podataka može biti vrlo bitna. Time se zanemaruje i opterećenost veza, koja je u praksi bitna; to može dovoditi do preopterećenja nekih veza (i do zagušenja prijenosnika), dok druge veze stoje neiskorištene.

Dakle, poželjno je definirati neki postupak utvrđivanja težine veza, koji uzima u obzir navedene čimbenike. Međutim, valja reći da je teško (ili nemoguće) sabrati brojna specifična svojstva neke veze u jednu brojčanu vrijednost (težinu veze). To je utoliko teže učiniti zbog toga što su razna svojstva neke veze različito važna (u povoljnom ili nepovoljnom smislu) za različite prijenose podataka.

U toku razvoja Interneta iskušane su brojne (pragmatičke) metode utvrđivanja težina veza (tipa točka-točka); u nastavku ćemo ukratko spomenuti neke od njih. Jedna od tih metoda zasnivala se na brojanju paketa koji trenutno čekaju da budu proslijeđeni danom vezom: čim više paketa ima na čekanju, tim veća težina veze. Kasnije se težina veze računala na osnovu vremena čekanja paketa (na usmjerivaču) da budu proslijeđeni tom vezom, te na osnovu zadržavanja te veze i njene propusnosti. U taj račun uključeni su i podaci o gubicima paketa na danoj vezi, koji iziskuju ponovno slanje i time povećavaju težinu veze. Takav

način utvrđivanja težine veza omogućio je bolje odabire (optimalnih) putova, ali stvorio je i niz specifičnih problema, s kojima se ovdje ne trebamo baviti. Glavni problem bio u tome što su težine veza varirale previše i prebrzo. Takve varijacije pokreću proces izračunavanja 'optimalnih putova u cijeloj mreži, što dovodi do

stalnih promjena tablica usmjeravanja i tablica prosljeđivanja na usmjerivačima. Intenzitet mijenjanja težina veza nastojalo se ograničiti uvođenjem nekih

načela koja su implementirana pomoću funkcija koje izračunavaju težine veza. Jedno od takvih načela glasilo je da težina maksimalno opterećene veze smije biti do sedam puta veća od težine te veze kad je sasvim prazna (slobodna). Nadalje, razmjer u težini veza smije biti do jedan naprama sedam; dakle, najteža veza smije biti najviše sedam puta teža od najlakše veze. Takvim pravilima, koja su ugrađena u funkcije za izračunavanje težine veza, nastojalo se postići relativno stabilne težine veza, a time i relativno stabilne tablice usmjeravanja i tablice prosljeđivanja, i na taj način spriječiti pretjerano (štetno) preusmjeravanje prometa u mreži.

2 1 9


Međutim, čini se da razni pokušaji kontinuiranog (programskog) utvrđivanja težina veza nisu doveli do naročito korisnih rezultata. Jer kaže se, da se u praksi težine veza obično ne računaju kontinuirano (programski), već te težine postavlja (trajno) administrator mreže, ako ih uopće postavlja. Jer rekli smo da sustav RIP uzima da su težine svih veza jednake l. Jedna praktička mogućnost je da se svakoj vezi dodijeli (trajno) težina koja je obrnuto proporcionalna njenoj propusnosti, a da se zanemari sve ostalo. Tada se težina može računati prema načelu

t konstanta x ( l/ propusnost)

Ako kao konstantu odaberemo vrijednost 108 , onda težina veze čija propusnost iznosi 50 Mbps, iznosi 2. Takvu funkciju trebalo bi prilagoditi na način da omjer među težinama veza ne bude prevelik, kako je to rečeno iznad, da ne bi neke (preteške) veze stajale uvijek prazne.

Ukratko, problematika utvrđivanja težina veza je zanimljiva i potencijalno vrlo složena, ali rezultati koji su za sada postignuti na tom planu, nisu naročito impresivni. Međutim, bez obzira na to, problematika nalaženja optimalnih putova u mreži je važna. Jer iako nekvalitetna procjena težina veza može učiniti upitnim govor o optimalnosti odabranih putova, nalaže,ye putova je od suštinskog značaja za rad računalne mreže. Metode vektor udaljenosti i stanje veza, koje smo opisali iznad, nalaze putove između svaka dva čvora grafa. Bez obzira da li su ti putovi zaista optimalni ili nisu, uz stalan porast opsežnosti mreža, naći put je već dobar uspjeh.

Usmjerivači prihvaćaju lP pakete na svojim ulazima i šalju ih dalje preko odgovarajućih izlaza. Proces usmjeravanja sastoji se od niza podprocesa koje obavljaju sučelja, portovi i procesne jedinice usmjerivača. Podjela poslova između tih elemenata obično se ne objašnjava precizno, jer zavisi od konkretnih tehničkih realizacija, kao i od interpretacija tih realizacija. Sučeljem ovdje nazivamo proces obrade lP paketa po njegovu primitku i njegove pripreme za slanje; taj proces uključuje provjeru sadržaja zaglavlja lP paketa i eventualne izmjene tog sadržaja. lP paketi stižu na usmjerivač u okvirima fizičkih mreža iz kojih dolaze, odnosno u okvirima fizičkih veza kojima se prenose. Ulazni port obavlja proces fizičkog prihvaćanja okvira sa veze, "uzima" iz tih okvira lP pakete i predaje ih na obradu sučeiju (za koje radi). lP paketi odlaze s usmjerivača u okvirima; izlazni portovi "umeću" lP pakete u okvire i upućuju ih u fizičku vezu kojom trebaju nastaviti put. Procesna jedinica prenosi lP pakete sa ulaznih sučelja (i njihovih portova) na izlazna sučelja (i njihove portove). Proces određivanja preko kojeg izlaznog sučelja (porta) treba proslijediti koji lP paket izvodi se na temelju podataka o putovima u tablici prosljeđivanja.

Prosljeđivanje može biti centralizirano ili distribuirano. Za prosljeđivanja se kaže da je centralizirano ako jedna procesna jedinica izvodi prijenos lP paketa

220


sa ulaznih portova na izlazne portove za sve portove danog usmjerivača. Prosljeđivanje je decentralizirano kad usmjerivač ima više proc seni h jedinica koje prenose lP pakete sa ulaznih portova na izlazne portove. V tom slučaju može postojati po jedna procesna jedinica za svaki ulazni port, ili za jednu grupu ulaznih portova. Distribuirano prosljeđivanje općenito omogućava postizanje veće propusnosti usmjerivača, jer više procesora obično ima veću procesnu moć od jednog procesora. Ali usmjerivač sa distribuiranim prosljeđivanjem je softverski i hardverski zahtjevnije realizirati. V tom kontekstu kaže se da svaki od procesora obično treba imati "svoju kopiju" tablice prosljeđivanja, i da jedan upravljački proces treba održavati sve te kopije dane tablice. Nije rečeno zašto bi svaki procesor trebao imati svoju kopiju tablice prosljeđivanja, kad za svaki usmjerivač postoji jedna tablica prosljeđivanja.

Proces prosljeđivanja čini zahtjevnim i to, što su lP paketi različitih dužina. Inače, mjerenja su pokazala da prosječna dužina lP paketa na Internet okosnici (backbone) iznosi oko 300 bajtova. To je mnogo manje od maksimalne dužine koju dopušta lP protokol (64 KB); ali lP paketi se prenose u okvirima raznih fizičkih mreža, a ti okviri su mnogo kraći od moguće dužine lP paketa. Time se ujedno ograničava dužina lP paketa, jer se lP paketi koji su duži od MTV okvira fizičke mreže (veze) kojom trebaju biti prenijeti, fragmentiraju na odgovarajućem sučelju usmjerivača, kako je to ranije objašnjeno.

4.5 Podmreže i ujedinjavanje putova

V prethodnom odjeljku govorili smo o algoritmima usmjeravanja (nalaženja optimalnih putova) unutar domena; u slijedećem odjeljku govorimo o usmjeravanju između domena. V ovom odjeljku iznosimo dva načina rada sa mrežnim adresama, koji imaju za cilj optimizirati trošenje tih adresa, te pojednostaviti proces usmjeravanja (to jest, nalaženja putova) i prosljeđivanja lP paketa. Načini rada o kojima ovdje govorimo ne mijenjaju algoritme ("vektor udaljenosti" i "stanje veza") koje smo opisali u prethodnom odjeljku; ali ti načini rada koriste i interpretiraju lP adrese na načine koji smanjuju količinu podataka s kojima ti algoritmi trebaju raditi.

V dosadašnjem govoru o usmjeravanju uzeli smo da se svaka lP adresa di

jeli na dva fiksna dijela (mrežni i domaćinski) čije su dužine određene klasom (A, B, C) u koju spada ta lP adresa. V koju klasu spada pojedina lP adresa kazuju njeni početni bitov i (s lijeva), kako je to rečeno ranije. Takva fiksna (i relativno gruba) podjela lP adrese na rnrežni i domaćinski dio je često nepovoljna iz

dva osnovna razloga. Prvo, broj lP adresa je ograničen, a standardna podjela adresa na klase često dovodi do vrlo loše iskorištenosti lP adresa. Drugo, broj fizičkih mreža stalno raste, tako da proces usmjeravanja (to jest, nalaženja puta od svake mreže do svake mreže) postaje sve zahtjevnijim; isto tako, tablice usmje-

22 1


ravanja i tablice prosljeđivanja postaju sve veće, što čini proces prosljeđivanja zahtjevnijim.

Dakle, ovdje govorimo o dva načina postupanja u prostoru adresiranja mreža, koji imaju za cilj čim bolje iskoristiti raspoložive lP adrese, te smanjiti količinu podataka i poslova koji se izvode u procesima usmjeravanja i prosljeđivanja. Kod oba načina rada, jednim zapisom (u tablicama usmjeravanja i prosljeđivanja) predstavlja se više fizičkih mreža. Jedan od tih načina zasniva se na uvo

đenju podmreža (subnetting), a drugi na besklasnom usmjeravanju (classless routing). U nastavku iznosimo kratke opise tih dvaju načina rada.

Podmreže

Domaćinski dio lP adresa klase e dug je 8.bitova; to znači da fizičke mreže čija je lP adresa klase e mogu imati najviše 254 domaćina (28 - 2), kako je to objašnjeno u odjeljku 4.3 . Teorijski moguć broj adresa (256) umanjuje se za 2 zato što su dvije adrese (najniža i najviša) rezervirane za posebne namjene. Domaćinski dio adrese klase B dug je 16 bitova, što znači da fizička mreža čija je mrežna adresa klase B, može imati 65534 (216 2) domaćina. To znači, da ako neka fizička mreža ima 300 domaćina, onda toj mreži nije dovoljna adresa klase e, već joj treba dodijeliti jednu adresu klase B. To onda znači da će u toj fizičkoj mreži ogromna većina lP adresa (preko 65 tisuća) koje su joj implicitno dane, ostati neiskorištena. Slično se događa kad nekoliko vrlo malih mreža (od po desetak čvorova) troši svaka po jednu mrežnu adresu klase e.

Taj problem nastoji se riješiti tako, da se veći broj manjih mreža učini podmrežama jedne veće mreže, kojoj se onda dodjeljuje mrežna lP adresa koja ima dovoljan broj domaćinskih adresa za sve domaćine iz danih podmreža. Da bi se to moglo učiniti na dobar način, podmreže se trebaju nalaziti na istom fizičkom području i biti vlasništvo iste institucije, ili barem pod administrativnim nadzorom iste institucije. Podmreže iz grupe G kojima je dodijeljena jedna mrežna adresa, trebaju biti međusobno povezane; grupa G povezana je s ostatkom sastavljene mreže preko vratiju. Za ostatak sastavljene mreže, sve mreže iz G imaju istu mrežnu adresu, ali vrata na ulazu u tu grupu (i vrata unutar grupe ako ih ima) trebaju znati koji lP paket treba proslijediti u koju fizičku mrežu iz grupe G. Vrata to znaju na temelju toga što svaka podmreža ima svoj interni broj u grupi G; taj broj je određen sa jednim nizom bitova iz domaćinskog dijela lP adrese čvora, jer taj dio je prevelik za potrebe adresiranja domaćina iz bilo koje od podmreža.

Prije nego iznesemo pojedinosti o načinu realizacije opisane metode, pogledajmo njene učinke na jednom primjeru. Uzmimo da neka velika tvrtka ima na jednom području 20 fizičkih mreža, pri čemu svaka od tih mreža ima oko 300 domaćina. To znači da bi za vezivanje tih mreža na Internet trebalo potrošiti 20

222


mrežnih adresa klase B, jer mreže klase e mogu imati najviše 254 domaćina. Dodjela 20 mrežnih adresa klase B značila bi da će ogromna većina lP adresa u tim mrežama ostati neiskorištena, što nije dobro. To se može izbjeći tako, da se danih 20 fizičkih mreža međusobno poveže i definira kao jednu grupu podrnreža G, i da se toj grupi G dodijeli jednu adresu klase B. Kod lP adresa klase B, domaćinski dio j e dug 1 6 bitova; taj dio se podijeli na dva dijela; na primjer, može se odrediti da prvih 6 bitova (s lijeva) označava jednu fizičku mrežu iz grupe G, a preostalih 1 0 bitova označava domaćina u toj fizičkoj mreži. Na taj način, sa jednom adresom klase B može se adresirati 64 podmreže (26), od kojih svaka može imati do 1024 domaćina (21°). Te brojeve može se umanjiti za 2, iz razloga koje smo spomenuli ranije, ali to ne mijenja suštinu stvari.

Za ostatak sastavljene mreže (Interneta), grupa fizičkih mreža G je jedna mreža klase B; usmjeravanje i prosljeđivanje izvan grupe G izvodi se samo za tu

adresu (mrežu) klase B. S druge strane, vrata na koja j e grupa G vezana, kao i vrata unutar te grupe, trebaju znati prosljeđivati lP pakete u one fizičke mreže iz G u kojima se nalaze domaćini na čije lP adrese su ti paketi upućeni. To nije problem znati, jer prvih šest bitova iz domaćinskog dijela lP adrese određuje podmrežu (to jest, fizičku mrežu) u kojoj se nalazi domaćin čija j e to lP adresa (pro

matrana kao cjelina). Takvo usmj eravanj e prometa unutar grupe je svakako mnogo manj i problem nego što bi to bila potrošnja (većinom beskorisna) 20 mrežnih adresa klase B. Uvođenjem jedne mreŽlle adrese (prema ostatku mreže) umjesto 20 mrežnih adresa ujedno umanjuje količinu podataka u procesima usmjeravanja i prosljeđivanja u danoj domeni. Grupu mreža možemo smatrati jednom sastavljenom mrežom posebne vrste, ili j ednom logičkom (virtualnom) mrežom koja se sastoji iz više fizičkih mreža. Jer grupa mreža G postoji samo kao jedna mrežna adresa i jedno unutarnje uređenje između fizičkih mreža. Ali otprilike isto može se reći za svaku sastavljenu mrežu, iako je grupa mreža osebujna jer uvodi j ednu posebnu (internu) interpretaciju domaćinskog dijela lP adresa.

Fizičke mreže iz grupe G su međusobno povezane. To može biti učinjeno tako, da se te mreže vežu na jedna vrata, koja tu grupu povezuju s ostatkom sastavljene mreže (Interneta). Ta vrata uvode mrežnu adresu Mi klase B, koja je dodijeljena grupi G, u proces usmjeravanja. lP adresa tih vratiju postaje ona adresa preko koje vodi put u virtualnu mrežu Mi - to jest, u sve fizičke mreže iz G. Svi vanjski usmjerivači šalju na ta vrata lP pakete čiji mrežni dio adrese glasi Mi: to znači, sve pakete za domaćine koji se nalaze u nekoj od fizičkih mreža iz grupe G. Na ta vrata vezane su sve fizičke mreže iz G, tako da ta vrata mogu prosljeđivati lP pakete u odgovarajuće fizičke mreže.

Čim više adresa (čvorova, mreža) sudjeluje u procesu usmjeravanja, tim se više podataka o putovima (vezama) prenosi mrežom u tom procesu; tim više podataka mora se čuvati i održavati u tablicama usmj eravanja i u tablicama prosljeđivanja; tim zahtjevnij i j e proces prosljeđivanja (koji uključuje pretraživanje

223


tablice prosljeđivanja). Zato je poželjno da u procesima usmjeravanja i prosljeđivanja izravno sudjeluje čim manji broj čvorova (lP adresa). Tvorborn grope mreža G sa jednom mrežnom adresom Mi, na način kako smo to opisali iznad, ušteđen je ogroman broj lP adresa (kao i mrežnih adresa klase B); pritom su ujedno bitno smanjeni poslovi usmjeravanja i prosljeđivanja.

Mreže koje tvore jednu grupu su obično mreže iste tvrtke ili institucije, i obično se nalaze na jednom prostoru, ali to nije nužno. Proces usmjeravanja (u danoj domeni) radi sa mrežnom adresom Mi koja je dodijeljena grupi podmreža G, tako da se lP paketi za sve podmreže iz G prosljeđuju na jedna vrata (od G), što znači na jednu fizičku lokaciju. Ako je neka od mreža iz grupe G fizički udaljena (od ostataka grupe), onda ta vrata (koja vezuju grupu G sa ostatkom mreže) trebaju znati proslijediti lP pakete za tu udaljenu mrežu na adekvatan način. Podmreže iz G mogu biti vezane sa vanjskom mrežom (Internetom) preko više vratiju. Međutim, usmjerivači obično imaju jedan redak u tablici prosljeđivanja za svaku mrežnu adresu; zato će vanjski usmjerivači prosljeđivati pakete sa mrežnom adresom Mi na jedna vrata koja vezuju grupu G sa ostatkom mreže. Fizičke mreže iz G mogu slati svoje lP pakete van iz te grupe i preko drugih vratiju (ako postoje), ali primaju pakete preko jednih vratiju.

Gledano izvan grupe G, fizičke mreže koje tvore tu grupu nisu eksplicitno vidlj ive; iz te pozicije, grupa G je jedna mreža, čija mrežna adresa glasi Mi. Unutar grupe G može se reći da se adresa podmreže sastoji iz dane (zajedničke) mrežne adrese Mi (klase B), te iz broja podmreže, koji je u gornjem primjeru određen sa prvih 6 bitova iz domaćinskog dijela lP adrese. Uvođenjem broja podmreže, uvedena je još jedna razina u dvorazinsku hijerarhijsku strukturu lP adrese, ali ta razina je ovdje lokalna danoj grupi G. Mre7.ni dio adrese domaćina u mrežama iz grupe G sastoj i se od mrežnog dijela adrese Mi koja je dodijeljena grupi G i od zadanih bitova iz domaćinskog dijela lP adrese, koj i čine oznaku podmreže, kako je to rečeno iznad. Niz bitova koji tvori oznaku (broj) podmreže obično slijedi iza niza bitova koji tvori (zajednički) mrežni dio adrese, ali to ne mora biti tako; oznaka podmreže može se sastojati iz proizvoljno odabranih bitova iz domaćinskog dijela lP adrese. Sredstvo kojim se određuje koji bitovi iz domaćinskog dijela tvore oznaku podmreže naziva se maskom podmreže (subnet mask). Na slici 4. 1 5 dana je struktura lP adrese klase B, struktura maske podmreže, i struktura adrese u podmreži.

224


Mreža Domaćin

( a) lP adresa klase B

1 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 0 0 . . . . O

(b) Maska podmreže

Mreža I pOdmreža I Domaćin

(e) Adresa u podmreži

Slika 4. 1 5 Maska i adrese u podmreži

Maska definira koji bitovi iz domaćinskog dijela lP adrese (klase B) tvore oznaku (broj) podmreže. Uvođenje maske čini složenij im govor o onome što smo iznijeli iznad, ali maska omogućava preciznije definiranje računanja koja iznosimo u nastavku. Uzmimo dakle, da je grupi mreža G dodijeljena jedna mrežna adresa klase B; takva adresa ima 1 6 bitova u domaćinskom dijelu; uzmimo da prvih 6 bitova (s lijeva) od tog dijela određuje adresu (broj) podmreže. Tada će maska izgledati ovako (bjeline između osmerki bitova dodane su radi preglednosti):

( 1 ) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 OO 00000000

Maska zapravo proširuje mrežni dio lP adrese, na račun njenog domaćinskog dijela kojeg smanjuje. Vrijednosti " 1" u maski određuju koji bitovi iz lP adrese adresiraju jednu podmrežu (to jest, jednu fizičku mrežu); vrijednosti "O" iz maske određuju koji bitovi .tvore adresu domaćina u toj podmreži. U danom primjeru, među te bitova svakako spada prvih 1 6 bitova (s lijeva) jer taj niz čine oznaka adrese klase B (2 bita) i 14 bitova koji čine broj mreže kod adresa klase B. Vrijednosti " 1" nakon prvih 1 6 bitovnih mjesta - dakle, u domaćinskom dijelu lP adrese - određuju koji bitovi iz tog dijela tvore broj podmreže. Dakle, pozicije iz maske, koje su označene sa "1", uzete zajedno, određuju punu mrežnu adresu podmreže.

Maska se zapisuje u istom obliku kao i lP adresa; dakle, sa četiri broja spojena točkama. Zapisana II tom obliku, maska ( l ) glasi:

(2) 255.255.252.0

225


Prvi broj 255 predstavlja dekadski zapis binarne vrijednost prvih osam jedinica iz binarnog zapisa ( l ); ostala tri broja iz (2) tvore se na isti način.

Maska se nalazi na svakom domaćinu iz grupe mreža G. Konjunkcija po istoležećim bitovima između lP adrese domaćina i maske daje lP adresu te podrrrrcžc. Na taj način dmnaćin može utvrditi lP adresu svoje podmreže. Kad domaćin Di hoće slati lP pakete na neku lP adresu, onda pomoću maske utvrđuje da li se domaćin Dj, čija je to lP adresa, nalazi u istoj podmreži kao i Di. Ako se Dj nalazi u istoj mreži, onda domaćin Di može izravno slati lP pakete domaćinu Dj (u okvirima te mreže); ako se Dj ne nalazi u istoj podmreži, onda Di šalje lP pakete (sa lP adresom od Dj) vratima od G. Na temelju svoje tablice prosljeđivanja, vrata utvrđuju u koju podmrežu treba proslij editi paket upućen na lP adresu od Dj, odnosno da li taj paket treba proslijediti izvan dane grupe podmreža G.

Pogledajmo jedan primjer. Neka maska bude ona koja je zapisana sa ( 1 ), odnosno sa (2), iznad. Uzmimo da mreŽlla adresa klase B, koja je dodijeljena grupi podmreža G, glasi:

(3) 1 00 100 1 1 0 1 1 0001 0

dakle, 1 47.98. Uzmimo da čvor Di (iz neke od podmreža od G ) ima lP adresu

(4) 1 00100 1 1 01 1 00010 0010 1 101 0010 1001

dakle, 147.98.45.4 1 . Prva dva bita iz lP adrese (4) su oznaka klase B; slijedećih 14 bitova su jedna mreŽlla adresa klase B. Maska ( 1 ) ima 22 znaka "1" (za redom); time maska određuje da prvih šest bitova od domaćinskog dijela lP adrese tvori oznaku podmreže u kojoj se nalazi domaćin Di.

Konjunkeija maske ( 1 ) i lP adrese (4) od Di glasi:

(5) 1 00 100 I I 0 1 1 00010 OO 10 1 1 OO 00000000

dakle, 147.98 .44.0. To je lP adresa podmreže u kojoj se nalazi domaćin Di. Ta adresa sastoj i se redom: ( 1 ) od prvih 16 bitova adrese od Di (koji tvore adresu mreže klase B), (2) od šest bitova iz domaćinskog dijela adrese od Di (kako to određuje maska), i (3) od deset znakova "O", jer maska određuje da zadnj ih deset bitova tvori adresu domaćina u toj podmreži.

Dakle, sve se zapisuje u istom obliku: lP adrese (raznih klasa), maske, i adrese podmreža. Maska omogućava da se adresu podmreže formira iz proizvoljno odabranih bitova domaćinskog dijela lP adrese, bez da ti bitovi tvore jedan neprekinut niz. Ali situacija je preglednija kada se za to koristi jedan niz bitova koji neposredno slijedi mrežnom dijelu lP adrese, kako je to učinjeno u danom primjeru.

Svi domaćini u istoj podrnreži imaju isti niz bitova u onom dijelu svoje lP adrese koji tvori oznaku (broj) te podmreže. Bez toga ne bi se moglo ni reći da ti

226


domaćini spadaju u istu podmrežu. Kad čvor Di treba slati LP pakete na neku lP adresu, onda napravi bitovnu konjunkciju između maske svoje podmreže i lP adrese na koju treba slati lP pakete. Ako je rezultat te konjunkcije jednak lP adresi podmreže od Di, onda se domaćin Dj koji ima tu lP adresu nalazi u istoj podmreži kao i Di, tako da mu Di može izravno slati lP pakete. Ako ishod računanja te konjunkcije nije jednak lP adresi podmreže od izvora Di, onda se odredište Dj ne nalazi u istoj podmreži kao i izvor Di. Tada Di šalje lP pakete za Dj (u odgovarajućim okvirima) na vrata koja povezuju podmreže iz G i koja znaju proslijediti lP paket na lP adresu od Dj, bez obzira da li se Dj nalazi u nekoj od podmreža iz grupe G, ili se nalazi izvan te grupe. Podsjetimo da Di izračunava lP adresu svoje podmreže tako, da napravi bitovnu konjunkciju između maske i vlastite lP adrese.

Na slici 4. 1 6 dan je oblik tablice prosljeđivanja na vratima koja povezuju podmreže iz grupe G. Takvi zapisi potrebni su za prosljeđivanje lP paketa iz jedne podmreže u drugu. Vrata općenito trebaju prosljeđivati pakete i izvan dane grupe podmreža, tako da njihova tablica prosljeđivanja treba sadržavati još neke zapise; na primjer, jedan redak zapisa o nekom difoltnom usmjerivaču preko kojih se paketi prosljeđuju van iz podmreža iz dane grupe G.

Adresa podmreže Maska podmreže Sučelje

xxx. xxx. xxx. xxx xxx. xxx. xxx. xxx S1

xxx.xxx.xxx.xxx xxx.xxx.xxx.xxx S2

xxx.xxx.xxx.xxx xxx.xxx.xxx.xxx Sn

Slika 4. 1? Podmreže i prosljeđivanje

Kad prime lP paket, vrata izvode konjunkciju lP adrese njegova odredišta (koja je zapisana u zaglavlju paketa) sa svakom maskom podmreže iz svoje tablice prosljeđivanja, redom. U onom retku tablice u kojem je rezultat te konjunkcije jednak broju podmreže (u tom retku), vrata uzimaju broj izlaznog sučelja i prosljeđuju dani lP paket preko tog sučelja koje vodi u tu podmrežu. Tablica sa slike 4. 16 sugerira da podmreže iz grupe G mogu imati različite Illaske. To bi

značilo da se kod različitih podmreža (iz iste grupe) može uzeti različit broj bitova (ili različite bitove) kao oznake tih podmreža. To nadalje znači da podmreže mogu imati različite maksimalne brojeve domaćina. U našem primjeru uzeli smo da sve podmreže imaju istu masku, prema kojoj zadnjih 1 0 bitova svake lP adre-

227


se čini adresu domaćina. Korištenjem različitih maski može se kod nekih (manjih) mreža dodijeliti oznaci podmreže više bitova, a adresi domaćina u toj podmreži manje bitova. Time se omogućava adresiranje većeg broja podmreža koje imaju manji broj domaćina.

Kako je već rečeno, ne moraju sve podmreže iz grupe G biti vezane na ista vrata; ali svaka vrata koja sudjeluju u povezivanju podmreža iz dane grupe, trebaju sadržavati u svojim tablicama prosljeđivanja lP adrese podmreža i njihove maske, zajedno sa pripadnim sučeljima preko koj ih ta vrata prosljeđuju lP pakete u odgovarajuće podmreže ili prema tim podmrežama (preko drugih vratiju i podmreža). Sekvencijalno čitanje tablica prosljeđivanja, koje smo spomenuli iznad, nije učinkovito; postoje učinkovitije (brže) metode pretraživanja tablica prosljeđivanja, ali je rezultat pretraživanja isti: vrata nalaze odgovarajuće sučelje Si preko kojeg onda prosljeđuju dani lP paket prema njegovu odredištu. To odredište može biti domaćin iz neke od podmreža iz G, ili neki čvor izvari grupe mreža G.

Spomenimo ovdje da se na opisani način može definirati više (logičkih) podmreža u jednoj fizičkoj mreži. To se čini na taj način, da se domaćine iz iste fizičke mreže razdijeli na grupe koje imaju međusobno različite one dijelove lP adrese koji (prema maski za tu fizičku mrežu) tvore broj podmreže. Na primjer, domaćini iz jedne grupe mogu na tom mjestu imati bitove (broj podmreže ) 1 1 1000, iz druge grupe 1 1 1 OO 1 , a iz treće grupe 1 1 1 0 10. Tada te grupe domaćina ne spadaju u istu podmrežu. Konjnnkcija lP adresa domaćina iz različitih grupa (iz iste fizičke mreže) sa maskom te mreže daje različite lP adrese podmreže. Na taj način može se podijeliti jednu fizičku mrežu na dvije ili više logičkih podmreža. Domaćini iz različitih logičkih podmreža (u istoj fizičkoj mreži) ne mogu izravno slati lP pakete jedni drugima, već to mogu činiti samo preko vratiju, na način kako je to objašnjeno iznad.

Da zaključimo; promatrana izvana, j edna grupa podmreža G kojoj je dodijeljena jedna mreŽlla adresa (određene klase) je jedna mreža (te klase). Usmjerivači na koje mreže iz grupe G nisu izravno vezane, rade samo s jednom mrežnom adresom Mi grupe G u procesima usmjeravanja i prosljeđivanja. S druge strane, vrata koja povezuju grupu podmreža G sa ostatkom Interneta, kao i vrata koja međusobno povezuju podmreže iz G, trebaju u svojim tablicama prosljeđivanja imati odgovarajuće podatke (redove) za svaku od podmreža iz grupe G, kako je to objašnjeno iznad. To znači da te podatke trebaju i stalno održavati.

Uvođenje podmreža omogućava bolju iskorištenost lP adresa, i to na taj način što se jednom adresom klase B adresira velik broj manjih mreža, ili j ednom adresom klase e veći broj malih mreža. Isto vrijedi i za adrese klase A; njih ima vrlo malo i vrlo su velike, ali se rijetko spominju u kontekstu govora o podmrežama. Uvođenjem podmreža ujedno se smanjuju poslovi usmjeravanja i prosljeđivanja, jer za vanjske usmjerivače, grupa podmreža je jedna mreža o kojoj imaju samo jedan zapis u svoj im tablicama usmjeravanja i tablicama prosljeđivanja.

228


Ujedinjavanje putova

Ono što smo ovdje nazvali ujedinjavanjem putova, naziva se besklasnim međudomenskim usmjeravanjem (classless interdomain routing - CIDR). Radi se o jednom načinu zapisivanja adresa mreža za potrebe usmjeravanja, koji ne slijedi one podjele lP adresa na mrežni i domaćinski dio (po klasama) koje su zadane protokolom IPv4. U sustavu CIDR, jedna grupa mreža može se predstaviti jednom "grupnom mrežnom adresom" koja služi za usmjeravanje, pri čemu ta grupna adresa nije (ili ne mora biti) klase A, B, ili e, koje su definirane sa lP. Ukratko, takva grupna mrežna adresa sastoji se od onog niza bitova koji je zajednički mrežnim adresama jedne grupe mreža. U nastavku ćemo to ilustrirati pnmJerom.

Jednim autonomnim sustavom (AS) naziva se jedan dio sastavljene mreže kojim se upravlja (u tehničkom i administrativnom smislu) nezavisno od ostatka šire (globalne) sastaVljene mreže u koju taj AS spada. Jedan AS može biti sastavljena mreža jedne velike tvrtke ili jednog davatelja Internet usluga (Internet service provider - ISP). Uzmimo da u jednom takvom ASu ima 1 6 mreža sa klase C. Iz mnogih udaljenih mreža vode isti putovi prema danom ASu, a onda i prema svakoj od tih 16 mreža klase e. Prema metodama usmjeravanja koje smo iznijeli u prethodnom odjeljku, usmjerivači izvan danog ASa trebali bi imati (i održavati) poseban zapis o putu do svake od tih 16 mreža, što zapravo znači da bi sadržavali mnogo zapisa o istom putu koji vodi prema istom ASu, odnosno prema istoj grupi mreža klase C .

Ranije smo vidjeli na koji način se takva grupa mreža klase e može predstaviti (za vanjske usmjerivače) jednom adresom klase B. U sustavu elDR postiže se ekvivalentan učinak na taj način da se grupa mreža klase e predstavi (za vanjske usmjerivače) nizom bitova koji je zajednički svim mrežnim adresama tih fizičkih mreža klase e. Kaže se da CIDR time agregira putove do fizičkih mreža iz dane grupe mreža. U stvari, elDR agregira zapise mrežnih adresa jedne grupe mreža i to na taj način da te mrcžne adrese predstavi jednim nizom bitova koji je zajednički adresama svih mreža iz dane grupe. Na taj način smanjuje se količina posla u procesu usmjeravanja, broj redaka u tablicama usmjeravanja, broj redaka u tablicama prosljeđivanja, i količina procesiranja (na usmjerivačima) u procesu prosljeđivanja.

Pogledajmo primjer; prije svega, da bi se moglo primijeniti metodu CIDR, potrebno je da mrežoe adrese fizičkih mreža jednog ASa sadrže jednake nizove bitova relevantne dužine. Nema razloga da ne bude tako, jer se jednom ASu obično dodjeljuju mrcžne lP adrese koje (u istoj klasi) tvore neprekinut niz (promatrano u terminima numeričke vrijednosti niza bitova). Dakle, uzmimo da u jednom AS ima 1 6 fizičkih mreža klase e, čiji mrežoi dijelovi lP adresa idu redom od 1 97.98. 1 6 do 1 97.98.3 1 . U binarnom zapisu, te bi mrežne adrese izgledale ovako (bjeline su dodane radi preglednosti):

229


I I 0001 0 l 0 1 1 000 1 0 0001 0000

I I 000 1 0 1 0 1 1 0001 0 0001 0001

1 1000 1 0 1 0 1 1 0001 0 000 1 1 1 1 1

Dakle, kod 1 6 mrežnih adresa klase e iz danog ASa, niz od prvih 20 bitova je jednak. Kod elDR metode, vrata preko kojih je dani AS vezan na ostatak Interneta, daju u proces usmjeravanja niz od 20 zajedničkih bitova, umjesto 1 6 zasebnih mrežnih adresa klase C . Od nekog usmjerivača Pi koji se nalazi izvan danog ASa, do vratiju koja taj AS (a time i danih 1 6 mreža) povezuju sa ostatkom Interneta, vodi jedan optimalan put; zato se odredište puta do svake od danih 1 6 mreža iz toga ASa može predstaviti jednom (fiktivnom) mrežnom adresom koja predstavlja sve te mreže. Takav način rada bitan je za procese usmjeravanja i prosljeđivanja; sve ostalo ostaje isto. Danih 1 6 mreža ima i dalje svoje mrežne adrese klase e; primjena metode elDR samo čini da te adrese nisu eksplicitno prisutne u procesu usmjeravanja i prosljeđivanja izvan danog AS. Ali kad lP paketi za neku od tih mreža stignu na vrata danog ASa, onda ih ta vrata normalno prosljeđuju u tu mrežu.

Postupak, koji smo ovdje opisali zanemaruje standardnu podjelu mrežnih adresa na klase (A, B, C); zapis adrese mreže dug je onoliko koliko konkretni uvjeti to dopuštaju. Za dani način rada, mrežne adrese fizičkih mreža trebaju tvoriti neprekinut niz, jer inače opisana agregacija tih mrežnih adresa (a time i putova do tih mreža) ne bi bila moguća. Točnije, dovela bi do krivog usmjeravanja paketa koji su upućeni u neku mrežu Mi koja nije dio danog ASa, ali čija se mrežna adresa nalazi u nizu adresa koje su agregirane.

Kod elDR metode adresiranja mreža, jedna grupa mrežnih adresa - ili jedna grupna mrežna adresa zapisuje se na slijedeći način: ] 97.98. 1 6/20. Prvim dijelom tog zapisa dan je jedan niz bitova (zadan mrežnom adresom 1 97.98. 1 6); drugi dio zapisa kaže da iz tog niza treba uzeti prvih 20 bitova. Taj niz od 20 bitova onda predstavlja "zajedničku adresu" jedne grupe mreža (iz istog ASa). U navedenoj notaciji, točno jednu mrežnu adresu klase e zapisuje se na slijedeći način: 1 97.98 . 1 6/24. Dakle, ovdje se uzima 24 bita od danog niza, što znači sve bitove danog zapisa, koj i čini točno jednu mrežnu adresu klase e, i to onu adresu koja je navedena ispred znaka "/". U sustavu elDR, zapis mrežne adrese ispred znaka "/" naziva se prefiksom. Prefiks je jedna prava mrežna adresa, ali broj n iza znaka "/" kazuje da se kao oznaka grupe mreža koristi niz od samo n prvih bitova iz te adrese. To je manje od cijele lP mrcžne adrese (prefiksa), osim u slučaju kad se takvim zapisom označava točno jednu mrežnu adresu.

Kod primjene podmreža, jedna grupa mrežnih adresa niže klase predstavlja se jednom mrežnom adresom više klase. Kod metode CIDR, jedna grupa mrežnih adresa predstavlja se jednim zapisom kojeg tvori onaj niz bitova koji je jed-

230


nak U svim adresama mreža iz te grupa. U oba slučaja, takav način predstavljanja grupe fizičkih mreža jednim zapisom, bitno smanjuje poslove vezane uz usmjeravanje i prosljeđivanje izvan onog ASa u kojem se ta grupa mreža nalazi. Kod metode elDR, adrese mreža koje se agregiraju trebaju tvoriti neprekinut niz. To ne znači da ASevi moraju imati velik broj mreža, već da im se trebaju dodjelj ivati nizovi (grupe) lP adresa u skladu sa tim načelom. Ako neki AS trenutno ne koristi sve mrcžne adrese iz danog niza, to ne ometa metodu rada elDR koju smo opisali. Jedan AS može sadržavati više grupa mrežnih adresa, koje onda daju različite prefikseve i predstavljaju se različitim nizovima bitova. Za svaku od takvih grupa, u proces usmjeravanja (izvan danog ASa) ide jedan zapis (oznaka grupe adresa).

U dosadašnjem govoru o prosljeđivanju uzimali smo da usmjerivač čita mrežni dio lP adrese odredišta iz zaglavlja prispjelog lP paketa, nalazi odgovarajući redak (za tu mrežnu adresu) u svojoj tablici prosljcđivanja, čita broj sučelja u tom retku i preko tog sučelja (i njegovog porta) prosljeđuje taj lP paket dalje. Kod primjene metode elDR, mrežne adrese u lP paketima ostaju iste, ali oznake mreža u tablici prosljcđivanja koje sad često predstavljaju grupe mreža - su općenito drukčije . Prije svega, te oznake su varijabilne dužine. Usmjerivač treba tražiti u tablici prosljeđivanja onu oznaku grupe mreža, koja se "najbolje poklapa" sa početkom mrežnog dijela lP adrese odredišta iz danog lP paketa. Uzmimo da usmjerivač ima u tablici prosJjeđivanja slijedeće oznake (zapise):

( 1 ) 147.98

(2) 147.98. 1 6

lP paket čija adresa odredišta glasi 1 47.98 . 1 6 .222 poklapa se sa zapisom (2) bolje nego sa zapisom ( 1 ), jer je se sa (2) poklapa na dužem početnom nizu bitova. Općenito, prosljeđivanje se izvodi prema onom retku tablice prosljeđivanja koj i (kao oznaku mreže) sadrži zapis ( 1 ), ako se početni dio adrese odredišta lP paketa poklapa sa tim zapisom, a ne poklapa se ni sa jednim dužim zapisom iz te tablice. Dakle, kod prosljeđivanja lP paketa čija adresa odredišta glasi 1 47.98. 1 6.222 ne koristi se redak tablice prosljeđivanja sa oznakom mreže ( 1 ) jer s e redak s a oznakom mreže (2) uparuje bolje sa tom l P adresom; ali redak ( l ) uzima se za prosljeđivanje paketa čij a lP adresa odredišta glasi 1 47 .98. 1 50.222.

Uzgred, nije očito kako neki AS može koristiti (to jest, slati usmjerivačima) prefiks 1 47.98 kao oznaku jedne grupe svojih mreža, ako se u tom ASu ne nalaze sve mreže sa tim prefiksom. S druge strane, ako se sve mreže sa tim prefiksom nalaze u jednom ASu, onda zapis (2) nije potreban, jer u tom slučaju zapis

( 1 ) čini da se u taj AS prosljeđuju svi oni lP paketi koje zapis (2) prosljeđuje u taj AS. Tim pitanjem ne moramo se ovdje baviti; možemo samo reći da se sa takvim primjerima obično ilustrira (u literaturi) uparivanje lP adresa (iz paketa) sa elDR oznakama mreža (u tablicama prosljeđivanja). Rješenje tog problema mo-

23 1


glo bi biti U tome što u danom primjeru izbor oznaka (adresa) mreža nije dobar. Naime, zapis ( 1 ) je jedna mreŽlla adresa klase B; dekadski zapis " 147" pokazuje da niz od osam bitova čiju dekadsku vrijednost taj zapis predstavlja, počinje sa "10", a tako počinju adrese klase B. S druge strane, zapis (2) ima strukturu mrežne adrese klase e; adrese te klase počinju s nizom "1 1 0", što znači da kod tih adresa prvi broj u zapisu mora biti 1 92 ( 1 28 + 64) ili veći. Nije sigurno da bi otklanjanje toga propusta (u danom primjeru) riješilo pitanje elegantne definicije načina uparivanja lP adresa i elDR zapisa. U svakom slučaju, isti propust može se naći i u četvrtim izdanjima knjiga o računalnim mrežama. Dakle, otklanjanje ovog propusta možemo odgoditi za neko kasnije izdanje ovog teksta, kad bolje proučimo to pitanje.

Mrežne adrese u tablicama prosljeđivanja su fiksne dužine za svaku od klasa lP adresa, a klasa adrese vidi se iz početnih bitova adrese. S druge strane, prema metodi elDR, grupe mreža označavaju

'se nizovima bitova varijabilne du

žine. Zbog toga je kod korištenja elDR metode proces nalaženja odgovarajućeg retka u tablici prosljeđivanja (za danu adresu odredišta lP paketa) zahtjevnij i nego kad se mreže označavaju njihovim standardnim mrežnim adresama. Kod elDR metode označavanja mreža koriste se posebni algoritmi koji za danu lP adresu nalaze odgovarajući elDR zapis (redak) u tablici prosljeđivanja na učinkovit način. U svakom slučaju, uparivanje adrese odredišta iz lP paketa i zapisa iz tablice prosljeđivanja neophodno je za to da se lP paket proslijedi preko pravog porta i na pravo odredište.

4.6 Međudomensko usmjeravanje

Domenu smo opisali kao jednu sastavljenu mrežu koja je dio veće (globalne) sastavljene mreže, i kojom upravlja (operativno i administrativno) jedna institucija ili tvrtka. Autonomni sustav (AS) opisuje se na isti način. Takvi opisi su uvijek načelni i teško da mogu biti sasvim precizni; neki pokušaj i preciznijih opisa uzimaju da jedna domena, odnosno AS, može sadržavati do sto vratiju (usmjerivača), ili da putovi između dvije mreže jednog ASa smiju voditi kroz najviše petnaest vratiju. Takvi pokušaji kvantitativnog određenja dimenzija jednog ASa mogu biti korisni, ali oni ostaju načelni i teško je reći mogu li biti striktno primijenjeni na svaku sastavljenu mrežu koja u praksi tvori jedan AS. U svakom slučaju, domena i AS znače praktički isto; ovdje govorimo o usmjeravanju na međudomenskoj razini, ali za domenu većinom koristimo izraz AS (autonomni sustav) jer je to uobičajeno u kontekstu govora o međudomenskom usmjeravanju. Spomenimo da je dilema između naziva "vrata" (gateway) i "usmjerivač" (router) ovdje prisutna kao i ranije, ili još izraženija. Neki koriste naziv vrata, a drugi naziv usmjerivač; ovdje koristimo oba naziva; pritom, naziv vrata nastojimo koristiti za one prijenosnike (kao opći naziv) koji izravno povezuju

232


dvije mreže, dok pojam usmjerivač nastojimo koristiti za one prijenosnike koji su dio prijenosnog sustava koji se sastoji od više međusobno povezanih usmjerivača. Takvi sustavi su okosnice (backbone ) Interneta. U stvari, dosljedna primjena spomenute podjele iziskivala bi da prijenosnike unutar okosnice nazivamo usmjerivačima, a da granične prijenosnike okosnica nazivamo vratima. O tim stvarima govorimo u nastavku ovog odjeljka.

Domena se često naziva domenom usmjeravanja jer se prva razina usmjeravanja (nalaženja optimalnih putova) izvodi na razini jedne domene. U odjeljku 4.4 govorili smo o unutardomenskom usmjeravanju; u ovom odjeljku govorimo o međudomenskom usmjeravanju, to jest o usmjeravanju (nalaženju putova) između domena (ASeva). Sastavljena mreža jedne velike tvrtke, ili jednog davatelja Internet usluga (Internet service provider - ISP) obično se smatra jednim ASom, iako veličine takvih mreža (ASeva) mogu biti vrlo različite. ASevi su međusobno povezani vratima, odnosno usmjerivačima. Time je problem usmjeravanja u mreži koja se sastoji iz mnogo ASeva podijeljen na dva dijela: na usmjeravanje unutar pojedinih domena i na usmjeravanje između domena (ASeva). Te dvije razine usmjeravanja su međusobno nezavisne, i mogu se izvoditi prema različitim metodama i protokolima. Nadalje, unutar svakog AS, kao jedinice kojom upravlja jedan subjekt, mogu se koristiti različite metode unutardomenskog usmjeravanja, što dodatno otežava proces usmjeravanja na međudomenskoj (globalnoj) razini. Te metode mogu uključivati različite mjerne sustave

za izražavanje težina pojedinačnih veza, što otežava izračunavanje optimalnog puta koji vodi kroz više ASeva. Zato se usmjeravanje na međudomenskoj razini uglavnom svodi na nalaženje putova u globalnoj mreži; pitanje optimalnosti pu

tova je manje prisutno i teško rješivo. Na toj razini izvodi se uglavnom statičko

(i statističko) usmjeravanje, što znači da prioritete putova iz jednog ASa u susjedne ASeve određuje (trajno postavlja) administrator mreže, i to na temelju

(statističkih) podataka o kvaliteti (učinkovitosti) pojedinih putova. Ti odabiri (prioriteti) putova mogu se mijenjati (ručno ili programski), ali prema pravilima koje određuje administrator ASa.

Kaže se da statičko usmjeravanje na međudomenskoj razini implementira ona načela usmjeravanja koja su odabrana unutar pojedinog ASa. Dva primjera takvih načela mogla bi glasiti ovako. ( 1 ) Podatke uvijek slati preko (susjednog) ASa X; preko (susjednog) ASa Y slati samo onda kad prijenos preko X trenutno nije moguć. (2) Ne prenositi podatke između ASeva X i Y. Takva načela statičkog usmjeravanja mogu se koristiti u ASu neke tvrtke čija je mreža vezana na dva ISPa (asevi X i Y). Ta tvrtka preferira usluge ISPa X, dok joj veza na ISP Y služi kao rezerva. Pritom ta tvrtka ne želi da njen AS bude korišten za prijenos podataka između ASeva X i Y. Mreža te tvrtke nije transportni AS i nije joj u interesu da prenosi podatke između ISPa na koje je vezana i čije usluge koristi (i plaća).

233


Na razini međudomenskog usmjeravanja dominira protokol koj i se naziva

protokolom graničnih vratiju (Border Gateway Protocol - BGP). Dakle, naziv

protokola za međudomensko usmjeravanje sadrži pojam "vrata", tako da u govoru

o međudomenskom usmjeravanj a prevladava naziv vrata; taj naziv većinom kori

stimo i ovdje, iako bi (prema načelu spomenutom iznad), naziv usmjerivač često

bio primjereniji . Za taj protokol kaže sc da je složen; u nastavku iznosimo opis na

čina rada toga protokola i njegovih učinaka. Pritom rad tog protokola promatramo

na primjeru Interneta, kao najopsežnije i najsloženije sastavljene mreže. I nteruet

možemo promatrati kao jedan sustav raznovrsnih ASeva koji su međusobno pove

zani na razne načine. Na slici 4. 1 7 dan je jedan segment te mreže, koj i ilustrira

njenu strukturu, kao i raznovrsnost ASeva od koj ih se ta mreža sastoji .

Točka spajanja

okosnica

Slika 4. 1 7 Osnovna struktura Interneta

Okosnica (backbone) je prijenosni sustav koj i povezuje međusobno udalje

ne sastavljene mreže. Drugim rij eč ima, okosnica j e j edan AS koj i izvodi prijenos podataka između drugih ASeva. Inače, naziv backbone ( kralježnica) potječe iz

vremena početaka Interneta, kada je postojao samo jedan takav prijenosni sustav; tada je naziv kralježnica bio primjeren, ali više nije, j er Internet sad ima

mnogo takvih prijenosnih sustava, dok druge životinje obično imaju samo jednu

kralježnicu. Ovdje koristimo naziv okosnica. Svaka okosnica je jedan AS, ali ti ASevi su međusobno povezani, čime se ostvaruje mogućnost prijenosa podataka

između ASeva koj i su vezani na različite okosnice. Točke povezivanja okosnica

nazvali smo točkama spajanja; izvorno, te točke nazivaju se "peering points",

234


što ne zvuči j asno, ni u izvornom obliku, ni u (mogućem) prijevodu. Dani naziv moglo bi se prevesti sa "točke izjednačavanja", ali "točke spajanja" je bolje. Inače, početke razvoja Interneta (točnije, ondašnjeg ARPANETa) financirala je država: M inistarstvo obrane SAD i kasnije National Scientific Foundation; okosnice su danas vlasništvo privatnih tvrtki.

ASevi velikih tvrtki i davatelja Internet usluga (ISPa) vezuju se na j ednu ili više okosnica. Manje tvrtke obično vezuju svoje ASeve na ASeve od ISPa (jednog ili više), umjesto izravno na okosnicu. Individualni korisnici Interneta vezuju se sa svojim osobnim računalima na domaćine iz ASa njihovog ISPa. Ti korisnici nisu ASevi, već koriste usluge domaćina iz nekih ASeva. Mnogi ISPi bave se prvenstveno prodajom Internet usluga krajnjim ("malim") korisnicima, koji se vezuju na domaćine tih ASeva, od doma ili sa radnog mjesta. U biti, ISPi su izravni davatelji Internet usluga krajnjim korisnicima; okosnice se može smatrati neizravnim davatelj ima Internet usluga (ISPima) jer one izvode prijenos podataka između ISPa koji su izravni davatelji Internet usluga. Međutim, ako se velike tvrtke izravno vezuju na okosnice, i ako se ISPi međusobno izravno povezuju (bez okosnica), onda se ta strukturna podjela entiteta koji tvore Internet polako gubi.

Svi ASevi trebaju biti povezani (izravno ili neizravno, preko okosnica) u jednu sastavljenu mrežu Internet; bez takve povezanosti, ASevi ne bi bili dijelovi j edne mreže, odnosno ne bi tvorili j ednu mrežu. Internet nije j edina sastavljena mreža, tako da mogu postoj ati mreže (i ASevi) koje nisu dijelovi Interneta, ali ovdje govorimo o onim mrežama i ASevima koji jesu dijelovi Interneta. Pored toga što su povezani u jednu mrežu, ASevi trebaj u znati nalaziti putove do drugih ASeva u toj mreži. Sa porastom opsežnosti i složenosti sastavljene mreže, nalaženje putova između (udaljenih) ASeva postaje složen i zahtj evan proces.

Prijenos podataka (promet) u sastavljenoj mreži može se podij eliti u dvije osnovne klase: lokalni i tranzitni. Lokalnim prijenosom u nekom ASu naziva se onaj prijenos čiji se izvor ili odredište nalaze u tom ASu. Tranzitnim prijenosom nekog ASa naziva se onaj prijenos koji prolazi kroz taj AS; dakle, ni izvor ni odredište tog prijenosa (lP paketa) nisu u tom ASu. Po toj osnovi, ASeve možemo podijeliti na slij edeće tri vrste.

Krrljak (stub) je onaj AS u kojem je sav promet podataka lokalan. Takav AS obično ima samo jednu vezu na neki drugi AS; preko te veze prima i šalje sve podatke, tako da nikad ne vrši prijenos (tranzit) između drugih A Seva. Primjer takvog ASa je AS tvrtke koji je vezan samo na jednog ISPa (ili j ednu okosnicu). Inače, naziv krnjak (stub) ne zvuči naročito dobro; nastojati ćemo naći neki bolji .

Višedomnim (multihome ) naziva se onaj AS koji je vezan na više ASeva, ali ne izvodi tranzitni prijenos podataka. Takav je AS tvrtke koji je vezan na više ISPa (ili okosnica), ali ne zato da vrši prijenos (tranzit) podataka između njih, već zato da može izvoditi svoj (lokalni) prijenos podataka različitim putovima. Podsj etimo, taj prij enos naziva se lokalnim prema gornjoj definiciji, zato što po-

235

Mario Radovan RAC:UNALNF M R EZI;

činje ili završava u danom ASu; pritom ASevi ASi i A Sj mogu biti međusobno udaljeni i prijenos podataka između nj ih može se odvijati preko više drugih ASeva, ali prema danoj definicij i , taj promet je lokalan za ASi i A Sj . Višestruka povezanost ASa omogućava tranzitni prijenos preko njega; a l i višedomni ASevi nastoje spriječiti takav prijenos, jer nj ima nije u interesu da vrše tranzitni prijenos za druge ASeve.

Tranzitnim (transit) ASom naziva se onaj AS koj i vrši tranzitni i lokalni prijenos. Dakle, tranzitni ASevi mogu vršiti i lokalni prijenos, a l i takvi ASevi namijenjen i su izvođenj u tranzitnog prij enosa. ASevi te vrste su okosnice, koje povezuj u druge ASeve i vrše prijenos podataka između nj ih; tranzitni su obično i ASevi I SPa.

Međudomensko usmjeravanje (nalaženje optimalnih putova) je općenito složenije nego unutardomensko usmjeravanje, i to iz više razloga. Unutardomensko usmjeravanje izvodi se unutar jednog ASa, koj im upravlja jedan subjekt ;

taj subj ekt može dobro poznavati taj AS, može birati način vrednovanja težine veza, kao i metodu (protokol) usmj eravanja u tom ASu. S druge strane, administrator jednog ASa općenito ne poznaje unutarnju strukturu i težine veza u drugim AScvima s kojima (i preko koj ih) njegov AS izvodi razmjenu podataka. U tom kontekstu, primarni zadatak međudomenskog usmjeravanja je naći put od

ASi do ASj : optimalnost toga puta nije nevažna, al i je manje važna od samog nalaženja (nekog) puta.

Za svaki lP paket, usmjerivači okosnice trebaju znati kamo prosl ij editi (prema kojem ASu) taj paket, koj i može biti adresiran na bilo koju lP adresu (fizičku mrežu) u Internetu. Da bi usmjerivači okosnice sadržavali zapise o svakoj fizičkoj mreži, kaže se da bi nji hove tablice prosljeđivanja trebale sadržavati više od dvjesto tisuća zapisa (redaka), i to uz upotrebu CIDR metode, koja omogućava da se jednim zapisom predstavi više fizičkih mreža ( iz istog ASa), kako je to obj ašnjeno u prethodnom odjeljku. Tvrdnja o dvjesto tisuća zapisa (koja nije obrazložena) trebala bi značiti da Internet sadrži mnogo više od dvjesto tisuća

fizičkih mreža, jer kod elDR metode, j ednim zapisom predstavlja se fizičke adrese većeg broja fizičkih mreža. U svakom slučaj u, broj mreža (mrežni h il i elDR adresa) jc tako velik, da čini praktički nemogućim računanje optimalnih putova između svih fizičkih mrcža u Internetu. N adalje, održavanje takvih tabl i ca prosljeđivanja i ziskivalo bi prenošenje ogromnih kol ičina podataka između ASeva, pri čemu bi ti podaci često b i l i nekompatibilni ( izraženi u raz l ič itim oblic ima i mjernim sustavima), kako je to objašnjeno ranije .

U kontekstu iznad rečenog, međudomensko usmjeravanje mora se ograničiti na nalaženj e putova između ASeva, koj i su često vrlo udaljeni, fizički i prema strukturi globalne mreže. To ne znači da se na g lobalnoj razini putovi traže nasumce, već da sc uglavnom postavljaju statički, više nego dinamičkim proma

tranjem trenutnog stanja globalne mreže, i da se određuju prema nekim općim načelima.

236

4. Povezivanje različitih mre7�

Međudomensko usmjeravanje se općenito zasniva na porukama koje AS l

šalje susjednom ASu 2 o tome do kojih ASeva se može stići preko ASa I . Na taj

način AS 2 saznaje za moguće putove do drugih ASeva. Takav način oglašavanja

i saznavanja putova podložan je greškama, kao i interesnim tvrdnjama pojedinih

ASeva. Na primjer, neki ISP može oglašavati da preko njega vode povoljni puto

vi do mnogih ASeva, zato što želi da ASevi tvrtki koriste njegove usluge, a ne

usluge drugih ISPa na koje su isto tako vezani. Na slici 4. 1 8 dana je struktura

nekoliko ASeva i veza među njima.

AS1

Slika 4. 1 8 Pove�ivanje ASeva

237


ASevi imaju granična vrata (border gateway) preko koj ih se izvodi prijenos podataka iz tih ASeva i u te ASeve. ASevi mogu imati više graničnih vratiju. Neki takva vrata nazivaju graničnim usmjerivačima, što kod okosnica i ISP

izgleda opravdanim. Na slici 4 . 1 8 , granična vrata od ASa l su P3 i P4 ; kod ASa

2 su to vrata P5 i P8, a kod ASa 3 granična vrata su P9 i P 1 2 . Sustav BGP koj i izvodi međudomensko usmjeravanje, bira u svakom ASu

neka vrata (jedna ili više) za BGP govornika. Ti govornici su obično granična

vrata, ali ne moraju biti . SGP govornici ASeva uspostavljaju komuni kaciju sa

BGP govornicima drugih ASeva, u okviru koje razmjenjuju podatke o tome koj im putem (preko koj ih ASeva) se može stići (izvršiti prijenos podataka) do nekih drugih ASeva. Jedan AS može imati više BGP govornika, ali svaki od nj ih

govori u ime cijelog ASa. Sustav BGP ne radi prema algoritmima vektor udaljenosti i stanje vc;:a,

koje smo opisali u odjeljku 4.4. Kod spomenutih algoritama, čvorovi razmjenju

ju podatke o tome do koj ih čvorova vodi put od (preko) nj ih. U sustavu BGP oglašavaju se cijeli putovi koj i vode do pojedinih ASeva, odnosno do mreža od

koj ih se ti ASevi sastoje. Pritom se jedan put zapisuje kao lista adresa ( i l i elDR oznaka) mreža i l ista ASeva preko koj ih vodi put do t ih mrcža. Sastavljena mreža sa sl ike 4 . 1 9 sastoj i se od nekoliko ASeva kakvi su karakteristični za Internet, i veza među nj ima. U toj sastavljenoj mreži, okosnica i ISPi su tranzitne mreže (ASevi), dok su mreže tvrtki ASevi tipa krnjak.

238

Tvrtka AS4

1 47 .96 1 97 .220 . 1 5

ISP AS2

Tvrtka AS5

1 47 .97

Okosnica AS1

Tvrtka AS6

1 69 .98 200 .250 .32

Sl ika 4. 1 9 Oglašavanje puteva

ISP AS3

Tvrtka AS ?

1 69.250 200. 260 . 1 6


Pogledajmo kako izgleda proces međudomenskog usmjeravanja (nalaženja putova) na primjeru sastavljene mreže sa slike 4. 1 9. Krenimo od ISPa AS 2; BGP govornik tog ASa zna da od njega vodi put do ASeva 4 i 5; u komunikaciji sa BGP govornicima tih ASeva ujedno saznaje eIDR oznake mreža iz tih ASeva. Svaka granična vrata znaju prosljeđivati pakete do svih fizičkih mreža iz svojih ASeva, što znači da u svojim tablicama prosljeđivanja sadrže CIDR oznake (adrese) svih mreža iz svojih ASeva. Na temelju svega toga, BGP govornik od ASa 2 može oglasiti da od tog ASa vodi izravan put do mreža iz ASeva 4 i 5 ; to čini pomoću zapisa oblika:

< 147.96, 1 97.220. 1 5 , 147.97: AS2 >

kojeg šalje (samo) BGP govornicima susjednih ASeva; ovdje je to BGP govornik ASa l . Kad okosnica AS l sazna taj podatak od ISPa AS2, onda njen BGP govornik oglašava da se preko te okosnice može stići do spomenutih mreža; to čini zapisom slijedećeg oblika:

< 147.96, 1 97.220. 1 5 , 147.97: ASI , AS2 >

Dakle, put do navedenih mreža vodi kroz tranzitni AS l , i dalje kroz tranzitni AS 2, na kojeg su izravno vezani ASevi 4 i 5 u koj ima se nalaze te mreže. Putovi se općenito zapisuju u obliku:

< lista adresa/oznaka mreža: lista ASeva kroz koje vodi put do tih mreža >

Na opisani način BGP govornik ASa l saznaje i oglašava putove do mreža iz ASeva 6 i 7 . Eksplicitan zapis puta (kao liste ASeva) omogućava ASevima da izbjegnu odabir onih putova koji tvore petlju. Paketi kruže u petljama (umjesto da se kreću se prema odredištu); zato usmjerivači trebaju izbjegavati one putove koji sadrže petlje. Petlja može voditi preko velikog broja ASeva, ali za petlju su dovoljna tri ASa. Na primjer ASI sa slike 4. 1 8 može javiti ASu 3 da preko ASa l vodi put do neke mreže Mi. AS3 može prenijeti tu obavijest ASU 2, koji je onda dalje prenosi ASu 1 . Sada bi AS 1 mogao slati podatke za mrežu Mi u AS 2, držeći da preko tog ASa vodi put do Mi. Ali AS 2 bi prosljeđivao pakete ASu 3, koji bi ih prosljeđivao ASU 1 . Dakle, podaci upućeni iz ASa 1 napravili bi krug i vratili se u AS 1 . Doduše, nije očito zašto bi AS 1 prosljeđivao podatke za Mi u AS2, kad AS 1 već zna put do Mi, koji ne vodi preko ASa 2. Međutim, ovdje se

govori s putovima bez njihovih težina; zato ako AS l smatra da je od ASa 2 saznao za novi put do Mi, onda u načelu nema razloga da ne prihvati taj put umjesto prijašnjeg.

Eksplicitno navođenje ASeva kroz koje vodi neki put, omogućava ASevima da odbace one putove koji sadrže petlju. U danom primjeru, BGP govornik od ASa 1 oglašava put do Mi pomoću zapisa oblika < Mi: AS I >. Obavijest od ASa 3 ASu 2 bila bi oblika < Mi: AS3, AS I >. Konačno, obavijest od ASa 2 ASu 1 bila bi oblika < Mi: AS2, AS3, AS I >. Iz liste ASeva preko kojih vodi taj put do

239


mreže Mi, BGP na ASu l vidi da to nije dobar put za slanje podataka prema Mi,

jer se AS l nalazi na kraju l i ste ASeva, što znači da taj put tvori petlju koja vodi od njega opet na njega. Zato BGP od ASa 1 odbacuje taj put.

Za ovakav način oblikovanja zapisa o putovima, svaki AS treba imati je

dinstvenu oznaku u sastavljenoj mreži, jer se bez toga ne može sastavljati jednoznačne l iste ASeva, kao zapise putova u sastavljenoj mreži . U BGP sustavu

ASevima se dodjeljuju 1 6-bitni brojevi kao jedinstvene oznake; kaže se da te

brojeve dodjeljuje središnji autoritet; ne kaže se tko je taj autoritet, ali to ovdje

n ije važno. Sa 1 6 bitova može se jednoznačno numerirati 2 1 6 ASeva, što znači nešto više od 65 tisuća. U Internetu bi moglo biti više od toliko ASeva, a BGP

izvodi međudomensko usmjeravanje na razini eijelog Interneta; manjak brojeva (jedinstvenih oznaka) ASeva bi tada stvorio problem. Taj problem može se izbje

ć i na taj način da se ASevima tipa krnjak ne dodjeljuju brojevi; tako se može postupiti zato što se ASevi toga tipa ne javljaju na l istama ASeva koje definiraju putove, tako da ti ASevi ne moraju imati numeričke oznake. ASevi tipa krnjak

impl ieitno su određeni sa listama mrežnih adresa (CIDR oznaka) onih mreža od

koj ih se sastoje . Dovoljno je da zadnj i tranzitni AS na putu do neke mreže zna kojem ASu tipa krnjak treba prosl ijediti lP paket koj i je upućen u neku fizičku mreži u tom ASU. Na primjer, AS l sa slike 4. 1 9 ne mora eksplieitno znati za AS

4; dovoljno je da AS 2 zna kamo (na granična vrata kojeg ASa) treba proslijediti lP paket za mrežu 1 47 .96 iz ASa 4.

Kaže se da ASevi tipa krnjak čine većinu ASeva u Internetu, tako da 65 tisuća oznaka samo za tranzitne ASeve (koj i se javljaju na listama-putovima)

izgleda dovoljno.

BGP sustav obično saznaje više putova do pojedinih mreža (to jest, do

ASeva tipa krnjak). Pritom, BGP sustav oglašava one putove do pojedinih ASeva (mreža) koje smatra optimalnima prema nekim svoj im kriterij ima. Te kriterije

izbora, i l i naprosto izbor putova, može određivati administrator mreže. Takav izbor može se izvoditi na temelj u statističkih podataka o uspješnosti nekih puto

va, ili na temelju osobnih prosudbi i iskustava sa prijenosom podataka određe

nim putovima. U BGP sustavu, AS ne mora oglašavati one putove koje poznaje, ali kojima

ne želi da drugi vrše prijenos. Na taj način ASevi izbjegavaju da se preko nj ih

izvodi tranzitni prijenos, odnosno izbjegavaju prenošenje ( tuđih) podataka izme

đu drugih ASeva. Ako BGP govornik nekog ASa ne oglašava neki put (koj i vodi preko njega), onda drugi ASeva ne znaju da taj put postoji , tako da ne šalju po

datke tim putem. Općenito, ASevi koj i nisu tranzitni, nemaju razloga da oglaša

vaju putove. Dovoljno je da BGP govorniku tranzitnog ASa na kojeg su izravno

vezani jave podatke o svojim mrežama. Na primjer, BGP govornik od ASa 3 sa slike 4. 1 8 može ne oglasiti da od njega vodi put u AS 2; tada AS l neće slati po-

240


datke u AS 2 preko ASa 3 jer neće znati da postoj i takva mogućnost (put). BGP govornik može oglašavati i brisanj e nekih putova čij e je postoj anje ranije oglasio. BGP izvodi takvo brisanj e (ili povlačenje; withdrawal) puta onda kad dođe do·prekida neke veze ili do pada nekog usmj erivača.

Sustav BGP radi sa CIDR oznakama mreža, a ne sa mrežnim adresama i njihovim klasama. Ali CIDR notacija omogućava i zapise pojedinačnih mrežnih adresa određenih klasa, kako je to pokazano u prethodnom odjeljku.

BGP izvodi usmjeravanje na razini ASeva. Naći put na toj razini znači naći put do graničnih vratiju nekog ASa. Ako je taj AS tipa krnjak, onda njegova granična vrata imaju podatke u svojim tablicama prosljeđivanja o putu do određene mreže (ili grupe mreža) unutar toga ASa. Ako je to tranzitni AS, onda taj AS prosljeđuje lP pakete dalje na temelju svojih podataka o putovima, koji se ovdje sastoje od lista mreža i od lista ASeva preko kojih se može stići do tih mreža. Takvi putovi obično vode u neki AS tipa krnjak, odnosno u neku mrežu iz toga ASa, kako je to pokazano primjerom tvorbe takvih putova, kojeg smo iznijeli iznad.

Na taj način problem usmjeravanja u globalnoj mreži podijeljen j e u dva dijela, odnosno izvodi se na dvije razine. Međudomensko usmj eravanje izvodi se u sustavu raznovrsnih ASeva; zahtj evnost tog procesa 7..avisi od broja ASeva, kao i od strukturnih osobina veza među njima. Unutardomensko usmjeravanje izvodi se unutar ASeva; složenost tog procesa uvelike zavisi od broja fizičkih mreža u tom ASu. Prijenosi podataka obično kreću iz ASeva tipa krnjak i završavaju na domaćinima u ASevima toga tipa. Uspješnost takvog prijenosa izravno zavisi od uspješnosti obiju razina usmjeravanje, unutardomenske i međudomenske.

U kontekstu govora o usmjeravanju, treba riješiti i pitanje na koji način mogu vrata unutar ASeva znati kamo da proslijede lP pakete koji su upućeni na neku lP adresu izvan ASa u kojem se nalaze. Kod ASeva tipa krnjak, koji su povezani s ostatkom Interneta preko jednih graničnih vratiju, to je jednostavno riješiti. Vrata unutar takvog ASa sadrže u svojoj tablici prosljeđivanja zapise o svim mrežama toga ASa; svaki takav zapis sadrži izlazno sučelje koje vodi prema danoj mreži. Pored tih zapisa, vrata unutar ASa sadrže jedan zapis o putu koji vodi na granična vrata toga ASa. lP paketi kod kojih se mrežni dio lP adrese odredišta ne poklapa (u tablici prosljeđivanja) sa lP adresom (eIDR oznakom) nijedne od mreža iz toga ASa, prosljeđuju se na temelju onog zapisa (iz tablice prosljeđivanja) koji vodi na granična vrata. Ta vrata prosljeđuju te lP pakete u susjedni (obično tranzitni) AS sa kojim su vezana; taj AS onda treba znati kojim putovima (kroz taj AS) treba proslijediti te pakete dalje, prema njihovim odredištima.

Dakle, usmjerivači (vrata) unutar ASa tipa krnjak šalju na granična vrata tog ASa sve one lP pakete čije adrese odredišta sadrže adresu mreže koja nij e u tom ASu, tako da ti usmjerivači nemaju zapisa o toj adresi (mreži) u svojim tablicama prosljeđivanj a. Granična vrata prenose takve lP pakete u drugi AS, u

241


koji ta vrata vode. Prijenosom lP paketa iz jednog ASa u drugi, prelazimo sa razine unutardomenskog usmjeravanja na razinu međudomenskog usmjeravanja. Ukratko, lP paket sadrži (u zaglavlju) lP adresu mreže u koju je upućen i u koju treba biti prenijet. Onaj AS u kojem se nalazi mreža izvora lP paketa, ali ne i mreža odredišta, prosljeđuje takav lP paket susjednom ASu, koj i je obično transportnog tipa. Tranzitni ASevi trebaju znati putove do svih mreža; te putove saznaju (jedni od drugih) na način koji smo opisali ranije. Dakle, za svaki lP paket, tranzitni AS treba znati kojim putem (kamo) treba proslijediti taj paket, tako da

se kreće prema mreži i domaćinu na koje je adresiran.

AS tipa krnjak može imati više graničnih vratiju; na primjer, može biti povezan sa više ISPa. Tada vrata unutar tog ASa mogu koristiti jedna od graničnih vratiju toga ASa kao difo1tna; druga vrata mogu koristiti u slučaju prekida rada difo1tnih vratiju, ili veza prema njima (ili veza od tih vratiju dalje). Za prekid rada graničnih vratiju ili veza prema njima, vrata unutar ASa saznaju u procesu unutardomenskog usmjeravanja koje uključuje i granična vrata, kao i veze prema njima. Prekid veze od graničnih vratiju dalje (prema drugom ASu), je stvar međudomenskog usmjeravanja i izazva reakciju BGP govornika danih dvaju ASeva, kao i BGP sustava u cjelini.

Vrata unutar ASeva koji imaju više graničnih vratiju mogu sadržavati podatke (u svojim tablicama prosljeđivanja) o tome kojim graničnim vratima treba prosljeđivati lP pakete sa kojim lP mrežnim adresama (koje nisu iz toga ASa). Dakle, paketi se mogu prosljeđivati prema određenim izlaznim vratima u zavisnosti od adrese odredišta tih paketa. Međutim, takav način rada može učiniti proces unutardomenskog usmjeravanja vrlo opsežnim i složenim. U načelu, granična vrata mogu saznati putove (od BGP govornika) do svih mreža u sastavljenoj mreži, i podatke o svim tim putovima prenijeti vratima unutar ASa. Tako vrata unutar ASa mogu saznati na koja granična vrata treba (ili je poželjno) proslijediti lP pakete koji su upućeni u neku mrežu izvan tog ASa. Ali takvi podaci mogu mnogostruko povećati količinu podataka na unutarnjim vratima, kao i donijeti mnogo posla oko održavanja tih podataka. Zato unutarnja vrata obično prosljeđuju lP pakete upućene izvan danog ASa na difo1tna (zadana) granična vrata. Pritom se može podijeliti adrese mreža (izvan danog ASa) u dvije ili više skupina, i u skladu s time postaviti zapise u tablice usmjeravanja (na vratima unutar ASa), tako da ta vrata prosljeđuju lP pakete upućene na mrežnu adresu iz određene skupine na određena granična vrata.

Kod govora o okosnicama (i o tranzitnim ASevima općenito), prikladnije je govoriti o usmjerivačima nego o vratima, kako je to ranije rečeno. Okosnica je prijenosni sustav koji može sadržavati velik broj unutarnjih usmjerivača, kao i graničnih usmjerivača. Granični usmjerivači okosnice saznaju putove od sebe do svih fizičkih mreža iz ASeva tipa krnjak koji su vezani na te granične usmjeriva-

242


če, izravno ili preko ASeva nekih ISPa. Ovdje se postavlja pitanje na koji način prenositi unutarnjim usmjerivačima okosnice ona znanja o putovima do vanjskih mreža, koja su sakupili granični usmjerivači okosnice. Za to se koristi jedna varijanta BGP sustava koja se naziva unutarnji BGP (interior BGP - iBGP). U tom kontekstu, BGP kojeg smo opisali iznad, naziva se vanjski BGP (exterior BGP -eBGP). Dakle, eBGP kojeg smo opisali iznad, koristi se u dijelu Interneta izvan okosnice. Tako je bilo i u primjeru sa slike 4. 19 : putovi koje smo tamo oblikovali vode do okosnice (AS l ) i od okosnice; to znači da vode i kroz okosnicu, ali ti putovi ne sadrže podatke o kretanju paketa unutar okosnice.

Ukratko, iBGP čini da svaki unutarnji usmjerivač okosnice zna prema kojem graničnom usmjerivaču te okosnice treba proslijediti lP paket koji treba stići u određenu fizičku mrežu (čija je adresa zapisana u zaglavlju tog paketa). Takvi zapisi sadržani su u tablici usmjeravanja za dani usmjerivač. Nadalje, svaki usmjerivač u okosnici sadrži (u svojoj tablici prosljeđivanja) podatke o tome kako (preko kojeg sučelja/porta, na koju fizičku adresu) treba proslijediti dani lP paket da bi se taj paket kretao prema onom graničnom usmjerivaču na kojeg treba stići. Dakle, kako je to ranije opisano, radi se dvije vrste zapisa (podataka) na usmjerivačima. Prvo, unutarnji usmjerivač Pi iz okosnice sadrži zapis (u tablici usmjeravanja) o tome kamo (prema kojem graničnom usmjerivaču okosnice) treba uputiti lP paket čije se odredište nalazi u mreži Mi. Sustav iBGP nalazi (formira) takve podatke i distribuira ih unutarnjim usmjerivačima okosnice, na temelju čega ti usmjerivači održavaju svoje tablice usmjeravanja. Drugo, svaki usmjerivač okosnice sadrži podatke (u tablici prosljeđivanja) o tome na koji način (preko kojeg sučelja i porta; na koju fizičku adresu) treba proslijediti lP paket da bi se taj paket kretao prema onom graničnom usmjerivaču na kojeg treba stići. Taj granični usmjerivač onda prosljeđuje taj lP paket u odgovarajući AS, odnosno u mrežu u koju treba stići.

Navedene dvije vrste podataka o putovima - kamo i kako proslijediti lP paket - zasnivaju se na različitim znanjima. Da bi unutarnji usmjerivač znao kamo (na koji granični usmjerivač) treba proslijediti neki lP paket, potrebni su mu podaci o stanju stvari izvan dane okosnice. Sustav BGP skupljati takve podatke i distribuira ih unutarnjim usmjerivačima okosnice. S druge strane, da bi unutarnji usmjerivač Pi znao kako proslijediti lP paket graničnom usmjerivaču Pj, dovoljni su mu podaci koji se mogu dobiti u procesu unutardomenskog usmjeravanja u okosnici. Drugim riječima, Pi ne može znati gdje se nalazi (na kojoj strani svijeta) neka mreža Mi; ali ako mu BGP kaže da pakete za Mi treba slati na granični usmjerivač Pj te okosnice, onda Pi može naći optimalan put do Pj na temelju podataka o čvorovima i vezama unutar te okosnice.

Kako je to ranije rečeno, podaci iz tablice usmjeravanja i iz tablice prosljeđivanja mogu se ujediniti u jednu tablicu. Uzmimo da unutarnji usmjerivač Pi okosnice zna da lP pakete za mrežu Mi treba uputiti na granični usmjerivač Pj te okosnice. Uzmimo nadalje da Pi zna (iz svoje tablice prosljeđivanja) da put pre-

243


ma Pj vodi preko njegovog izlaznog sučelja Sk i preko susjednog čvora čija fizička adresa (mrcžne kartice) glasi FA . Usmjerivač Pi može sabrati te podatke u jedan zapis slij edećeg oblika: < Mi, Pj , Sk, FA >; pritom je Pj logička ( lP) adresa od Pj , a FA je fizička adresa čvora na kojeg treba proslijediti lP paket da bi sc kretao prema čvoru Pj . Dakle, jedan takav zapis omogućava unutarnjem usmjerivaču Pi da proslijedi lP paket za mrežu Mi preko svog izlaznog sučelja Sk na fizičku adresu FA, čime se taj paket kreće prema graničnom usmjerivaču Pj dane

okosniee. Granični usmjerivač okosniee obično ne vodi izravno u fizičku mrežu u

koju je upućen lP paket. Put paketa obično se nastavlja preko ASa od ISPa na kojeg je vezan onaj AS u kojem se nalazi fizička mreža Mi u kojoj se nalazi domaćin na čiju je lP adresu upućen dani paket. Ali ovdje govorimo o prijenosu lP paketa kroz okosnieu; taj prijenos odvija se na način kako je to opisano iznad. Put lP paketa od okosnice dalje - kroz jedan ili više ASeva od ISPa, do ASa u koj i je upućen - određen je sustavom eBGP ( kako j e to pokazano ranije), odnosno sa sustavima unutardomenskog usmjeravanja koj i se koriste u pojedinim ASevima.

U ovom odjelj ku iznijeli smo osnovne e iljeve i probleme međudomenskog usmjeravanja, načela prema koj ima se to usmjeravanje izvodi, i sredstva (BGP sustav) pomoću koj ih se to čini. Taj kratki prikaz pokazuje da je proces međudomenskog usmjeravanja složen i zahtjevan. U nastavku iznosimo kratki prikaz multieast slanja u sastavljenim mrežama, koje č ini da poslovi usmjeravanja postanu još složenij ima.

Usmjeravanje i multicast

lP paketi o koj ima smo do sada govorili sadrže u svom zaglavlju lP adresu točno jednog domaćina kao svog odredišta. Problematika usmjeravanja i prosljeđivanja dobiva jednu dodatnu dimenziju kada se na tom standardnom lP sustavu definira multicast način slanja. Kod tog načina slanja, jedinica podataka ne sadrži adresu jednog čvora ( kao odredišta), nego sadrži adresu jedne multieast grupe čvorova. Jediniea podataka koja je upućena na neku multieast adresu treba biti dostavljena na svaki čvor koj i je član multieast grupe čij a je to adresa.

Multieast način slanja ne predstavlja problem kod lokalnih mreža, jer kod tih mreža jediniee podataka (okviri) stižu na sve čvorove mreže, kako je to opisano u drugom poglaVlju. Potrebno je samo da sc domaćin uključi u neku multieast grupu i njegova mrežna kartiea kopirati će sadržaje okvira koj i su adresirani na tu grupu. Međutim, na lP razini, podaei se ne prenose na takav način; ovdje se svaki lP paket prosljeđuje samo prema jednom domaćinu, na kojeg je adresiran. Općenito, mreže koje usmjeravaju pakete (pri čemu adresa svakog paketa vodi prema jednom domaćinu), kao ni mreže koje uspostavljaju putove (pri čemu svaki put vodi do jednog domaćina), nisu prikladne za multieast način rada. Zato je uvođenje multieast slanja (prijenosa) na lP razini zahtjevan proces;

244


usmjeravanje (nalaženje putova u mreži) je bitan dio toga procesa. Ovaj prikaza računalnih mreža je već prekoračio planirane okvire, tako da se problematikom multicast slanja ne možemo podrobnije baviti; u nastavku iznosimo samo skicu tog problema i načina njegova rješavanja.

Za prijenos radijskog il i televizijskog programa preko Interneta potrebno je dostavljati iste sadržaje (lP pakete) svim domaćinima na koje je vezan neki kori� snik koji želi slušati, odnosno gledati taj program. Ta vrsta komunikacije je tipa

jedan-mnogo: dakle, j edan izvor, mnogo odredišta (primatelja). Nadalje, razne mrežne aplikacije podržavaju komunikaciju tipa mnogo-mnogo: dakle, mnogo izvora i mnogo odredišta; takva vrsta komunikacije prisutna je kod telekonferencija, kod video igara sa više učesnika, i kod nekih drugih oblika mrežnog komuniciranja. Kod standardnog lP protokola svaki lP paket upućuje se na lP adresu jednog domaćina. To znači da bi za ostvarenje komunikacije tipa jedan-mnogo, izvor trebao znati lP adrese svih odredišta (primatelja) i na svaku od tih adresa slati zaseban lP paket istog sadržaja. Takav način slanja mnogo kopija istog paketa preopteretio bi veze, posebno u blizini izvora takvog slanja (na većim udaljenostima, paketi bi se vjerojatno granali u različite veze). Nadalje, takav način prijenosa televizijskog programa iziskivao bi slanje većeg broja lP paketa u jedinici vremena (na pojedinačne lP adrese primatelja) nego što ih dani izvor može uputiti u mrežu u jedinici vremena.

Ukratko, unicast slanje očito nije dobar način rada za realizaciju komunikacija tipa jedan-mnogo i mnogo-mnogo. Za realizaciju takvih vrsta komunikacija preko računalne mreže koja radi prema načelu usmjeravanja paketa, potrebno je u toj mreži nekako definirati i uspostaviti multicast način slanja paketa. Multicast način slanja potreban je kod svih onih vrsta mrežnog komuniciranja kod kojih se se isti podatkovni sadržaji trebaju istodobno dostavljati većem broju primatelja.

lP protokol (sustav) sam po sebi, nije prikladan za multicast način slanja, ali postoje načini da se na lP razini definira (i ostvari) multicast način prijenosa lP paketa. To se postiže definiranjem prikladnog načina rada usmjerivača (vratiju) u sastavljenoj mreži. lP sustav ima posebnu klasu lP adresa koje su namijenjene za multicast slanje lP paketa; to su lP adrese klase D. Ukratko, kad na usmjerivač stigne lP paket koji je adresiran na neku multicast adresu, onda usmjerivač prosljeđuje kopiju tog paketa preko onih svoj ih izlaza preko kojih ta kopija treba proslijeđena da bi stigla u sve one fizičke mreže u koje treba stići. To znači u sve one mreže u kojima postoji neki domaćin koji je član dane multicast grupe.

Domaćin pristupa multicast grupi slanjem odgovarajuće poruke vratima (usmjerivaču) na koja je vezana mreža u kojoj se taj domaćin nalazi. Domaćin može biti član više multicast grupa; domaćin može napustiti multicast grupu slanjem odgovarajuće poruke istim vratima. Pošiljatelj lP paketa ne treba znati

245


adrese domaćina koji su članovi multicast grupe na koju šalje pakete; sustav usmj erivača radi na takav način da kopija lP paketa kojeg pošiljatelj pošalje (adresira) na neku multicast adresu, stigne na svakog domaćina koji je član te multicast grupe. Takvo rješenje izgleda dobro, jer oslobađa izvor (pošiljatelja) mnogih poslova, ali to rješenje prenosi te poslove na procese usmjeravanja i prosljeđivanja.

Kod unicast načina slanja, tablica prosljeđivanja na usmjerivaču sadrži po jedan redak za svaku mrežnu adresu (ili za oznaku grupe mreža); takav redak sadrži jedno sučelj e (sa portom) i jednu fizičku adresu na koju treba proslijediti lP paket koji je upućen u tu mrežu. Za multicast prijenos, usmjerivač sadrži dodatnu tablicu prosljeđivanja koja određuje način prosljcđivanja multicast paketa. Takva tablica kazuje preko koj ih sučelja i na �oje fizičke adrese treba proslijediti kopije primljenog lP paketa koji je upućen (adresiran) na neku multicast adresu. Dakle, usmj erivači su oni koji ostvaruju multicast slanje na lP razini, i to na taj način da proslj eđuju kopije lP paketa preko više svoj ih izlaza; to čine na temelju zapisa u svoj im multi cast tablicama prosljeđivanja (ili tablicama prosljeđivanja za multicast adrese). Takve tablice sadrže odgovarajuće podatke za svaku multicast adresu čije sadržaje prenosi taj usmjerivač; ti podaci kazuju preko koj ih izlaza treba taj usmjerivač proslijediti kopije primljenog lP paketa koji je upućen na neku konkretnu multicast adresu. Korisnici (domaćini. mreže) mogu pristupati mu1ticast grupama (adresama) i napuštati te grupe, tako da se i tablice prosljeđivanja za multicast prijenos trebaju stalno održavati.

Za standardne (unicast) tablice proslj eđivanja kažemo da zajednički definiraju putove u mreži. Naime, jedan niz redaka (za istu mrežu) sačinjen od odgovarajućih redaka iz niza takvih tablica (na nizu usmjerivača) određuje jedan put od izvora do odredišta lP paketa. U tom kontekstu, za mu1ticast tablice prosljeđivanja može se reći da zajednički definiraju stabla multicast distribucije lP paketa (multicast distribution trees).

Tablice za multicast prosljeđivanje oblikuju se na temelju rezultata procesa multicast usmjeravanja (određivanja putova). To se izvodi na sličan način kao što se tablice običnog (unicast) prosljeđivanja oblikuju na temelju procesa usmjeravanja kojeg smo opisali u ovom i u prethodna dva odjeljka. Kao i kod uni cast načina rada, kod multicast načina rada usmjeravanje se izvodi na razini domena (ASeva) i na međudomenskoj razini (među ASevima). Ovdje ne možemo iznositi opise procesa usmjeravanja u sustavu multicast prijenosa; možemo samo reći da se ti procesi uglavnom zasnivaju na načelima koje smo ranije iznijeli u govoru o usmjeravanju, ali su ti procesi ovdje složeniji .

246


4.7 lP verzija 6

Internet protokol o kojem smo do sada govorili nosi oznaku "verzija 4"; to se piše kao IPv4. !ETF (Internet Engineering Task Force) je radna grupa koja se bavi pitanjima razvoja Interneta na tehničkoj razini. Godine 1 99 1 . !ETF počeo se baviti problemom trošenja lP adresa, što je dovelo do početka rada na razvoju novog IPa. Kod IPv4, adrese su duge 32 bita, što omogućava zapis 232 različitih nizova znakova "O" i " 1 ", odnosno preko četiri milijarde lP adresa. Upotreba podmreža i elDR metode zapisivanja adresa omogućuje da se lP adrese bolje koriste, kako je to objašnjeno u odjeljku 4.5. Potpuna iskorištenost lP adresa je praktički neostvariva, jer mreže čije su adrese određene klase, zauzimaju određen broj konkretnih lP adresa, ali gotovo nikad nemaju točno toliko domaćina. U svakom slučaju, čak i uz vrlo učinkovito korištenje lP adresa, postalo je očito da će u doglednoj budućnosti, adrese u sustavu IPv4 biti potrošene. Zato se počelo raditi na razvoju nove verzija IPa, koja će omogućiti zapis daleko većeg broja adresa.

Veći broj adresa dobiva se povećanjem dužine adrese (u bitovima); povećanje dužine adrese znači promjenu zaglavlja lP paketa; promjena zaglavlja lP paketa iziskuje zamjenu softvera na svim usmjerivačima i domaćinima u sastavljenoj mreži Internet. Takva globalna zamjena softvera je vrlo zahtjevan poduhvat. S obzirom da se taj posao mora napraviti zbog pomanjkanja adresa, bilo je normalno da se tom prigodom izvrše još neke izmjene u zaglavlju (strukturi) lP paketa, za koje se smatralo da su korisne i poželjne. U nastavku iznosimo te izmjene, ali u suštini, one nisu naročito velike, tako da glavna novost koju donosi IPv6 je radikalno povećanje adresnog prostora.

Skok sa verzije 4 na verziju 6 nastao ja zato što je verzija 5 potrošena u procesu rada na razvoju novog IPa. Ta verzija nosila je radni naziv SIPP (Simple Internet Protocol Plus) i imala je adrese duge 64 bita, ali čini se da je ta verzija sasvim napuštena. U svakom slučaju, verzija koja je iz tog procesa izašla kao konačan prijedlog i softverski proizvod, naziva se verzijom 6 i nosi oznaku IPv6. U toj verziji, lP adresa je duga Čak 1 28 bitova; to omogućava zapis 2128 različitih nizova od 1 28 bitova, što znači i toliko lP adresa; pretvoreno u dekadski sustav, to iznosi 3.4 x 1 038 lP adresa. Taj broj je toliko velik (340 milijardi milijardi milijardi milijardi) da ga je teško zamisliti; kažu da to iznosi oko 1 50 lP adresa po svakom metru kvadratnom Zemlje. Osnovni razlog za tako radikalno povećanje broja lP adresa je taj , što je zamjena verzije IPa (softvera) u cijelom Internetu ogroman posao; zato se htjelo osigurati dovoljan broj lP adresa, tako da takva zamjena ne bude više potrebna u doglednoj budućnosti. Ali to ne znači da se

moralo odabrati baš toliko velik broj adresa. Dužina adrese od 64 bita bila bi povećala sadašnji broj lP adresa (u verziji 4) preko četiri milijarde puta, što izglada sasvim dovoljno. Ali !ETF je odlučio da dužina lP adrese bude 128 bitova, čime je broj lP adresa postao skoro neizmjerno velik.

247


Metoda CIDR, koju smo opisali u odjeljku 4.5, zanemaruje fiksnu podjelu lP adresa na mrežni i domaćinski dio, koja je određena klasama lP adresa u IPv4. Metoda CIDR pokazala se korisnom u IPv4, tako da u IPv6 nisu uvedene klase adresa u smislu fiksno zadanih dužina mrežnog i domaćinskog dijela lP adrese. Ali adresni prostor u IPv6 je podijelien na nekoliko dijelova, koji su određeni početnim nizovima bitova adresa. Podjela adresnog prostora na dijelove izvršena je prema osnovnoj namjeni određenog segmenta adresa. Na primjer, adrese koje počinju sa nizom bitova 1 1 1 1 1 1 1 1 su multicast adrese. O podjeli adresnog prostora se još raspravlja, a s obzirom na količinu adresa, ta rasprava će vjerojatno trajati prilično dugo. Iako adresa ima nepojmljivo mnogo, važno je na koji način se adrese dijele (prostorno i logički), jer to utječe na učinkovitost primjene metode CIDR, kao i na procese usmjeravanja uopće. Inače, ogromna većina adresnog prostora predviđena je za unicast adrese, kao što je to bilo i kod IPv4; druge pojedinosti o podjeli adresnog prostora nisu ovdje posebno relevantne.

U sustavu IPv6, l 28-bitne adrese zapisuju se sa četvorkama heksadecimalnih znakova, koje su spojene dvotočkama. Jedan heksadecimalni znak predstavlja 4 bita, tako da zapis jedne lP adrese sadrži 32 heksadecimalna znaka (4 x 32

= 128). Četvorka heksadecimalnih znakova predstavlja 16 bitova, tako da se lP adrese zapisuje sa osam takvih četvorki ( 1 6 x 8 = 128). Jedan primjer takvog zapisa jedne lP adrese mogao bi glasiti:

3AB4:C183 :28B7:E4F5 :60E2:A4CO:B9 1 8:6A2B

Ako lP adresa sadrži četvorke heksadecimainih znakova "O", onda se te četvorke mogu izostaviti; zapis lP adrese tada izgleda ovako:

3B4C: :E4FO:25A 7

Koliko je četvorki heksadecimalnih znakova "O" izostavljeno vidi se iz toga što se puni zapis lP adrese sastoji iz osam takvih četvorki; dakle, u gornjem primjeru, na mjesto gdje se nalazi znak " : :" treba staviti pet četvorki heksadecimalnih znakova "O", što znači 80 binarnih znakova "O" (5 x 4 znaka x 4 bita/znak). Rečeno je da se izostavljanje nula može izvesti samo na jednom mjestu, jer kad bi se izvelo na dva mjesta, onda se ne bi znalo na koje od tih mjesta dolazi koliko nula. U stvari, to nije uvijek tako; na primjer, ako se na dva mjesta izostavi po jednu četvorku heksadecimalnih nula, onda se zapis sastoji od šest četvorki i dva znaka ": :" koji ukazuju na izostavljanje četvorki nula. Tada je jasno da za cjelovit zapis tc adrese treba svaki od ta dva znaka nadopuniti jednim nizom od četiri heksadecimaine nule. Ali rečeno je da se takvo izostavljanje nula ne izvodi na dva mjesta, već samo na jednom.

Radi lakšeg prelaska sa sustava adresiranja u IPv4 na sustav adresiranja u IPv6, koriste se dva posebna oblika zapisa IPv6 adresa, što zapravo znači da se koriste dvije posebne grupe unicast adresa u sustavu IPv6. U prvom slučaju,

248


adresu tipa IPv6 tvori se tako, da se uzme IPv4 adresu (32 bita) a ostatak (do 1 28

bitova) ispuni se znakovima "O" . Za takve adrese iz sustava IPv6 kaže se da su

kompatibilne sa IPv4 adresama. LJ drugom slučaju, IPv6 adresa počinje sa 80

znakova "O", slijedi 1 6 znakova " l '" a na kraju dolaze 32 bita adrese iz sustava

IPv4. Takvu adresu zapisuje se na slijedeći način :

: :FFFF: 1 1 7 .224 . 7 1 . 1 58

Par znakova ": : " na početkU zapisa predstavlja četvorke (pet) izostavljenih

heksadecimainih znakova "O"; zapis "FFFF" predstavlja 1 6 znakova " l " (četiri

niza od po 4 znaka)"; na kraju dolazi adresa iz sustava IPv4, i to zapisana na na

čin kako se adrese zapisuju u sustavu lPv4.

Adresa odredišta

Dodatne naredbe ! podaci

S lika 4.20 Internet Protokol ( IPv6)

Na slici 4.20 dana je struktura (format) l P paketa kod IPv6. Zaglavlje tog

paketa izgleda jednostavnije nego kod lPv4 jer ne sadrži redak (riječ) koj i je u

paketu od l P v4 n amijenjen fragmentiranjll. Kod oblikovanja paketa II IPv6 na-

249


stojalo se maknuti iz osnovnog dijela zaglavlja ono što nije neophodno za prije

nos svakog TP paketa; tako je redak koj i (u IPv4) sadrži podatke o fragmentiranju, u IPv6 prebačen u dodatne (opeionaine) naredbe, odnosno redove. Dodatni

redovi zaglavlja nazivaju sc na razne načine; držimo da je naziv "dodatne naredbe (zaglavlja)" najbolj i . Te redove (riječi) može sc zvati podacima jer oni sadrže

podatke; ali ovdje i h zovemo naredbama zato što ti podaci s luže izvršenju nekih

operacija i iziskuju izvršenje tih operacija. Na primjer, postojanje retka s podaci

ma o fragmentiranju nije samo zapis podataka, već je to ujedno i naredba susta

vu primatelja da te fragmente sabere u cjelovite lP pakete. U sustavu IPv6, do

datne naredbe zaglavlja nazivaju sc "slijedećim zaglavljem" (next header); umjesto o "slijedećem zaglavlju" ovdje govorimo o slijedećoj naredbi zaglavlja.

Dakle, fragmentiranje može bit i potrebno (i izvedeno) na bilo kojem čvoru, ali ono ne mora biti potrebno. Zato su u IPv6, zapisi podataka o fragmentiranju (ako ga je bilo) prebačeni u dodatne ili opeionaine naredbe (redove).

Polj e Verzija sadrži verziju IPa u koju spada taj paket podataka; kod TPv4 u

to polje upisuje se vrijednost 4, a kod IPv6 u to polje upisuje se vrijednost 6 .

Polja KlasaProm (TrafficClass) i OznakaToka (FlowLabel) odnose sc na kvalitetu usluge prijenosa; u IPv4 je tu ulogu imalo polje ToS (type of service). Ta polja trebaju omogućiti da se nekom prijenosu podataka osigura određene performanse; to sc odnosi prvenstveno na propusnost, a l i može obuhvaćati i dru

ga svoj stva, kao što su stabilnost (stalnost) prijenosa, to jest, prijenos bez podrhtavanja. Problematika kvalitete prijenosa biti će podrobnije obrađena u drugom dijelu ovog teksta.

Polje DuzTijela sadrži broj bajtova u t ije lu paketa; to je ukupna dužina paketa, umanjena za dužinu osnovnog zaglavlja. Dodatne (opeionalne ) naredbe za

glavlja spadaju u prostor t ijela lP paketa i računaju se kao dio t ijela. Polje Sl ijedNar u osnovnom zaglavlju sadrži oznaku prve naredbe u nizu

dodatnih naredbi zaglavlja, ako dodatne naredbe postoje; ako lP paket ne sadrži dodatne (opeionaine) naredbe, onda to polje sadrži oznaku (broj) protokola v iše

razine kojem treba predati taj lP paket kad stigne na odredište. BrUsmj sadrži broj koj i kazuje kroz koliko još usmjerivača smije proći taj

paket prije nego zastari. Svaki usmjerivač smanjuje vrijednost u tom polju za jedan u svakom paketu koj i prođe kroz njega; kad vrijednost u polju BrUsmj ne

kog paketa padne na nulu, taj paket je zastario (na putu) i biva odbačen. Polje BrUsmj ima istu ulogu kao polje TTL (time to l ive) u IPv4.

Sl ijede dva polja koja sadrže adresu izvora, odnosno adresu odredišta.

Svako od tih polja dugo je 1 28 bitova, odnosno po 1 6 baj tova.

Osnovni dio zaglavlja paketa u lPv6 dugačakje ukupno 40 bajtova, od čega

32 baj ta čine adrese. Zaglavlje paketa kod IPv4 dugačko je 20 bajtova; adrese su ovdje četiri puta kraće, što daje umanjenje od 2 puta po 1 2 bajtova; pritom, za-

250


glavije paketa u IPv4 sadrži 4 bajta (jednu riječ) za fragmentiranje. Dakle, osnovno zaglavlje u IPv6 ima 24 bajta više nego IPv4 u adresama i 4 bajta manje zato što ne sadrži podatke o fragmentacij i , što ukupno daje 20 bajtova više. Inače, u IPv6 podaci o fragmentaciji sastoje se od dvije riječi (8 bajtova) koje čine jednu naredbu u dodatnom (opcionalnom) zaglavlju; kod IPv4, redak s podacima o fragmentaciji dugačak je jednu riječ (4 bajta) i dio je osnovnog (obaveznog) zaglavlja.

U IPv6 definirano je kojim redoslijedom su poredane (uređene) naredbe koje mogu biti sadržane u dodatnom dijelu zaglavlja. Iz sadržaja polja SlijedNar (u osnovnom dijelu zaglavlja) usmjerivač vidi da li taj paket ima dodatnih naredbi; ako ih ima, onda iz oznake prve dodatne naredbe (ta oznaka sadržana je u polju SlijedNar) usmjerivači vidi koje je vrste prva od tih dodatnih naredbi zaglavlja i da li je ta naredba namijenjen usmjerivačima, ili je namijenjena odredištu tog paketa. Većina dodatnih naredbi zaglavlja nije namijenjena usmjerivačima, tako da ih usmjerivači ne moraju procesirati. Ako neke naredbe jesu namijenjene usmjerivačima, onda uređenost tih naredbi omogućava usmjerivačima da utvrde do koje dodatne naredbe trebaju čitati (i izvršavati) dodatue naredbe zaglavlja.

Podsjetimo, polje SlijedNar u osnovnom zaglavlju sadrži oznaku prve od dodatnih naredbi, ako takve naredbe postoje; u suprotnom sadrži broj protokola više razine, kako je to rečeno ranije. Ako dani paket sadrži dodatne naredbe, onda je u polju SlijedNar prve dodatne naredbe sadržana oznaka druge dodatne naredbe, i tako redom, do zadnje dodatne naredbe, u čijem je polju SlijedNar zapisana oznaka protokola više razine kojem treba predati taj lP paket kad stigne na odredište. Dakle, polje SlijedNar ima dvije uloge: označava prvu naredbu u dodatnim naredbama zaglavlja, ako takvih naredbi ima; ako ih nema, onda označava protokol više razine mrežnog sustava. Takva dvostruka uloga koristi se u zaglavlju lP paketa ( kao i u mnogim drugim slučajevima) ali ona donekle komplicira stvari. Tep, kao protokol više ("transportne") razine, ima oznaku 6, a UDP ima oznaku 1 7; ali IP paket može na odredištu biti predan i drugim protokolima viših razina.

Dodatne naredbe zaglavlja u IPv6 mogu biti dugačke više riječi; na primjer, naredba koja se odnosi na fragmentiranje duga je dvije riječi, dok je kod IPv4 ta naredba duga jednu riječ. Naredba o fragmentiranju sadrži oznaku paketa koji se fragmentira; svi fragmenti koj i nastaju u tom procesu, nose istu oznaku i po tome se zna da su dio istog izvornog paketa, kako je to objašnjeno u odjeljku 4.2. Kod IPv4, polje u koje je zapisana ta oznaka nazvali smo IdPaketa. Kod IPv4, oznake paketa koje služe za fragmentiranje dodjeljuje izvor paketa; čini se da bi kod IPv6 to trebao činiti čvor koji vrši fragmentiranje. Kod IPv4, redak o fragmentiranju je dio osnovnog zaglavlja, dok je kod IPv6 taj redak dodatna naredba zaglavlja. Dakle, ako izvor paketa ne fragmentira paket (a nema razloga da to čini) onda izvor nema kamo upisati oznaku paketa za fragmentiranje, osim da odmah

25 1


doda paketu dodatnu naredbu o fragmentiranju, što ne bi imalo smisla činiti. Jer ako se takva naredba treba dodavati odmah, onda nije imalo smisla micati je iz osnovnog dijela zaglavlja paketa.

Kod IPv4, polje koje sadrži oznaku paketa za fragmentiranje (i ponovno sabiranje) dugo je 16 bitova; to znači da se oznaka paketa ciklički ponavlja svakih 216 paketa (negto vige od 65 tisuća); kod velikih propusnosti veza, to može dovesti do problema, kako je to objašnjeno u odjeljku 4.2. Kod IPv6, oznaka paketa za fragmentiranje duga je 32 bita (4 bajta). To omogućava da se označi preko četiri milijarde (232) paketa koji su fragmentirani u jednom prijenosu podataka, prije nego što se vrijednost te oznake ciklički ponovi. To može biti neophodno kod veza velike propusnosti. U drugim stvarima, proces fragmentiranja kod IPv6 je praktički jednak kao i kod IPv4.

Rad na razvoju nove verzije IPa bio je pokrenut zbog pomanjkanja lP adresa. Promjena lP paketa iziskuje zamjenu lP softvera na svim čvorovima mreže. Činjenica da se to mora napraviti zbog adresa, iskorištena je za to da se naprave još neke izmjene u odnosu na protokol IPv4. Novosti koje su uvedene u IPv6, postupno su uvođene i u sustav IPv4, i to bez promjene strukture zaglavlja lP paketa. Međutim, bez izmjene strukture zaglavlja lP paketa (i softvera), ne mogu se produžiti postojeće lP adrese; zato, bez obzira na poboljšanja sustava IPv4, ipak treba uvesti novi protokol (sustav) IPv6.

Jedno bitno poboljšanje koje je uvedeno u IPv4 (bez mijenjanja zaglavlja paketa) je elDR metoda označavanja mreža, odnosno putova do grupa mreža. Ta metoda uvedena je u IPv4 prije nego je razvijen IPv6, tako da je preuzeta iz IPv4 u IPv6. Ukratko, na kraju razvojnog procesa od IPv6, može se reći da je jedina bitna razlika između novog protokola i postojećeg (IPv4) u veličini adresnog prostora. Ali ta razlika je bitna, iako je vjerojatno nepotrebno velika.

Nakon što je razvoj IPv6 trajao dugo, uvođenje IPv6 softvera će vjerojatno isto potrajati dugo. Jedan od razloga za sporo uvođenje IPv6 je taj što IPv4 radi dobro. U tom sustavu ima sve manje slobodnih lP adresa za uključivanje novih čvorova i mreža, ali to ne ometa rad postojećeg sustava.

Trajanje postojećeg sustava IPv4 produžuju i sustavi koje omogućavaju da čvorovi jedne lokalne mreže komuniciraju na globalnoj razini bez da svaki od tih čvorova ima svoju lP adresu. Takvi čvorovi imaju jedinstvene adrese na lokalnoj razini, koje su dovoljne za komunikaciju na toj razini; na primjer, unutar mreže jedne institucije. Kad ti čvorovi trebaju komunicirati na globalnoj razini, onda to čine preko sustava koji dodjeljuje privremene lP adrese čvorovima te mreže onda kad im te adrese trebaju. Jedan takav sustav naziva se NAT (Network Address Translation). Sustavu NAT dodjeljen je određen broj lP adresa; taj sustav onda dodjeljuje te lP adrese znatno većem broju čvorova mreže koju povezuje na Internet. Na taj način, sa relativno malim brojem lP adresa, NAT omogućava (naizmjeničnu) globalnu komunikaciju velikom broju čvorova iz jedne mreže. Sustav NAT ima neka bitna ograničenja i nedostatke; ti problemi pokuša-

252


vaju se rješavati na razne načine, ali trne se ne trebamo ovdje baviti. U svakom slučaju, uporabom NAT načina rada ("tehnologije") smanjuje se potrošnja lP adresa, a time i pritisak na uvođenje sustava IPv6.

Internet je previše opsežan i decentraliziran sustav da bi se moglo zaustaviti sve domaćine i usmjerivače u svijetu istodobno, zamijeniti softver od IPv4 sa softverom od IPv6 i zatim nastaviti s radom. Proces zamjene softvera odvijati će se postupno i njegovo trajanje je teško predvidjeti. U procesu prelaska sa IPv4

na IPv6 koriste se dva osnovna načela rada: ( 1 ) rad obiju verzija na istim čvorovima, i (2) upotreba tunela.

Rad obiju verzija IPa na istom čvoru znači da je na tom čvoru instaliran IPv6; pritom, IPv6 sadrži IPv4 kao podsistem, ili pokreće taj softver (kao samostalan) kad je to potrebno. Na takvom čvoru, verzija softvera IPv6 provjerava sadržaj polja Verzija u lP paketima koje prima; one pakete kod kojih je vrijednost u tom polju 6, obrađuje softver od IPv6, a one pakete kod kojih je ta vrijednost 4 obrađuje softver od IPv4.

Za prijenos lP paketa verzije 6 kroz dijelove mreže (usmjerivače) na koji

ma ne radi verzija 6, koristi se metoda tunela koju smo opisali u odjeljku 4.3. Na početku takvog tunela nalazi se čvor na kojem radi IPv6; na tom čvoru paketi od IPv6 umeću se pakete od IPv4 koji se onda šalju u dio mreže u kojem nije instaliran IPv6 (zato su potrebni tuneli). Na početku takvog tunela, paketi od IPv4

(koji nose pakete od IPv6) adresira j u se na IPv4 adresu onog čvora koji se nalazi na drugoj strani tunela i na kojem radi IPv6. Na taj način paketi od IPv6 prenose se kao sadržaji paketa od IPv4 kroz onaj dio mreže na kojem radi samo softver od IPv4. Na čvoru na kraju takvog tunela radi softver od IPv6; taj softver vadi pakete od IPv6 iz paketa od IPv4. Svi čvorovi na kojima radi IPv6 sadrže i sof

tver IPv4, tako da opisani tuneli mogu voditi od proizvoljnog izvora do proizvoljnog odredišta u postojećoj mreži Internet.

Dakle, paketi nekog čvora Di na kojem radi IPv6 trebaju biti prenijeti na neki drugi čvor Dj na kojem radi IPv6, pri čemu put od Di do Dj vodi preko čvorova (usmjerivača) na kojima radi samo IPv4. Tada Di inkapsulira IPv6 pakete u pakete od IPv4, tako da mogu biti prenijeti (tunelom) kroz onaj dio mreže

(usmjerivače) na kojima radi samo IPv4. Kod tuneliranja treba riješiti i pitanje adresiranja, to jest, preslikavanja adresa od IPv6 na adrese od IPv4. Adrese IPv4

krajeva tunela (izvora i odredišta) mogu biti sadržane u IPv6 adresama tih čvo

rova, na načine koje smo opisali iznad. U svakom slučaju, proces koji izvodi tuneliranje (na izvoru) treba znati IPv4 adresu drugog kraja tunela, umetati pakete od IPv6 u pakete od IPv4 i slati te pakete na IPv4 adresu druge strane tunela.

Jedan od razloga što uvođenje sustava IPv6 ide relativno sporo je taj , što za

davatelje Internet usluga (ISPe), podržavanje IPv6 znači izvođenje dvostrukog posla. Naime, ISPi moraju izvoditi IPv6 za one korisnike koji su prešli na novu

253


verziju, a IPv4 za one koji rade sa starom verzijom. Koliko će trajati to stanje dvostrukog rada teško je reći ; ali odgađanje početka rada sustava IPv6 na korisničkoj razini, skraćuje trajanje dvostrukog posla u sustavima ISPa.

Inače, uvođenje IPv6 sustava (softvera) trebalo bi se kretati od okosnica, preko ISPa, prema mrežama korisnika (tvrtki) i njihovim domaćinima. Dakle, najprije tr-eba o::otvar-iti glavni prijcno::oni sustav tipa IPv6, a zatim na taj sustav vezivati fizičke mreže sa njihovim domaćinima. Na taj način izbjegava se potreba po tuneliranju, jer prijenosni sustavi (okosnice, ISPi) ćc biti sposobni prenositi što god (IPv4 ili IPv6) fizičke mreže i njihovi domaćini šalju u te sustave.

254

5. Bežični mrežni sustavi


U prostoru bežičnih mrežnih sustava postoji mnoštvo standarda i sustava koji su međusobno prilično različiti, što otežava oblikovanje općih objašnjenja o načinima rada takvih mrežnih sustava. Povrh toga, opisi bežičnih mreža (standarda i sustava) su obično manje precizni i manje potpuni od opisa "klasičnih" mrežnih sustava poput Interneta i Etherneta. To posebno vrijedi za opise koji se mogu naći na Internetu. Veći dio ovog poglavlja napisan je prema takvim izvorima, tako da su neki prikazi u ovom poglavlju manje precizni i potpuni nego što bi trebali biti. Preostaje nadati se da će govor u prostoru bežičnih mreža s vremenom postati kvalitetnij i.

U prvom odjeljku iznosimo temeljne metode zapisivanja i prijenosa informacijskih sadržaja u bežičnim mrežnim sustavima. U preostalim odjeljcima iznijeti su prikazi nekoliko istaknutih bežičnih mrežnih sustava. Sustav Bluetooth uspostavlja bežične mreže vrlo lokalnih razmjera; te mreže nazivaju se mrežama osobnog prostora ili piko mrežama. Sustav Wi-Fi naziva se bežičnom lokalnom mrežom (WLAN), dok se sustav WiMAX naziva bežičnom MAN mrežom. U zadnjem odjeljku govorimo o sustavima mobilne telefonije.

Mobiteli sve manje služe telefoniranju i postaju sve sličniji računalima u području komunikacijskih usluga; stoga govor o mobilnoj telefonij i spada u prostor računalnih mreža. International Telecommunication Union (ITU) usvojila je grupu standarda (tehničke specifikacije) treće generacije (30) mobilne telefonije. U tu grupu standarda, koja se naziva IMT-2000, uključene su i neke bežične računalne mreže (poput WiMAXa) što isto ukazuje na nestajanje razlike između mobitela i računala u području komunikacijskih usluga. ITU se bavi i razvojem četvrte generacije mobilne telefonije (40); projekt razvoja standarda i sustava 40 nazvan je IMT-Advanced.

255


5.1 Nositelji i sadržaji

U bežičnim mrežnim sustavima, veze se uspostavljaju pomoću elektromagnetskih signala. Ti signali služe kao nositelj i na koje sustav pošilj atelj a zapisuju svoje signale. a time i sadržaje koje prenosi; to zapisivanje izvodi se postupkom moduliranja (mijenjanja) signala-nositelja, na način kako je to objašnjeno u drugom poglavlju. Spektar elektromagnetskih signala je vrlo širok, kako je to prikazano na slici 2.2; taj spektar dijeli se na više dijelova, pri čemu signali iz različitih dijelova spektra imaju različite frekvencije i svojstva, i nazivaj u se specifičnim imenima. Tako govorimo o radijskim signalima (valovima), mikrovalovima, infracrvenim signalima (valovima), X zrakama, i drugima, kako je to navedeno na slici 2.2. Vidljiva svj etlost je isto tako elektromagnetski signal.

Elektromagnetski signali iz različitih djjelova spektra frekvencij a (pojaseva) imaju različita svojstva. Zbog toga su signali neke vrste pogodniji kao nosioci podataka u nekim uvjetima, a signali druge vrste u drugim uvjetima. Neke vrste signala imaju pogodnij a svoj stva za to da budu nosioci informacij skih sadržaj a, dok su druge vrste signala manj e pogodne za to. Na primjer, neke vrste elektromagnetskih signala prolaze kroz zidove zgrada, dok druge vrste ne prolaze. Signali iz infracrvenog područja, kao ni oni iz područja vidlj ive svjetlosti, ne prolaze kroz zidove. Zato se infracrveni signali koriste kod raznih vrsta daljinskih upravljača; signalima takve vrste može se promijeniti kanal na televizij i u svojoj sobi, ali ne na i na televiziji u susjednom stanu.

Infracrveni signali koriste se i za prijenos podataka na vrlo malim udaljenostima, unutar iste prostorije. Primjenom infracrvenih signala ili signala vidlj ivog svjetla, može se vršiti prijenos podataka između dvij u udaljenij ih fiksnih točaka, ako između njih nema zapreka. Kao primjer gdje bi se moglo koristiti takav prijenosni sustav navodi se prijenos podataka između dviju zgrada iste tvrtke, koje razdvaja velika prometnica. Međutim, nij e rečeno koliko je takav prijenos pouzdan i siguran (zaštićen). Ispod prometnica obično prolazi mnogo kablova, tako da postoje i druge mogućnosti prijenosa podataka.

Bežični prijenos podataka koristio se mnogo prije ncgo što su razvijeni računalni komunikacij ski sustavi i mobilna telefonija, i to za prijenos radijskih i televizijskih programa. Bitna razlika između prijenosa radijskih ili televizijskih programa, i prijenosa podataka je u tome što se u prethodnom slučaju obično želi prenijeti sadržaje čim većem broju primatelja, dok se u potonjem slučaju sadržaji obično trebaju prenijeti j ednom primatelju, i pritom onemogućiti da ti sadržaji budu dostupni drugima. Nadalje, kod prijenosa podataka elektromagnetskim signalima u prostoru, ometanje prijenosa (sa strane) je mnogo lakše izvedivo nego što je to slučaj kod prijenosa sadržaja čvrstim vezama (kablovima). Zato j e za uspostavu bežičnih komunikaeijskih sustava potrebno riješiti ta dva osnovna problema. Prvo, treba definirati način rada prij enosnog sustava tako, da sadr-

256


žaje koji su namijenjeni određenom primatelju prima taj primatelj, a da pritom budu nedostupni (nerazumljivi) za sve druge do koj ih ti sadržaji (signali)mogu stići. Drugo, prijenosni sustav treba biti otporan na (zlo )namjema ometanja prijenosa podataka. U nastavku ćemo iznijeti neke metode rada koje omogućuju postizanje tih dvaju osnovnih ciljeva.

Uspostava reda u prostoru bežične komunikacije otpočela je podjelom frekvencija (na danim geografskim područjima) i ograničavanjem snage signala (odašiljača). Elektromagnetski signali koji su dovoljno različitih frekvencija ne utječu jedni na druge u relevantnoj mjeri, tako daje moguće održavati više prijenosa podataka (komunikacija) u istom prostoru ali na različitim frekvencijama. Elektromagnetski signal slabi s porastom udaljenosti od njegova izvora, tako da

se međusobno udaljene komunikacije, koje se izvode na istoj frekvencij i, međusobno ne ometaju. Lokalne radio stanice mogu raditi na istoj frekvenciji bez da

ometaju jedna drugu, ako su međusobno dovoljno udaljene. Problematikom podjela frekvencija (i snaga odašiljača) bave se određene

međunarodne institucije, i državne institucije za lokalne prostore unutar država. Određeni rasponi (pojasevi) frekvencija elektromagnetskih signala dodjeljuju se

određenim vrstama prijenosa (aktivnosti). Prijenos radijskih programa vrši se u određenim frekventnim pojasevima (AM, FM); zemni prijenos televizijskih programa izvodi se u određenom frekventnom pojasu; satelitski prijenosni sustavi i sustavi mobilne telefonije isto tako rade u određenim frekventnim pojasevima. Između dviju frekvencija koje se koriste na istom području, treba postojati neka određena razlika (razmak, praznina), tako da se komunikacije (signali) na tim frekvencijama međusobno ne ometaju.

Frekventni pojasevi su relativno široki rasponi frekvencija; pojedinačne frekvencije iz određenog pojasa se onda dodjeljuju (iznajmljuju) pojedinim korisnicima, i to obično za prijenos podataka ili emitiranje na nekom geografskom (i administrativnom) području. Na primjer, nadležna državna institucija može dodijeliti nekoj televiziji jednu frekvenciju za zemni prijenos televizijskog progra

ma na području Hrvatske. U nekoj dugoj (dovoljno udaljenoj) državi, do koje ne

dosežu zemni televizijski signali iz Hrvatske, na istoj frekvenciji može emitirati neka druga televizija. Slično vrijedi za frekvencije lokalnih radio stanica unutar Hrvatske; ako su dovoljno međusobno udaljene (u odnosu na snage njihovih

odašiljača), onda mogu raditi na istoj frekvenciji bez da se međusobno ometaju.

Rašireni spektar frekvencija

Kod bežične komunikacije između dvaju entiteta (mobitela ili računala) potrebno je onemogućiti da netko sa strane prisluškuje (kopira) sadržaje te komunikacije, kao i da ometa (iskrivljuje) tu komunikaciju. Koriste se razne tehni

ke (metode) zapisivanja i prijenosa signala (sadržaja), pomoću kojih se istodob-

257

Mano Radovan RAČUNALNE MREŽE

no sprječavaju prisluškivanje i ometanje dane komunikacije. Najpoznatije metode te vrste i namjene nazivaju se metodama (il tehnikama) raširenog spektra frekvencija (spread spectrum techniques). Te metode zasnivaju se na slijedećem osnovnom načelu: za zapis i prijenos sadržaja koristi se znatno širi frekventni pojas nego što je to neophodno za zapis i prijenos toga sadržaja (tom brzinom). Tak.av naCin zapisa (Kodimnja) i prijenosa sadržaja (pomoću šireg spektra frekvencija nego što je to neophodno) omogućava da se zaštiti tajnost sadržaja, te da se prijenos učini bitno manje osjetlj ivim na vanj ske smetnje. Postoji više metoda raširenog spektra frekvencija, prema kojima se zapisuju i prenose podaci. Najpoznatije među njima su metoda skakutanja frekvencija (frequency hopping) i metoda izravne sekvencije (direct sequence).

Kod metode skakutanja frekvencija, umjesto da se komunikacija (prijenos podataka) između čvorova odvija na jednoj fr�kvenciji (koju je lako prisluškivati i ometati), komunikacija se odvija na više frekvencija. Uzmimo da čvorovi (komunikatori) u nekom sustavu bežične komunikacije imaju na raspolaganju deset frekvencija (unutar istog frekventnog pojasa, ili kanala). Kod uspostave veze, čvor koji inicira uspostavu, izračunava jedan slučajan broj Bs i pokreće odgovarajući algoritam As koji izračunava brojeve od 1 do 10 (nekom određenom brzinom); računanje tog algoritama određeno je sa slučajnim brojem sa kojim je As pokrenut. Čvoru s kojim se uspostavlja komunikacija šalje se polazni slučajni broj Bs; taj čvor pokreće isti algoritam As sa istim polaznim brojem Bs. Na taj način se na oba čvora koji stupaju u komunikaciju, generiraju (istom brzinom) slučajni brojevi od l do 10 ; ti brojevi određuju na kojoj frekvencij i (od raspoloživih deset) će se ta komunikacija odvijati slijedećeg trenutka. S obzirom da se skokovi sa jedne frekvencije na drugu odvijaju na oba dva komunikatora jednako i istovremeno (prema istom algoritmu), ti komunikatori uvijek rade na jednakoj frekvenciji, tako da se njihova komunikacija odvija normalno. Kod svake komunikacije, isti algoritam biva pokrenut sa novim (drukčijim) slučajnim brojem, tako da generira drukčije nizove brojeva (frekvencija); to znači da nitko sa strane ne može znati (ni pratiti) skakutanje sa jedne frekvencije na drugu u nekoj komunikaciji. Na taj način onemogućeno je prisluškivanje i ometanje te komunikacije.

Primjena metode skakutanja frekvencija omogućava i to, da se u istom pojasu od deset frekvencija odvija više od deset komunikacija (razgovora) istodobno. Naime, kod svake od tih komunikacija, frekvencija se stalno mijenja i to velikom brzinom, tako da su sudari signala dviju komunikacija (na istoj frekvenciji) vrlo kratkotrajni i ne ometaju te komunikacije u relevantnoj mjeri. To posebno vrijedi za telefonske razgovore, kod kojih manja iskrivljenja tona (glasa) nisu bitna. Uzgred, ovdje bi bilo zanimljivo znati niz podataka koji se obično ne iznose. Na primjer, koliko traje komunikacija na svakoj od frekvencija, i da li je to vrijeme stalno (fiksno); koliki broj komunikacija može se odvijati na deset (ili sto) frekvencija, prije nego sudaranja tih komunikacija (na istim frekvencijama) postanu previše česta i počnu znatno umanjivati kvalitetu komunikacije; kakav

258


je pritom odnos između govorne (telefonske) komunikacije i prijenosa alfanumeričkih sadržaja koji su više osjetljivi na iskrivljenja? Računalni komunikacijski sustavi su vrlo opsežna i složena tema, tako da uvijek ostaj e neodgovorenih pitanja.

Pogledajmo jednu konkretnu metodu kojom se bežičnu komunikaciju čini manje osjetljivom na smetnje i ujedno štiti tajnost njena sadržaja. Ta metoda spada u klasu tehnika raširenog spektra frekvencija, jer koristi širi frekventni pojas nego što je to potrebno za sam prijenos podatkovnih sadržaja. Ta metoda naziva se metodom izravne sekvencije (direet sequence); nije očito odakle dolazi taj naziv, ali metoda je zanimljiva. Načelo rada te metode ilustrira slika 5 . 1 .

Tok podataka (bitova) : 1 0 1 0

Slučajni niz: 1 1 01 01 00 1 001 01 1 0

XOR toka podataka i slučajnog niza: 0010 0100 01 1 0 01 1 0

Slika 5 . 1 Kodiranje metodom izravne sekvencije

Kod te metode, svaki bit sadržaja kodira (zapisuje) se sa više bitova, koji se onda prenose primatelju. Kodiranje izvodi izvor sadržaja; primatelj poznaje elemente tog procesa: algoritam kodiranja i "slučajni niz" bitova (kodu) prema kojoj se izvodi dano kodiranje; na temelju toga primatelj iz primljenog kodiranog sadržaja, rekonstruira izvorni (poslani) sadržaj. U primjeru sa slike 5 . 1 , prvi redak prikazuje niz od četiri bita ( 10 1 O) kojeg se kodira. U drugom retku dan je jedan "slučajni niz"od 1 6 bitova: po 4 bita za svaki bit izvornog sadržaja koji se kodira za prij enos. Taj niz bitova generira algoritam za generiranje "slučajnih" nizova bitova; prema tom nizu izvodi se kodiranje izvornog sadržaja; prema istom nizu izvodi se dekodiranje primljenih kodiranih zapisa na strani primatelja.

Treći red na slici 5. 1 sadrži rezultat neke logičke operacije između prvog bita sadržaja (iz prvog reda) sa svakim od prva četiri bita iz slučajnog niza (iz drugog reda); tome slijedi rezultat iste logičke operacije između drugog bita sadržaja i svakog od slijedeća četiri bita iz slučajnog niza, i tako redom dalje. Na slici 5 . 1 se to pokušalo ilustrirati tako, da su bitov i izvornog sadržaja nacrtani

259


četiri puta širi nego bitovi iz slučajnog niza, čime se htjelo grafički pokazati iz čega (i kako) nastaje treći niz. Kod realizacije opisane metode, bitovi sadržaja su

isto tako n puta širi (traju n puta duže) nego bitovi iz niza s kojim se vrši kodiranje. Logička operacija koju se ovdje koristi je ekskluzivna disjunkcija (XOR).

Treći niz, koji je rezultat kodiranja, šalje se primatelju. Očito, kodirani zapis ima četiri puta više hitova nego što ima sam zapis podatkovnog sadržaja; to ovdje ujedno znači da zauzima (troši) četiri puta širi frekventni pojas nego što je to potrebno samo za prijenos sadržaja. Kako je to rečeno iznad, na čvoru primatelja radi isti algoritam za kodiranje i dekodiranje; na temelju danog slučajnog niza, taj algoritam iz primljenog kodiranog zapisa izračunava ("filtrira") one podatkovne sadržaje koje je isti algoritam kodirao na sustavu pošiljatelja.

Primjenom te metode šiftira se izvorni sadržaj, tako da ovdje nije neophodno skakutati sa jedne frekvencije na drugu da bi se izbjeglo prisluškivanje; eventualni slušatelj sa strane ne može " izvući" izvorni sadržaj iz kodiranog zapisa kojeg prima. Isto tako, upotreba većeg broja (n) bitova za kodiranje svakog bita sadržaja čini da prijenos bude manje osjetljiv na slučajne (ili namjerne) smetnje sa strane. Međutim, kod primjene te metode, prenosi se n puta više bitova (kodiranog zapisa sadržaja) nego što se time prenese stvarnog podatkovnog sadržaja. Kod prethodne metode (sa skokovitim promjenama frekvencija) nije se prenosilo više bitova od stvarnog sadržaja. Tamo se mijenjala frekvencija, ali nije bilo prijenosa redundantnih bitova. Opisane dvije metode zapisivanja i prijenosa sa

držaja koriste se kod bežičnih komunikacij skih sustava o kojima govorimo u nastavku ovog poglavlja.

FDMA, TDMA, CDMA

U bežičnim komunikacijskim sustavima postoj i puno metoda (ili tehnologija, kako se često nazivaju) zapisivanja i prijenosa sadržaja. U nastavku iznosimo kratke opise triju takvih temeljnih metoda: FDMA, TDMA i CDMA. Te metode nazivaju se metodama fizičkog prijenosa podataka (u bežičnim sustavima, ali i u žičanim sustavima).

Naziv FDMA (Frequency Division Multiple Access) znači višestrnki pristup s podjelom frekvencija. FDMA je metoda prijenosa podataka kod koje se frekvencije iz nekog šireg pojasa frekvencija (jednog kanala) dijele na više užih pojaseva frekvencija. Svakoj komunikacij i (prijenosu podataka) dodjeljuje se jedan frekventni pojas danog kanala. U svakom od tih pojaseva izvodi se jedan

prijenos. Dakle, na jednom kanalu (širem frekventnom pojasu) odvija se više komunikacija, svaka u jednom dijelu tog kanala. To ovdje znači da više komunikacija (ili komunikatora) ima istodobno pristup istom frekventnom pojasu, koji ovdje ima ulogu nosioca podataka. Pritom svaka od tih komunikacija koristi jedan dio tog frekventnog pojasa. Metoda FDMA pogodna je za analogne sustave; takvi su bili sustavi l G mobilne telefonije, tako da je FDMA bila glavna metoda zapisivanja i prijenosa sadržaja u mobilnoj telefonij i prve generacije ( l G).

260


Naziv TDMA (Time Division Multiple Access) znači višestruki pristup s podjelom vremena. TDMA je metoda prijenosa podataka kod koje se jedan frekventni pojas (kanal) dijeli na vremenske intervale koji se obično nazivaju otvorima (slots). U svakom od tih intervala (otvora) prenosi se sadržaj jedne komunikacije; svakoj od komunikacija koje dijele jedan kanal dodjeljuje se svaki n-ti vremenski interval, i tako u krug; na taj način ostvaruje se "višestruki pristup" tom kanalu kao nosiocu podataka. Drugim riječima, time je omogućeno da se na jednom kanalu istodobno odvija više komunikacija, i to na taj način da se sadržaji svake od tih komunikacija prenose jedan kratki vremenski interval. Ti vremenski intervali su krati (mjere se u mikrosekundama), tako da se sve komunikacije (telefonski razgovori) odvijaju kao da dani kanal kontinuirano prenosi njihove sadržaje. Spomenimo da dinamička TDMA metoda dodjeljuje različitim komunikacijama različit broj vremenskih intervala (otvora), u zavisnosti od prioriteta i zahtjeva pojedinih komunikacija (prijenosa). Dakle, kod TDMA, na jed

nom kanalu (frekventnom pojasu nosivog signala) odvija se prijenos sadržaja većeg broja komunikacija koje međusobno dijele kapacitet tog kanala. Metoda TDMA pogodna je za prijenos digitalnih sadržaja (okvira), tako da je TDMA dominantna metoda zapisivanja i prijenosa sadržaja u mobilnoj telefoniji druge generacije (2G).

Naziv CDMA (Code Division Multiple Access) znači višestruki pristup sa

podjelom koda (ili kodova). Metoda CDMA spada u klasu metoda koje koriste rašireni spektar frekvencija, čije smo dvije osnovne metode rada (skakutanje fre

kvencija i izravna sekvencija) opisali iznad. Metoda CDMAje jedan oblik metode izravne sekvencije. Kod metode izravne sekvencije, svaki bit sadržaja zapisuje (kodira) se sa n bitova; pritom se to kodiranje izvodi prema jednom "slučajnom" nizu bitova (kodi). Kod metode CDMA, prijenos više komunikacija jednim kanalom - to jest, "višestruki pristup" kanalu kao nosiocu podataka - ostvaruje se na taj način da svaka komunikacija koristi poseban (različit) niz bitova (kodu) pomoću kojeg ta komunikacija kodira svoje sadržaje. Sadržaji svih komunikacija zapisuju se na isti ·kanal (na iste nosive frekvencije) jedan iza drugog, ali bez da se pojedinačnim komunikacijama dodjeljuju unaprijed zadani vremenski intervali; kodirani zapisi različitih komunikacija međusobno se razlikuju po tome što su kodirani pomoću različitih nizova bitova (koda). Na temelju toga, primatelj (koji poznaje kodove onih komunikacija čije sadržaje prima), razlikuje i razdvaja sadržaje tih komunikacija, koji se prenose pomoću nosivih signala iz istog kanala.

Dakle, CDMA koristi jedan frekventni pojas koji je VIšestruko širi od onog koji bi bio dovoljan za prijenos podatkovnih sadržaja danom brzinom (propusnošću). Kod te metode, svaki bit sadržaja kodira se (za prijenos) sa više bitova. U svakoj komunikaciji (prijenosu), izvor kodira svoje sadržaje sa posebnom ko-

261


dom (nizom bitova); na temelju toga, primatelj (koji poznaje tu kodu) prepoznaje kodirane sadržaje određene komunikacije i dekodira ("izvlači") te sadržaje iz kodiranih zapisa koje prima. Prijemni sustav primatelja prima "šum" koji nastaje zbrajanjem svih signala koji stižu na taj prijemni sustav. Razdvajanje (filtriranje) signala pojedinačnih komunikacija je zahtj evan proces koji uključuje postupke i metode kojima se ovdje ne trebamo baviti. U svakom slučaju, sadržaji različitih komunikacija kodirani su različitim kodama, što daje osnovu za razdvajanje tih sadržaja, kao i za njihovo dekodiranje. Dakle, na istom kanalu (frekventnom pojasu) odvija se više komunikacija; sadržaji tih komunikacija kodiraju se metodom izravne sekvencij e, pri čemu svaka komunikacija koristi različitu kodu za kodiranje svoj ih sadržaja.

Sustavi treće generacije mobilne telefonije (3G) većinom koriste CDMA metodu zapisivanja i prijenosa sadržaja na fizičkoj razini (uz neke dopune); pritom se u 3G govori o širokopojasnoj (wideband) CDMA, koja se označava sa W-CDMA. Širokopojasna CDMA doseže propusnost veza od oko 2 Mbps kod mobitela koji miruju ili se kreću brzinom koraka; kod mobitela u vožnji (autom) predviđena je propusnost od 384 Kbps (ili više). To je ogromno povećanj e u odnosu na tehnologiju 2G, kod koje se propusnost obično kreće do 9,6 Kbps. Postoje poboljšanja sustava 2G, koj a mogu doseći veće propusnosti, kao što su 28 Kbps, ili preko sto Kbps; za takve tehnologije kaže se da su 2,5G ili više, ali su ipak manje od 3G.

5.2 Vrste bežičnih mreža

Kod bežičnog prijenosa podataka postoj i niz specifičnih elemenata koje treba definirati, kao i specifičnih problema koje treba riješiti. Ti elementi i načini rješavanja tih problema određuju osobine bežičnog prijenosa, a time i mreže koja koristi tu vrstu prij enosa. Spomenimo neke od tih elemenata i problema. Treba odrediti frekvenciju, odnosno raspon frekvencija (frekventni pojas) elektromagnetskih spektra, koji se koristi za prijenos podataka u nekoj mreži. Za uporabu mnogih frekventnih pojaseva potrebna je l icenca (dozvola) nadležne institucije, dok za upotrebu nekih poj aseva nije potrebna licenca. Potrebno je odrediti snagu signala koji se koristi, čime je obično određena i maksimalna udaljenost na kojoj se čvorovi bežične mreže mogu međusobno čuti. Snaga signala je obično određena (ograničena) sa više čimbenika. Kod mobilnih komunikacijskih uređaja, bitnu ulogu ima i potrošnja energije tih uređaja, j er mobilni uređaj i obično koriste baterijsko napajanje. Među specifične elemente bežičnog prijenosa, u odnosu na žičani ( i optički) prijenos, spadaju pitanje interferencije (međusobnog utjecaja) signala i ometanja komunikacije, kao i pitanje zaštite sadržaja koji se prenosi bežičnim putem. Sa tim elementima susresti ćemo se u okviru opisa konkretnih vrsta tehnologija bežičnih mreža. U ovom poglavlju opisujemo četiri

262


istaknuta sustava ("tehnologije") bežičnog prijenosa, odnosno četiri vrste bežičnih mreža. Te mreže su Bluetooth (standard 802. 1 5 . 1), Wi-Fi (standard 802. 1 1 ), WiMAX (standard 802. 1 6), i treća generacija (3G) mobilne telefonije.

Mreža Bluetooth omogućava bežično povezivanje perifernih jedinica računalnog sustava, kao i prijenos podataka između raznih drugih naprava i sustava. Ta vrsta mreža naziva se mrežom osobnog prostora, jer vrši prijenos na vrlo ograničenom prostoru od nekoliko desetaka metara. Mreža Bluetooth radi u frekventnom pojasu od 2,45 GHz, za čije korištenje nije potrebna licenca. Ta mreža ostvaruje propusnost od 2, l Mbps, što je obično dovoljno za poslove kojima je namijenjena, ali postoje najave o mogućnosti znatnog povećanja propusnosti. Za bežičnu mrežu Bluetooth kaže se da nadomješta USB (žičane) veze među jedinicama računalnog sustava; ali ta tehnologija bežičnog prijenosa ima vrlo širok spektar primjena u raznim sustavima i napravama.

Naziv Wi-Fi je zaštitni (trgovački) znak za obitelj bežičnih lokalnih mreža (wireless LAN - WLAN) koje su definirane sa više varijanti IEEE standarda 802. 1 1 . Ukratko, WLAN se sastoji od ( l ) većeg broja točaka pristupa na koje se vezuju računala bežičnim putem, i od (2) žičanog distribucijskog sustava koji povezuje te točke pristupa u jednu mrežu. Svaka točka pristupa (ili "vruća toč

ka"; hot spot) omogućava da preko nje međusobno komuniciraju (bežičnim putem) one naprave koje su vezane na tu točku pristupa. Nadalje, točke pristupa su međusobno povezane preko žičanog distribucijskog sustava, koji omogućava prijenos podataka između naprava koje su vezane na različite točke pristupa.

Distribucijski sustav je obično lokalnih razmjera; to može biti jedna mreža tipa Ethernet, tako da se mreže iz obitelj i Wi-Fi ponekad nazivaju bežičnim Ethernetom. Ali distribucijski sustav može općenito biti opsežniji; na primjer, to može biti neki od prstenastih LANova ili neki oblik proširenog LANa. Wi-Fi obitelj okuplja više vrsta mreža, pri čemu svaka od tih vrsta ima neke svoje specifične osobine. Približno rečeno, mreže iz Wi-Fi obitelji omogućuju bežični prijenos podataka (između klijentskog čvora i točke pristupa) na udaljenosti do sto metara (ili znatno manje, zavisno od lokalnog okruženja). Te mreže ostvaruju propusnost do 54 Mbps. Da bi se moglo vezati na bež ičnu mrežu, računalo treba imati odgovarajući adapter za Wi-Fi mrežu, odnosno za vezivanje na bežične

mreže iz obitelj i 802. 1 1 . Prijenosna računala mogu imati ugrađen adapter za Wi

Fi mreže; onim računalima koja nemaju ugrađen taj adapter, može se taj adapter dodati; obično se to čini tako, da se adapter priključi na neki USB port računala.

Bežični mrežni sustav WiMAX je sličan bežičnom mrežnom sustavu WiFi, ali omogućava veću mobilnost računala i doseže veće propusnosti. Kod mreže Wi-Fi, računala se bežično vezuju na mrežu u točkama pristupa, ali za takvo vezivanje potrebno je da računalo bude relativno blizu neke točke pristupa (uda-

263


ljeno do sto metara ili znatno manje). Kod bežične mreže WiMAX spominju se udaljenosti od jedne zgrade, jedne milje, 10 kilometara, pa do 50 kilometara; ali govor o tim udaljenostima je neprecizan. Dosezi nosivih signala obično zavise od fizičkog okruženja u kojem se računalo nalazi: o tome da li ima zapreka (zgrada) ili je to otvoren prostor, kao i od količine elektromagnetskih smetnj i u danom prostoru. Nadalje, doseg nosivog signala zavisi i od njegove frekvencije; signali nekih frekvencija su manje osjetlj ivi na zapreke, dok su drugi više osjetljivi na zapreke. Neki signali prolaze kroz zapreke, a drugi se višestruko odbijaju od zapreka i na taj način "obilaze" zapreke. Sustav WiMAX koriti nosive signale širokog spektra frekvencija, od 2 do 66 GHz; signali iz različitih dijelova ponašaju se različito i mogu vršiti prijenos na različite udaljenosti.

U bežičnoj mreži WiMAX postoje dvije vrste udaljenosti, što se obično propušta spomenuti u govoru o udaljenostima. Infrastrukturu beži čne mreže WiMAX čine fiksne antene velikog dosega

«do 50 kilometara) koje se nazivaju

WiMAX tornjevima (WiMAX towers) i lokalne antene koje se obično nazivaju pretplatničkim stanicama (subscriber stations). Pretplatničke stanice postaVljaju se na zgrade, poput televizijskih antena i vezane su bežičnim putem na udaljene tornjeve. Računala iz zgrade (ili iz više okolnih zgrada) vezuju se bežičnim putem na te pretplatničke stanice. Dakle, postoj i udaljenost od računala do pretplatničke stanice (manja) i udaljenost od pretplatničke stanice do WiMAX tornja (veća). Kada se u govoru o WiMAX mrežama spominju Udaljenosti, propušta se reći na koje se od tih dviju udaljenosti misli. Kod WiMAX mreža postoji i mogućnost izravnog vezivanja računala na toranj, čime se uvodi treća vrsta udaljenosti. U svakom slučaju, bežična mreža WiMAX otklanja potrebu da se po zgradama (i između njih) postavljaju koaksijalni kablovi za vezivanje računala na Internet. Nadalje, Wi-Fi mreže smatraju se lokalnim bežičnim mrežama, dok se WiMAX mreže smatraju gradskim (MAN) bežičnim mrežama.

Prostor mobilne telefonije obuhvaća širi spektar standarda i sustava. Prije svega, tehnologije mobilne telefonije dijele se u generacije; obično se govori o tri generacije ( l G, 2G, 3G), ali radi se i na razvoju četvrte generacije (4G). ITU (International Telecommunication Union) usvojila je 2000. godine tehničku specifikaciju treće generacije (3G) mobilne telefonije. Ta specifikacija poznata je pod nazivom IMT-2000 (International Mobile Communications). IMT-2000 sadrži pet osnovnih standarda koji definiraju pet sustava bežičnog prijenosa podataka. ITU je tome kasnije dodala i druge standarde (sustave) kao što su WiMAX i UMTS, čime su i ti sustavi (standardi) uvršteni u obitelj standarda koji definiraju mobilne telekomunikacijske sustave treće generacije. IMT-2000 je odredio planirane (očekivane) propusnosti mobilnih komunikacijskih sustava i naprava 3G. Te propusnosti iznose 2Mbps ili više za mobilnu napravu u mirovanj u ili u kretanju brzinom hodanja, a 384 Kbps ili više kod kretanja brzinom automobila. Te veličine spomenuli smo kod opisa COMA metode kodiranja sadržaja; ta metoda kodiranja koristi se kod 3G mobilne telefonije.

264

5. Bežični rnrcžni sustavi

Propusnost kod 3G je bitno povećana u odnosu na propusnosti kod 2G (i 2,5G), što je omogućilo razvoj raznih vrsta komunikacijskih usluga za mobitele, odnosno upotrebu postojećih komunikacijskih usluga pomoću mobitela. Među te usluge spadaju pristup Internetu i upotreba širokog spektra usluga koje nudi, prijem televizijskog i radijskog programa, i druge. Kaže se da propusnost od 2Mbps omogućava i održavanje video-konfereneija pomoću mobitela. U tom kontekstu, najavljuje se da će mobilni telekomunikacijski sustavi 4G doseći propusnost od l Gbps u mirovanju i 1 00 Mbps u kretanju. Uzgred, još kod izuma telefona, netko je upitao imamo li mi što reći jedni drugima. Što ćemo tek "govoriti" kad mobiteli budu imali propusnost od lGbps (milijardu bitova u sekundi)? Ali o tome ne treba brinuti; s porastom kapaciteta komunikacij skih sustava raste i proizvodnja raznih vrsta buke, tako da se uvijek nađe nešto čime se može nasititi te kapacitete.

Prije nego iznesemo podrobnije opise spomenutih četiriju vrsta mreža, u ovom odjeljku iznosimo još neke opće osobine bežičnih komunikacijskih sustava. Većina takvih sustava sadrži dvije vrste čvorova: bazične i klijentske. Bazični čvorovi, ili bazične stanice (base stations) kako se često nazivaju, su obično statički i izravno su vezani na širu (globalnu) mrežu; ta mreža može biti Internet ili globalna telefonska mreža. Bazične stanice bežičnih mreža obično su vezane na vanjsku mrežu žičanim putem, ali mogu biti vezane i bežičnim putem. Klijentski čvorovi su obično mobilni; ti čvorovi komuniciraju (međusobno, kao i sa vanjskom mrežom) preko bazičnih stanica na koje su vezani. Na slici 5.2 prikazana je struktura jednog takvog bežičnog mrežnog sustava; valovite crte predstavljaju bežične (elektromagnetske) veze između klijentskih čvorova i bazične stanice; s

druge strane, bazična stanica vezana je na vanjsku mrežu žičanim putem.

265


Slika 5 .2 Struktura bežične mreže

Vanjska mreža ( Internet , telefon)

Slika 5 .2 pokazuje kako se komunikacija između klijentskih čvorova u istoj

bežičnoj mreži izvodi preko bazične stanice. Elektromagnetski signali mogu se

širiti u svim smjerovima jednako, ali u modelu bežične mreže kojeg prikazuje

slika 5 .2, ne postoj i (nije uspostavljena) mogućnost izravne međusobne komuni

kacije između mobilnih klijentskih čvorova.

Govori se o tri razine mobilnosti čvorova u bežičnim komunikacijskim su

stavima. O prvoj razini mobilnosti govorimo kad su čvorovi pomični (prijeno

sni), ali u toku njihova rada čvorovi trebaju mirovati. Mirovanje čvorova potreb

no je onda kad se prijenos podataka izvodi pomoću usmjerenih signala (valova i antena) između čvorova i bazične stanice. Da bi čvor primao takav usmjereni si

gnal, potrebno je da bude na onom mjestu (ili na onom pravcu) prema kojem je

upućen usmjereni signal. O drugoj razini mobilnosti govorimo onda kad se čvo

rovi smiju pomicati u toku prijenosa podataka, ali samo u prostoru dosega signa

la svoje bazične stanice. Primjer takve razine mobilnosti nalazimo u mreži

Bluetooth. O trećoj razini mobilnosti govorimo onda kad se klijentski čvorovi

smiju kretati unutar dosega signala svoje bazične stanice, ali isto tako i prelaziti

u područja drugih bazičnih stanica, bez da se time omete tok komunikacije. Takva vrsta mobi lnosti postoji u mobilnoj telefoniji ; nije jasno rečeno u kojoj

mjeri je ta vrsta mobilnosti prisutna u bežičnim računalnim mrežama.

266

5 . Bežični mrežni sustavi

Postoj i mogućnost uspostave bežične mreže sa mobilnim čvorovima, koja ne sadrži bazične stanice. Kod mreže takve vrste, čvorovi (mobilni ili statički) koji se nalaze u međusobnom dosegu signala s nekim drugim čvorovima, mogu izravno komunicirati sa tim čvorovima. Nadalje, čvorovi Di i Dj koji nisu jedan

drugome u dosegu signala mogu međusobno komunicirati preko drugih čvorova, ako postoji lanac čvorova koji jesu u međusobnom dosegu signala, pri čemu taj lanac vodi od čvora Di do čvora Dj. Mreže takve vrste nazivaju se mesh ili ad hoc mrežama. Pojam "mesh" ima razna značenja; između ostalog, taj pojam znači mreža; to bi ovdje mogla biti ona (pletena) mreža kod koje niti (žice) zahvaćaju jedna drugu ali nisu čvrsto spojene; nadalje, "in mesh" znači u "u doticaju",

pa ćemo tu vrstu mreže ovdje nazvati doticaj nom mrežom. Na slici 5 .3 dana je struktura bežične mreže toga tipa.

Slika 5.3 Doticajna mreža

Doticajne bežične mreže su zanimljive iz više razloga; između ostalog, ta

kve mreže mogu se širiti neograničeno (barem u načelu), sve dok je raspored

čvorova takav da omogućava uspostavu lanaca od svakog čvora do svakog čvora; ako to nije slučaj, onda to znači da je na nekim mjestima prekinut doticaj i da

se mreža raspala na dva ili više dijelova. Doticajne mreže su predmetom istraživanja, tako da se njima nećemo podrobnije baviti; u nastavku iznosimo samo neke elemente koji su specifični za uspostavu takve vrste mreža.

267


Kod mreža doticajnog tipa, svi čvorovi su istovrsni (peer); dakle, ta vrsta mreža ne sadrži bazične stanice (čvorove). Čvor A sa slike 5 .3 može izravno komunicirati sa čvorom B koj i je u dosegu njegovog signala; isto tako, B može komunicirati sa A koj i j e A u dosegu njegovog signala. Ako čvorovi doticajne mreže koriste sienale iste .jačine. onda bi općenito trebalo vrijediti slijedeće načelo: ako je B u dosegu signala od A, onda je i A u dosegu signala od B, i obrnuto. U nastavku uzimamo da čvorovi koriste signale iste snage i da vrijedi spomenuto načelo.

Ako čvor e nije u dosegu signala od čvora A, onda čvor A može komunieirati sa čvorom e preko drugih čvorova. Prema sliei 5 .3 , čvor A to može činiti preko čvora B , pod uvjetom da je B u dosegu signala od A, i da je e u dosegu s ignala od B. Čvor A može uspostaviti komunikaciju sa e i preko drugih čvorova, ali prema sliei 5 .3 , lanae (put) od A do e preko B je najkraći . Na taj način, komunikaeij a između proizvoljnih čvorova Di i Dj u doticaj noj mreži možc sc odvijati preko drugih čvorova te mreže sve dok postoji takav neprekinut lanac (niz) čvorova koj i jesu u međusobnom dosegu signala, pri čemu taj l anae vodi od čvora Di do čvora Dj . Dotieajna mreža omogućava da se pomoću signala relativno male snage (dosega) ostvaruje komunikacije na velike udaljenosti. Nadalje, kod doticajnih mreža može postojati više lanaca (putova) između dvaju udaljenih čvorova Di i Dj; u slučaju prekida jednog lanea između tih dvaju čvorova, komunikacija između Di i Dj može se nastaviti preko nekog drugog lanca čvorova (sve dok postoji neki takav lanac).

Za ostvarenje navedenih povoljnih svoj stava doticajne mreže potrebni su odgovarajući hardverski i softverski elementi koj i trebaju postojati ci raditi) na svakom čvoru takve mreže. Ti elementi su znatno složenij i od elemenata koji rade na klijentskim čvorovima onih bežičnih mreža koje sadrže bazičnu stanicu. Klijentski čvorovi su relativno jednostavni, dok bazična stanica dane mreže sadrži sve one elemente koji su potrebni za uspostavljanje veza između njenih klij enata, kao j za uspostavljanje veza njenih klijenata prema čvorovima koji se nalaze izvan te bežične mreže.

U doticajnim mrežama, svaki čvor treba sadržavati (implicitno ili eksplicitno) elemente za usmjeravanj e i prosljeđivanje jedinica podataka u bežičnoj mreži; bez toga ne bi bi lo moguće uspostavljati lance između udaljenih čvorova, niti vršiti prijenos podataka među njima. Porast složenosti hardvera i softvera obično znači i veću potrošnju energije, što je kod prijenosnih (mobilnih) naprava bitan ograničavajući čimbenik, jer takve naprave koriste baterijsko napaj anje. Kako je to rečeno na početku, mreže doticajnog tipa su u fazi istraživanja i razvoja. Za razliku od njih, mreže čiji se rad zasniva na bazičnim stanicama nalaze se u širokoj primjeni i o nj ima govorimo u nastavku ovog poglavlja.

268


5.3 Bluetooth (802.15.1)

Mrežni sustav nazvan Bluetooth omogućava prijenos podataka između raznih naprava na malim udaljenostima. Kao mala udaljenost obično se navodi 1 0 metara, ali spominju se i razne druge udaljenosti (do 1 00 metara). Doseg signala zavisi od njegove snage, kao i od toga koliko je taj signal (iz određenog spektra frekvencija) osjetljiv na zapreke; postoje razni razlozi zbog kojih se snage signala u bežični m mrežama ograničavaju, čime se onda općenito ograničavaju i dosezi tih signala.

Sustav Bluetooth može povezivati bežičnim putem periferne jedinice jednog računalnog sustava; među takve jedinice spadaju printer, tipkovnica i miš. Zato se kaže da taj prijenosni sustav ostvaruje one veze koje se žičanim putem obično ostvaruju preko USB portova. Nadalje, mrežni sustav Bluetooth omogućava prijenos podataka između raznih drugih naprava; na primjer, prijenos video sadržaja sa mobilnih telefona i digitalnih kamera na računalo. Općenito, ta tehnologija bežičnog prijenosa koristi se kod mnogo naprava raznih vrsta; na primjer, koristi se za prijenos podataka između mobilnog telefona i slušalice (prikačene na uho); pritom slušalica interpretira primljene digitalne podatke (zapise) kao zvuk. Isto tako, Bluetooth tehnologija prijenosa koristi se za daljinsko upravljanje raznim napravama, poput sklopki i sličnog; koristiti se kod bežičnih čitača bar koda, za prijenos učitanih podataka u računalni sustav. Ukratko, sustav Bluetooth omogućava prijenos podataka između raznih naprava (na malom prostoru) bez da se te naprave međusobno povezuju žičanim vezama. Time se uklanja potreba po postojanju takvih žičanih veza (koje često smetaju), čime se ujedno povećava mobilnost tih naprava (u ograničenom prostoru).

Sustav Bluetooth vrši prijenos podataka koristeći frekvencije u pojasu od 2,4 do 2,4835 GHz; obično se kaže da radi u frekventnom pojasu od 2,45 GHz, za čije korištenje nije potrebna licenca. Doseg signala u tom mrežnom sustavu je izrazito mali, tako da taj sustav obično povezuje jedinice koje pripadaju jednom subjektu (pojedincu ili grupi). Zato se mreže tipa Bluetooth često nazivaju mrežama osobnog prostora (personal area networks - PANs). Verzija 2.0 sustava Bluetooth ostvaruje propusnost od 2, l Mbps; kaže se da širina frekventnog pojasa kod te mreže iznosi 3 Mbps, ali se u praksi ne ostvaruje tolika propusnost. Primjenom novih načina modulacije (zapisa sadržaja na nosivi signal) nastoji se postići daleko veće propusnosti, ali u vrijeme pisanja ovog teksta, te mogućnosti su još u fazi razvoja. Potrošnja energije u sustavu Bluetooth je niska, što je bitno za razne prijenosne uređaje koji koriste baterijsko napajanje.

Sustav Bluetooth definiran je 1 994. godine u tvrtki Ericsson u Švedskoj . Danas taj sustav održava i razvija konzorcij tvrtki koji se naziva Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG). Taj konzorcij okuplja preko deset tisuća tvrtki, jer je mrežni sustav Bluetooth prisutan u širokom spektru proizvoda elek-

269


troničke i računalne industrije. Bluetooth SIG razvija velik broj protokola koji omogućuju da sustav Bluetooth ostvaruje komunikaciju (prijenos podataka) između naprava raznih vrsta. U osnovi, sustav Bluetooth ostvaruje veze (prijenos) na razini veze podataka, što znači da prenosi okvire podataka (određene strukture) između raznih naprava. Međutim, Bluetooth SIG razvija i protokole viših razina, sve do aplikacij ske razine; to praktički znači da Bluetooth razvija svoje specifične usluge aplikacij ske razine. Mrežui sustav Bluetooth uzet je kao osnova za izradu IEEE Standarda 802. 1 5 . l , ali taj standard ne uključuj e protokole aplikacijske razine koje razvija Bluetooth SIG. Osnovnu strukturu bežične mreže tipa Bluetooth prikazuje slika 5.4

Rob (aktivan)

Rob (parkiran)

Rob (aktivan)

Gospodar

Rob (aktivan)

Rob (parkiran)

Slika 5.4 S1rukrura mreže Bluetooth

Rob (aktivan)

Mreža Bluetooth može uključivati velik broja naprava, ali može sadrlavati najviše osam aktivnih naprava odjednom. Pritom, jedna naprava ima ulogu gospodara (master device), dok ostale naprave imaju uloge robova (slave devices). Nazivi nisu naročito poetični, ali ovdje ih nećemo mijenjati. Uloge naprave-gospodara i naprave-roba mogu se zamijeniti; te uloge određuje korisnik (ili administrator) na početku rada mreže; te uloge mogu se mijenjati na početku izvođenja nekog specifičnog procesa, u skladu sa potrebama toga procesa. Bluetooth mreža ima uvijek jednog gospodara; mreža na slici 5.4 ima šest robova; pritom su četiri roba aktivna, dok su dva parkirana (parked). Pored sedam aktivnih na-

270


prava-robova, jedna Bluetooth mreža može sadržavati do 255 parkiranih naprava-robova. To ovdje znači, da su te naprave i dalj e čvorovi mreže, ali su postavljene u neaktivno stanje, u kojem troše vrlo malo energije. Naprava-gospodar može parkirati aktivnu napravu-roba i aktivirati parkiranu napravu-roba onda kada j e to potrebno.

Da bi bila uključena u Bluetooth mrežu, naprava treba imati Bluetooth adapter (mrežnu karticu); taj adapter sadrži trans iver (transceiver), što znači "transmitter" (odašiljač) i "receiver" (prijemnik). Tu napravu opisali smo u odjeljku 2.6, kod govora a lokalnim mrežama, s tim da se ovdje slanje i primanje s ignala (podataka) izvodi bežičnim putem, elektromagnetskim valovima. Valovi iz frekventnog pojasa koji se koristi u sustavu Bluetooth (2,45 GHz) prolaze kroz zapreke, tako da jedinice koje komuniciraju unutar j edne Bluetooth mreže ne moraju biti optički vidlj ive j edna drugoj . Prijenosna računala obično imaju ugrađen adapter (karticu) za Bluetooth mrežu; onim računalima kod kojih taj adapter nij e ugrađen, može se dodati tako da se postavi na USB port.

Mrežu tipa Bluetooth nazvali smo mrežom osobnog prostora (PAN); takva mreža naziva se i piko mrežom (piconet); "piko" općenito označava nešto vrlo malo, manje nego "nano". Međutim, mreža Bluetooth može sadržavati do 255

parkiranih jedinica, tako da u tom smislu nije mala; ali jest mala po broju aktivnih jedinica (do osam), i još više po veličini prostora na kojem se takva mreža prostire (nekoliko desetaka metara). Podsjetimo da gospodar može parkirati i aktivirati robove. To znači da piko mreža Bluetooth ima uvijek najviše osam aktivnih čvorova (naprava), ali to ne moraju biti uvijek isti čvorovi (naprave). Dakle, ta piko mreža se mijenja prema konkretnim potrebama.

Svakoj napravi u mreži Bluetooth dodijeljena je jedinstvena oznaka u toj mreži. Sva komunikacija u mreži odvija se preko naprave-gospodara; napraverobovi komuniciraju sa gospodarom u obliku odgovora na poziv (zahtjev) gospodara. Na taj način izbjegnuto je sudaranje (kolizija) poruka naprava-robova na napravi-gospodaru: govori samo onaj rob koji je pozvan. Robovi mogu međusobno komunicirati, ali samo preko gospodara. Takvi oblici ograničavanja načina komuniciranj a u mreži Bluetooth, omogućuju da komunikacijski hardver i softver budu relativno jednostavni.

Kod prijenosa podataka, Bluetooth koristi jednu metodu raširenog spektra frekvencija, koju smo nazvali skakutanjem frekvencija (frequency hopping) i koju smo opisali u odjeljku 5 . 1 . Pritom, Bluetooth koristi 79 kanala; jedan kanal j e ovdje frekventni pojas širine 1 MHz. Kod te metode raširenog spektra frekvencija, komunikacija se izvodi uz skokovite prelaske sa jedne frekvencije (kanala) na drugu, istovremeno na pošiljatelju i na primatelju. Time se izbjegava ometanje i onemogućava prisluškivanje, kako j e to objašnjeno u odjeljku 5. 1 . U sustavu Bluetooth, prijenos podataka na jednoj frekvencij i (kanalu) izvodi se

271

Mario Radovan RACUNALNE M REŽE

625 mikrosekundi; to znači da se frekvencija (kanal) prijenosa mijenja 1 600 puta

u sekundi. U izvorima koji su man poznati ne spomi nje se na koji način se došlo

do brojke od 79 kanala. Ali se zato navode iscrpni prikazi odakle dolazi naziv

sustava Bluetooth. Ukratko (jer ima i duže), naziv Bluetooth izveden je iz imena

jcdnog kralja iz desetog stoljeća za kojeg se kaže da je ujedinio nesložna (danska) plemcna ujedno kraljevstvo. S obzirom daje Bluctooth razvijen u Švedskoj , čini se da je spomenuti kralj poznat u onim krajevima. Odabirom naziva prema

imenu kralja-ujedinitelja htjelo se istaknuti da sustav Bluetooth ujedinj ujc mno

go različitih naprava; točn�ie, taj sustav sadrži protokole koj i omogućuju prije

nos podataka između naprava različitih vrsta.

Ako Bluetooth adaptcr (odaši ljač) koristi signale veće snage, onda može održavati komunikaciju na vcćim udaljenostima. S tim u vezi kaže se da najveća

snaga Bluetooth odašiljača (u adapteru) može iznositi 1 00 mili-Wati ; uz takvu snagu spominje se doseg signala od 1 00 metara. Prcciznije rečeno, doseg takvog

signala može biti i mnogo veći, zavisno od toga koliko je osjetlj iva naprava koja ga registrira (prima); ovdje govorimo o dosegu uspješnog prijenosa podataka iz

među dvaju Bluetooth adaptera. Manje snage Bluetooth odašilj ača, kakve su u

praksi obično dovoljne za normalan rad B luetooth mreža, iznose 2,5 mili-Wata (sa dosegom prijenosa do 22 metra), i l mili-Wat (sa dosegom prijenosa do 6

metara). Uzgred, u izvoru koj i iznosi ove podatke, spominje se i udaljenost od 1 0 metara, ali se o toj udaljenosti ne govori kao o uobičajenom dosegu prijenosa u sustavu Bluetooth. S druge strane, izvori koj i govore o toj udaljenosti kao standardnoj , propuštaju spomenuti snagu odaši ljača signala. Kaže se da je maksi

malna snaga Bluetooth odašiljača od 1 00 mil i -Wati otprilike jednaka snazi odašiljača od mobitela. Pritom doseg prijenosa kod Bluetooth sustava iznosi svega

1 00 metara, dok signali od mobitela dosežu antene (točke pristupa) koje su uda

ljene više kilometara. Jedan od razloga za tako veliku razliku u dosegu s ignala (iste snage) je u tome što je prijemni sustav točke pristupa (antene) kod mobilne telefonije mnogo osjetlj ivij i nego prijemni sustav kod Bluetooth adaptera.

Mreže se razvijaju i mijenjaju; ZigBee je naziv jednog novijeg sustava koj i

u osnovi radi isto što i B luetooth sustav, ali za koj i se kaže da u nekim područjima primjene konkurira sustavu Bluetooth. Mrežni sustav ZigBee oblikovan je ne način koj i je pogodan za one situaeije u koj ima je potrebna (dovoljna) mala

propusnost veza, i u kojima je poželjna vrlo mala potrošnja energije, tako da ba

terij sko napajanje naprava traje čim duže. Kaže se da sustav ZigBee teži tome da

bude čim jednostavnij i i čim jeftinij i , tako da se može ugrađivati u vrlo š irok spektar naprava koje su relativno niske cijene. U takve naprave nije moguće

ugraditi ništa što n ije jeftino, bez da se te naprave učini skupima. Takve naprave

mogu bit i razne sklopke sa koj ima neke druge naprave upravljaju na dalj inu (bežičnim putem). Sustav ZigBee standardiziran je kao TEEE Standard 802 . 1 5 .4 .

272


5.4 Wi-Fi (802.U)

Kaže se da je bež ična lokalna mreža koja nosi naziv Wi-Fi, definirana IEEE standardom 802. 1 1 . Međutim, naziv Wi-Fi označava jedan skup mreža koje se međusobno razlikuju u raznim elementima i koje su definirane raznim varijantama standarda 802. 1 1 . Naziv Wi-Fi je zaštitni (ili trgovački) znak (trademark) u posjedu jednog udruženja tvrtki, koje se naziva Wi-Fi Alliance. To udruženje okuplja preko 300 tvrtki koje se bave proizvodnjom opreme u području bežičnih lokalnih mreža (wireless LAN WLAN). To udruženje ujedno daje potvrde (certifikate) o tome da određeni proizvod iz područja bežičnih lokalnih mreža udovoljava odredbama IEEE standarda 802. 1 1 , ali proizvodi mogu udovoljavati zahtjevima tog standarda i bez da imaju certifikat Wi-Fi Alliance. Dakle, znak (logo) Wi-Fi bi trebao biti garancija da neki entitet udovoljava zahtjevima standarda 802. 1 1 , ali proizvod može udovoljavati tim zahtjevima i ako ne nosi taj znak.

Za naziv Wi-Fi može se reći da je nekad značio Wireless Fidelity, ali da više nema to značenje. Kaže se da je spomenuto udruženje tvrtki koje se bave proizvodnjom i promicanjem uporabe WLANova, tražilo od jedne tvrtke koja se bavi nazivima i simbolima ("brendovima"), da smisli neki naziv za bežične mreže tipa Standard 802. 1 1 , koji zvuči zanimlj ivije nego brojčana oznaka tog standarda. Ta tvrtka smislila je naziv Wi-Fi i logo (grafički znak) u kojeg se taj naziv upisuje. Kaže se da je naziv Wi-Fi oblikovan po uzoru na poznati naziv Hi-Fi (High Fidelity); nadalje, spomenuto udruženje Wi-Fi Alliance je isprva interpretiralo naziv Wi-Fi kao kraticu od Wireless Fidelity. Ali udruženje je kasnije napustilo tu interpretaciju, tako da je Wi-Fi sad naziv i zaštitni znak jedne klase proizvoda iz područja bežičnih mreža, koji nema nikakvog "zvaničnog" značenja preko te komercijalne uloge.

Wi-Fi mreža je bežična lokalna mreža koja je namijenjena uporabi u lokalnim prostorima kao što su jedna poslovna zgrada, ili sjedište neke institucije koja obuhvaća više zgrada na jednom prostoru. Bežične mreže imaju dvije osnovne odlike: omogućuju bežično vezivanje računala na mrežu, i pružaju relativnu mobilnost računala. Bežične veze često smanjuju troškove vezivanja na mrežu, a ponekad je takav način vezivanja i nužan, tamo gdje nije moguće ih dopušteno postavljati žice. Mobilnost ovdje nije velika, jer doseg signala kod Wi-Fi mreža iznosi stotinjak metara, a često i znatno manje; ali to je ponekad vrlo pogodno, jer omogućava komuniciranje (u lokalnoj mreži i preko Interneta) sa onih mjesta na koje se obično ne postavljaju žice; na primjer, iz dvorišta ili parka.

Da bi se moglo ukljuCiti u Wi-Fi mrežu, računalo treba imati mrežni adap-ter za standard 802. 1 1 , odnosno za Wi-Fi mrežu. Takav mrežni adapter uključuje transiver (odašiljač i prijemnik) za bežične (elektromagnetske) signale. Prijenosna računala mogu imati ugrađen adapter za Wi-Fi mreže; onim računalima

273


koja nemaju ugrađen taj adapter, može se taj adapter dodati, ugradnjom ili tako da se priključi na neki USB port računala. Bežična mreža 802. J l radi u frekventnom području od 2,45 GHz kao i mreža Bluetooth, ali Wi-Fi j e drukčija vrsta mreže.

Kako je to uvodno rečeno u odjeljku 5.2, osnovnu strukturu Wi-Fi mreže čine ( 1 ) točke pristupa na koje se računala vezuju bežičnim putem, i (2) žičani distribucijski sustav koji povezuje točke pristupa u jednu mrežu. Točke pristupa (access points - AP) nazivaju se i vrućim točkama (hot spots); vezivanje na točku pristupa omogućava računalu da komunicira bežičnim putem sa drugim računalima koja su vezana na istu točku pristupa. Točke pristupa su međusobno povezane preko distribucijskog sustava, koji omogućava komunikaciju između računala koja su vezana na različite točke pristupa. Distribucijski sustav je obično lokalnih razmjera; to može biti jedna mreža tipa Ethernet, tako da se Wi-Fi mreža ponekad naziva bežičnim Ethernetom. Distribueijski sustav može biti i opsežnij i; na primjer, to može biti neki od prstenastih LANova il i neki prošireni LAN. Povezanost distribucijskog sustava na Internet omogućava računalima bežični pristup Internetu. Spomenimo da naziv bežični LAN nije sasvim primjeren, jer iako se računala vezuju na taj LAN bežičnim putem, njegov distribucijski sustav je obično neki žičani LAN. O distribucijskom sustavu biti će više riječi kasnije.

Standard 802. 1 1 može se promatrati kao jedan standard koji ima više varijanti, ili kao jednu klasu (sličnih) standarda koji definiraju niz mreža u istom području rada. U svakom slučaju, standard 802. 1 1 obuhvaća više definicija WLANova i načina njihova rada; pritom se ti WLANovi ponekad znatno razlikuju, kako po strukturnim osobinama tako i po načinima fizičkog prijenosa podataka. Standard 802. 1 1 obuhvaća obje osnovne metode fizičkog prijenosa podataka bežičnim putem, koje smo opisali u odjeljku 5. ] ; dakle, metodu sa skakutanjemfrekvencija i metodu izravne sekvencije. Podsjetimo da prva metoda koristi više kanala (frekvencija) i skokovite prelaske s j edne frekvencije na drugu, dok se kod druge metode sadržaj kodira Gedan bit sa više bitova), a prijenos podataka izvodi se na jednoj frekvenciji (kanalu). U varijantama koje koriste metodu prij enosa sa skakutanjem frekvencija, standard 802. 1 1 koristi 79 kanala širine 1 MHz; dakle, isto kao i sustav Bluetooth. U varijantama koje za fizički prijenos koriste metodu izravne sekvencije, standard 802. 1 1 koristi l l -bitovne nizove za šifuranje sadržaja (chipping sequenees).

U početku su mreže tipa 802. 1 1 dosizale propusnost od 2 Mbps. Zatim j e razvijen standard 802. 1 1 b; kaže se da n a razini fizičkog prijenosa, taj standard koristi jednu modifikaciju metode izravne sekvencije. Standard 802. 1 1 b radi u području od 2.45 GHz i doseže propusnost do l i Mbps.

Zatim je razvijen standard 802. 1 1 a; taj standard radi u području od 5 GHz.

To frekventno područje je manje korišteno, tako da u tom području ima manje međusobnih smetnji ( interferencija) među s ignalima raznih bežičnih mreža. S druge strane, u tom frekventnom području je znatno veća apsorpcija bežičnih si-

274


gnala (od strane sredstava kroz koje prolaze), što ograničava mogućnosti bežičnog prijenosa podataka,

Zatim je razvijen standard 802, l 1g; taj član Wi-Fi obitelji vratio se u područje od 2,45 GHz i postiže propusnosti do 54 Mbps. Uzgred, nije nam poznato zašto je varijanta "a" uvedena nakon varijante "b", niti kako (zašto) se sa "b" prešlo na "g", Kaže se da komercijalni elementi iz područja WLANova obično podržavaju sve tre tri navedene varijante standarda 802. 1 1 : dakle, 802. I la, 802. 1 1 b i 802. 1 1 g. Ranije smo ukratko opisali mreže doticajnog tipa (mesh); ta vrsta mreža je navodno već standardizirana i nosi oznaku 802. 1 1 s. U nastavku ćemo spomenuti i mreže tipa 802 . 1 1 n.

Kod žičanih LANova poput Ethemeta, svaki okvir koji je upućen u LAN

dospijeva na svaki čvor toga LANa. Takvo kretanje okvira čini otkrivanje sudara okvira jednostavnim. Ako na čvor Di stignu bitovi (signali) nekog okvira u tre

nutku kad Di šalje svoje okvire u mrežu, onda Di zna da su se njegovi okviri sudarili sa okvirima čije je bitove primio. Takav sudar dovodi do iskrivljenja okvi

ra (miješanja bitova), tako da Di treba prekinuti slanje i nakon nekog čekanja, pokušati poslati svoje okvire ponovno. Ako se opisani događaj (sudar okvira)

nije dogodio, onda Di zna da njegovo slanje podataka nije bilo ometano okvirima drugih čvorova, ta de je vjerojatno bilo uspješno,

Kod bežičnih LANova problem sudaranja okvira je složeniji, zato što okviri čvorova koji nisu jedan drugome u dosegu signala, mogu se sudarati na trećem čvoru. Tada čvorovi čiji se signali sudaraju, ne mogu znati da je došlo do takvog sudara. Takvu situaciju ilustrira slika 5,5; krugovi označavaju dosege signala onih čvorova koji se nalaze u središtima tih krugova.

A e • •

Slika 5 .5 Dosezi signala

275

Mario RaJovan RAČU�AL�E MREŽE

Čvor B sa s like 4 .5 nalazi se u dosegu signala od čvora A i signala od čvora

C. S druge strane, čvorvi A i e nisu jedan dmgome u dosegu signala. To znači da ako A i e istodobno šalju svoje okvire čvom B, onda će se nj ihovi okviri (s igna

l i) sudarati i međusobno iskrivljavati na prijemnom sustavu čvora B. Pritom

čvorovi A i e neće to znati, jer A je izvan dosega od e, tako da A ne čuje l*gOve signale; isto tako, e je izvan dosega od A , tako da e ne čuje njegove signale.

Kažemo da su čvorovi A i e skriveni jedan drugome, jer dosezi njihovih signala

nisu dovoljni da bi ti čvorovi mogli uopće znati jedan za drugog.

Na s l ici 4.6 prikazana je jedna dmga situacija koja je specifična za bežične

LANove.

A •

B •

e •

D •

Slika 4.6 Dosezi signala i sudaranje okvira

U situacij i koju prikazuje slika 4.6, čvor B može s lati okvire čvom A, a čvor e može istovremeno slati okvire čvoru D, bez da to dovede do sudara okvira na nekom od prijemnih sustava čvorova sa slike 4.6. Čvor B koj i šalje okvire

čvom A, čuje s ignale od e; al i B (ovdje) ne prima okvire , nego ih šalje, tako da na njegovom prijemnom uređaju ne dolazi do sudara okvira. S druge strane, si

gnali od čvora e ne stižu do čvora A, koj i prima okvire od B, tako da n i na čvom A ne može doći do sudara okvira. Isto vrijedi za prijenos okvira sa e na D. Čvor

e čuje signale od čvora B, ali e ne prima okvire, nego i h šalje čvoru D, tako da na prijemnom sustavu od e ne dolazi do sudara okvira. S druge strane, signal i

o d B n e stižu do D , tako da n i n a prij emnom sustavu od D n e dolazi d o sudara

okvira.

Standard 802 . 1 1 definira proces uspostavljanj a komunikacije koj im se

izbjegava sudaranje okvira u bežičnom LANu. Taj proces (algoritam) nosi naziv

vi.�estruki pristup sa izbjegavanjem sudara (multiple access with collision avoi-

276


dance - MACA). Pristup je ovdje višestruk zato što više čvorova može istodobno pokušati slati okvire istom čvoru koristeći isti frekventni pojas (kanal); zadatak spomenutog algoritma je da omogući izbjegavanje istodobnih slanja podataka, i da na taj način sprječava sudare okvira. Podsjetimo da se kod žičane lokalne mreže Ethernet koristi metoda višestrukog pristupa s osluškivanjem nosioca i otkrivanjem sudara (carrier sense multiple access with collision detection -CSMA/CD). Kod bežičnih mreža o kojima ovdje govorimo, nastoji se izbjeći sudaranje okvira, jer su mogućnosti otkrivanja sudara ograničene, čime su ograniče i mogućnosti ispravljanja njihovih posljedica.

Kod žičanog Etherneta, do sudara okvira može doći samo u početku slanja; dakle, ako dva pošiljatelja počnu istodobno slati podatke. Transiver svakog čvora osluškuje stanje sabirnice i ne pokušava slati okvire ako "vidi" da u tom trenutku šalje neki drugi čvor. Kod bežičnih LANova o kojima ovdje govorimo, do sudara okvira može doći u bilo kojem trenutku; dakle, i u toku slanja, jer čvor koji počinje slati ne čuje da istom primatelju već šalje neki drugi čvor. Na primjer, u situacij i koju ilustrira slika 4.5, okviri koje čvor C pošalje čvoru B mogu se sudarati na prijemnom sustavu od B sa okvirima koje čvor A tog trenutka šalje čvoru B; to se može dogoditi u bilo kojem trenutku slanja okvira sa čvora A na čvor B. Jer čvor C ne zna za taj proces slanja, tako da ga može (nehotice) omesti u bilo kojem trenutku, bez da zna da je to učinio. U Standardu 802. 1 1 , definirana j e procedura početka slanja okvira, kojom se izbjegava sudaranje okvira na prijemnom sustavu bilo kojeg čvora. U nastavku iznosimo opis te procedure (ili algoritma).

Čvor Di koji treba slati podatke čvoru Dj, šalje tom čvoru jedan okvir koji sadrži zahtjev za slanje (request to send - RTS); taj okvir sadrži i očekivano vrijeme trajanja tog prijenosa, odnosno količinu podataka koju čvor Di treba prenijeti čvoru Dj .

Ako je čvor Dj u mogućnosti primati okvire, onda na primljeni RTS okvir, Dj odgovara čvoru Di da je slobodno slati (clear to send - CTS); to čini slanjem CTS okvira u kojem Dj ujedno ponavlja dužinu trajanja prijenosa koju je u svom RTS okviru najavio budući poš

'iljatelj Di.

Svaki čvor Dk koji je čuo poruku CTS zna da se nalazi u dosegu signala budućeg primatelja Dj, što praktički znači da se budući primatelj Dj nalazi u dosegu signala čvora Dk. Zato Dk sad ne smije slati okvire jer bi ti okviri stizali na Dj i sudarali se sa okvirima od Di na prijemnom sustavu od Dj . Pritom Dk nije morao čuti RTS poruku od Di, niti treba znati koji čvor šalje podatke čvoru Dj ; dovoljno je da Dk zna da netko šalje okvire čvoru Dj ; tada Dk (koji je čuo CTS od Dj) zna da ne smije slati dok taj prijenos okvira na Dj ne završi.

Po završetku danog prijenosa, primatelj Dj šalje okvir ACK (acknowledgment; priznanje) pošiljatelju; time Dj ujedno obavještava sve čvorove koji su ranije čuli njegovu poruku (okvir) CTS, da je taj prijenos završen i da je prostor sad slobodan za slanje.

277


Oni čvorovi koj i su čuli RTS od budućeg pošiljatelja Di, ali nisu čuli CTS od budućeg primatelja Dj, nisu u dosegu signala budućeg primatelja Dj; to redovito znači da ni Dj nije u dosegu njihovih signala, tako da ti čvorovi mogu slati podatke bez da pritom ometaju prijenos podataka sa čvora Di na Čvor Dj. Podsjetimo da to ne vrijedi za prijenos u suprotnom smjeru.

Opisani algoritam odstranjuje mogućnost sudara okvira koji nose podatke. Gornji opis algoritma počeli smo time da čvor Di šalje RTS okvir čvoru Dj ; ali Di to neće učiniti ako je prethodno čuo CTS okvir od Dj, jer tada zna da je Dj trenutno zauzet primanjem nekih drugih okvira. Di će poslati svoj RTS okvir tek nakon što čuje ACK od Dj, čime saznaje da je Dj sad slobodan.

Do sudara može doći jedino među RTS okvirima. Ako čvorovi Di i Dk pošalju u isto vrij eme svoje zahtjeve za slanje (RTS okvire) čvoru Dj, onda će se njihovi RTS okviri sudariti na prijemnom sust�vu od Dj. Čvorovi Di i Dk ne vide te sudare (ni iskrivljenja okvira), ali vide da čvor Dj ne odgovara na njihove RTS okvire; po tome svaki od tih dvaju čvorova zaključuje da su se njegovi okviri sudari li na prij emnom sustavu od Dj sa okvirima nekog drugog čvora. Čvorovi Di i Dk ne moraju izravno znati jedan za drugoga, ali na temelju izostanka reakcije (od Dj) na vlastite RTS okvire, zaključuju što se (vjerojatno) dogodilo.

Kada dođe do sudara RTS okvira od čvorova Di i Dk na čvoru Dj, svaki od čvorova čiji su se okviri sudari li sačeka neko slučajno vrijeme i zatim ponovno šalje svoj RTS okvir. Čvorovi izračunavaju vrijeme čekanja prije ponovnog slanja RTS okvira, prema istoj metodi (algoritmu) kao kod mreže Ethernet. Po isteku tog vremena, čvor Di šalje ponovno svoj RTS okvir, i tako sve dok njegov pokušaj ne završi uspješno, to jest, dok mu Dj ne odgovori sa CTS okvirom i time mu dade pravo na slanje podataka. Druga mogućnost j e da Di čuje CTS okvir kojeg je Dj poslao čvoru Dk; to onda znači da je Dk pobij edio u tom nadmetanju; tada Di treba čekati do završetka prijenosa sa Dk na Dj, pa tek onda poslati ponovno svoj RTS okvir čvoru Dj .

Distribucijski sustav

U bežičnoj mreži, klijentski čvorovi su mobilni, dok su bazične stanice obično statičke. U Wi-Fi mrežama, bazične stanice nazivaju se točkama pristupa (access points - AP). Mobilni čvorovi su obično prij enosna računala, ali to mogu biti i razne druge naprave, od čitača bar koda do raznih medicinskih instrumenata. Svaka točka pristupa omogućava da preko nje komuniciraju oni čvorovi koji su vezani na tu točku pristupa. Točke pristupa koje spadaju u j ednu bežičnu mreŽU, međusobno su povezane pomoću nekog žičanog mrežnog sustava koji se naziva distribucijskim sustavom. Na slici 5.7 dan je jedan primjer mreže koja sadrži tri točke pristupa (AP) koje su međusobno povezane pomoću distribucijskog sustava; na svaku od tih AP vezano je po nekoliko mobilnih čvorova.

278


Distribucijski sustav

AP2

E

e F --)o>

G

Slika 5 .7 Točke pristupa i distribucijski sustav

Distribucijski sustav nije predmet ovog prikaza; to može biti žičana lokalna mreža Ethernet, ili neka (lokalna) mreža prstenastog tipa; prikazi tih mreža iznijeti su u drugom poglavlju. Jedini zahtjev koji se ovdje postavlja je da distribucijski sustav radi (vrši prijenos) na drugoj razini OSI modela, to jest, na razini veze podataka. Na toj razini rade bežične veze, odnosno odvija se prijenos podataka u bežičnim mrežama između klijentskih (mobilnih) čvorova i (statičkih) bazičnih stanica (ili točaka pristupa). Dakle, da bi mogao vršiti prijenos okvira između dviju AP - što ujedno znači između dvaju čvorova koji su vezani na te AP - distribucijski sustav treba prenositi okvire između točaka pristupa, kao što se okviri prenose bežičnim putem između mobilnih čvorova i točaka pristupa. Čvorovi distribucijskog sustava, kao i čvorovi bežične mreže, mogu sadržavati (i sadrže) protokole viših razina, uključujući protokole aplikacijske razine. Ali rad distribucijskog sustava na razini veze podataka (2. sloj) ne smije biti uvjetovan protokolima viših razina. OVdje se posebno ističe da rad distribucijskog sustava ne smije biti uvjetovan protokolima mrdne razine (3. sloj).

U načelu, mobilni čvorovi mogli bi izravno međusobno komunicirati onda kada se nalaze jedan drugome u dosegu signala. Takva komunikacija postoji u doticajnim mrežama koje smo ukratko opisali ranije. Ali u mrežama o kojima ovdje govorimo, čvorovi ne komuniciraju izravno jedan s drugim, već to čine preko točaka pristupa (AP). Točke pristupa su statične i vezane su na distribucijski sustav žičanim vezama. Distribucijski sustav je žičana mreža, tako da cjelina

279


mrežnog sustava o kojem ovdje govorimo tvori kombinaciju bežičnih i žičanih elemenata, i pripadnih načina prijenosa.

Mobilni čvor vezan je bežično na jednu točku pristupa (AP). Mobilni čvorovi se općenito vezuju na one točke pristupa sa kojima se najbolje čuju. Svaka AP obično pokriva jedno područje u kojem je njen signal dovoljno jak da omogućava normalan prijenos podataka između te AP i onih mobilnih (klijentskih) čvorova koji se nalaze u tom području. Takvo područje dosega (kvalitetnog) signala jedne AP naziva se jednom će l ij om (cell). Ako je mobilni čvor A vezan na točku pristupa API , onda čvor A vrši svu svoju komunikaciju sa drugim čvorovttna preko APt . To vrijedi za komunikaciju između čvora A i drugih čvorova koji su vezani na API , kao i za komunikaciju čvora A sa čvorovima iz ćelija drugih točaka pristupa koje su povezane istim distribucijskim sustavom.

Uzmimo da mobilni čvor A koji je vezan na AP l , hoće slati podatke mobilnom čvoru H koji je vezan na AP3. Čvor A to čini tako, da svoje okvire (naslovljene na H) šalje svojoj točki pristupa API . Ta točka pristupa prosljeđuje te okvire preko distribucijskog sustava na AP3, na koju je vezan čvor H (na kojeg je A adresirao okvire). Konačno, AP3 prosljeđuje okvire od mobilnog čvora A na mobilni čvor H, na kojeg su adresirani.

Standard 802 . 1 1 ne određuje na koji način APl saznaje da okvire za mobilni čvor H treba proslijediti baš na AP3; dakle, ne određuje na koji način APl saznaje da je H vezan na AP3 . Točke pristupa mogle bi stjecati ta znanja na način kako to čine mostovi koji povezuju žičane LANove u proširene LANove, kako je to objašnjeno u odjeljku 3 .5 . Podsjetimo, mostovi uče u kojem LANu (točnije, smjeru) se nalazi čvor Di na taj način da zapisuju (u svoje tablice prosljeđivanja) preko kojeg porta stižu okviri od domaćina Di; u načelu, na isti način mogle bi formirati svoje tablice prosljeđivanja i točke pristupa. Međutim, ako se kao distribucijski sustav koristi neka žičana lokalna mreža poput Etherneta, onda okviri koje AP I šalje u distribucijski sustav stižu na sve čvorove toga sustava; dakle, i na točku pristupa AP3 na koju je vezan mobilni čvor H. U tom slučaju, dovoljno je da svaka točka pristupa zna koji mobilni čvorovi (računala) su vezani na nju, i da sa distribucijskog sustava preuzima one okvire koji su adresirani na nekog od njenih mobilnih čvorova.

U svakom slučaju, proces održavanja podataka o tome na koju AP je vezan neki klijentski čvor Di je ovdje složeniji nego kod žičanih proširenih LANova, jer čvorovi su ovdje mobilni, tako da lako prelaze iz područja (ćelije) jedne AP u ćeliju druge AP. To čini proces održavanja podataka o trenutnoj poziciji mobilnih čvorova (to jest, o vezanosti na AP) zahtjevnijim nego što je bio kod statičnih proširenih LANova. Tom temom bavimo se u nastavku.

Dakle, standard 802. 1 1 ne određuje na koj i način APi saznaje na koje AP su vezani oni mobilni (klijentski) čvorovi koji nisu vezani na APi. S druge strane,

280


standard 802. 1 1 definira postupak vezivanja mobilnog čvora na neku AP, kao i postupak prelaska mobilnog čvora sa jedne AP na drugu AP. Proces kojim mobilni čvor traži (bira) točku pristupa, naziva se skeniranjem (scanning); taj proces uključuje slijedeća četiri koraka. ( 1 ) Čvor Di emitira okvir koji se naziva "Probe", na kojeg očekuje odgovore

svih točaka pristupa koje su čule (primile) taj okvir. (2) Točke pristupa koje su čule okvir "Probe" od Di, odgovaraju pošiljatelju

tog okvira sa okvirom "Probe Response". (3) Čvor Di uspoređuje primljene odgovore točaka pristupa; na temelju toga

bira onu točku pristupa čiji je odgovor najbolje čuo i čije performanse (koje su navedene u njenom okviru "Probe Response") ocjenjuje kao najbolje. Zatim Di šalje toj AP okvir sa svojim zahtjevom za pridruženje ("Association Request").

(4) Ta AP na to odgovara sa okvirom "Association Response", sa kojim potvrđuje da je mobilni čvor Di (to jest, tražitelj) sad vezan na tu točku pristupa AP.

Mobilni (klijentski) čvor izvodi opisani postupak (protokol) svaki put kad se želi vezati na bežičnu mrežu. Nadalje, čvorovi koji su vezani na mrežu, periodički ispituju signale točaka pristupa oko sebe, slanjem svojih okvira "Probe". ("To probe" znači ispitivati pokušavanjem.) Ako u tom postupku mobilni čvor Dk zaključi da je signal od APi na koju je trenutno vezan, postao slabiji od signala neke druge APj, onda Dk pokreće proces vezivanja na novu točku pristupa APj; taj proces je jednak procesu vezivanja na AP, kojeg smo opisali iznad.

Mobilni čvor Dk obično počinje čuti slabije signal od APi na koju je vezan, onda kad čvor Dk mijenja položaj, pri čemu se udaljava od APi (na koju je vezan). Tim kretanjem, Dk se obično približava nekoj drugoj točki pristupa APj, tako da čvor Dk sad čuje bolje signale od APj nego od "svoje" APi. U takvoj situaciji, čvor Dk pokreće proces svog vezivanja na novu točku pristupa APj, kojeg smo opisali iznad. Po izvršenju koraka (4) toga procesa, APj javlja APi (preko distribucijskog sustava) da je mobilni čvor Dk sad vezan na APj ; tada ga APi briše sa popisa svojih čvorova . .

Prostor dosega signala jedne AP naziva se ćelijom (cell). Ćelije susjednih AP se djelomično preklapaju, kako to ilustrira slika 5 .7. Na primjer, tvor B nalazi se na presjeku ćelije od AP 1 i ćelij e od AP2, tako da B može birati na koju će se od tih dviju AP vezati. Nadalje, ako se mobilni čvor F kreće iz ćelije od AP 1 u ćeliju od AP2, onda F u jednom trenutku počinje čuti signal od AP2 bolje nego što čuje signal od AP 1 . Čvor F tada izvodi proces opisan iznad, i time prelazi od točke pristupa APl k točki pristupa AP2.

Da bi mobilni čvor Dk provjerio da li postoji neka AP koju može čuti bolje od one na koju je trenutno vezan, taj čvor periodički šalje okvire tipa "Probe". Na te okvire odgovaraju (sa "Probe Response") sve one AP koje ih čuju. Na te-

281


melju tih odgovora, mobilni čvor Dk utvrđuje da li su nastali uvjeti za prelazak nekoj drugoj AP. Opisani proces kojim mobilni čvor traži najpovoljniju točku pristupa, naziva se aktivnim skeniranjem. S druge strane, točke pristupa periodički emitiraju okvire zvane "Beacon" sa koj ima oglašavaju svoju prisutnost i svoje prijenosne kapacitete. "Beacon" je općenito vrsta znaka (signala) koji upozorava na nešto; na primjer, svjetlosni signal kojeg emitira svjetionik. Oglaša-vanje svoje prisutnosti i kapaciteta, koje periodički izvode točke pristupa, naziva se pasivnim skeniranjem. Mobilni čvor može prijeći nekoj AP tako, da na njen okvir "Beacon" odgovori sa svojim okvirom "Association Request".

Struktura okvira

Struktura okvira kod standarda 802. 1 1 d�a je na slici 5.8. Osebujnost tog okvira je što sadrži četiri polja za adrese čvorova; dužina svakog od tih polja je 48 bitova, kao i kod žičanih LANova tipa Ethernet i Token Ring. Četiri adresna polja potrebna su za to da se mogu adresirati slijedeći čvorovi : ( 1 ) izvorni pošiljatelj okvira, (2) AP na koju je vezan izvor okvira, (3) AP na koju je vezan konačni primatelj okvira, i (4) konačni primatelj (odredište) okvira. Sadržaji adresnih polja iz konkretnih okvira interpretiraju se na osnovu sadržaja prvog polja Uprav toga okvira.

1 6 1 6 48 48 48 48 0 - 1 8496 32

Slika 5.8 Struktura okvira kod mreža tipa 802. 1 1

Za komunikaciju između dvaju mobilnih čvorova koji su vezani na istu AP dovoljne su dvije adrese, i to adrese dvaju mobilnih čvorova koji komuniciraju. Ali za komunikaciju između mobilnih čvorova koj i su vezani na različite AP, koriste se četiri adrese koje smo naveli iznad.

Sadržaj polja Uprav sastoji se od nekoliko nizova upravljačkih bitova. Prvi od tih nizova pokazuje da l i taj okvir sadrži sistern.."ke sadržaje ili korisničke podatke. Sistemske sadržaje prenose okviri kao što su RTS, CTS, Probe, Beacon i drugi. Nadalje, polje Uprav sadrži jedan par bitova koji se odnose na adresna polja iz tog okvira; prvi bit iz tog para naziva se ToDS, a drugi FromDS. Ako je vrijednost prvog bita "1 ", to znači da taj okvir treba proslijediti u distribucijski sustav; ako je vrijednost drugog bita " l ", to znači da taj okvir dolazi sa distribucijskog sustava.

Sadržaji četiriju adresnih polja interpretiraju se u zavisnosti od vrijednosti para bitova ToDS i FromDS u polju Uprav. Kada se komunikacija odvija između

282


dvaju čvorova koji su vezani na istu AP, onda su vrijednosti bitova ToDS i FrornDS postavljene na "O". U tom slučaju, polje Adr1 sadrži adresu odredišta okvira, a polje Adr2 sadrži adresu izvora okvira. Polja Adr3 i Adr4 trebala bi tada biti prazna.

U situaciji kad se okviri prenose između čvorova koji su vezani na različite točke pristupa, treba se koristiti distribucijski sustav. Tada su vrijednosti bitova ToDS i FrornDS postavljene na "l ", jer ona AP na koju je vezan pošiljatelj, šalje okvire u distribucijski sustav, a ona AP na koju je vezan primatelj , prima te okvire sa distribucijskog sustava. U tom slučaju, adresna polja iz okvira sadrže slijedeće adrese:

- Adr1 - konačno odredište okvira. To je adresa onog mobilnog čvora koji je konačni primatelj tog okvira.

- Adr2 - posredno odredište okvira. To je adresa one AP koja treba preuzeti taj okvir sa distribucijskog sustava i proslijediti ga na onaj njen mobilni čvor koji je konačno odredište toga okvira.

- Adr3 - posredni izvor okvira. To je ona AP na koju je vezan mobilni čvor koji je izvor okvira. Ta AP prihvaća okvir preko bežične veze (sa njegova mobilnog izvora) i prosljeđuje taj okvir u distribucijski sustav, prema njegovom posrednom odredištu (AP).

- Adr4 - stvarni izvor okvira. To je adresa onog mobilnog čvora koji je stvarni izvor (pošiljatelj) tog okvira.

U primjeru mrežnog sustava sa slike 5 .7, ako mobilni čvor A šalje okvire mobilnom čvoru H, spomenute četiri adrese bi glasile:

Adrl je H, Adr2 je AP3, Adr3 je APl , Adr4 je A.

Polje Trajanje sadrži očekivano vrijeme trajanja jednog prijenosa. Okvir može prenositi do 23 1 2 bajtova, odnosno do 1 8.496 bitova korisnog

tereta (podataka). Konačno, protokol 802. 1 1 koristi 32-bitne kontrolne zapise tipa eRe.

Rekli smo da doseg bežičnog prijenosa kod Wi-Fi mreža iznosi do sto metara na otvorenom prostoru, a znatno manje od toga u zgradama; to zavisi od toga kakva je unutrašnjost zgrade (kakve su pregrade). Kaže se da nova varijanta standarda 802. 1 1 , koja nosi oznaku 802. I I n, omogućava bežični prijenos na

dvostruko veće udaljenosti, ali te udaljenosti ostaju unutar istog reda veličine. Nadalje, rečeno je da se primjenom usmjerenih antena (signala) na otvorenom prostoru može vršiti prijenos na udaljenosti od nekoliko kilometara, ali pritom

između antena pošiljatelja i primatelja ne smije biti zapreka. Ali bez obzira na takve mogućnosti, bežične veze kod Wi-Fi mreža su općenito relativno kratke, što ujedno ograničava mobilnost čvorova u takvoj mreži. Čvorovi koji su vezani bežičnim putem na neku AP, mogu se kretati ali ne daleko, jer bi time izašli ne samo izvan dosega AP na koju su vezani, nego i izvan dosega drugih AP koje su

283

Mario Radovan RAČ'UNALNE MREŽE

povezane u jednu mrežu preko distribucijskog sustava. Ako se kao distribucijski sustav koristi žičana mreža poput Ethcrneta, onda dimenzije tc mreže ujedno određuju mogući prostor kretanja mobilnih čvorova u bežičnoj mreži čiji se rad oslanj a na taj distribucijski sustav.

Distribucijski sustav može pokrivati i relativno velik prostor. Postojali su brojni projekti razvoja gradskih bežičnih mreža tipa Wi-Fi, ali čini se da ti pokušaj i nisu dali očekivane rezultate, tako da se ti projekti često napuštaju. Prelasei mobilnog čvora sa j edne AP na dmgu AP ne idu uvijek na način kako bi (u nače

lu) trebali ići; ako sc prelazak dogodi u toku prijenosa, onda to obično omete tok prijenosa. Kako je to rečeno na početku, mreže tipa Wi-Fi smatraju se lokalnim bežičnim mrežama; u s l ij edećem odjeljku govorimo o bežičnim mrežama većeg dosega (gradskog tipa).

5.5 \ViMAX (802.16)

Bežični mrežni sustav WiMAX se obično opisuje kao " last-mile technology", to jest kao tehnologija zadnje milje. Kako smo to ranije spomenuli, takav govor je nepreeizan jer se ne kaže na što se ta milja odnosi; pored toga, spominju se i razne dmge udaljenosti, od veličine j edne zgrade pa do više desetaka kilometara. Fizičku stmkturu bežičnog mrežnog sustava WiM AX čine glavne antene koje se nazivaju WiMAX tornjevima (WiMAX towers) i lokalne antene na koje su vezane pretplatničke stanice (subscriber stations). Kaže se da signali jednog tornja mogu pokrivati podmčje u radijusu do 50 kilometara, ali sa porastom udaljenosti raste vjerojatnost da se dogode greške u prij enosu, čime opada propusnost veze. Naime, greške iziskuju ponavljanje prij enosa istih jedinica podataka, što znači da sustav uspijeva prenijeti manju količinu ispravnih jedinica podataka u j edinici vremena. WiMAX tornjevi su obično vezani na ostatak Interneta žičanim vezama.

Pretplatničke staniee imaju antene nalik televizijskima i postavljaju se na

zgrade; te stanice povezane su bežičnim putem na WiMAX tornjeve. Računala iz j edne ili v iše zgrada vezuju se na pretplatničku stanicu bežičnim putem. Dakle, bežične veze velike dužine obično se ostvaruju između lokalnih antena i

tornjeva, dok su bežične veze između računala i pretplatničkih stanica znatno kraće, ali kaže sc da su mnogo veće nego kod Wi-Fi mreža. Pored toga, pojedinačna računala mogu se izravno vezivati na WiMA X tornjeve, što omogućava da računala budu nezavisna od pretplatničkih stanica i da budu mobilna. Ta mogućnost vezivanja je posebno zanimlj iva jer omogućava vezivanje računala (i drugih naprava) na globalnu mrežu sa onih mjesta na kojima nema pretplatničkih stanica u blizini.

Dakle, kod WiMAX mreža može se govoriti o tri vrste udaljenosti: o udaljenosti između tornjeva i pretplatničkih stanica (velikim), o udaljenosti između

284

5. Bežični mrcžni sustavi

računala i pretplatničkih stanica (znatno manjim) i o udaljenosti između računala i WiMAX tornja onda kada je računalo vezano izravno na toranj . Tekstovi koji iznose podatke o udaljenostima i dosezima bežičnog prijenosa podataka redovito propuštaju reći o kojoj od tih triju udaljenosti govore. Za vezivanje na WiMAX mrežu (na pretplatničku stanicu ili izravno na toranj), računala trebaju imati odgovarajući bežični primopredajni sustav (mrežnu karticu); takav sustav može biti ugrađen u prijenosno računalo, ili može biti dodan računalu kao vanjska naprava.

Kaže se da naziv WiMAX dolazi od Worldwide Interoperability for Microwave Access; to ne objašnjava znak "X" na kraju naziva. Sustav WiMAX razvio je WiMAX Forum, a standardiziran je kao JEEE Standard 802. 1 6, koji ima više varijanti. Može se reći da jc WiMAX ona tehnologij a pomoću koje sc vrši prijenos podataka na početku i na kraju njihova puta, i to bežični m putem. Temeljna odlika bežičnog sustava WiMAX je ta, što omogućava vezivanje računala na globalnu računalnu mrežu vezama relativno velike propusnosti , bez da se postavlj aju žice. To je posebno bitno u prostorima u kojima je žice teško ili nemoguće postaviti. Na primjer, u nekim zgradama poput muzeja i crkvi, teško je postavljati vodiče jer se time oštećuju zidovi; s druge strane, u čamcu na jezeru, to izgleda praktički neizvedivo.

Kako je već rečeno, podaci o dosezima signala i propusnostima veza u mreži WiMAX iznose se na neprecizan način i variraju. Uspješan bežični prijenos podataka između WiMAX tornja i pretplatničke stanice može se vršiti na udaljenost od desetak kilometara i više, zavisno od fizičkog okruženja; to okruženje ovdje određuju fizičke osobine prostora (zgrade i brda, ili ravan i otvoren prostor), kao i količina elektromagnetskih signala (smetnji) u danom prostoru. Sa porastom udaljenosti, opada propusnost bežične veze jer raste broj iskrivljenja jedinica podataka (bitova) u prijenosu, što iziskuje ponavljanje njihova prijenosa. Ovdje nismo u mogućnosti iznijeti preeizne podatke s tim u vezi. Neki izvori spominju dužine bežičnih veza do 50 kilometara i propusnosti do 70 Mbps; ali drugi izvori ističu da se u praksi ne mogu doseći takve veličine, pogotovo ne velike udaljenosti i velike propusnosti istodobno. U svakom slučaju, zbog relativno velikih dosega bežičnih veza (u usporedbi sa mrežom Wi-Fi), bežična mreža WiMAX svrstava se u gradske, odnosno MAN mreže (Metropolitan Area Networks) . Prostor dosega signala jednog WiMAX tornja naziva se jednom ćeli

jom, kao i kod drugih bežičnih mrežnih sustava.

Postoje različ ite tvrdnje o stvarnoj propusnosti veza u bežičnoj mreZl WiMAX. Na primjer, kaže se da WiMAX postiže propusnost od 2 Mbps na udaljenosti od 1 0 kilometara, uz upotrebu fiksne (usmjerene) antene. Pritom se propušta reći da Ii se govori o propusnosti i udaljenosti između pretplatničke stanice i tornja, ili između pojedinačnog računala i tornja, ili su te propusnosti u oba slučaja jednake ako se koriste jednake antene. Nadalje, kaže se i to da u sustavu

285

Mario Radovan RAČ�UNALN E MREŽE

WiMAX bežične veze obično rade sa propusnošću od oko l O Mbps; vjerojatno

se ovdje radi o udaljenostima manj im od 1 0 ki lometara. Postoje i tvrdnje da WiMAX doseže puno veće propusnosti, kao i da može vršiti prijenos podataka bežični m putem na vel ike udaljenosti. U tom kontekstu obično se spominj u propusnost od 70 Mbps i udaljenost od 50 kilometara, koje smo spomenuli iznad. Međutim, s porastom udaljenosti, opada propusnost, tako da nije moguće istodobno doseći obje spomenute veličine. Nadalje, ne kaže sc u koj im se točno

uvjetima uspijeva dosegnuti barem j ednu od tih veličina. U svakom slučaju, sa porastom dužine bežične veze, raste broj grešaka ( iskriv lj enih bitova) LI prijenosu, što smanjuje propusnost. Konačno, postoje tvrdnje da ako dužina bežičnog prijenosa iznosi manje od jednog kilometra. onda sustav WiMAX doseže propusnosti do 40 Mbps . Pritom je to propusnost bežične veze između pretplatničke stanice i WiMA X tornja, što znači da sc ta propusnost dije l i na sva ona računala (procese) koj a su vezana na j ednu pretplatničku stanicu. To nadalje znači da propusnost koju postiže pojedinačno računalo opada sa brojem računala koj a su vezana na istu pretplatničku stanicu. Na temelju iznijetih tvrdnji , može se (pokušati) steći određen dojam o dosezima i propusnostima bežični h prij enosa u mreži WiMAX; šteta što sc tc podatke ne iznosi na uređenij i način, koj i bi preciznije opisao odnos dužine bežične veze i njene propusnosti, kao i utj ecaja fizičkog okruženja na te veličine.

Kaže se da je WiM AX mreža u početku bila statična; ta statična bežična mreža WiMAX definirana je IEEE standardom 802. 1 6d, iz 2004. godine, Kod tog standarda, pretplatničke stanice koriste usmjerene (iednosmjernc) antene koje su usmjerene na WiMAX tornjeve. Tu postoji niz mogućnosti koje sc u opisima mreže WiMAX ne spominju. Prvo, mreža može biti bežična bez da njene jedinice budu mobilne . Jediniec obično nisu mobilne ako koriste usmjerene an

tene, jer se kretanjem antene mijenj a njeno usmjerenje, čime se obično gubi

vezu. Međutim, činjenica da su pretplatničke stanice statične ( i vezanc usmjerenim antenama na tornjeve) ne znači da računala koja su vezana na te pretplatničke staniee ne mogu biti mobilna. Nadalje. upotreba usmjerene antene ne znači da se računalo ne smije premaknuti, uz uvjet da se na novoj pozicij i antenu ponovno usmjeri u pravom smjeru. Ali usmjerene antene nisu pogodne za prij enos podataka II kretanju, j er je II tom slučaju teško održavati antenu usmjerenu u pravom smjeru.

Kaže se da je IEEE standardom 802. 1 6e (iz 2005. godine) definiran WiMAX sustav koji omogućava mobilnost čvorova. Ovdje mobilne jedinice (osobna računala) koriste svesmjerne antene. Međutim, pretpl atničke stanice na zgradama zaeijelo nisu mobilne (jer su pričvršćene na zgrade) i vjerojatno i dalje koriste usmjerene antene prema WiMAX tornjevima jer nemaju razloga da to ne čine. Antena svake pretplatničke stanice usmjerena je na onaj toranj kojeg naj

bolje "vidi" (a onda i čujc) . Kod mobilnih WiMAX mreža, razne klij entske naprave (prijenosna računala) imaj u mrežni adaptcr sa svesmjernim prijenosnim

286


sustavom, koji omogućava bežično vezivanje pokretnih računala na pretplatničke stanice, ili izravno na WiMAX toranj .

Mobilnost računala (čvorova) čini funkcioniranje mreže znatno složenijim. Kod mobilnosti treba definirati proces kojim računalo bira bazičn.u stanicu (pretplatničku stanicu ili toranj) na koju se vezuje i proces vezivanja na tu stanicu. Nadalje, treba riješiti pitanje procesa prelaženja računala od jedne bazične stanice drugoj, kako je to objašnjeno u odjeljku 5 .4, u okviru govora o Wi-Fi bežič

nim mrežnim sustavima. U prikazima WiMAX mreža (koji su nam poznati) ne iznose se pojedinosti oko prelaska mobilnog računala od jedne pretplatničke stanice (ili tornja) drugoj. Ako su takvi prelasci definirani, onda je to vjerojatno učinjeno na sličan način kao kod Wi-Fi mreža i kod mreža mobilne telefonije. Ovaj prikaz pisan je većinom prema izvorima sa Interneta; traženje preciznih objašnjenja na Internetu obično ne daje dobre rezultate. Internet je demokratizirao govor, ali u toj poplavi svačega teško je naći kvalitetno objašnjenje bilo čega: kvantiteta je ovdje prešla u nekvalitetu.

U mreži WiMAX koristi se više metoda fizičkog prijenosa podataka; pritom se za potrebe prijenosa koristi širok spektar frekvencija, od 2 do 66 GHz. Elektromagnetski signali u većem dijelu toga spektra osjetlj ivi su na zapreke, tako da se te frekvencije koriste za komunikaciju između lokalnih antena (pretplatničkih stanica) i tornja, koj i sc međusobno "vide". Za takve antene kaže se da se nalaze "u liniji pogleda" (in line-of-sight - LOS). WiMAX koristi više sustava za fizički prijenos podataka; valovi u području nižih frekvencija iz danog spektra (od 1 0 do I I GHz) su manje osjetljivi na zapreke, tako da omogućuju prijenos u situacijama gdje izvor i primatelj podataka ne vide jedan drugog. To je obično slučaj kod veza između pokretnih računala i pretplatničke stanice, ili WiMAX tornja.

WiMAX tornjevi su obično vezani na ostatak Interneta žičanim vezama. WiMAX toranj može se vezati bežičnim putem na drugi WiMAX toranj , koji je vezan žičanim putem na Internet. Takvo bežično povezivanje tornjeva naziva se "backhaul"; rječnik od Britannica ne sadrži tu riječ; riječ "haul" ima više značenja; jedno od tih značenja je tegliti; možda se može reći da u ovom slučaju jedan toranj tegli drugoga.

Protokoli fizičke razine u mrežama WiMAX koriste dvije metode dijeljenja širine danog frekventnog pojasa (kanala), za prijenos podataka od pretplatničke stanice do tornj a i od tornja do pretplatničke stanice. Prvi smjer naziva se uzlaznom vezom (upi ink) ili uzlaznim tokom (upstream), dok se drugi smjer naziva silaznom vezom (downlink) ili silaznim tokom (downstream). Prvi način dijeljenja kapaciteta kanala naziva se dupleksiranje s podjelom vremena (time division duplexing - TDD), dok se drugi način naziva dupleksiranje s podjelom frekvencija (frequency division duplexing FDD). Ta dva dupleksiranja su zapravo

287


multipleksiranja S podjelom vremena i sa podjelom frekvencija, koje smo opisali u prvom poglavlju; ovdje se multipleksiraju samo dva toka (u istom kanalu), tako da se ovdje govori o dupleksiranju.

Kod metode TDD koristi se istu frekvenciju za naizmjenični prijenos podataka od tornja do pretplatničke stanice i za prijenos podataka u suprotnom smjeru; pritom se odnos vremena za uzlazni prijenos i za silazni prijenos može mijenjati. Kod metode FDD, kanal se dij eli na dva frekventna pojasa; jedan pojas se koristi za uzlazni prijenos (od pretplatničke stanice na toranj), dok se drugi pojas koristi za silazni prij enos (od tornja na pretplatničku stanicu).

Prijenos podataka u WiMAX mreži izvodi se na temelju postojanih veza između pretplatničkih stanica (na zgradama) i tornjeva (bazičnih stanica); svaka takva veza traje sve dok je pretplatnička stanica vezana na dani WiMAX toranj. Sva računala koja su vezana na jednu pretplatničku stanicu, dijele prij enosne kapacitete te stanice. Doseg signala na otvorenom prostoru je općenito znatno veći nego u gradu gdje postoji mnogo zapreka i elektromagnetskih smetnji (interferencija).

Da zaključimo; kod bežičnih mrežnih sustava WiMAX postoje WiMAX tornjevi koji pokrivaju određeno područje, u smislu da primaju i i šalju podatke u tom području. Na zgrade se postavljaju antena (poput televizijskih), koje omogućuju prijenos podataka između pretplatničke stanice (na zgradi) i udaljenog WiMAX tornja. Računala u j ednoj ili više zgrada vezuju se beži čnim putem na pretplatničku stanicu. Na taj način bežična mreža WiMAX uklanja potrebu postavljanja koaksijalnih kablova u zgradama i između njih. Računala se mogu vezivati i izravno na WiMAX tornjeve, i to preko svesmjernih antena.

Prijenos podataka između lokalnih antena (od pretplatničkih stanica) i tornjeva odvija se na višim frekvencijama, do 66 GHz. Kaže se, da se antene pretplatničkih stanica trebaju nalaziti u linij i pogleda sa tornjem na koji su vezane. Na taj način postiže se pouzdanij i prijenos i veće propusnosti, ali nije izvjesno koliko često se taj uvjet može ispuniti ako su WiMAX tornjevi vrlo udalj eni (do 50 kilometara). Druga mogućnost vezivanja je da se računalo izravno veže na udaljeni WiMAX toranj . Takve veze odvijaju se pomoću nosivih signala od 2 do 1 1 GHz. Kod takvog vezivanja računalo ne mora biti u liniji pogleda sa udaljenim tornjem, jer se valovi u danom spektru višestruko odbijaju od zapreka i na taj način "obilaze" zapreke. Takav način vezivanja čini računalo nezavisnim od lokalnih pretplatničkih stanica i mobilnim.

Wi-Fi mrežu naziva se LANom sa bežičnim komponentama, u kojem žičani LAN ima ulogu distribucijskog sustava. Mrežu Wi-Fi se ponekad opisuje i kao žičani LAN sa mogućnošću bežičnog vezivanja. S druge strane, mreža WiMAX j e mreža tipa MAN (gradska) jer omogućava znatno duže bežične veze između WiMAX tornjeva i pretplatničkih stanica. Konačno, sustav WiMAX teži tome da uspostavi bežični mrežni sustav koji omogućava bežično vezivanje računala na Internet praktički svugdje, kao što sustavi mobilne telefonije pokrivaju skoro sva područja u kojima se ljudi kreću. Ali sustavi mobilne telefonije ne čine

288


jedan sustav jer nisu međusobno kompatibilni na globalnoj razini; o tim sustavima govorimo u slijedećem odjeljku.

Kaže se da je "Europska alternativa" (zamjena) za WiMAX mrežu, jedna bežična mreža sličnih osobina, koja se naziva HIPERMAN; taj osebujan naziv dolazi od "high-performance radio metropolitan area network"; to otprilike znači, radijska gradska mreža visokih performansi. Ta mreža radi u frekventnom pojasu od 2 do 1 1 GHz.

5.6 Mobilna telefonija

Mobilni telefoni sve manje služe za telefoniranje, a sve više pružaju razne druge usluge prijenosa podataka, koje su svojstvene računalnim mrežama. Time mobilni telefoni postaju sve više nalični računalima u području komunikacijskih usluga; time ujedno sustavi mobilne telefonije postaju bežičnim računalnim mrežama.

Načela prijenosa podataka, kao i osnovna struktura bežičnih komunikacijskih sustava, koje smo do sada opisali, prisutni su i u sustavima bežične (mobilne) telefonije. Ti sustavi zasnivaju se na bazičnim stanicama (ili točkama pristupa) na koje se bežičnim putem vezuju mobilni klijenti (ili pretplatničke stanice, kao u sustavu WiMAX). Bazične stanice su obično vezane žičanim vezama na ostatak (globalne) mreže. Na slici 5.9 prikazana je tipična struktura sustava mobilne telefonije.

Sustav mobilne telefonije često se naziva ćelijskom mrežom (cellular network). Kao i ranije, ćelijom se naziva prostor oko jedne bazične stanice u kojem je signal odašiljača (antene) te stanice dovoljno jak da omogućava uspješan prijenos informacijskih sadržaja. Spomenimo ovdje da pored snage signala, postoje i drugi fizički i tehnički elementi koji otežavaju učinkovitu komunikaciju sa bazičnom stanicom kod velikih udaljenosti. Jedan od tih elemenata je vrijeme koje je potrebno elektromagnetskom signalu da stigne od mobitela do bazične stanice. Signalu mobitela Mi koji se nalazi blizu bazične stanice, potrebno je vrijeme Ti da stigne do te stanice; signalu mobitela Mj koji se nalazi daleko od bazične stanice potrebno je Tj vremena da stigne do te stanice; sa porastom razlike između tih dvaju vremena, raste problem multipleksiranja (usklađivanja) prijemnih signala na bazičnoj stanici. Tim problemom ne trebamo se ovdje podrobnije baviti. Veličina ćelije zavisi i od gustoće korisnika na nekom prostoru, odnosno od količine komunikacije (prijenosa podataka) u tom prostoru. Smanjenjem veličine ćelija, komunikacijski (prijenosni) kapacitet jedne bazične stanice dijeli se na manji broj mobitela, što povećava kvalitetu komunikacije. U praksi, ćelije mogu imati desetak i više kilometara u dijametru, ali to bitno zavisi od gustoće mobitela, od fizičkih osobina prostora, kao i drugih čimbenika. U gusto naseljenim prostorima sa mnogo mobitela, ćelije mogu biti mnogo manje.

289


Javna telefonska mreža

Slika 5.9 Struktura sustava mobilne telefonije

Bazična stanica je u osnovi kombinacija prijemnika i odašiljača, te preklopnika koji uspostavlja veze (putove) preko te bazične stanice i prosljeđuje jedinice podataka. Takva stanica prima bežičnim putem jedinice podataka od mobitela, šalje bežičnim putem jedinice podataka mobitelima, i prosljeđuje jedinice podataka prema drugim bazičnim stanicama (bežičnim ili žičanim putem) kad to treba učiniti.

290


U sustavu mobilne telefonije, ćelije su uređene u grupe; jednu grupu obično tvori sedam ćelija: jedna ćelija je u sredini, a šest ćelija je oko nje. Tava sedmica ćelija tvori jednu grupu ili jedan grozd (c1uster). Ćelije koje tvore jedan grozd često se crtaju kao šesterokuti koji se dodiruju, tako da ćelijska mreža izgleda kao saće. Ali ćelije su nalične krugovima i međusobno se preklapaju; zato smo ih na slici 5.9 prikazali krugovima. Sve bazične stanice koje tvore jednu grupu (grozd) vezane su na jednu točku koja se naziva preklopni ured mobilne telefonije (mobile telephone switching office - MTSO). Taj "preklopni ured" može se nazvati preklopnom centralom. Bazične stanice mogu biti vezane na MTSO pomoću žičanih veza ili bežičnim vezama. MTSO su vezane na javnu telefonsku mrežu (public switched telephone network - PSTN), koja je obično žičana.

Dakle, sustav mobilne telefonije je kombinacija bežičnih i žičanih komponenti. Na lokalnoj razini, komunikacija se odvija bežičnim putem, ali se bazične stanice vezuju (preko MTSO) na globalne komunikacijske mreže (na telefonsku mrežu i na Internet), čiju osnovnu strukturu čine žičane veze (optička vlakna).

Ćelijska mreža omogućava kretanje (i prelazak) mobitela iz jedne ćelije u drugu; kod takvog kretanja, mobitel je vezan na jednu bazičnu stanicu, ali kretanje dovodi do njegova prelaska od jedne bazične stanice drugoj . U odjeljku 5.4 opisali smo na koji način mobilna naprava inicira i izvršava prelazak od jedne bazične stanice drugoj . Tada je bilo rečeno da mobilna naprava stalno ispituje signale okolnih bazičnih stanica; kad njeno kretanje dovede do toga da mobilna naprava čuje signal neke bazične stanice Sj bolje nego što čuje signal one bazične stanice Si na koju je trenutno vezana, onda ta mobilna naprava traži od stanice Sj dopuštenje da se veže na nju.

Kod govora o mobilnoj telefoniji, prelazak mobitela od jedne bazične stanice (antene) drugoj opisuje se izrazom "hand off' što doslovno znači "odgurnuti rukom". Pritom se kaže da kad bazična stanica zaključi da je neki mobitel (koji je vezan na nju) stigao na granicu njene ćelije, onda ta bazična stanica "odgurne" taj mobitel drugoj baziGnoj stanici. Bazična stanica može zaključiti da je neki mobitel na granici njene ćelije po padu snage signala kojeg ta stanica prima od tog mobitela. Dakle, u prethodno opisanom procesu prelaska, mobilni čvor je bio onaj koji je utvrđivao da se nalazi na rubu ćelije, i to na osnovu pada snage

signala bazične stanice te ćelije; kod mobilne telefonije kaže se da o prelasku mobitela u drugu ćeliju vodi računa i odlučuje bazična stanica. Ta dva postupka

oslanjaju se na iste pokazatelje i daju isti učinak. Pitanje je samo tko odlučuje o trenutku prelaska: mobilna stanica (kako je rečeno u 5.4), ili bazična stanica (kako se to kaže u opisu sustava mobilne telefonije).

Kod bežičnih sustava koji koriste metode prijenosa TOMA i FOMA, susjedne bazične stanice trebaju koristiti različite frekvencije (kanale), tako da si-

291


gnali jedne bazične stanice ne ometaju prijem signala na drugoj bazičnoj stanici. Podsjetimo, TDMAje metoda multipleksiranja prijenosa (na istom kanalu) s podjelom vremena, a FDMA je metoda multipleksiranja prijenosa (na istom kanalu) s podjelom frekvencija; te metode opisali smo u odjeljku 5 . 1 . U bežičnim sustavima kod kojih bazične stanice koriste TDMA i FDMA metode prijenosa, mnoge bazične stanice koriste iste frekvencije, ali su pritom stanice koje koriste iste frekvencije dovoljno međusobno udaljene da signali od jedne stanice ne dosežu do druge stanice. Dakle, u takvim sustavima mora se koristiti više frekvencija, tako da fizički bliske (susjedne) bazične stanice mogu raditi na različitim

frekvencijama. S druge strane, kod bežičnih sustava koji koriste metodu zapisivanja i prije

nosa CDMA, sve bazične stanice mogu koristiti istu frekvenciju, jer se kod primjene te metode, sadržaj i različitih komunikacija međusobno razlikuju po tome što su kodirani različitim kodama. Kod CDMA svaka komunikacija koristi različitu kodu za kodiranje (moduliranje) svojih sadržaja na nosivi signal kojeg dijeli više komunikacija. Komunikatori (izvor i odredište) u jednoj komunikaciji koriste istu kodu, tako da mogu razlučiti svoje sadržaje od sadržaja drugih komunikacija koje se prenose na istom kanalu (istim nosiocem). Pritom proces razlučivanja (filtriranja) pojedinačnih komunikacija iz mnoštva signala koji stižu na prijemnike komunikatora, predstavlja relativno zahtjevan proces, kojim se ovdje ne trebamo baviti. Dakle, kod CDMA, sve naprave mogu raditi na istoj frekvenciji (kanalu). Ali kod te metode treba da susjedne stanice koriste izrazito različite kode (za modulaciju), tako da svaka bazična stanica može lakše razlikovati kodirane sadržaje svojih komunikacija od kodiranih sadržaja komunikacija susjednih bazičnih stanica.

Kada susjedne stanice rade na istim frekvencijama, onda je prelazak mobitela (u kretanju) od jedne bazične stanice drugoj bazičnoj stanici jednostavniji nego kad te stanice rade na različitim frekvencijama (kao kod FDMA i TDMA). Kaže se da kod metode CDMA, mobitel može istodobno primati iste sadržaje sa dviju ili više bazičnih stanica; to se može događati onda kad se mobitel nalazi na presjeku ćelija dviju susjednih bazičnih stanica. Od jednakih signala koje prima sa više bazičnih stanica, mobitel bira onaj signal (to jest, kodirani sadržaj) čij i je prijem najkvalitetniji. Kad mobitel sasvim prijeđe u ćeliju jedne bazične stanice, onda prima samo signale te stanice, dok ostale (znatno slabije) signale zanemaruje. Međutim, takvo objašnjenje je nepotpuno. Naime, mobitel može istodobno primati iste sadržaje od više bazičnih stanica ako sve te stanice prenose (emitiraju) taj sadržaj . To je vjerojatno tako kod prijenosa televizijskih i sličnih programa, koji se obično prenose po multicast (ili broadcast) metodi, što znači da ih prenose mnoge (ili sve) bazične stanice. Ali ne vidi se zašto (i kako) bi jedan telefonski razgovor trebale istodobno prenositi dvije ili više bazičnih stanica. Tim pitanj ima se ovdje ne možemo baviti; tek da podsjetimo da su opisi rada mobilnih mrežnih sustava često nepotpuni.

292

5. Bežični mrcžni sustavi

U prostoru mobilnih komunikacijskih sustava postoj i znatno manje uniformnosti nego kod žičanih komunikacijskih sustava, kao što su klasični telefonski sustav i Internet. Sustavi mobilne telefonije koriste različite frekventne pojaseve (za fizički prijenos podataka) u raznim dijelovima svijeta. Na primjer, u Europi se za mobilnu telefoniju koriste frekventna područja od 900 i 1 800 MHz (to jest, od 0,9 i 1 ,8 GHz), dok se u Sjevernoj Americi koriste područja od 850 MHz i od 1 900 MHz. To stvara probleme onima koji putuju iz područja koje koristi jednu frekvenciju i metodu prijenosa u područje koje koristi neku drugu frekvenciju ili tehnologiju prijenosa. To mnoštvo frekvencija i tehnologija stvara tržište za mobitele koji mogu raditi u više sustava mobilne telefonije; na primjer, neki mobiteli mogu raditi u tri ili više frekventna pojasa. Međutim, izrada takvih mobitela poskupljuje njihovu proizvodnju. Općenito, mnoštvo standarda i tehnologija prijenosa otežava globalno povezivanje sustava mobilne telefonije i ograničava stvarnu mobilnost mobitela.

Generacije mobilne telefonije

Proizvodi i tehnologije mobilne telefonije obično se dijele na tri generacije. Nadalje, za neke tehnologije kaže se da su više od druge generacije, ali ne ispunjavaju zahtjeve treće generacije; za takve tehnologije kaže se da su generacija "2,5" ili "2,75", i li čak "2,9".

Prva generacija ( lG) mobilnih telefona koristila je analognu tehnologiju zapisivanja i prijenosa signala (glasa). Ta tehnologija koristi metodu mu1tipleksiranja s podjelom frekvencije (FDMA) koju smo opisali u odjeljku 5. 1 . Analogna tehnologija nije bila primjerena za prijenos digitalnih sadržaja, tako da su se mobilni sustavi prve generacije koristili prvenstveno za prijenos zvuka (glasa).

Mobilna telefonija druge generacije (2G) razvijena je uvođenjem digitalne tehnologije zapisa i prijenosa sadržaja u mobilne komunikacijske sustave. Dakle, u sustavima 2G, glas (zvuk) se zapisuje i prenosi u digitalnom obliku. Većina sustava mobilne telefonije 2G koristi metodu mu1tipleksiranja s podjelom vremena (TDMA) koju smo opisali u odjeljku 5 . 1 Tu metodu može se koristiti u kombinaciji sa metodom mu1tipleksiranja s podjelom frekvencija (FDMA). Frekventno područje koje sustav ima na raspolaganju, dijeli se na nekoliko frekventnih pojaseva (kanala); nadalje, svaki takav pojas dijeli sc na vremenske intervale (dijelove, otvore; slots). Pojam "slot" može imati razna značenja; ovdje taj pojam označava otvor ili prostor u koji se može nešto umetnuti. Svakoj komunikaciji (telefonskom pozivu) dodjeljuje se svaki n-ti dio (otvor) u jednom frekventnom pojasu. Izvor toka podataka umeće digitalne zapise svojih sadržaja (glasa) u one otvore (danog kanala) koji su mu dodijeljeni; tako svaki n-ti otvor (interval) jednog kanala prenosi digitalne zapise sadržaja jedne komunikacije, odnosno digitalne zapise glasa jednog razgovora. Podsjetimo da "umetati u otvore" ovdje znači modulirati ("iskriviti") nosivi val na način sa kojim se na njega

293

Mario Radovan RAČUNALNE M R EŽE

zapisuje određeni sadržaj . Primatelj (bazična stanica) dijeli s ignale koje prima (na jednom kanalu) na vremenske d\ielove i tako razdvaja (demultipleksira) komunikacij e koje se izvode na istom kanalu . Svaki n-ti dio sadržaja koj i se prenosi na j ednom kanalu, jc dio i ste komunikacije; iz tih dijelova (digita lnih zapisa) sc onda reproducira telefonski razgovor ili neki drugi infonnaeijski sadržaj .

Mobilne tehnologije 2G komprimiraj u digitalne zapise glasa; govor se

komprimira na 8 Kbps i prenosi sc bežičnim vazama propusnosti 8 Kbps. Tol ika propusnost dovoljna je ze prijenos digitalnih zapisa ljudskog govora, al i nije dovoljan za normalno odvijanje drugih komunikacij s kih usluga koje iziskuju većc propusnosti , kakve pružaju žičane računalne mreže (Intemet) .

Najpoznatij i sustav mobilne telefonije 2G naziva se GSM (Global System tor Mobile Communications). GSM je bio prvi komercijalni digi talni sustav mobilne telefonije; dakle. prvi komercijalni sustav mob i lne telefonije 2G. Taj sustav razvijcn je 1 980ih godina suradnjom vcćeg broja institucija, operatora i proizvođača opremc u Europskoj Unij i . GSM sustav koristi metodu (telmologiju) prijenosa sadržaja TOMA; podsjetimo, to je vi,�estruki pristup s podjelom vremena

( time division multiple access). Kod te metode, jedan kanal (frekventni pojas, obično od 1 M B ) prenosi sadržaje više komunikacija; na to ukazuje izraz "višestruki pristup". Prijenos se vrši tako, što u svakom trenutku (vremenskom intervalu) kanal prenosi sadržaj j edne od komunikacija. U sustavu GSM, vremenski intcrvali ("otvori" kanala; slots) dodjc ljuju se dinamički; to znači da se dodjeljuje više otvora onim komunikacijama (napravama) koje ih u danom trenutku trebaju, a manje otvora onim komunikacijama (napravama) koje ih trenutno ne trebaju (ne vršc intenzivan prijenos podataka) . Dakle, podjela vremcnskih intervala među komunikacijama ( korisnicima istog kanala) nije fi ksna, nego dinamička i zavisi od trenutnih potreba tih komunikacija. Porcd toga GSM koristi i metodu skakutanja frekvcncija (frequency hopping), koju smo opisali u odje ljku 5 . 1 ; time se izbjegava pris luškivanje prij enosa i njegovo ometanje (koje može biti namjerno i l i slučajno).

Načelni c i lj evi razvoja treće generacije mobilne telefonije bili su ( l ) povećati propusnost veza i (2) razviti j edinstven standard koj i ćc ujediniti sustave mobilne telefonije na globalnoj razini . Prvi cilj ostvaren je u znatno većoj mjeri nego drugi, jer se istovremeno razvi lo ( i razvija se) višc standarda i sustava 3G mobilne telefonije, koj i n isu međusobno kompatibilni . Sustavi mobilne teletonije 3G koriste COMA (code division multiple acccss) za zap isivanje i prij enos sadržaja. Bazična stanica koj a prima (na istoj frekvencij i ) sadržaje (okvire) od više komunikacija, dijel i (demultipleksira) te sadržaje na temelju toga što svaka komunikacija koristi različitu kodu pomoću koje kodira svoje sadržaje. Bazična stanica prosljeđuje primljene sadržaje dalje , izravnim primatelj ima, i l i u žičani d istribucij sk i sustav, odnosno na MTSO ("centralu") koja je vezana na j avnu telefonsku mrežu (PSTN), kako je to prikazano na slici 5 .9 .

294


Svaka komunikacija koristi različitu ("slučajnu") kodu za zapisivanje (modu l iranj e ) svojih sadržaja na zajednički nosivi signal (kanal). Tu "slučajnu" kodu generira začetnik komunikacije, ali tu kodu treba prenijeti i primatelju, tako da može prepoznati i dekodirati primljene sadržaje od te komunikacije. (O generiranju i prenošenju kode drugoj strani ne nalazimo precizna objašnjenja). U svakom slučaju, primatelj izvodi odgovarajuću operaciju (obično ekskluzivne disjunkcije - XOR) sa primljenim nizovima (vektorima) signala (uz upotrebu kode pošiljatelja) i na taj način iz primljcnog (kodiranog) zapisa izvlači (filtrira) onaj podatkovni sadržaj kojeg je pošiljatelj kodirao. Proces filtriranja je zahtjevan jer kod metode CDMA na prijemni sustav primatelja stiže mnogo signala (kodiranih zapisa), koji se na tom prijemnom sustavu međusobno zbraj aju. Zato se metoda CDMA koristi u kombinacij i sa nekim drugim metodama koje omogućuju primatelju da između svih primljenih signala (kodiranih zapisa) odabire one signale na koje treba primijeniti određenu kodu za dckodiranje. Na primjer, CDMA može biti popraćena sa metodom koja određuje vrijeme (trenutke) kada pojedini izvor šalje svoje sadržaje. Isto tako, primatelj filtrira sa određenom kodom samo one sadržaje koje prima na frekvencij i na kojoj se odvija komunikacija koja koristi tu kodu. Podsjetimo da metoda CDMA svojim kodiranjem sadržaja (za prijenos) zapisuje taj sadržaj na način koji ga čini nečitljivim za onog koji ne poznaje kodu sa kojom je taj sadržaj kodiran. Dakle, CDMA ujedno šifrira sadržaje koje prenosi, tako da se ti sadržaji ne mogu prisluškivati bez poznavanja koda sa kojima su ti sadržaji kodirani.

Kod dvosmjernih komunikacija, prijenosni kapacitet koji je dodijeljen jednoj komunikaciji obično se dijeli na dva dijela: u jednom dijelu vrši se prijenos u jednom smjeru, a u drugom dijelu u drugom smjeru. Pritom se koriste dvije osnovne metode dijeljenja toga kapaciteta. Metoda FDD (Frequency Division Duplexing) dijeli frekventni pojas koji je dodijeljen jednoj komunikaciji na taj način da jedan dio toga pojasa koristi za prijenos u jednom smjeru, a drugi dio u drugom smjeru. Kod mobilnih sustava, jedan smjer vodi od klijenta (mobitela) na bazičnu stanicu, a drugi smjer od bazične stanice na klijenta (mobitel). Prvi smjer naziva se uzlaznom vezom (uplink) ili uzlaznim tokom (upstream), a drugi silaznom vezom ili silaznim tokom (downstream). Isti pojmovi koriste se kod prijenosa između klijentske i bazične stanice u bežičnim mrežnim sustavima, kao što su Wi-Fi, WiMAX i drugi.

Metoda TDD (Time Division Duplexing) dijeli prijenosni kapacitet koji je dodijeljen jednoj komunikaciji na vremenske intervale. Jedni vremenski intervali dodjeljuju se silaznom toku, a drugi uzlanom toku prijenosa u toj komunikaciji. Dakle, u jednim vremenskim intervalima odvija se prijenos u uzlaznom smjeru (sa klijentske naprave na baz ičnu stanicu), a u drugim intervalima odvija se prijenos u silaznom smjeru (od bazične stanice na klijentsku napravu). Ti vremenski intervali su vrlo kratki (mjere se mikrosekundama) tako da za korisnika (koji govori mobitelom) ti prijenosi teku praktički istovremeno. Bazičnoj stanici

295

Mario Radovan RAČUNALN E M REŽE

se često dodj e lj uj e veći prijenosni kapacitet ncgo k l ij entskim napravama (mobitelima). To znači da se bazičnoj stanici dodjelj uj e širi frekventni pojas, odnosno veći broj vremenskih intervala.

S ustav 3G koj i se naziva UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) koristi mctodu zapisivanja i prijenosa sadržaj a koja sc naziva širokopojasni CDMA; tu metodu se obično označava sa W-CDMA (wideband) ; čini sc da poj am wideband znači i sto što i pojam broadband (š irokopojasni) koj i sc češće koristi. Poj am "širokog pojasa" n ije sasvim precizno definiran, ali obi čno se rokima nazivaj u frekventni poj asevi što znači propusnosti - od oko 2 Mbps i l i višc. Kaže se da će sustav treće generacij e U MTS nas l ijediti sustav GSM koj i spada u 2G. Sustav UMTS omogućava propusnost od 1 ,92 Mbps, što je ogromno povećanj e u odnosu na sustav GSM.

Fizički prijenos podataka u bežičnom sustavu UMTS izvodi se prema osnovnoj metodi CDMA; pritom taj sustav kombinira tu metodu sa mctodama dupleksiranj a koje smo opisali iznad. Kombinacijom tih metoda u sustavu UMTS definirano je višc standarda, kao što su UTRA TDD-HCR (poznat kao TD-CD�1A) i UTRA TDD-LCR (poznat kao FD-CDMA). Kod prvog standarda, CDMA kombinira se sa TDD, a kod drugog standarda sa FDD. Standard UTRA TDD-HCR odnosi sc na pristup Internetu pomoću mobitela, dok se standard UTRA TDD-LCR odnosi na povezivanje bežičnc mreže UMTS sa kineskom mrežom mobi lnc telefonije. Sustavi mobi lne telefonij e nisu jedinstvcni (povezani) na globalnoj razini na način kako je jedinstvena žičana telefonska mreža i mreža Internet. Zato se izrađuju dodaei tih standarda koji definiraju način povezivanja sustava mobi lne komunikacije j ednog standarda sa sustavima drugih standarda. Kaže se da UMTS teorij sk i omogućava propusnost od 2 1 Mbps, al i u praksi trenutno doseže znatno niže propusnosti.

Sustavi mobilne komunikacije 3G donijel i su mnogo veće propusnosti veza, što je omogući lo da se preko mobitela ostvaruj e širok spektar komunikacij skih i podatkovnih usluga. Mobiteli omogućavaj u telefoniranje (uz video veze), a l i i sto tako i pristup Internetu, primanje televizij skih i radij skih programa, i pristup drugim informacij skim sustavima i uslugama. Sve te usluge trebale bi biti dostupne "uvijek i na svakom mjestu", uz vel iku propusnost veza (2Mbps ili više) i uz globalnu mob ilnost mobitela. Spominj u se i znatno veće propusnosti, kao što su 14 Mbps za silazne vcze od bazične staniee prema mobilnoj napravi (mobitelu) i upola niže propusnosti u suprotnom (uzlaznom) smj eru. Dakle, mobilne "naprave" nije više primjereno zvati "telefonima", jer su te naprave postale mnogo više od te lefona; ali naziv "mobitel" odgovara nj i hovoj novoj u lozi, j er se taj naziv sastoj i od "mobilnosti" i od akcije "na dalj inu" (tele); komponenta "fon" ( zvuk) iz "telefon" je ovdje postala nevažna (suvišna). Mnoge komunikacijske usluge koje nudi (najav lj uje) mobilna telefonija 3G nije se moglo rea l i -

296


zirati kod mnogo manj ih propusnosti kakve omogućuju mobiteli 2G. Propusnost od desetak Kbps može biti dovoljna za prijenos poruka računalne pošte, ali zaci

jelo nije dovoljna za prijenos pokretnih slika (video sadržaja). Pored visoke propusnosti, sustavi mobilne komunikacije 3G trebali bi omo

gućiti globalnu mobilnost mobitela, To praktički znači da bi različiti sustavi 3G trebali "raditi zajedno": dakle, trebali bi biti kompatibilni i međusobno poveza

ni. Međutim, u praksi postoji više standarda i sustava 3G, što otežava njihovo međusobno povezivanje, a time i globalno kretanje mobitela koji su obično građeni za rad u j ednom sustavu. Nadalje, bitan problem u izgradnj i sustava 3G

predstavlja visoka cijena (nadoknada) koju se plaća za pravo korištenja nekih

frekventnih područja. Postoj i velika potražnja za onim frekventnim područjima u kojima elektromagnetski signali (valovi) imaju one osobine koje su pogodne

za prijenos podataka u sustavima mobilne komunikacije. Nadležne institucije

prodaju tvrtkama (mobilnim operatorima) pravo korištenja takvih frekvencija,

ali su cijene obično vrlo visoke; samo za područje jedne države, ta cijena može

doseći više desetaka milijardi dolara. Tako visoke cijene otežavaju rad mobilnih operatora, kao i širenj e mobilnih komunikacijskih sustava 3G.

Standardi i sustavi

ITU (International Telecommunication Union) usvoj ilaje 2000. godine teh

ničku specifikaciju treće generacije (3G) mobilne telefonije. Ta specifikacija po

znata je pod nazivom IMT-2000 (International Mobile Communications). Tom specifikacijom određeno j e da se za prijenos podataka u 3G koristi spektar fre

kvencija između 400 MHz i 3 GHz. U okviru razvoja 3G mobilne telefonije ulažu se napori da se ostvari (po prvi put) mogućnost povezivanja svih mreža 3G

mobilne telefonije, kao i potpuna mobilnost mobitela 3G na globalnoj razini.

Drugim riječima, nastoji se ostvariti mogućnost korištenja istog mobitela (sa

istim pozivnim brojem) svugdje u svijetu. Kako je to već rečeno, taj cilj nije ostvaren u naročitoj mjeri.

Sa ciljem da se postigne kompatibilnost brojnih sustava i standarda u pro

storu mobilne komunikacije, specifikacija IMT-2000 obuhvatila je (svoj im stan

dardima) sve tri osnovne metode (tehnologije) prijenosa podataka (FDMA, TDMA, CDMA) koje smo opisali ranije. Primjenom tih metoda definirano je pet konkretnih sustava (tehnologija) prijenosa podataka u mobilnoj telefoniji 3G.

Ovdje se ne trebamo podrobnije baviti tim sustavima. Postoje mišljenja da takva mnogostrukost u standardizacij i, kojom se željelo obuhvatiti čim više postojećih

sustava, nije dobar put prema jedinstvenom globalnom sustavu mobilne komunikacije.

IMT-2000 je više skup ("obitelj") standarda, nego jedan striktno određeni

standard. Neki od standarda iz te obitelji podržavaju (omogućuju) postupan

297

Mario Radovan RAČUNALNI' M REŽE

("evolucij ski") prelazak sa sustava 2G na sustave 3G. Sustavi 3G koji su razvije

ni prema evolucij skim standardima, omogućuju da postojeći sustavi 2G komuniciraju sa tim sustavima 3G. S druge strane, neki standardi 3G iziskuju uspostavu

novog sustava bazičnih stanica i uporabu novih frekvencija, što bitno otežava

komunikaciju između postojećih sustava 2G i takvih sustava 3G. Kaže se da ti

standardi promiču "revolucij ski" prelazak sa 2G na 3G. Čini sc da u praksi prevladava cvolucijski pristup razvoju novih sustava mobi lne telefonije .

U kontekstu mnoštva metoda i sustava koje obuhvaća obitelj standarda

I MT-2000, teško je reći točno koja svojstva mora imati neki mrežni sustav il i

naprava (mobitel) da bi spadali u 3G bežične tel efonije. U stvari. ovdje valja go

voriti o bežičnim mrežnim sustavima 3G (ne samo o telefonij i ) jer ITU je na

knadno usvoji la i standard (sustav) WiMAX kao "dodatak" svoj obitelj i standar

da IMT-2000. Sustav U MTS je isto uvršten u obitelj standarda TMT-2000. UMTS

iziskuje uspostavu novog sustava bazičnih stanica i upotrebu novih frekventnih

područja. Dakle, u kontekstu podjele koju smo spomenuli iznad, UMTS spada u revoluc ij ski oblik prelaska na 3G mobilne komunikacije. ITU obitelj standarda

lMT-2000, koja definira 3G mobilnih komunikacij skih sustava, se širi i time po

staje sve manje precizno određena.

!TU se bavi i razvojem četvrte generacije mobilnih komunikacijskih susta

va (4G), ali govor o 4G je uglavnom načelne prirode i n ij e naročito precizan.

Projekt razvoja standarda i sustava 4G nazvan je [MT-Advanced; dakle, zadržan je naziv TMT (International Mobile Telecommunications), ali ovdje sc radi o ra

zvoju "unaprij eđenih" standarda i tehnologija. Uvođenjem pojma 4G sustava be

žične komunikac ije, govor o sustavima 3G postao je još manje precizan nego što je bio prije. Entiteti (metode, tehnologije) za koje se kaže da spadaju u 4G, su

većinom razvojna poboljšanja entiteta 3G. U tom kontekstu, teško je reći kada

neki entitet prestaje spadati II 3 G i prelazi u 4G. S l ično se događa na prijelazu iz

2G u 3G; na primjer, sustav GPRS (General Paeket Radio Service), postiže znat

no veće propusnosti (reda 1 00 Kbps) nego sustav GSM koj i je dominantan sustav 2G. Ali GPRS ne doseže propusnosti 3G, tako da se za taj sustav kaže da j e

2,5G. Sustav EDGE doseže još veće propusnosti nego GPRS, tako d a s e z a taj

sustav kaže da je 2,75G. Govor o generacijama je obično načelan. Osim toga, čini se da govor o ge

neracijama postoj i samo u ranijoj fazi razvoja neke tehnologije, a zatim polako

nestaje. Na primjer, do prije petnaestak godina, govor o računalima bio je pun

riječi "generacija". Tako je bi lo sve do "pete generacij e" ; kod "šeste generacije" je taj govor polako zamro. To se nije dogodi lo samo zato što razvoj računala

pete i šeste generacije nije dao baš onakve proizvode kakve se najavlj ivalo, već

naprosto zato što nakon nekog broja, govor o generacijama prestaje biti zanim lj iv. Na primjer. prelazak od 2G na 3G može biti zanimlj iv; prelazak od 52G

na 53G vjerojatno ne b i bio.

298

5. Bežični mrežui sustavi

Konačno, postoji i satelitska mobilna telefonija. Satelitski mobilni telefoni ("satfoni"; satphones) koriste komunikacijske satelite kao svoje bazične stanice. Satelitski telefonski sustavi koriste frekventne pojaseve koji su rezervirani za satelitske komunikacije na globalnoj razini. Dobra osobina satfona je da mogu raditi svugdje, bez da se gradi sustav zemnih bazičnih stanica. Međutim, satfoni se malo koriste jer je komunikacija u tom telefonskom sustavu znatno skuplja nego kod običnih (zemnih) sustava mobilne telefonije. Satfoni su znatno veći od običnih mobitela jer moraju imati znatno jače prijenosne sustave koji mogu primati signale sa velikih udaljenosti (sa satelita) i slati signale na velike udaljenosti (na satelit). Satelitski način prijenosa (emitiranja) koristi se uglavnom za prijenos televizijskih i radijskih programa, gdje je potrebno da se jednaki signali (i sadržaji) istodobno šalju na mnoge prijemnike. Satelitski sustavi Iridium i Thuraya podržavaju satelitsku telefonsku komunikaciju. Pritom ti sustavi koriste metode FDMA i TDMA na razini fizičkog prijenosa sadržaja.

299

o izvorima

o izvorima

Knj ige obično završavaju dugom listom naslova drugih knjiga. U ovoj knjizi nije tako iz više razloga. Prvo, u ovom tekstu nisu navođene reference (izvori), pa nema potrebe da se reference navode na kraju knj ige. U tekstu nisu navođene reference zato što ovaj tekst nije analiza govora o računalnim mrežama, nego pokušaj da se iznesu i opišu temeljni elementi i načela rada računalnih mreža. Drugo, u području literature o računalnim mrežama dominiraju dvije knjige, i to:

Tanenbaum, S. Andrew: Computer Networks, Prentice Hall, NJ: Upper Saddie River, 2003.

Peterson, L. Larry; Davie, S. Bruce: Computer Networks: A !:Jystem Approach, Morgan Kaufmann, CA: San Francisco, 2007.

Radi se o opsežnim knj igama iz koj ih je autor ovog teksta naučio većinu onog što zna o računalnim mrežama; u vrijeme pisanja ovog teksta, obje navedene knjige su u četvrtom izdanju. Dakle, čitateljima koji žele više, preporučamo navedene dvije knj ige; nakon toga mogu nastaviti na primjer sa:

Clemm, Alexander: Network Management Fundamentals, Cisco Press, IN: Indianapolis, 2007.

Računalne mreže obuhvaćaju ogroman broj područja i tema, od kodiranja i teorije graf ova, preko mnoštva protokola, do mnoštva sustava koji ih implementiraju. Opisi svakog od tih elemenata mogu biti vrlo opsežni; na primjer, Peterson i Davie, str. 89, kažu da je potpuna specifikacija sustava SONET bitno veća od njihove knjige (koja ima 806 stranica); ti autori su tom sustavu posvetili tri stranice svoje knjige. Govoreći o referencama, držimo da naVođenje po par tisuća stranica referenci za svake tri stranice knjige, za većinu čitatelja ne bi bilo od koristi.

Stvari se često mijenjaju brže od knjiga; zato je tu Internet koji nudi uvijek svježa znanja o svemu. Tako se barem kaže; pokušaj ovog autora da ponešto nauči sa Interneta nije dao naročite rezultate. Stječe se dojam da velika ve6ina tehničkih opisa na Internetu nekvalitetna. Prikazi su izrazito nepotpuni (površni) a često i nekoherentni. Tražeći opise sustava mobilne komunikacije, u petom poglavlju zapisali smo daje Internet demokratizirao prostor govora, ali da je pritom kvantiteta prešla u nekvalitetu. Na Internetu zacijelo ima vrijednih sadržaja, ali kvalitetna objašnjenja je prilično teško naći.

301

Documents

Racunalne Mreze (1) - Mario Radovan