MREŽNI STANDARDI I PROTOKOLI
U cilju postizanja određenog stepena saglasnosti među proizvodima proizvođača računarskih mreža i opreme za te mreže, međunarodna organizacija za standarde (International Standards Organization – ISO) je donijela standarde za međusobno povezivanje otvorenih sistema (Open Systems Interconnection – OSI). Razlog tome je bio što softver jednog proizvođača neće raditi na mreži konkurentske firme; jer kablovi i aplikacije često moraju biti odabrani za neku specifičnu vrstu LAN-a itd. OSI standardi su tu da omoguće funkcionalnost mreža sastavljenih od elemenata različitih proizvođača.
OSI model
OSI model se sastoji od sedam slojeva specifikacija koje opisuju način na koji se treba upravljati podacima za vrijeme različitih faza njihovog prenosa. Svaki sloj opslužuje sloj koji je, u shemi na slici 11, direktno iznad njega.
Fizički sloj (physical layer)
Standardi fizičkog sloja su, u stvari, hardverski standardi koji obuhvataju napone koji se upotrebljavaju u mrežama, vremenske intervale u prenosu podataka, pravila za uspostavu početne komunikacije veze itd. Ovaj sloj, dakle, obuhvata pravila koja se odnose na upotrebu hardvera pri prenosu podataka.
Fizički sloj određuje da li se bitovi šalju:
- dvosmjernim (half-duplex) prenosom, kojeg odlikuje prenos podataka u oba smjera ali ne u oba smjera odjednom, nego prvo u jednom, pa zatim u drugom smjeru, ili
- istovremenim dvosmjernim prenosom (full-duplex) kojeg odlikuje prenos u oba smjera istovremeno.
Sloj povezivanja podataka (data link layer)
Ovaj sloj se ne bavi pojedinačnim bitovima, već tzv. okvirima podataka (data frames). Okviri su skupovi podataka koji sadrže podatke i upravljačku informaciju (koja određuje porijeklo, odredište, postojanje ili nepostojanje greške u jednom okviru). Ovaj sloj dodaje okvirima tzv. zastavice (flags) koje označavaju početak ili kraj okvira, radi lakšeg upravljanja i manipulisanja podacima. Standardi ovog sloja brinu o tome da zastavice ne budu pogrešno protumačene kao podaci i obrnuto, brinu o pravilnom tumačenju samih prenošenih informacija, o provjeri postojanja grešaka itd.
Mrežni sloj (network layer)
Mrežni sloj OSI modela brine o razmjeni skupova podataka tako što uspostavlja virtualni krug (virtual circuit), put između dva računara (terminala). Na mjestu slanja, mrežni sloj smješta one poruke koje dolaze sa prenosnog sloja u skupove podataka, kako bi ih dva niže sloja (fizički sloj i sloj povezivanja podataka) mogli prenijeti. Na mjestu prijema podataka, mrežni sloj iz primljenog skupa formira poruku koju šalje prenosnom sloju.
Prenosni sloj (transport layer)
Prenosni se sloj uglavnom bavi prepoznavanjem i ispravljanjem grešaka u podacima, pravilnim rasporedom pristizanja podataka i ponovnim pokretanjem nakon prestanka rada sistema (recovery).
Sloj sesije (session layer)
Ovaj sloj komunicira direktno sa korisnikom i osnovni mu je zadatak upravljanje mrežom. On posjeduje mogućnost prekida sesije a također i nadzire pravilan završetak sesije. Provjerava korisničko ime i lozinku korisnika radne stanice, u mogućnosti je mijenjati način prenosa sa dvosmjernog na istovremeni dvosmjerni (half-duplex – full-duplex) i obrnuto, pokazuje ko, koliko dugo i koliko često učestvuje u prenosu podataka, učestvuje u ponovnoj uspostavi rada nakon prestanka rada sistema, kreira informaciju o ukupnim troškovima pojedinih korisnika...
Sloj predstavljanja (presentation layer)
Sloj predstavljanja ili prezentacijski sloj brine o isigurnosti rada na mreži, o prenosu i formatiranju podataka, kodira podatke koristeći ASCII (American Standard Code for Information Interchange – američki standardni kod za razmjenu informacija) i EBDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code – kod za razmjenu podataka s binarnim kodiranjem cifara).
ASCII je kod koji svaki znak kodira sa sedam bita koji sadrže informaciju i jednim (osmim) – paritetnim bitom (koji služi kao zaštita od grešaka u prenosu).
EBCDIC je kod svojstven velikim računarima firme IBM.
Sloj predstavljanja služi kao pretvarač protokola između dva računara koji komuniciraju a služe se različitim formatima podataka. Još jedan mu je zadataka usklađivanje rada među terminalima raziičitih, neusklađenih kodova. Terminalski protokol (terminal protocol) pomaže terminalima za unos tako što formira virtuelni terminal, pomoću kojeg lokalni terminal, osim "glavnih" podataka, šalje i podatke o broju znakova po liniji ekrana. Ti podaci dolaze do kontrolne jedinice udaljenog terminala (terminala kome se šalje informacija) i tu se pretvaraju u za taj terminal odgovarajući kod.
Aplikacijski sloj
Aplikacijski sloj upravlja porukama, brine o prijavama za rad na mreži, o statistici upravljanja mrežom, obuhvata programe za baze podataka, elektronskom poštom, programe file-servera i print-servera, naredbe operatvinih sistema...
Korisnik navodi većinu funkcija koje se izvršavaju u aplikacijskom sloju.
Standard CCITT X.25
X.25 je komunikacijski standard kojeg je razvila savjetodavna komisija za međunarodnu telefoniju i telegrafiju (Consultative Commitee for International Telephony and Telegraphy - CCITT). Prva tri sloja ovog standarda odgovaraju prvim trima slojevima OSI modela (X.25 fizički sloj odgovara OSI fizičkom sloju; X.25 sloj okvira odgovara OSI sloju povezivanja podataka; X.25 sloj skupova podataka odgovara OSI mrežnom sloju).
HDLC protokol
HDLC (High-level Data Link Protocol – protokol visokog nivoa za upravljanje podatkovnom vezom) određuje povezivanje krajnjih uređaja za prenos (DTE - npr. računara) i krajnjih mrežnih uređaja (DCE - npr. modema), pod X.25 standardom.
Po HDLC-u sva se informacija šalje u okvirima. Okvir se sastoji od šest polja kako je prikazano:
 |
Slika 11: Format HDLC okvira
Prvo i posljednje polje jesu tzv. "zastavice" (flags). One su uvijek istog sadržaja (01111110) i označavaju početak i kraj okvira.
Adresno (address) polje sadrži informaciju o odredištu okvira ako se radi o naredbi, odnosno sadrži informaciju o izvoru tog okvira ako prenosi odgovor.
Upravljačko (control) polje sadrži informaciju o tome da li okvir prenosi naredbu ili odgovor.
Informacijsko (information) polje sadrži informaciju koju je zatražila neka radna stanica ili koju je centralni računar poslao.
Polje sa sekvencom za provjeru okvira (frame-check sequence) pomaže radnoj stanici pri otkrivanju grešaka ali ne i pri njihovu otklanjanju.
SDLC protokol
SDLC (Synchronous Data Link Control – protokol sinhronog upravljanja podatkovnom mrežom) je, prije svega, podskup HDLC-a i svojstven je velikim računarima firme IBM koji rade u skladu sa SNA (System Network Architecture – arhitekturom mrežnih sistema).
SDLC koristi istu strukturu kao i HDLC, uz neke različitosti. U informacionom polju SDLC-a broj bitova MORA biti cjelobrojni sadržalac broja 8. Osim toga, SDLC koristi neke naredbe koje nisu obuhvaćene HDLC-om.
IEEE-ovi mrežni standardi
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) je razvio nekoliko standarda na osnovu OSI modela: 802.3 (sa CSMA/CD sabirničkim standardom), 802.4 (sabirnica sa tokenom), 802.5 (prsten s tokenom) i 802.6 (za mreže metropolitanskog područja). Razlog nastajanja četiri ovako različita standarda je postojanje ogromnog broja neusklađenih LAN-ova.
802 - grupa standarda je zasnovana na prva dva sloja OSI modela. Sloj povezivanja podataka (drugi sloj OSI modela) je u ovoj grupi standarda razvijen u dva sloja: LLC (Logical Link Control – logičko nadgledanje veze) i MAC (Meduim Acess Control – nadgledanje pristupa mediju – sličan HDLC-u i namijenjen je otkrivanju kolizija u prenosu podataka mrežom).
IEEE 802.3 i ETHERNET
Kako je firma Xerox već imala svoju mrežu Ethernet i kako su mu se pridružili DEC i Intel 1980. godine kao proizvođači, jedan od odbora IEEE je sastavio 802.3 standard kao prihvatljivi standard vrlo sličan Ethernetu.
Skup podataka prema Ethernetu
IEEE 802.3 određuje LAN sabirničke topologije. Takav LAN koristi 50 – omski koaksijalni kabl za prenos u osnovnom pojasu (baseband coaxial cable) i omogućava brzinu prenosa od 10 Mb/s s maksimalnom dozvoljenom dužinom od 500 metara.
Slika 12: Skup podataka prema Ethernet-u
Skup podataka počinje preambulom (PREAMBLE) u kojoj se nalazi 8 bajta namijenjenih sinhronizaciji prenosa. DESTINATION ADDRESS je polje sa odredišnom adresom jedne ili više radnih stanica. SOURCE ADDRESS – polje sa izvorišnom adresom okvira podataka. TYPE je polje koje sadrži informaciju o formatu podataka u okviru, bez čega je nemoguće pravilno interpretirati okvir podataka. DATA je ograničeno polje (u koje može stati najmanje 46 a najviše 1500 bajta podataka. FRAME – CHECK SEQUENCE polje služi za otkrivanje grešaka pri slanju okvira.
CSMA/CD protokol
Carrier Sense Multiple Acess with Collision Detection (osluškivanje višestrukog pristupa s otkrivanjem kolizije) je protokol koji reguliše način formiranja okvira podataka i način njihovog slanja kroz mrežu.
Prvi dio protokola (CSMA) se odnosi na sljedeće: radna stanica koja želi poslati podatke, prvo «osluškuje» mrežu i provjerava da li postoji signal kojeg šalje neka druga radna stanica. Ako nema drugog signala, ako je «put slobodan», onda radna stanica šalje svoje podatke.
Može se desiti da su radne stanice dosta udaljene i da međusobno ne primijete signale te da dođe do kolizije podataka. Drugi dio protokola (CD) daje reješenje na taj problem. Mrežne kartice posmatraju mrežu za vrijeme slanja podataka. Ako jedna primijeti koliziju, prekida slanje podataka, čeka da druga radna stanica završi svoj prenos a zatim će nastaviti s vlastitim prenosom.
Postoji i opasnost od uzastopnih kolizija. To se donekle rješava tako što se, ako dođe do kolizije, svakoj radnoj stanici dodijeli određeni period «kašnjenja» (delay), jedinstvene dužine trajanja za svaku radnu stanicu, nakon kojeg ponovo može slati podatke.
Slijedi nekoliko karakterističnih skupova specifikacija 802.3 standarda:
IEEE 802.3 10Base5: topologija sabirnice, debeli koaksijalni kabl za prenos u osnovnom pojasu i propusnost od 10 Mb/s uz najveću dozvoljenu udaljenost od 500 m.
IEEE 802.3 10Base2: tanki koaksijalni kab, topologija sabirnice, propusnost od 10 Mb/s uz najveću dozvoljenu udaljenost od 200 m.
IEEE STARLAN 802.3 (1Base5): propusnost od 1 Mb/s, najveća dozboljena udaljenost od 500 m uz upotrebu paričnog kabla sa dvije parice tipa 24-gauge.
IEEE 802.3 10BaseT: mreža je, logički, sabirnica, ali je fizički konfigurisana kao raspodijeljena zvijezda koja koristi parični kabl. 10BaseT nudi propusnost od 10 Mb/s na najvećoj dozvoljenoj udaljenosti od 100 m. Privlačna je zbog toga što koristi hub (uređaj za ožičenje). Kad hub prepozna radnu stanicu u kvaru, samo je zaobiđe bez prekidanja rada mreže.
IEEE 802.4 Token Bus
Pododbor IEEE-a je razvio standard za različite tipove mreža koje ne koriste CSMA/CD pristup. U ovakvim mrežama neophodno je nepostojanje kolizije podataka. Glavnu ulogu u ovakvom načinu rada mreže vrši token (po čemu je ovakav pristup i dobio ime). Token (koji nije ništa drugo do skup podataka s posebnom strukturom) se poput «štafete» kreće od jedne do druge radne stanice u mreži. Radna stanica koja ima token može da «govori», tj. da šalje i prima podatke i za vrijeme toga, nijedna druga stanica ne može slati podatke. Kada jedna radna stanica završi, prosljeđuje token narednoj radnoj stanici itd. Na ovaj način se efikasno izbjegava kolizija podataka. U mreži postoji tablica koja sadrži podatke o adresama svake radne stanice i koja se održava na nivou svake radne stanice. Uloga te tablice je određivanje redoslijeda slanja tokena s jedne na drugu radnu stanicu. Token se kreće kroz mrežu tako što sa radne stanice sa višom adresom prelazi na radnu stanicu sa prvom nižom adresom itd. Ako neka radna stanica ima potrebu za češćom upotrebom mreže, onda se jednostavno u tablicu s podacima o adresama adresa te radne stanice unese više puta.
Na slici je prikazana struktura okvira za prenos podataka određen 802.4 standardom:
Slika 13: Format okvira za prenos podataka na sabirnici s tokenom
Slika 14: Način na koji se token kreće kroz mrežu s topologijom sabirnice
Topologija prema 802.4 standardu je sabirnica iako se token šalje kroz mrežu putem logičkog prestena. Posljednja stanica daje token prvoj itd.
Nedostaci ovog pristupa su mogući hardverski kvarovi koji mogu dovesti do gubitka jednog ili više tokena. Također, ograničen je broj radnih stanica koje se mogu povezati na mrežu putem odvojaka.
IEEE 802.5 standard – Token Ring Network
Ovaj standard je nastao da bi se pokrilo područje prstenaste topologije LAN-ova koji koriste token za prenos podataka između radnih stanica. Kada se token pošalje jednoj radnoj stanici, stanica «pošiljalac» čeka potvrdu od stanice «primaoca» da je token primljen i da su podaci iz njega preneseni u RAM. Nakon toga, token se vraća izvorišnoj stanici koja ga dalje šalje sljedećoj radnoj stanici po redu. Pošto je veoma bitan odgovor radne stanice «primaoca» o primitku tokena, i sam format tokena u ovoga standarda se razlikuje od ostalih prethodno navedenih formata skupova podataka:
Slika 15: Format tokena IEEE 802.5 standarda
Polje ACCESS CONTROL (UPRAVLJANJE PRISTUPOM) služi za upravljanje tokenom kroz mrežu, dok polje ENDING FRAME DELIMITER (KRAJNJI GRANIČNIK) sadrži dva bita koja označavaju sljedeće doagađaje: da li je radna stanica primalac prepoznala adresu i da li je uspješno kopirala podatke u RAM. START FRAME DELIMITER je polje koje predstavlja početni graničnik okvira.
Ako je poruka koja je došla do jedne radne stanice, namijenjena nekoj drugoj radnoj stanici, ona biva pojačana i poslana dalje kroz mrežu, što je glavna prednost ovakvih mreža.
U slučaju da dođe do kvara na jednoj od radnih stanica u mreži (što bi dovelo da pada čitave mreže), koriste se hub-ovi (sklopovi za ožičenje), kao hardverski način zaobilaženja neaktivnih radnih stanica. Još jedan nedostatak kod ovih mreža što se za veće mrežne instalacije koristi mnogo više kablova nego u odgovarajućoj sabirničkoj topologiji.
Slika 16: Način na koji se token šalje kroz prstenastu mrežu s tokenom
IBM Token Ring mreža koristi UTP (neoklopljeni telefonski parični kabl), a moguće je korisititi i optičke kablove. Omogućava brzine prenosa 4 i 16 Mb/s i podržava rad do 26 uređaja pri korištenju STP kabla, odnosno 72 uređaja pri korištenju UTP-a.
Pri brzini prenosa od 16 Mb/s, Token Ring koristi skup podataka od 18K, a pri brzini prenosa od 4 Mb/s koriste se skupovi podataka veličine 4K.