Računarske mreže i mrežne tehnologije Nastavnik doc

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, 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?

P 2 P 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 • 10 Mb/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

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 • 1 g • 2 g • 3 g

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 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 -0 D-61 -30 -F 9 -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 10 Mb/s DIX 1978 • DIX 1988 -> IEEE 802. 3, • Bob Metcalf osniva 3 Com za NIC kartice

Prvobitni Ethernet

Dalji razvoj Ethernet-a • • • Povećanje brzine 100 Mb/s, 1 Gb/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 Wi. Fi • 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. 11 a do 54 Mb/s • 802. 11 b do 11 Mb/s • 802. 11 g – kombinacija a i b standarda • Internet svuda