Transcript Рачунарске мреже

Računarske mreže i mrežne
tehnologije
• Nastavnik: doc Vladimir Cvjetković
• Asistent: dipl fiz Miloš Ivanović
•
•
•
•
Literatura:
Naslov:
Autor:
Izdanje
Računarske mreže
Andrew S. Tanenbaum
Četvrto ili novije
Lična karta predmeta
(Kako piše u akreditacionim
dokumentima)
• Студијски програми: ИНФОРМАТИКА/ ФИЗИКА
• Врста и ниво студија: Основне академске студије,
први ниво
• Назив предмета: РАЧУНАРСКЕ МРЕЖЕ И
МРЕЖНЕ ТЕХНОЛОГИЈЕ
• Наставник (Презиме, средње слово, име):
Цвјетковић М. Владимир
• Статус предмета: Обавезан на основним
академским студијама Информатике, изборни на
основним
• академским студијама Физике
• Број ЕСПБ: 6
• Услов: Уписан одговарајући семестар
• Циљ предмета:
• Упознавање рачунарских мрежа, протокола,
функционисања и практичног коришћења.
• Исход предмета:
• Знања која су студенти стекли после савладавања
програма:
• Основна знања о рачунарским мрежама и
протоколима, могућности, карактеристике и
практично коришћење.
• Вештине које су студенти стекли после
савладавања програма:
• Практично коришћење и администрирање
рачунарских мрежа
• Ставови које су студенти стекли после
савладавања програма:
• Појам о савременим рачунарским мрежама и
комуникацијама, правци и трендови даљег развоја
• Садржај предмета
• Теоријска настава
• Историјат рачунарских мрежа. Локалне и глобалне
рачунарске мреже. Виртуална (комутована) кола и
• комутација пакета. Безбедност и заштита у рачунарским
мрежама. Комуникације и умрежавање:
• мрежни стандарди и организације за стандардизацију. ISO
референтни модел са 7 нивоа. TCP/IP
• референтни модел са 5 нивоа. Физички ниво. Ниво везе
података. Мрежни ниво. Транспортни ниво.
• Апликативни ниво. Компресија и декомпресија података.
Мултимедијалне технологије. Web
• технологије. Карактеристике Web сервера и клијената.
Алати за прављење Web сајтова и апликација.
• Протоколи за рад. Апликације у клијент/сервер окружењу.
Бежично и мобилно рачунарство.
• Практична настава: Вежбе
• Администрација и практичан рад са
различитим елементима рачунарских мрежа
– switch, gateway,
• разни сервиси и сервери (DNS, DHCP, FTP,
HTTP, HTTPS), софтвер за мониторинг и
администрацију
• рачунарских мрежа.
• Литература
• 1. Andrew S. Tanenbaum, Рачунарске мреже,
Микро књига, Београд, 2005.
• Број часова активне наставе 5
• Студијски истраживачки рад: 0
• Предавања: 3 Вежбе: 2 Други облици
наставе: 0
• Остали часови 1
• Методе извођења наставе:
• Проблемски-оријентисана настава,
студенска припрема семинара, домаћи
задаци, практична обука.
• Оцена знања (максимални број поена 100)
• Поена
•
•
•
•
•
•
Предиспитне обавезе 70 поена
активност у току предавања 6
колоквијум-и 34
семинар-и 30
Завршни испит
усмени испит30
Рачунарске мреже
Увод и општи преглед мрежа, врсте мрежа,
архитектура и модели мрежа
Рачунарске мреже
И њихов значај данас може се поредити са:
• Механиком XVIII века
•
• Парним машинама XIX века
• Електричним мрежама и телекомуникацијама
XX века као претходницима рачунарских мрежа
• XVIII vek Veliki mehanički sistemi
• XIX vek Parna mašna
• XX vek
– Računari
– Telekomunikacije:
– Mreže
• Računarska industrija
• Računarski sistemi `60 - tih,
• Brojnost računara ’60 - tih
Mreže i distribuirani sistemi
•
•
•
•
Konvergencija računara i telekomunikacija.
Distribuirani računarski sistem
Računarska mreža
Razlika računarske mreže i distribuiranog
sistema
• Distribuirani sistem WWW
• Transparentni sistem File sistem
Poslovne mreže
• Deljenje resursa
• Povećanje efikasnosti
• Dostupnost podataka
• Brzina
• Organizacija
Klijent server arhitektura
• Ažuran pristup podacima
• Server je računar / software
• Client je računar / software / korisnik
• Karakteristike Client / Server
Klijent server
Procesi na klijentu i serveru
Šta sve može client / server
•
•
•
•
•
•
•
•
On line komunikacija
On line kolaboracija
Deljenje dokumenata
Pristup u svakom trenutku i na svakom
mestu
Avio saobraćaj
E poslovanje
E banking
E buy
Vrste mrežnog poslovanja
Kućne mreže
• Ken Olsen ‘70 tih predsednik kompanije DEC
(Digital Equipment Corporation), odmah iza
IBM-a (International Bussines Machines)
• “Nema nikakvog razloga da bilo ko ima računar
kod kuće”,
• Zato DEC nije pravio kućne kompjutere.
• Danas DEC ne postoji, a istorija je pokazala
koliko je ovo predviđanje bilo pogrešno.
Kućni računar
• Nekada
• Sada (telefon ili računar?)
• Kućna mreža
• Zabava
• Inteligencija?
P2P mreža (Peer to peer)
Live stream - ing
• Internet radio
• Internet TV tzv.
• Internet telefon
E academic
• E learning
• M learning
• E experimenting
Wireless - Bežične mreže
• Putovanja i mobilnosti uopšte
• Desktop takođe zašto ne?
• mobilni telefoni i PDA (Personal Digital
Assistants)
• Smart cards.
Sigurnost na mreži
• Zloupotreba – uvek moguća na razne načine
• Zaštita je neophodna
• Nove tehnologije za bezbednost
Podela računarskih mreža
• Prema:
• Tehnologiji prenosa podataka
• Veličini
Podela mreža prema tehnologiji
• Mreže sa vezama za neusmereno – difuzno
emitovanje
• Mreže sa vezama od tačke do tačke (Point to
point)
Neusmereno – difuzno emitovanje
broadcast
• Jedinstveni komunikacioni kanal za sve
računare
• Poruke od jednog računara primaju svi drugi
računari
• Poruku prihvata nijedan, jedan ili više računara
Point to Point mreže
• Mreže sa vezama od tačke do tačke
• Između dva računara
• Preko drugih računara u mreži
• Alternativni putevi kroz mrežu
Podela mreža prema veličini
Lične mreže
• Za jednu osobu
• Veze između ličnih uređaja
• Bionic men
Lokalne mreže
• Lokalne mreže LAN (Local Area Network) su
privatne mreže unutar jedne zgrade ili jednog
organizacionog područja veličine do 5 km. U
praksi povezuju računare, radne stanice,
štampače i omogućavaju deljenje resursa –
štampača, memorijskih resursa na računarima i
razmenu podataka.
Brzina u LAN-u
• 10Mb/s (Mega bita u sekundi)
• do 100 Mb/s najčešće,
• 10 Gb/s (Giga bita /s)
• Ethernet (IEEE 802.3) ima topologiju tipa
magistrale,
Ethernet (IEEE 802.3)
IBM token ring mreža IEEE 802.5
Градска мрежа
Regionalna mreža WAN (Wide
Area Network)
čuvaj i prosledi” (store and forward)
podmreža sa komutiranjem paketa
(packet swiched)
Bežične mreže
• Mreže za povezivanje sistema
• Bežične lokalne mreže
• Bežične regionalne mreže
IEEE 802.11
Mobilna telefonija
• 1g
• 2g
• 3g
Varijante bežičnih mreža
Tvorac Etherneta Bob Metcalfe:
• Pokretni bežični računari su kao i pokretni
toaleti – nužno zlo
predsednik IBM-a T.J. Watson-a
1945 godine:
• na pitanje zašto IBM ne ulazi u posao sa
računarima on je izjavio:
• Četiri ili pet računara će do 2000 biti
dovoljno za čitav svet.
Kućne mreže
•
•
•
•
•
•
•
računarska mreža - osma po redu posle:
električne
telefonske
kablovske
TV
vodovodne
Kanalizacione
i
• gasne mreže
Kombinovane mreže
•
•
•
•
•
•
Međumreža (internetwork – internet)
Internet
WAN (LAN, LAN, ... LAN)
LAN i WAN
LAN i LAN
Različite tehnologije povezivanja
Mrežni software
• Osnovna karakteristika strukture mrežnog
softvera je slojevitost.
Slojevita struktura softvera kod PC
računara
Korisnik
SUBP
Aplikacija
JVM/.NET
OS
BIOS
Hardver
Programi
Sličnost slojeva i klasa kod OOP
• Enkapsulacije – sakrivanje
• Javni članovi – interfejs
• Nezavisnost – minimalna povezanost
• Razmena podataka putem slanja poruka
Slojevita struktura mrežnog
softvera
Deskriptivni primer
Elaborirani primer
Projektovanje slojeva
•
•
•
•
Adresiranja paketa
Kontrola grešaka
Redosled paketa
Usaglašavanja brzine prenosa na predaji i
prijemu,
• Multpleksiranje / demultipleksiranje (multiplex
– demultiplex).
• Izbor optimalne putanje paketa
Direktna i indirektna veza
Siguran i nesiguran prenos
Preklapanje veza
Preklapanje veza 2
Usluga i operacije
Usluga se zadaje skupom operacija
Osnovne operacije za realizovanje
usluge
Odnos između usluge i protokola
Kriterijumi za formiranje slojeva
• Svaki sloj odgovara ključnoj apstrakciji
• Svaki sloj treba da ima jasno definisanu funkciju
• Slojeve i funkcije slojeva birati i na osnovu
postojećih međunarodnih standarda – protokola
• Granice između slojeva birati tako da se
minimuzuje protok podataka između slojeva
• Broj slojeva treba da bude optimalan
Referentni modeli
• ISO (International Standard
Organization)/OSI (Open System
Interconnection) model
• TCP (Transfer Control Protocol) / IP
(Internet Protocol) model
ISO / OSI model
Fizički sloj – physical layer
• Ispravan prenos bitova duž komunikacionog
kanala
• Reprezentovanje bitova u fizičkom
komunikacionom kanalu – modulacija
• Mogućnost prenosa istovremeno u oba smera –
semi i full duplex
• Postupak uspostavljanja i prekidanja veze
• Mehaničke i električne konstruktivne
karakteristike sklopova i priključaka
• Karakteristike fizičkog medijuma za prenos
Sloj veze podataka – Data link layer
• Pruža uslugu gornjem, mrežnom sloju
• Predaje podatke sa fizičke linije
• Podaci se konvertuju – formatiraju u oblik
pogodan za mrežni sloj
• Podaci organizovane u okvire se primaju i vraća
se potvrda o ispravnom prijemu svakog okvira –
acknowledgement frame
• Usaglašavanje brzine predaje i prenosa preko
privremene memorije
• Podsloj MAC (Media Access Control) za pristup
zajedničkom kanalu
• MAC adresa primer: 00-0D-61-30-F9-64
Mrežni sloj – Network layer
• Upravlja radom podmreže
• Adresiranje paketa, usmeravanje paketa
statičko, za sesiju i za svaki paket pojedinačno
• Kontrola zagušenja saobraćaja
• Regulisanje prelazaka paketa sa jedne na
drugu mrežu – različite veličine paketa, načini
adresiranja, protokoli – povezivanje heterogenih
mreža – sakrivanje različitosti od sloja iznad,
Transportnog sloja
• Kod mreža sa difuznim emitovanjem, ovaj sloj
je jednostavan – može i da fali
Transportni sloj – Transport layer
• Povezuje sloj iznad - sesije, sa mrežnim slojem
• Podatke od sloja sesije deli na pakete i
prosleđuje mrežnom sloju
• Obezbeđuje pravilan redosled paketa
• Usluga sa korekcijom grešaka i bez korekcije
grešaka
• Transportni sloj je prvi sloj koji direktno
povezuje računare koji komuniciraju
• Slojevi ispod transportnog postoje i u ruterima –
usmerivačima koji ih povezuju duž putanje
paketa
Sloj sesije – Session layer
• Omogućava uspostavljanje komunikacione
sesije između korisnika
• Upravlja dijalogom – prenosom poruka u oba
smera
• Regulisanje pokretanja nesimultanih operacija
korisnika sesije
• Sinhronizacija koja omogućava nastavak
prenosa u slučaju prekida prenosa
Sloj prezentacije – Presentation layer
• Ne bavi se prenosom – to rade slojevi ispod
• Bavi se sintaksom i semantikom prenetih
podataka
• Podatke koji se različito predstavljaju treba
apstraktno prikazati - nezavisno u novom
zajedničkom formatu
Sloj aplikacije – Application layer
• Sadrži protokole koji direktno koriste aplikacije
korisničkih programa
• Na pr., http (Hyper Text Transfer Protocol) za
prenos html-a (Hyper Text Markup Language),
tj. web strana
Referentni TCP/IP model
• ARPANET -> Internet
• Problem povezivanja mnoštva različitih mreža
koje su objedinjene kroz Internet
• TCP/IP ref. model dobija ime po dva osnovna
protokola koji se koriste TCP i IP
• Prva dva sloja kod ISO/OSI modela nisu u
ovom modelu opisana – precizirana, osim što je
potrebno primati i slati IP pakete
• Takođe, fale dva sloja – sesije i prezentacije koji
nisu naročito korisni ni kod ISO/OSI
Refrentni model TCP / IP
Međumrežni sloj
• Komutiranje paketa bez direktnog
uspostavljanja veze
• Drži na okupu čitavu arhitekturu mreže
• Omogućava da pojedinačni paketi stignu gde
treba, što se postiže adresiranjem svakog
paketa pojedinačno
• Viši protokoli određuju pravilan redosled
pristiglih paketa
• Protokol ovog sloja je IP (Internet Protocol)
• Odgovara mrežnom OSI sloju
Transportni sloj
• Odgovara transportnom OSI sloju
• Postoje dva važna protokola na ovom nivou
• TCP (Transmission Control Protocol) je
pouzdan protokol za upravljanje prenosom sa
uspostavljanjem direktne veze
• Usklađuje brzinu slanja i prijema poruka
• UDP (User Datagram Protocol) je nepouzdan
protokol bez uspostavljanja direktne veze
• UDP protokol mogu da koriste aplikacije koje
same upravljaju tokom podataka – paketa i ne
koriste TCP
Transportni sloj 2
• Zašto bi neko koristio UDP protokol, kada nije
pouzdan?
• Odgovor je za aplikacije gde greška nije toliko
bitna – može da se toleriše, dok je na prvom
mestu brzina prenosa, koja je veća kod UDP
• Primer je prenošenje multimedije – zvuka slike
preko streaming-a
Sloj aplikacije
• Slojevi sesije i prezentacije nisu predviđeni u
TCP/IP modelu
• Ni u ISO/OSI nisu od neke koristi
• Sloj sadrži protokole višeg nivoa
Poređenje OSI i TCP/IP
• Slični su
• Slojevi kod TCP/IP su slični odgovarajućim kod
OSI
• OSI jasno definiše Usluge, Interfejse i Protokole
• Usluga definiše semantiku sloja, tj. šta sloj radi,
ćemu je sloj namenjen
• Interfejs definiše vezu između slojeva, kako se
prenose podaci imeđu slojeva
• Protokol određuje način komunikacije između
slojeva istog nivoa.
Poređenje OSI i TCP/IP 2
• Protokol nekog sloja može da se promeni, tako
da to ne utiče na ostale slojeve, sve dok obavlja
usluge koje su potrebne i da se interfejs ne
promeni
• To je koncept enkapsulacije gde su detalji
implementacije nedostupni
• TCP/IP ne definiše tako dobro ove koncepte
• OSI model je stariji od svojih protokola, tako da
je opštiji, apstraktniji
• Prvobitno, sloj veze u OSI je prilagođen za veze
point 2 point
Poređenje OSI i TCP/IP 3
• Iz tog razloga je sa pojavom mreža sa difuznim
emitovanjem dodat pomenuti MAC podsloj za
prisup ovakvim mrežama
• Pretpostavka za OSI model je da će mreže biti
uniformne, a ne kao u realnosti krajnje
heterogene
• Kod TCP/IP je bilo obrnuto – prvo su nastali
protokoli pa onda model, koji je bio samo opis
postojećih protokola. Zato se kod TCP/IP-a
protokoli “savršeno” uklapaju u model
Poređenje OSI i TCP/IP 4
• Zato je TCP/IP model manje opšti – apstraktan,
pa se ne može uklopiti sa drugim protokolima
osim svojih, već postojećih
• TCP/IP nije koristan za opis drugačijih mreža
• Osim očigledne razlike u broju slojeva, postoje
neke bitne razlike i u korespodentnim slojevima
• Model OSI u mrežnom sloju podržava
komunikaciju sa i bez uspostavljanja direktne
veze, dok TCP/IP podržava samo bez
uspostavljanja direktne veze
Poređenje OSI i TCP/IP 5
• Obrnuto, u transportnom sloju, OSI podržava
samo komunikaciju sa uspostavljanjem direktne
veze, dok TCP/IP podržava komunikaciju i sa
direktnom vezom preko TCP-a i bez direktne
veze preko UDP-a
Nedostaci OSI modela
• Uprkos dominantnoj koncepciji modela, OSI
model se skoro i ne koristi
• TCP/IP je uprkos svemu dominantan
• Razlozi za to:
• Loša sinhronizacija – loš trenutak
Loša tehnologija
• Protokoli sa nedostacima
• Previše slojeva – usluge loše raspoređene –
slojevi sesije i prezentacije prazni a ostali
pretrpani
• Model je veoma složen, težak za
implementaciju
• Ponavljanje funkcija u više slojeva – adresiranje
i korekcija grešaka
• Efikasnije je ako se te funkcije preraspodele
adresiranje u nižim slojevima a korekcija
grešaka u višim
Loša realizacija
• Prve implementacije OSI modela nisu bile
uspešne
• Prva implementacija TCP/IP u Berkley UNIX-u
je bila besplatna i dobro prihvaćena, prvo u
akademskom okruženju pa onda i šire
• Krug korisnika TCP/IP je vremenom rastao, što
je samo po sebi potiskivalo sve ostalo, pa i OSI
model
Loša politika
• OSI standard je u poređenju sa TCP/IP delovao
kao inferioran model koji je imao podršku vlade
i Evropskih država
• To je podsećalo na zvanične (pogrešne) izjave
sa visokog nivoa o programskim jezicima
budućnosti (PL/1 i Ada)
• Tako se smatralo i da je OSI model loš
Loše strane TCP/IP-a
• Ne razlikuje jasno koncepte usluga, interfejsa i
protokola
• TCP/IP nije koristan za projektovanje mreža sa
novim tehnologijama
• Bluetooth kao novija tehnologija se ne uklapa u
TCP/IP
• Sloj između mrežnog sloja i fizičkog prenosnika
je zamenjen sa interfejsom, a fizički i sloj veze
podataka se i ne spominju
• Neki protokoli su zastareli – Telnet ali se i dalje
koriste
Rezime OSI – TCP/IP
• OSI model koristan za opšta razmatranja
računarskih mreža
• OSI se retko koristi
• TCP/IP je loš model, ali se koristi svuda
Primeri mreža
• Internet
• X.25
• ATM
Mreže sa uspostavljanjem direktne
veze
• Telefonske kompanije najviše zastupaju takve
mreže
• Pre uspostavljanja komunikacije se formira
veza preko koje se vrši prenos podataka
• Svi podaci idu istim putem
• Ako nešto otkaže na putu podataka, neki
switch, veza se prekida
• Veza se prekida normalno tek po završetku
komunikacije
Zašto se koriste direktne veze?
• Kvalitet usluge
– Resursi mreže se unapred rezervišu
– Garantovan je redosled isporuke paketa
– Ravnomeran prenos paketa
– Pogodno za audio i video prenosa
• Naplata po vremenu korišćenja
X.25 mreža sa direktnom vezom
• Javna mreža
• 70 tih godina, telefonske kompanije imaju
monopol
• Paketi su jednostavni i mali
• Korišćene su 10-ak godina
• 80 – tih Frame Relay mreže zamenjuju X.25
• FR – sa direktnom vezom, očuvan redosled
paketa bez korekcije grešaka
• Korekcija grešaka može da se obezbedi
naknadno u višem sloju
ATM - Asyncronous Transfer Mode
• Uvodi se 90 – tih, sa namerom da integriše
SVE vidove komunikacija
• Koriste je telefonske centrale interno
• Veze koje se uspostavljaju zovu se virtuelna
kola – virtual circuits, analogno fizičkim kolima
kod telefonske veze
• Trajna virtuelna kola – permanent virtual circuits
– iznajmljene linije za trajno povezivanje
računara
• Svaka veza ima identifikator koji je određuje
Virtuelno kolo
ATM paketi - ćelije
•
•
•
•
Identifikator veze u zaglavlju
Usmerivači koriste identifikator za umeravanje paketa
Male ćelije sprečavaju zagušenje
Brzo hardversko usmeravanje paketa i kopiranje na
više veza po potrebi pri emitovanju
• Garantovan redosled ali ne i isporuka ćelija
• Brzina prenosa od 155 Mb/s (HD TV) do 622 Mb/s 4
kanala HD TV
ATM referentni model
ATM slojevi
• Fizički sloj može da bude električni, optički ali i
da koristi neke druge mreže – ne zavisi od
prenosnog medijuma
• ATM sloj prenosi ćelije, uspostavlja i raskida
virtuelna kola, upravlja zagušenjima na mreži
• Sloj za adaptaciju omogućava da aplikacije
koriste ćelije posredno za prenos
• Korisnički segment prenosi podatke, upravlja
tokom, koriguje greške, upravlja vezom
Ethernet mreža
• Ethernet – lokalna mreža
• Ideja za Ethernet počinje na Havajima za
uspostavljanje radio veze
• Nastaje ALOHANET
• Ethernet nastaje iz koncepcije ALOHANET-a u
XEROX-u
• Naziv je po etru, fiktivnom prenosniku e.m.t.
• Prenosni medijum je koaksijalni kabl na koji se
paralelno priključuju računari
• DEC, Intel i XEROX standard 10Mb/s DIX 1978
• DIX 1988 -> IEEE 802.3,
• Bob Metcalf osniva 3Com za NIC kartice
Prvobitni Ethernet
Dalji razvoj Ethernet-a
•
•
•
•
•
Povećanje brzine 100 Mb/s, 1Gb/s, 10 Gb/s
Neke druge lokalne mreže
Token bus IEEE 802.4 – General Motors
Token ring IEEE 802.5 – IBM
Token – žeton se koristi za razrešavanje
konflikta – istovremeno emitovanje poruke na
dva računara
• Od ovih mreža, danas se praktično koristi samo
Ethernet
Bežični LAN 802.11 ili WiFi
• Kompatibilan sa Ethernet-om iznad sloja veze
podataka
• Isti tretman IP paketa u obe mreže
Specifičnosti bežičnog LAN-a
• Teže razrešavanje konflikta nego na kablu
Specifičnosti bežičnog LAN-a 2
• Problem sa reflektovanjem e.m.t od prepreka
pri čemu nastaje interferencija koja može da
oslabi signal
• Kada se računar prenese u drugu bežičnu
mrežu, okruženje se menja
Brzina bežičnog LAN-a
• 1997 802.11 1 – 2 Mb/s
• 1999 802.11a do 54 Mb/s
•
802.11b do 11Mb/s
• 802.11 g – kombinacija a i b standarda
• Internet svuda