Uvod u arhitekture mreža i komunikacijske protokoledrago/predmeti/mip/MiP1.pdf · ETF Osijek, listopad 2003. Zavod za telekomunikacije 1od 40 Uvod u arhitekture mreža i komunikacijske

ETF Osijek, listopad 2003.

Zavod za telekomunikacije

1 od 40

Uvod u arhitekture mreža i Uvod u arhitekture mreža i komunikacijske protokolekomunikacijske protokole

Prema knjizi: Prema knjizi: A.A. BažantBažant, G. , G. GledecGledec, Ž. , Ž. IlićIlić, G. Ježić, M. Kos, M. , G. Ježić, M. Kos, M. KunštićKunštić, I. , I. LovrekLovrek, M. , M. MatijaševićMatijašević, ,

B. B. MikacMikac, V. , V. SinkovićSinković, “Osnovne arhitekture mreža”, Element, Zagreb, 2003. , “Osnovne arhitekture mreža”, Element, Zagreb, 2003. 1. Temelji arhitekture mreža1. Temelji arhitekture mreža

ETF Osijek, listopad 2003.Mreže i protokoli 2 od 40


Model digitalnog komunikacijskog sustavaModel digitalnog komunikacijskog sustava

♦ m - ulazna informacija;♦ g(t) - ulazni podaci;♦ s(t) - poslani signal;♦ r(t) - primljeni signal;

izvorinformacija

koderizvora

koderkanala pretvarač prijenosni

medij

pretvarač dekoderkanala

dekoderizvora

odredišteinformacija

smetnje

predajnik

prijemnik

m g(t) s(t)

r(t)g'(t)

m'

n(t)

♦ g’(t) - izlazni podaci;♦ m’ - izlazna informacija;♦ n(t) - signal smetnje;♦ g(t) ≠ g’(t) - zbog smetnji;



PojmoviPojmovi

♦ podatkovni element - bit;♦ brzina prijenosa podataka R - broj prenijetih bita u

jedinici vremena:trajanje bita = T, R = 1/T;

♦ signalni element:digitalni: naponski pravokutni impuls (NRZ i RZ format);analogni: naponski sinusni impuls;

♦ linijska brzina (između predajnika i prijemnika);baud - broj prenijetih signalnih elemenata po jedinici vremena;v [baud] = R [bit/s]/(broj bita po signalnom elementu);

T

U

t

NRZ

T

U

t

RZ

A A



Model mrežeModel mreže

♦ grane (linkovi) - obilježja:duljina, prijenosna brzina, pogreška bita;

♦ čvorovi - obilježja:dimenzije čvora, kašnjenje/propusnost;

♦ linkovi - prijenos:linijsko kodiranje,modulacija,multipleksiranje;

C

D

E

F

2

6

5

3

4

X krajnji uređaj X

N mrežni čvor N

prijenosni link

1

A

B

♦ čvorovi –komutacija, usmjeravanje;



Javna mrežaJavna mreža

♦ komponente javne telekomunikacijske mreže:pretplatnici (korisnici),lokalne (pretplatničke) petlje,čvorovi (centrale, komutacijski sustavi, usmjerivači) ispojni vodovi;

♦ vrste javnih telekomunikacijskih mreža:komutirana telefonska mreža - PSTN;digitalna mreža integriranih usluga - ISDN; mreža za prijenos podataka komutacijom kanala - CSPDN,mreža za prijenos podataka komutacijom paketa – PSPDN, Internet,zemaljska mobilna mreža - PLMN;



Komutacija kanalaKomutacija kanala

♦ komutacija kanala - circuit switching;♦ komunikacija ima tri faze:

uspostava veze, prijenos podataka i raskid veze;♦ prijenosni put namijenjen komunikaciji između

izvora i odredišta te veze:postoji cijelo vrijeme trajanja veze;raskida se po završetku veze;

♦ uspostava veze - dodatno kašnjenje u prijenosu;♦ nakon uspostave veze - jedino kašnjenje uzrokuje

prostiranje signala medijem;



Komutacija paketaKomutacija paketa

♦ komutacija paketa - packet switching;blokovi podataka ograničene duljine, spremaju se u spremnike;moguća dinamička dodjela mrežnih resursa vezama;nedostatak: mogućnost pojave zagušenja u mreži;

♦ komutacija poruka - message switching;nema ograničenja na duljinu bloka podataka;nedostatak:

mrežni čvorovi moraju spremati poruke, ipojedine poruke mogu uzurpirati linkove na dulje vrijeme;

posljedica: komutacija poruka se više ne koristi; SMS



Usporedba komutacije kanala i Usporedba komutacije kanala i komutacije paketakomutacije paketa

♦ kašnjenje s kraja na kraj mreže:kod komutacije kanala ovisi o trajanju uspostave veze;kod komutacije paketa varira ovisno o opterećenju mreže;

♦ redoslijed podataka na odredištu:uvijek ispravan kod komutacije kanala;kod komutacije paketa moguć krivi redoslijed paketa na odredištu - potrebno presložiti pakete (dodatno kašnjenje);

♦ zagušenja u mreži:nema ih kod komutacije kanala;

♦ iskorištenje mrežnih resursa:puno učinkovitije kod komutacije paketa;



Komunikacijski protokolKomunikacijski protokol

♦ Pravilo izmjene informacije između dva ili više entiteta u mreži koje osigurava ispravnu komunikaciju i uz djelovanje smetnji i kvarova.

♦ Slojeviti modeli protokola:Komunikacija između dvije točke, tj. od točke do točke (point to point)Komunikacija s kraja na kraj mreže (end to end),Komunikacija između korisnika ili primjena/aplikacija na mreži

♦ 7 slojeva OSI (Open System Interconnection) model povezivanja otvorenih sustava, 4 sloja Internet



Slojeviti modeliSlojeviti modeli

koncept usluge

entitet(N+1)-og sloja

entitetN-tog sloja

entitet(N+1)-og sloja

entitetN-tog sloja

protokol komuniciranjaravnopravnih entiteta

(N+1)-og sloja

N-SDU

N-PDU

pružatelj uslugeN-tog sloja

N-SAP

primitivaN-tog sloja

korisnikuslugeN-tog sloja

protokol komuniciranjaravnopravnih entiteta

N-tog slojaprijenosni (fizički) medij

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

otvorenisustav A

otvorenisustav B

najniži sloj

(N-1)-i sloj

N-ti sloj

(N+1)-i sloj

najviši sloj

najniži sloj

(N-1)-i sloj

N-ti sloj

(N+1)-i sloj

najviši sloj



Slojevi OSI referentnog modelaSlojevi OSI referentnog modela

♦ slojevi OSI RM-a:application layer,presentation layer,session layer,transport layer,network layer,data link layer,physical layer;

aplikacijski sloj

prezentacijski sloj

sloj sesije

transportni sloj

mrežni sloj

sloj podatkovnog linka

fizički sloj

hardver

firmver

softver

operativnisustav

korisničkiprostor



Usluge slojevaUsluge slojeva

♦ sloj N pruža sloju N+1 dvije vrste usluga:spojna usluga, inespojna usluga;



Spojne i Spojne i nespojnenespojne uslugeusluge

♦ spojna usluga (connection - CO):modelirana sukladno telefonskom sustavu;

korisnik usluge uspostavlja vezu, koristi vezu i raskida je;paketi stižu na drugi kraj sukladno redoslijedu slanja;nepouzdana (bez potvrde prijema) i pouzdana spojna usluga;

♦ nespojna usluga (connectionless - CL):modelirana sukladno poštanskom sustavu:

svaki paket nosi adresu odredišta, i usmjerava se kroz sustav neovisno o ostalim paketima;redoslijed paketa u prijemu nije nužno jednak redoslijedu njihova slanja;

datagram;



Fizički sloj Fizički sloj –– sinkronizacija na razini bitasinkronizacija na razini bita

♦ karakteristike fizičkog sloja:mehaničke, električke, funkcijske i proceduralne;

♦ sinkronizacija prijemnika i predajnika:na razini bita, ina razini znaka;

♦ sinkronizacija na razini bita:prijemnik ima vlastiti takt, iliekstrahira takt iz primljenog slijeda;

ekstrakcijatakta

uzimanjeuzoraka

prijemnik



Fizički sloj Fizički sloj –– sinkronizacija na razini znakasinkronizacija na razini znaka

♦ sinkronizacija na razini znaka:a) asinkroni prijenos (start-stop prijenos), ib) sinkroni prijenos;

Okvir

zastavica kontrolno polje korisnički podaci kontrolno polje zastavicab)

0

1

startbit

5 - 8 bita znaka paritetnibit 1 - 2 bita

stopelement

sljedeći bitili neaktivnostanje linije

P

neaktivnostanje linije

a)



MultipleksiranjeMultipleksiranje

♦ cilj: učinkovito korištenje medija, vrste:Frekvencijska podjela FDM (Frequency Division Multiplexing) - analogni prijenosni sustavi,Vremenska podjelaTDM (Time Division Multiplexing) –digitalni prijenosni sustavi PDH, SDH,SM (Statistical Multiplexing) - ATM, iWDM (Wavelength Division Multiplexing) - sveoptička

mreža (all-optical network);

1 link, N kanalaN ulaza N izlazaMUX DEMUX

smjer prijenosa signala



Frekvencijski Frekvencijski multipleksmultipleks -- FDMFDM

modulator

modulator

modulator

.

.

.

f1

f2

fN

m1(t)

m2(t)

mN(t)

Σ

S1(t)

S2(t)

SN(t)

M(t)prijemnik

s(t)

pojasno-propusnifilter f1

pojasno-propusnifilter f2

.

.

.

demodulatorf1

demodulatorf2

demodulatorfN

m1(t)

m2(t)

mN(t)

f1 f2 fN

B1 B2 BN

Bf

predajnikf0

pojasno-propusnifilter fN



Obilježja FDMObilježja FDM--aa

♦ prednost:kašnjenje uslijed FDM postupka zanemarivo;

♦ nedostatak:neučinkovit za signale promjenjive prijenosne brzine;

kod takvih se signala dinamički mijenja potrebna širina prijenosnog pojasa, iFDM može dovesti do neučinkovitog korištenja širine prijenosnog pojasa medija;



Vremenski Vremenski multipleksmultipleks -- TDMTDM

spremnik

spremnik

spremnik

.

.

.

m1(t)

m2(t)

mN(t)

modem modemM(t)

s(t)

spremnik

spremnik

spremnik

m1(t)

m2(t)

mN(t)

M(t)

TDMpredajnik

TDMprijemnik

.

.

.

skeniranjeulaza

skeniranjeulaza

. . . . . . . . . . . .. . .tTDM okvir TDM okvirvremenski

odsječak

MUX DEMUX



Obilježja TDMObilježja TDM--aa

♦ prednost:jednostavan, ograničeno kašnjenje (kašnjenje jednako trajanju okvira), dobar za prijenos signala stalne prijenosne brzine;

♦ nedostatak: neučinkovito korištenje linka kod prijenosa signala promjenjive prijenosne brzine;



Statistički Statistički multipleksmultipleks -- SMSM

razlika između TDM-a i statističkog multipleksa

izvor A

izvor B

izvor C

izvor D

SM MUX

t0 t1 t2 t3 t4

A B�� B

��

�� C

��

t

prvi ciklus drugi ciklus

tA B B C

��

prvi ciklus drugi ciklus

raspoloživa širinaprijenosnog pojasa

X vremenski odsječak spodacima iz izvora X

��prazni vremenski odsječak

(nema podataka iz izvora X)

��adresa

TDM

SM

signal koji se šalje na liniju(TDM ili SM signal)



Obilježja SMObilježja SM--aa

♦ prednost:dobra iskorištenost linka kod usnopljenog prometa;

♦ nedostatak:velika kolebanja kašnjenja, veliki gubici u mreži;



Valni Valni multipleksmultipleks -- WDMWDM

♦ DWDM - Dense WDM;♦ OTDM - Optical TDM;

.

.

.

λ

λ

λ

fotodetektor

fotodetektor

fotodetektor

WDMMUX

λ

λ

WDMDEMUX

λ

λ

λ1

λ2

λΝ

ulaz 1

ulaz 2

ulaz N

izlaz 1

izlaz 2

izlaz N

λ1 λ2 λΝ. . .

električkisignali

laserskediode

električkisignali

optičko vlakno

λ1

λ2

λΝ

WDM predajnik

WDM prijemnik



Sloj podatkovnog linkaSloj podatkovnog linka

♦ na fizičkom sloju ostvareno je:slanje signala prijenosnim medijem;

♦ cilj sloja podatkovnog linka: povećati učinkovitost prijenosa podataka;

dodavanje kontrole i upravljanja prijenosom na sloju iznad fizičkog;



Konfiguracija podatkovnog linka i topologijaKonfiguracija podatkovnog linka i topologija

♦ tri obilježja određuju konfiguraciju linka:topologija,vremenski raspored podatkovnih tokova (duplexity), imetoda pristupa linku (line discipline);

♦ topologija - fizički poredak stanica na linku;

računalo

terminal

terminal

terminal

računalo

terminalterminalterminal

point-to-point multipoint



Vremenski raspored podatkovnih tokovaVremenski raspored podatkovnih tokova

stanicaB

stanicaA

A

a)

b)

t

A→B

tA→B B→A A→B B→A

T R

T

RB

T

R t1 t2 t3

Ac1) T

RB

T

R tA→B i B→A

Ac2) Bt

A→B i B→AT

R T

R

T predajnik R prijemnikrašljastisklop



Metode pristupa linkuMetode pristupa linku

♦ link od točke do točke:podređeni-nadređeni,ravnopravne stanice;

♦ link prema više točaka:kontrolirani pristup:

1. prozivanje (polling), a)2. odabir (select), b);

slučajni pristup:CSMA/CD, c);

1 2 N-1 N. . . .podređenestanice

a)

nadređenastanica

1 2 N-1 N. . . .podređenestaniceb)

nadređenastanica

1 2 N-1 N. . . .ravopravnestanice

c)



Pristup linku u bežičnim komunikacijamaPristup linku u bežičnim komunikacijama

♦ metode višestrukog pristupa:FDMA - Frequency-division Multiple Access;

NMT: MobitelTDMA - Time-division Multiple Access;

GSM: Cronet, VipnetCDMA - Code-division Multiple Access;

UMTS



Kontrola tokaKontrola toka

♦ osnovni cilj kontrole toka:spriječiti da predajnik preoptereti prijemnika;u slučaju preopterećenja prijemnika njegovi spremnici ne mogu primiti nove okvire - okviri odbačeni;slijedi ponovno slanje tih okvira;posljedica: raste kašnjenje i pada propusnost linka;

♦ najstarija metoda: stop and wait;♦ novije metode kontrole toka:

pomoću kliznog prozora (sliding window),



Kontrola toka pomoću kliznog prozora Kontrola toka pomoću kliznog prozora

predajnik ustanici A

okviri koje predajniksmije poslati

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7. . . . . . . .

okviri koji su već poslani

redni brojokvira posljednji

potvrđeni okvirposljednji

poslani okvirporozor se skuplja od

prednjeg ruba sukladnobrzini slanja okvira

porozor se širi odzadnjeg ruba sukladnoprimljenim potvrdama

okviri u spremniku- čekaju potvrdu

okviri koje prijemnikmože primiti

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7. . . . . . . .

okviri koji su već primljeni

posljednjipotvrđeni okvir

posljednjiprimljeni okvir

porozor se skuplja odprednjeg ruba sukladno

brzini prijema okvira

porozor se širi odzadnjeg ruba sukladnoposlanim potvrdama

prijemnik u stanici B



Primjer kontrole toka pomoću Primjer kontrole toka pomoću kliznog prozorakliznog prozora

10 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 7

izvor - stanica A odredište - stanica B

F0F1F210 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 7

10 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 7

10 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 7RR3

10 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 7

F3F4F5

10 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 7

link

F6RR4

10 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 7

10 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 710 2 3 4 5 6 7 10 2 3 4 5 6 7



Kontrola pogrešakaKontrola pogrešaka

♦ dva pristupa kontroli pogrešaka:BEC (Backward Error Correction) - otkrivanje pogrešaka u prijemniku + retransmisija okvira s pogreškama;FEC (Forward Error Control) - ispravljanje pogrešaka u prijemniku;

♦ mehanizmi BEC-a:otkrivanje pogrešaka (error detection),pozitivna potvrda,retransmisija nakon isteka određenog vremena;negativna potvrda i retransmisija;



Protokoli za kontrolu linkaProtokoli za kontrolu linka

♦ kontrola linka na razini znaka (character-oriented):protokol BSC (Binary Synchronous Communications);

♦ kontrola linka na razini bita (bit-oriented):HDLC (High-level Data Link Control);LAPD (Link Acess Procedure, D-Channel, ISDN);LLC (Logical Link Control) - IEEE 802.2 (lokalne mreže);ATM (Asynchronous Transfer Mode);



Mrežni slojMrežni sloj

♦ dva načina organizacije mreže:virtualni kanal (VC - Virtual Circuit) i datagram (paket);

♦ funkcije mrežnog sloja:usmjeravanje paketa od izvora do odredišta;kontrola zagušenja;međudjelovanje mreža;

♦ protokoli: IP;



Virtualni kanaliVirtualni kanali

♦ koriste se u mrežama koje pružaju spojnu uslugu;♦ osnovna ideja:

izbjeći usmjeravanje za svaki pojedinačni paket;put od izvora do odredišta određen pri uspostavi veze;pri raskidu veze virtualni se kanal ukida;

♦ prednosti:paketi sadrže samo brojeve kanala - manji pretek;paketi stižu na odredište sukladno redoslijedu slanja;

♦ nedostaci:prekid komunikacijske linije fatalan za virtualne kanale;utrošak vremena na uspostavu i raskid veze;



DatagramskiDatagramski prijenosprijenos

♦ obilježja:svaki se paket individualno usmjerava kroz mrežu;razni paketi iste veze putuju različitim putovima kroz mrežu;može se koristiti za CO i CL usluge;

♦ prednosti:učinkovitost i robusnost (naročito u uvjetima zagušenja);

♦ nedostaci:kolebanje kašnjenja paketa;paketi na odredište mogu doći po drugačijem redoslijedu od redoslijeda njihova slanja;



Transportni slojTransportni sloj

♦ funkcije:upravljanje uspostavom i raskidom veza;segmentiranje poruka u manje pakete u predaji;sastavljanje poruka u prijemu;kontrola toka;otkrivanje i ispravljanje pogrešaka (BEC);multipleksiranje većeg broja korisnika;

♦ osnovna funkcija transportnog sloja:poboljšanje kvalitete usluge (QoS) mrežnog sloja;

♦ primjer protokola: TCP, UDP;



Sloj sesije (sjednice)Sloj sesije (sjednice)

♦ funkcije protokola na sloju sesije:upravljanje vezama i njihovo održavanje;upravljanje dijalogom (dialog management):

omogućavanje naizmjeničnog prijenosa;tko je na redu za slanje?;

sinkronizacija prijenosa podataka između korisnika;upravljanje aktivnostima (activity management);izvještavanje o neočekivanim stanjima;



Prezentacijski sloj (Prezentacijski sloj (prikazniprikazni))

♦ funkcije prezentacijskog sloja:omogućava specificiranje složenih struktura podataka,upravlja potrebnim skupom podatkovnih struktura,pretvara podatke iz internog u vanjski oblik;

♦ prikaz podataka:ASCII, EBCDIC, ....;

♦ sažimanje podataka (data compression);♦ šifriranje (encryption, ciphering) - kodiranje

podataka zbog sigurnosti;



Aplikacijski sloj (Sloj primjene)Aplikacijski sloj (Sloj primjene)

♦ funkcije aplikacijskog sloja:općenite aplikacije koje krajnji korisnici često koriste u svom radu,sučelje za programiranje aplikacija (API),pristup svim dijelovima željene aplikacijske okoline;

♦ Internet: slojevi sjednice, prikaza i aplikacije objedinjeni u aplikacijskom sloju

♦ primjer:elektronička pošta (electronic mail, e-mail) - mogućnost kreiranja poštanskih skupina, postavljanja zahtjeva za potvrdu prijema poruke i sl.

Documents

Uvod u arhitekture mreža i komunikacijske protokoledrago/predmeti/mip/MiP1.pdf · ETF Osijek, listopad 2003. Zavod za telekomunikacije 1od 40 Uvod u arhitekture mreža i komunikacijske