1

1 RAZVOJ PRIJENOSA PODATAKA

Od poĉetka poznate povijesti ĉovjeĉanstva, opstanak i napredak društvenih zajednica ovisio je o mogućnosti razmjene informacija izmeĊu meĊusobno udaljenih skupina ljudi. Jedino su se njihovom brzom i pravodobnom dostavom mogle koordinirati aktivnosti na korist cjelokupne zajednice. Sadrţaj informacije i sredstva za prijenos podataka razvijala su se u skladu s općim društvenim razvojem. Smatramo da razvoj telekomunikacija zapoĉinje korištenjem elektriĉne energije u prijenosu informacija, odnosno pojavom telegrafa i telefona.

Telegraf je izumljen u prvoj polovici 19. stoljeća. Podaci su prenošeni jednoţilnim vodovima (zemlja se koristila kao povratni vodiĉ), u obliku duţih i kraćih strujnih impulsa. Od njih su formirani znakovi Morse-ovog koda, koji su bili emitirani ruĉno pomoć u tipkala. Na prijemnoj strani korišteni su pisaći na traku, ĉiji se ispis sastojao od toĉkica i crtica. Krajem 19. stoljeća otkrivena je mogućnost beţiĉnog prijenosa, putem radio valova. Tu su toĉkice i crtice predstavljane duljim i kraćim periodom emitiranja radio predajnika. Takva vrsta prijenosa naziva se radiotelegrafija. Signale primaju izvjeţbani operateri - radiotelegrafisti na sluh. Radiotelegrafija je danas od malog komercijalnog znaĉaja, jer je skupa i ostvaruje

mali kapacitet kanala. Koristi se u vojne svrhe kada zbog ometanja drugi sustavi prijenosa podataka nisu upotrebljivi.

Za prijenos govora znaĉajan je izum telefona u drugoj polovici 19. stoljeća. Karakterizira ga pretvorba zvuĉnog signala u elektriĉni (mikrofon) i elektriĉnog u zvuĉni (slušalica).

2

Grafitni mikrofon zvuĉne titraje pretvara u promjenjivu impedanciju, te na liniji dolazi do promjene strujnog nivoa u ritmu promjene zvuĉnog tlaka. U slušalici se ta promjena na liniji ponovo pretvara u zvuk.

Jednostavnost upotrebe uvjetovala je mnogo brţi razvoj mreţa za prijenos govora (telefonskih) od mreţa za prijenos podataka (telegrafskih). Prve mreţe za prijenos govora su podrţavale vezu “svatko sa svakim” Struktura potpuno povezanog grafa (isprepletena mreţa) je vrlo brzo napuštena, jer je bila ekonomski neopravdana. Prešlo se na sustav s prospajanjem (komutacijom) kanala, (slika desno).

Svaki korisnik je vezan na komutacijsko ĉvorište (telefonsku centralu), a veza se uspostavlja na njegov zahtjev. To ĉini zvjezdastu pretplatniĉku (pristupnu) mreţu. Karakteristiĉno je da je pretplatniĉki vod vrlo malo iskorišten, ali to je neizbjeţno. Telefonske centrale su meĊusobno spojene, pa korisnik moţe zahtijevati vezu s korisnikom na istoj ili na nekoj drugoj centrali.

Prospajanjem se uspostavlja dvosmjerni fiziĉki komunikacijski kanal meĊu uĉesnicima. Kanal im stoji na raspolaganju do raskida, uz naplatu prema vremenu korištenja. Ovakav fiziĉki kanal ima minimalno kašnjenje neophodno za razgovor u stvarnom vremenu. Mreţe meĊu centralama su kombinacija hijerarhijskog sustava s topologijom stabla i mreţe povezanog grafa. Skupi kanali meĊu udaljenim centralama na raspolaganju su svim korisnicima. Broj kanala izmeĊu dvije centrale je kompromis izmeĊu cijene usluge i potreba korisnika u periodima vršnog prometa. "Glavni prometni sat" je sat u toku dana s najvećim prometom. U samom poĉetku se prospajanje obavljalo ruĉno, a s vremenom su se razvijale automatske telefonske

centrale. Dijelovi centrale koji obavljaju prospajanje razvijali su se od elektromehaniĉkih (koraĉni releji, relejni automati) preko elektroniĉkih do mikroprocesorskih. Broj tih ureĊaja je opet kompromis izmeĊu cijene usluge i potrebe korisnika u periodima vršnog prometa. Takvi kompromisi se pojavljuju na bezbroj mjesta u telekomunikacijskim mreţama. Radi se o sustavima s posluţivanjem (npr. sustav koji prospaja telefonski kanal meĊu uĉesnicima), kod kojih zahtjevi stiţu nenajavljeni kao dolazni promet s nekim statistiĉkim svojstvima, a posluţuju se npr. redom kojim su pristigli. Ako u kratkom vremenu stigne više zahtjeva nego što sustav moţe posluţiti, stvara se red ĉekanja.

Prvi telefonski kanali bili su zapravo fiziĉki vodovi, kao zraĉni vodovi ili upletene parice telefonskog kabela. Pretplatniĉke mreţe su i danas dominantno izgraĊene na tom principu. MeĊutim, skupe veze na velike udaljenosti (meĊugradske) morale su bolje iskoristiti informacijski kapacitet voda.

3

Kako je informacijski volumen na nekoj trasi: V = 2B D T n [bita]

B = širina pojasa u Hz, a 2B je onda mogućnost prijenosa broja signalnih elemenata u sekundi

Najgori mogući sluĉaj koji traţi najvišu frekvenciju u prijenosu, jest kada se naizmjeniĉno izmjenjuju 0 i 1. Vidimo da uz sinusoidalnu aproksimaciju to zadovoljava uz 2 simbola (bita) po periodi. Stoga je mogućnost prijenosa 2B simbola u sec. D = dinamika (ovisna o odnosu signala i šuma) kao broj bita po signalnom elementu Umjesto dvo-razinskog kodiranja (npr. Ima/nema napona), moguće je koristiti više razina, kako bi se sa jednim

simbolom (polu-periodom) kodiralo više bita. Tako npr. Sa 8 razina moţemo kodirati 3 bita, sa 16 – 4 itd. Time smo povećali propusnost za 3, odnosno 4 puta.

MeĊutim, prolaskom kroz kanal signalu se pribraja i šum na kanalu, te šum na kanalu ograniĉava max. broj razina koji se moţe koristiti, a bez gubitka informacije. T = vrijeme raspoloţivosti sustava (koji je podloţan kvarovima) n = broj paralelnih istovrsnih vodova na trasi

Kako su kanali na velikim udaljenostima skupi, potrebno ih je maximalno iskoristiti po svakoj dimenziji (frekvencijski opseg B, dinamika D, vrijeme T, prostor n). Za prijenos govora dovoljna je širina pojasa od oko 3 kHz, od 300 do 3300 Hz. Fiziĉki vodovi od metalnih vodiĉa imaju daleko širi upotrebljivi frekvencijski opseg B, ĉak i na velikim udaljenostima, pa je moguće istovremeno prenositi više govornih signala. Dva su osnovna naĉina kako osnovni kanal podijeliti na više logiĉkih kanala. To su: Sustavi s podjelom frekvencije (FDM, Frequency Domain Multiplexing) ostvareni su analognom tehnologijom.

- Druga, bolja mogućnost je slanje signala velikom brzinom, uz podjelu kapaciteta kanala po vremenu. Takvi sustavi s podjelom vremena (TDM, Time Domain Multiplexing) ostvareni su

digitalnom tehnologijom. Digitalizacija prijenosnih (transmisijskih) sustava otvorila je put

4

digitalizaciji telefonskih centrala. U današnjim mreţama veze meĊu centralama su dominantno digitalne, same centrale su preteţno digitalne, a nazire se i digitalizacija pretplatniĉkih vodova, koji su još uvijek preteţito analogni.

Digitalizacija se postiţe uzimanjem dovoljne gustoće uzoraka signala u jedinici vremena. Veća preciznost

uzimanja vrijednosti signala znaĉi i veću propusnost za digitalizirani signal. Npr. upotrebom 16 bita (65 535 razina) umjesto 8 bita (256 razina) znaĉi dvostruku širinu kanala za prijenos informacije. Isto tako što je veća frekvencija signala koji digitaliziramo, potrebna je i veća uĉestalost uzimanja uzoraka, te samim tim opet i širina pojasa za prijenos. N digitaliziranih kanala se šalje na izlazni kanal koji mora imati N x veću propusnost od svakog digitaliziranog kanala pojedinaĉno. Uzorci se šalju multipleksiranjem jedan za drugim, te se na prijemnoj strani obrnutim redoslijedno uzimaju i “grade” pojedinaĉni kanali u prijemu. Znaĉaj razvoja telefonskih mreţa za prijenos podataka je dvojak. Prvo, kanali telefonskih

(telekomunikacijskih) mreţa se vrlo ĉesto koriste u izgradnji mreţa za prijenos podataka (zakupljeni kanali), dok su vlastiti kapaciteti vrlo rijetki. Drugo, pretplatniĉke mreţe se dominantno koriste za pristup javnim mreţama za prijenos podataka. Prva mreţa za prijenos podataka napravljena je poĉetkom 20. stoljeća, za što je znaĉajnu ulogu imao izum elektriĉnog pisaćeg stroja. Ideja je bila povezati dva elektriĉna pisaća stroja, tako da se tipka na jednom, a tekst ispisuje na drugom stroju. U svezi s tim se pojavio problem kodiranja i problem pretvorbe paralelnog prijenosa u serijski.

Kod paralelnog je nekodiranog prijenosa za prijenos 26 znakova bilo potrebno 26 ţiĉanih vodova, što je skupo i nepraktiĉno, posebno na velike udaljenosti (a). Od 226

kodnih rijeĉi koristi se svega 26.

Kodiranjem 25=32 svaki od 26 simbola predstavljen je jednom kodnom rijeĉi duljine 5 bita (b). Tako se

26 vodova svelo na 5 (kod starijih sustava uvijek je korištena zemlja kao povratni vodiĉ).

5

PrevoĊenjem paralelnog prijenosa u serijski ostvario se je prijenos jednoţilnim vodom, kao kod Morse-ove telegrafije (c). Tada se pojavio novi problem, potreba za sinkroniziranjem prijemnog i predajnog ureĊaja. To je riješeno uvoĊenjem pokretaĉko - zaustavnog (start - stop) sustava. Kod takvog prijenosa,

kojeg nazivamo asinkronim prijenosom, prije kodne rijeĉi šalje se strujni (pokretaĉki) impuls, nakon toga pet do osam informacijskih impulsa koji mogu biti strujni ili bestrujni, te na kraju jedan bestrujni (zaustavni) impuls.

Start/stop impuls sluţe za sinkronizaciju vremena prijemnika i predajnika. Brzina slanja i primanja mora biti jednaka i definira se prije uspostave prijenosa. 5 – 8 bita se lako sinkroniziraju uz poznate brzine prijenosa/trajanja signala. Bez start/stop bita postojala bi opasnost da kod dugog niza 0 ili 1 prijemnik/predajnik izgube sinkronizaciju. Asinkroni prijenos je pogodan za male brzine prijenosa, dok kod velikih dolazi do problema sa mjerenjem duljine vrlo kratkog signala, te se za velike brzine ne koristi.

Uskoro su se razvile javne telegrafske, tzv. teleks mreţe. Prospajanje kanala obavljalo se je posredstvom telegrafskih centrala. Drţave su obvezale svoje poštanske organizacije da se teleks mreţom obavlja automatska identifikacija pošiljaoca, pa su telegrami imali vrijednost originalnog dokumenta. Standardizirani su naĉin kodiranja, iznosi struja i napona na liniji, te brzina prijenosa. Da bi se izbjeglo tipkanje za vrijeme prijenosa, teleprinteri su snabdjeveni ĉitaĉima i bušaĉima papirnatih traka (svojevrsna vanjska memorija). Tako je omogućeno slanje ranije pripremljenog teksta maksimalnom brzinom i bez pogrješki. Razlikujemo europski i ameriĉki standard za teleks mreţe:

Standard Brzina Kod Bita/znaku Zaustavni bit

Europski 50 b/s CCITT No2 5 1,5

Ameriĉki 1 1 0 b / s C C I T T N o 5 ( A S C I I ) 7 1

Slijedeći korak je bio razvoj telegrafskih centrala s memorijom. Izvorno korištene kod prevoĊenja s europskog na ameriĉki sustav, ubrzo su preuzele funkciju prosljeĊivanja poruka. Telegram se je mogao poslati iako je primalac bio zauzet. Tako je ostvarena mreţa s prospajanjem poruka, koja po potrebi obavlja prevoĊenje s europskog na ameriĉki standard i obrnuto. Krajem 20. stoljeća a teleks mreţe gube na vaţnosti i polako izumiru jer ih je istisnuo daleko fleksibilniji sustav telefaks poruka. Osnovne su mu prednosti u mogućnosti prijenosa slikovnih informacija, te u korištenju telefonske mreţe koja je daleko rasprostranjenija od telegrafske. Problem izvornosti dokumenta rješava se slanjem originala poštom.

Telegrafske mreţe su rijetko koristile vlastite komunikacijske kanale. Najĉešće su korišteni postojeći kanali telefonske mreţe. To je najraniji primjer integracije sustava za prijenos podataka i govora. Da bi se efikasnije iskoristio kapacitet telefonskog kanala, napravljeni su ureĊaji koji omogućuju prijenos više telegrafskih kanala jednim telefonskim. Naime, telegrafski kanal brzine 50 b/s zahtijeva u praksi širinu propusnog opsega od oko 120 Hz. Stoga je moguće telefonski kanal s širinom frekvencijskog opsega od oko 3000 Hz iskoristiti za prijenos 24 telegrafska kanala. To se postiţe podjelom po frekvenciji (FDM) korištenjem tzv. ureĊaja sa signalima nosivih frekvencija (UNF). U praksi su se koristila dva rješenja, prijenos 24 telegrafska kanala, ili prijenos jednog reduciranog telefonskog kanala širine oko 2000 Hz i 8

telegrafskih kanala jednim telefonskim.

6

Do pojave raĉunala, mreţe za prijenos podataka i mreţe za prijenos govora su se razvijale na principu

prospajanja kanala, s iznimkom prospajanja poruka u teleks mreţi. To znaĉi da je sustavom telefonskih ili telegrafskih centrala komunikacijski kanal uspostavljen s kraja na kraj mreţe, ĉime je stalno zauzet odgovarajući komunikacijski kapacitet. Na korisniku je da raspoloţivi kapacitet efikasno iskoristi, pošto uspostavljeni kanal plaća bez obzira na njegovo korištenje.

2 RAZVOJ TERMINALSKIH MREŽA

Razvoj terminalskih mreţa kretao se je usporedo s razvojem digitalnih raĉunala, koja svoje korijene vuku iz ranijih mehaniĉkih i elektromehaniĉkih naprava. U prvoj polovini dvadesetog stoljeća elektromehaniĉki strojevi za obraĉunavanje (kalkulatori, IBM) korišteni su u knjigovodstvu velikih kompanija, da bi svoj uzlet doţivjeli za vrijeme drugog svjetskog rata kroz naprave za strojno šifriranje. Elektroniĉka digitalna raĉunala realizirana su vakumskim elektronskim cijevima (ĉetrdesete), diskretnim tranzistorima (pedesete)

te digitalnim integriranim krugovima (od šezdesetih godina dvadesetog stoljeća). U poĉetku se digitalnim raĉunalima komuniciralo posredstvom konzole s ţaruljicama i prekidaĉima. Na taj je naĉin operater upravljao sklopovljem raĉunala bez posredovanja upravljaĉkih programa. Osim konzole, ta su raĉunala imala ĉitaĉ bušenih kartica za unos korisnikovih programa i podataka, te linijski pisaĉ za ispis rezultata. Ĉitaĉ i pisaĉ formiraju terminal za unos zadaća (JE, Job Entry terminal).

Uskoro se ispostavilo da je konzola nefleksibilna, pa je svedena na najmanju moguć u mjeru (samo da se raĉunalo pokrene). Umjesto nje upotrijebljen je teleprinter, odnosno ameriĉki teletype, kao konzolni terminal, Raĉunala su mogla primati poruke sa teleprintera i slati poruke na teleprinter. To je bila prva mreţa: jedno raĉunalo s jednim terminalom. Koristio se 7-bitni ASCII kod, a IBM je razvio svoj EBCDIC

kod, kojega su koristila IBM-ova velika (mainframe) raĉunala.

7

Prva raĉunala mogla su obraĊivati jedan po jedan program, a dotle su korisnici ĉekali u redu sa bušenim karticama da bi njihovi podaci bili obraĊeni. Na taj naĉinn se stvarala “guţva” korisnika oko raĉunala, te je uskoro omogućen prihvat korisnikovih programa i podataka na disk raĉunala. Tu su oni ĉekali na obradu i ispis. Takav se rad naziva grupna obrada (engl. Batch Processing). Ona ne dozvoljava nikakvu komunikaciju s programom za vrijeme njegova izvoĊenja. Omogućavanje grupne obrade, ma koliko bilo

jednostavno, dovodi do razvoja prvih sloţenih kontrolnih programa za upravljanje raĉunalom, koja danas nazivamo "operacijskim sustavima" (engl. Operating Systems). Uskoro su ulazne i izlazne jedinice udaljene iz prostora u kojem se nalazilo samo raĉunalo s masovnom memorijom. Time je ostvarena daljinska grupna obrada (engl. Remote Batch Processing). Na raĉunalo je bilo prikljuĉeno više terminala za daljinski unos zadaća (RJE, Remote Job Entry terminal), povezanih lokalno ili preko telefonskih kanala uz uporabu modema. Već u ovoj ranoj fazi razvoja umreţavanja raĉunala pokazalo se je da telegrafski kanali nemaju dostatnu brzinu za potrebe prijenosa podataka u raĉunalnim mreţama.

Uskoro su banke zatraţile automatizaciju šalterskog poslovanja. Uveden je interaktivni naĉin rada, kod kojega raĉunalo u podjeli vremena obavlja prividno istovremeno više zadaća, tako da svaki korisnik ima

dojam kako raĉunalo sluţi samo njemu. Trebalo je sa više geografski razdvojenih mjesta ostvariti brz dohvat podataka, koji su bili smješteni na jednom centru (u sjedištu banke). Korisnici komuniciraju s raĉunalom posredstvom interaktivnih terminala. Na raĉunalo se povezuje već i broj terminala u tzv. terminalske mreţe.

U takvim mreţama terminali su prikljuĉeni lokalno, unutar zgrade u kojoj je smješteno raĉunalo,

8

ili daljinski, posredstvom telekomunikacijske mreţe. Na samom poĉetku korišteni su teleprinteri. Razvojem tehnologije su se pojavili ekranski (CRT, Cathode Ray Tube) terminali, koji su uvedeni u uporabu umjesto teleprintera. Interaktivni rad podrţan je sloţenim operacijskim sustavom raĉunala, koji omogućava prividno

istovremeno posluţivanje više zahtjeva korisnika - operatora. Zapravo se radi o podjeli kapaciteta raĉunala (procesora) u vremenu, a naĉin rada je višekorisniĉki i višezadaćni (engl. Multi-user, Multitasking). Za povezivanje ekranskih terminala, teleks mreţa je bila nedovoljnog kapaciteta, pa su i ovdje za prijenos podataka bili prikladniji telefonski kanali. Korišteni su stalni (iznajmljeni) telefonski kanali opremljeni ureĊajima za utiskivanje digitalne informacije u analogni telefonski kanal, modemima (skraćeno od MODulator-DEModulator). U praksi su se iznajmljeni telefonski kanali pokazali priliĉno skupima. Nastojalo se smanjiti troškove povezivanjem više terminala na isti telefonski kanal, što je ostvareno radom u podjeli vremena.

Za efikasan rad ekranskog terminala potreban je cijeli kapacitet kanala. Pri tome kod interaktivnog rada terminali velik dio vremena miruju, tako da se periodi intenzivne aktivnosti (ispis bloka podataka na ekranu) izmjenjuju sa dugaĉkim periodima neaktivnosti ili male aktivnosti (tipkanje operatera na tastaturi, ĉekanje na odaziv sustava, donošenje odluka). Povezivanje više terminala na isti telefonski kanal moguć e je uporabom koncepta statistiĉkog multipleksiranja. Za vrijeme neaktivnosti jednog terminala, drugi terminal moţe koristiti cjeloviti kapacitet kanala. To zahtijeva odreĊenu tehniĉku podršku kako terminali u pokušaju komuniciranja s raĉunalom ne bi smetali jedan drugome. U svezi s tim pojavila su se dva

koncepta povezivanja: jednospojno i višespojno. Kod jednospojnog povezivanja (engl. point-to-point), svaki terminal je vezan vlastitim vodom na raĉunalo (lokalno povezivanje) ili na komunikacijski procesor (daljinsko povezivanje). Komunikacijski procesor prihvaća podatke s terminala znak po znak istovremeno s tipkanjem, oblikuje ih u poruke terminala, te ih šalje raĉunalu koristeći jedan telefonski kanal. Obrnut postupak primjenjuje se za pristigle poruke raĉunala. Takvi se terminali zbog rada "znak po znak" zovu znakovno orijentirani (engl.

Character Oriented), ili znakovni terminali.

Kod višespojnog povezivanja (engl. multi-point, multi-drop), slika 1.9, više terminala je spojena

istom kanalu. Centralna stanica vrlo brzo proziva jedan terminale po jedan, a oni koji su spremni

šalju već pripremljene poruke. Postupak prozivanja moţe se i ovdje prenijeti na komunikacijski

procesor radi rasterećenja raĉunala. U suprotnom smjeru, centralna stanica (procesor ili

komunikacijski procesor) selektiraju odredišni terminal, te mu prenesu cjelovit blok podataka,

kojeg terminal ispisuje na ekranu. Takvi se terminali zbog rada "blok po blok " zovu blok-

orijentirani (engl. Block Oriented), ili blokovni terminali.

9

Terminali za jednospojno i višespojno povezivanje se meĊusobno razlikuju po unutrašnjoj

kompleksnosti. Znakovni terminali su izrazito jednostavni i Ĉesto se zovu neinteligentnim (engl.

Dumb) terminalima. Blokovni terminali raspolaţu sloţenim funkcijama lokalne pripreme bloka

podataka i sloţenim komunikacijskim funkcijama, najĉešće su realizirani primjenom

mikroraĉunala, i nazivaju se inteligentnim terminalima. Svaka poruka nosi identifikaciju sa kojeg

je terminala došla.

Kod korištenja telefonskih kanala za prijenos podataka, digitalni je signal trebalo nekim

modulacijskim postupkom prevesti u analogni signal spektra sukladnog propusnom opsegu

telefonskog kanala

.

UreĊaji za prijenos podataka nazivaju se MODEMI. Sastoje se od modulatora i demodulatora.

Povezuju raĉunalo ili terminal na telefonski kanal, te omogućavaju prijenos podataka telefonskim

kanalom.

3 RAZVOJ MREŽNIH ARHITEKTURA

Slijedeći korak u razvoju umreţavanja raĉunala ostvaren je povezivanjem više raĉunala. Zbog

rasta koliĉine podataka stalno se javljala potreba za povećanjem kapaciteta centralnog raĉunala,

što je postalo ekonomski neisplativo. Zato se javila potreba za distribucijom kapaciteta obrade

koja se postiţe umreţavanjem manjih raĉunala. Te su mreţe bile privatno vlasništvo i imale su

primitivne sigurnosne mehanizme, a pristup im je bio ograniĉen. Sedamdesetih godina 20.

stoljeća pojedini proizvoĊaĉi raĉunala i vladine organizacije razvijaju vlastite arhitekture

raĉunalnih mreţa:

· IBM - SNA

· DEC - DECNET

· DARPA - ARPANET, preteĉa Interneta

Pojava raĉunalnih mreţa prisilila je telekomunikacijske kompanije da ponude rješenja koja će

zadovoljiti korisnike raĉunala bolje nego teleks i telefonska mreţa. Javljaju se slijedeće javne

mreţe:

10

Mreţe s komutacijom kanala za sinkroni i asinkroni prijenos podataka po preporukama

X.20 i X.21;

Mreţe s komutacijom paketa X.25, od kojih se jedan dio razvija prema frame - relay

mreţama;

Integrirana digitalna mreţa (IDN, Integrated Digital Network), iz koje se razvija digitalna

mreţa integriranih usluga (ISDN, Integrated Services Digital Network). ISDN mreţa na

bazi komutiranih kanala kapaciteta 64 kb/s nije nudila dovoljan kapacitet za potrebe

prijenosa podataka i danas se koristi samo dio specifikacije u dijelu korisniĉke mreţe

(veza od korisnika do prvog ĉvorišta);

Razvijaju se digitalne pretplatniĉke (pristupne) mreţe velike brzine prijenosa (xDSL).

Kreće pokušaj razvoja širokopojasne B-ISDN (Broadband ISDN) mreţe, takoĊer s

komutacijom kanala varijabilnog kapaciteta N´ 64 kb/s. To se pokazalo vrlo

nefleksibilnim, pa je koncept napušten. Današnja B-ISDN mreţa zasniva se na tehnologiji

asinkronog naĉina prijenosa ATM,

Asynchronous Transfer Mode) koja koristi prospajanje paketa. ATM mreţom prenose se

kratki paketi - ćelije (stanice, engl. cell) duţine 53 okteta, i to 5 okteta zaglavlja koje

ukljuĉuje 1 oktet zaštite od pogreški, te 48 okteta podataka. Ćelije se mogu optimalno

komutirati sklopovskim strukturama. Takva veliĉina ćelije je kompromis izmeĊu

prijenosa većeg paketa (interesantno za prijenos podataka zbog manjeg opterećenja

ĉvorišta) i prijenosa oktet po oktet (interesantno za prijenos govora zbog minimalnog

poĉetnog kašnjenja). ATM mreţa se realizira optiĉkim vlaknima, sa standardnim

brzinama od 155 Mb/s, 625 Mb/s i 2,4 Gb/s. Za prikljuĉak korisnika koriste se i niţe

brzine od 2 Mb/s, 48/38 Mb/s i 155 Mb/s. ATM tehnologija je perspektivna jer

objedinjuje razliĉite vrste prometa, ali su potrebna visoka ulaganja. Stoga je izgradnja

globalne ATM mreţe upitna. Do tada, Internet će koristiti ATM kanale (sve rjeĊe) ili

vlastita rješenja neposrednog korištenja optiĉkih vlakana.

Razvoj javnih mreţa kretao se je u korist Interneta, tako da je danas Internet dominantna

mreţna arhitektura.

Metro-ethernet mreţa nastaje razvojem ethernet LAN tehnologije, te pronalazi svoju

primjenu u javnim mreţama. Mreţe su nastale na osnovi prospojnika i Virtualnih Lanova

(VLAN) te upotrebom optiĉkih suĉelja srednjeg i velikog dometa. U zadnje vrijeme se na

fiziĉkom sloju koristi DWDM i CWDM tehnologija, koja multipleksiranjem prometa

upotrebom razliĉitih valnih duljina umnogostruĉava propusnost optiĉkih vlakana.

ARPANET

ARPANET (slika 1.13) je mreţa ameriĉkih sveuĉilišta, koju je financiralo ameriĉko ministarstvo

obrane (DoD, Department of Defense) kroz svoju agenciju ARPA (Advanced Research Project

Agency). Znaĉaj ove mreţe je u tome da je iz nje potekao današnji Internet. Kod ARPA mreţe

korisnik je program ili proces koji se izvršava na raĉunalu.

11

Da bi se posao mogao odvijati na udaljenom raĉunalu i da bi se uspješno odrţavala veza izmeĊu

procesa na dva raĉunala, koriste se:

· OS (operating system) - operacijski sustav, nadograĊen s

· NCP (Network Control Program) - mreţni kontrolni program, ugraĊen u OS

· sklopovlje raĉunala

· IMP (Interface Message Processor) Ĉvorno, komunikacijsko raĉunalo

Arhitekturu ARPA mreţe karakterizira intuitivna podjela na razine koje odgovaraju fiziĉkim

dijelovima sustava (IMP, raĉunalo, OS).

INTERNET Sastoji se od 4 razine:

IP (Internet Protocol) protokol se koristi na mreţnoj razini da bi paket stigao od kraja do kraja

mreţe, a TCP (Transmission Control Protocol), odnosno UDP (User Datagram Protocol),

protokoli na prijenosnoj razini da bi paket stigao od korisnika do korisnika. Znaĉaj Interneta je u

vrlo prirodnoj mreţnoj arhitekturi. Ona se od ISO/OSI modela razlikuje u jednostavnom

sjedniĉkom sloju (dio prijenosnog), zbog ĉega se jednom vezom npr. TCP protokola prenosi

samo jedan cjeloviti dokument korisnika. Na korisniĉkoj (integrirana s predodţbenom) razini

Internet pruţa usluge interaktivnog dohvata podataka (WWW, World Wide Web), elektroniĉke

pošte (E-mail), prijenosa datoteka (FTP,File Transfer Protocol) i daljinskog terminalskog pristupa

raĉunalima (Telnet). Upravo je rano uvoĊenje upotrebljivih korisniĉkih usluga, a naroĉito Web-a

poĉetkom devedesetih dvadesetog stoljeća, doprinijelo svjetskom uspjehu Interneta.

ISO ARHITEKTURA

ISO/OSI (Open System Interconnection) arhitekturu standardizirala je meĊunarodna organizacija

za standarde ISO (International Standardization Organization). Osnovni nedostatak ove

arhitekture je u nepostojanju konkretnih standarda, naroĉito na korisniĉkoj razini. Zato se ova

arhitektura uglavnom koristi kao referentni model. Sastoji se od sedam razina:

12

· U procesima korisniĉkog sloja je ishodište i odredište svih podataka koji se razmjenjuju. Tu su

ukljuĉene i mreţne usluge, koje mreţa pruţa korisnicima.

· Predodţbeni sloj osigurava nesmetano prevoĊenje informacija s jednog formata na drugi,

najĉešće s formata standardnog za javnu mreţu na format upotrebljiv na krajnjem raĉunalu.

· Sjedniĉki sloj osigurava vezu meĊu procesima i nadzor nad ovlaštenjima i razmjenom podataka,

te obavlja sinkronizaciju po porukama korisnika.

· Prijenosni sloj osigurava vezu od korisnika do korisnika, pri tome se brinući najĉešće za

cjelovitost podataka korisnika, te o kontroli toka s kraja na kraj mreţe.

· Mreţni sloj osigurava prijenos podataka s kraja na kraj mreţe, ukljuĉujući usmjeravanje kroz

mreţu.

WEB posluţitelj

Tok1,tok2,............tok N

13

· Podatkovni sloj upravlja fiziĉkim; brine se o prijenosu od toĉke do toĉke unutar mreţe.

Najĉešće

ukljuĉuje detekciju pogrješki nastalih na fiziĉkom sloju.

· Fiziĉki sloj posjeduje mehaniĉka, elektriĉna i funkcionalna sredstva za prijenos podataka, a kod

korištenja komutirane telefonske mreţe obavlja uspostavu, odrţavanje i raskidanje fiziĉkog

kanala.

4 OPĆA SVOJSTVA RAČUNALNIH MREŽA

Raĉunalne mreţe moţemo podijeliti prema elementima, topologiji, naĉinu korištenja usluge,

vlasništvu i obuhvatu podruĉja.

Sistematizacija mreţa prema elementima i topologiji

MREŢE TERMINALA - osiguravaju vezu centralnog raĉunala i njegovih terminala. Ovaj

koncept je vezan za tzv. velika raĉunala. Sva obrada se obavlja na raĉunalu, a terminal sluţi za

interakciju s operaterom.

14

IB M

· MREŢE RAĈUNALA - Ĉvorovi ove mreţe su raĉunala koja primaju poruke, usmjeravaju ih na

odredište, skupljaju i izdaju podatke o stanju i uporabi mreţe, itd. Svako raĉunalo uz sebe moţe

imati mreţu terminala. U novije vrijeme razlika izmeĊu mreţama raĉunala i terminala postaje sve

manja. Naime, osobna se raĉunala sve ĉešće koriste kao terminali, pa se uvoĊenjem novih

funkcija podjela polako gubi.

Podjela mreţa prema topologiji

zvjezdasta mreţa - karakterizirana je prolazom cjelokupnog prometa kroz jedan ĉvor, koji moţe

biti glavno raĉunalo sustava. Razmjena podataka meĊu terminalima moguća je samo kroz glavno

raĉunalo. Upravljanje prometom je jednostavno, ali kvar glavnog raĉunala znaĉi prekid

komunikacije.

stablasta mreţa - moţe se smatrati hijerarhijskom vezom više zvjezdastih mreţa, koje zovemo

podmreţama. Terminal moţe komunicirati unutar vlastite podmreţe, a traţiti vezu s drugim

podmreţama preko nadreĊene razine. prstenasta mreţa - svako raĉunalo je spojeno na dva

susjedna. U sluĉaju prekida jednog kanala, postoji mogućnost prijenosa podataka obilaznim

putem.

sabirnička mreţa - ostvarena je višespojnim povezivanjem. Nema središnjeg ĉvora, pa

upravljanje moţe biti distribuirano. Zbog toga postoji mogućnost sudara poruka. U tom sluĉaju

ĉvor ĉeka neko sluĉajno odabrano vrijeme i zatim ponovo šalje poruku.

15

isprepletena mreţa - ostvaruje se povezivanjem svakoga sa svakim. Neekonomiĉna je za

terminalske i druge mreţe s malim iskorištenjem, ali moţe biti interesantna za mreţe raĉunala i

za velike javne mreţe.

mreţa općenite (mješovite) topologije, nastaje kombinacijom elementarnih topologija prema

potrebama korisnika.

Sistematizacija mreţa prema uslugama, vlasništvu i području

Podjela mreţa prema naĉinu korištenja usluga:

· Mreţa korisnik-posluţitelj (client-server), je mreţa s posluţiteljima.

Posluţitelj daje uslugu raĉunalu korisnika, najĉešće kroz korištenje nekog resursa. Dio se poslova

obavlja na korisniĉkom raĉunalu, na kojem se odvija korisniĉki program. Za razliku od mreţa s

neinteligentnim terminalima, na ovaj se naĉin smanjuje opterećenje centralnog raĉunala -

posluţitelja.

ClientServer

· Mreţe s ravnopravnim uĉesnicima (engl. peer-to-peer), razvile su se zbog bolje kooperacije

suradnika u timu. Svako raĉunalo na mreţi istovremeno je i korisnik i posluţitelj, tj. izvršava i

korisniĉki i posluţiteljski dio programske podrške.

· Mreţe s distribuiranom obradom razvijaju se umjesto velikih centralnih raĉunala. Mogu biti dio

mreţe korisnik-posluţitelj ili mreţe s ravnopravnim uĉesnicima. Npr. kod mreţe korisnik-

posluţitelj, mreţa raĉunala obavlja funkcije posluţitelja M re ž a s e rv e ra

C lie n t

16

Podjela mreţa prema vlasništvu · Kod privatnih mreţa - vlasnik (korisnik) samostalno upravlja mreţom prema vlastitim

potrebama, tj. elementi mreţe su u najmu ili vlasništvu pravne osobe, koja ujedno upravlja tom

mreţom.

· Kod javnih mreţa - vlasnik na komercijalnoj osnovi pruţa uslugu prijenosa podataka drugima,

te upravlja mreţom kako bi optimalno iskoristio instalirane kapacitete, a pri tome korisnicima

pruţio maksimalnu kakvoću usluge. Kroz nekoliko primjera javnih mreţa prikazat ć emo njihov

razvoj:

ADSL, Asymmetrical Digital Subscriber Loop) za stalnu vezu s Internetom.

Metro_Ethernet mreţe

IP-Privatna mreţa je IP mreţa po uzoru na Internet za srednje i velike tvrtke zatvorenog

tipa. Za razliku od Javne mreţe ovdje se koriste privatne adrese, te je promet izoliran od

odtatka mreţe.

Javne paketne preţe, npr. X.25 (HT CroPac), izgraĊene su s namjerom pruţanja usluge

prijenosa podataka. Nedostatak korisniĉkih usluga ograniĉio je njihovo širenje, a pojavom

Interneta polako gube na znaĉenju.

Internet - danas je jedina globalna mreţa za prijenos podataka, koja umreţava milijune

raĉunala i pokriva cijeli svijet. Organizirana je kao mreţa svih mreţa. Nema vlasnika ni

centralizirano upravljanje, osim velikih neprofitnih organizacija za poslove

administracije. Svojom tehnologijom zadovoljava korisnike i dovoljno je jeftina za

masovnu upotrebu. Prednost joj je u dobro definiranim mreţnim uslugama, kao što su

WWW, elektronska pošta, prijenos datoteka (FTP) i terminalski pristup raĉunalima

(TELNET).

Podjela mreţa prema obuhvatu područja

· Lokalne mreţe (LAN, Local Area Network) povezuju raĉunala unutar jedne prostorije ili

zgrade, te tvorniĉkog kruga ili sveuĉilišnog kruga (kampusa). Karakterizira ih velika brzina

prijenosa i malo kašnjenje. Dominantna tehnologija je Ethernet, a danas je ona stablaste

topopogije kao lan, ili Prstenaste (pod odreĊenim uvjetima) kao WAN

· Gradske mreţe (MAN, Metropolitan Area Network) povezuju raĉunala na jednom manjem

teritoriju, npr. na podruĉju većeg grada. To su uglavnom javne mreţe koje velikom broju

korisnika omoguć avaju pristup Internetu. Grade se korištenjem tehnologija pretplatniĉkih i

globalnih mreţa, te dvosmjernih (interaktivnih) sustava kabelske televizije, a danas je sve ĉešće

to i tehnologija lokalnih mreţa(DWDM i Ethernet) .

17

· Globalne mreţe (WAN, Wide Area Network). Povezuju raĉunala razmještena na velikim

udaljenostima, reda veliĉine 100 i više km, i na velikom teritoriju, jedne ili više drţava, koje ne

moraju biti na istom kontinentu. To su javne mreţe izgraĊene telekomunikacijskom

tehnologijom, ranije koristeći PCM sustave telefonske mreţe, a danas optiĉka vlakna i ATM

tehnologiju,.

Karakterizira ih srednja do velika (ATM , Gethernet i TenGigaEtgernet)

VRSTE PROSPAJANJA (KOMUTACIJE) Komutacija ili prospajanje je postupak kojim se informacija korisnika prenosi s kraja na kraj

mreţe. Razlikujemo prospajanje kanala, poruka i paketa.

Prospajanje kanala. Najviše se koristi u telefonskim mreţama. U komutacijskom centru

(telefonska centrala) vodovi se povezuju tako da se uspostavi cjelovit komunikacijski kanal s

kraja na kraj mreţe. Korisnicima je tada na raspolaganju Ĉitav kapacitet kanala, bez obzira da li

ga oni u tom ĉasu koriste ili ne. Drugi korisnici ne mogu raspolagati tim kapacitetom. Kada

korisnici to odluĉe, veza se raskida, spojni putovi se oslobaĊaju, a nove veze mogu koristiti

osloboĊene kapacitete. Ako je pozvani uĉesnik zauzet, ili ako je zauzet neki od spojnih putova do

njega, uĉesnik koji poziva mora ponavljati poziv tako dugo, dok se ne oslobodi spojni put, ĉime

se gubi vrijeme na uspostavljanje veze. Ĉesti ponovljeni pozivi opterećuju telefonsku centralu.

1

50

1

1

100

1 2 3

4 5 6

7 8 9

* 8 #

1 2 3

4 5 6

7 8 9

* 8 #

1 2 3

4 5 6

7 8 9

* 8 #

Odbijen poziv1 2 3

4 5 6

7 8 9

* 8 #

Kada se veza jednom uspostavi, vrijeme kašnjenja naĉelno je jednako vremenu prostiranja

(propagacije) na kanalima, jer je veza direktna. Ipak, kod sloţenih telefonskih mreţa koje koriste

izvedene digitalne kanale, postoji i dodatno kašnjenje potrebno za analogno-digitalnu i digitalno

analognu pretvorbu, te za sinkronizaciju meĊu dijelovima mreţe. Ukupno malo kašnjenje, osim

kod satelitskih veza, pogodno je za govorne komunikacije. Komutacija kanala nije pogodna za

prijenos podataka zbog nedovoljne iskorištenosti kapaciteta kanala (kanal je na raspolaganju

18

samo izvornim uĉesnicima), te zbog dugaĉke i neizvjesne procedure prospajanja. Pojedini

korisnik na jednom prikljuĈku moţe ostvariti samo jednu vezu. Masovno se, meĊutim, koristi

telefonska mreţa s komutacijom kanala za pristup mreţama za prijenos podataka.

· Prospajanje poruka. Mreţe s prospajanjem poruka primaju poruke (koje mogu sadrţavati tekst

ili raĉunalne podatke) u komutacijskim ĉvorištima. Tu se poruke privremeno pohrane, a zatim

šalju dalje do odredišta na osnovu podataka koji se nalaze u zaglavlju poruke. IzmeĊu pošiljaoca

I primatelja se ne uspostavlja neposredna veza. Ĉvorište usmjerava poruke prema odredištu,

provjerava ispravnost prenesenog sadrţaja, te obavještava pošiljaoca o sudbini poruke. Kašnjenje

na mreţama s komutacijom poruka je veliko, pa nisu pogodne za prijenos govora. Ono se sastoji

od vremena prijenosa i vremena prostiranja na svim spojnim putovima do odredišta, uvećano za

vrijeme ĉekanja poruke u ĉvorovima,.Za sluĉaj kao na slici prvi kanal je velike brzine i malog

kašnjenja (lokalna mreţa), drugi srednje brzine i velikog kašnjenja (globalna mreţa), a treći je

male brzine i kašnjenja (lokalna modemska veza). Nagib prostorno-vremenske krivulje je

konstantan i odreĊuje brzinu prostiranja, blisku brzini svjetlosti.

Prijenos podataka prospajanjem poruka ima prednost pred prospajanjem kanala, jer ne postoji

potreba za uspostavom fiziĉkog puta izmeĊu pošiljaoca i primatelja. Poruke se primaju u centru

bez obzira da li su spojni vodovi do primatelja slobodni ili nisu. Danas se mreţe s prospajanjem

poruka ne grade kao samostalne mreţe, već se prijenos poruka pruţa kao jedna od usluga u

mreţama s prospajanjem paketa (npr. elektroniĉka pošta).

Prospajanje paketa. Poruke korisnika dijele se na pakete, koji se prenose kroz mreţu.

19

…………………………………………………….1 2 3 4 n

Kad paket doĊe u ĉvor, šalje se što je moguć e prije prema odredištu, kako bi kašnjenje bilo

minimalno. Razlikujemo usmjeravanje i prosljeĊivanje paketa, a prosljeĊivanje je moguće

organizirati na dva naĉina, prosljeĊivanjem pojedinaĉnih paketa ili korištenjem virtualnog kanala.

Usmjeravanjem Virtualnim kanalom

Algoritmima usmjeravanja odreĊuje se optimalni put paketa prema odredištu. Naţalost, ovi

algoritmi zahtijevaju veliku koliĉinu obrade, pa ih nije moguć e primijeniti na svaki pojedinaĉni

paket. Stoga se, korištenjem algoritama usmjeravanja, periodiĉki proraĉunavaju tablice

usmjeravanja, a pojedinaĉni paketi se prosljeĊuju na osnovu tih tablica.

Kod prosljeĊivanja svakog paketa zasebno, on u svome zaglavlju mora nositi globalnu adresu

odredišta. Teoretski svaki paket se moţe slati zasebnim putem, dok u praksi već ina paketa neke

veze ide istim putem, prema relativno stabilnim tablicama usmjeravanja. Mogućnost biranja

alternativnih putova osigurava visoku sigurnost dolaska paketa na odredište, ali moţe rezultirati

poremećenim redoslijedom isporuke paketa odredištu. Kod prosljeĊivanja korištenjem virtualnog

kanala, samo prvi paket veze nosi globalnu adresu odredišta. Prolaskom tog paketa i njegove

potvrde kroz mreţu uspostavlja se virtualni kanal, kao put kojim se prosljeĊuju svi ostali paketi te

veze. ProsljeĊivanje je vrlo jednostavno, a štedi se i na veliĉini zaglavlja, jer ostali paketi nose u

zaglavlju samo kratke indikatore virtualnog kanala. Sigurnost dolaska paketa na odredište je

smanjena, jer kvar na dijelu mreţe kojim prolazi virtualni kanal zahtjeva uspostavu novog

virtualnog kanala. Kašnjenje se kod mreţa s prospajanjem paketa sastoji od vremena predaje,

vremena prostiranja i vremena ĉekanja. MeĊutim, ovdje nije potrebno ĉekati prijem cjelokupne

poruke, već primljeni paket odmah prosljeĊujemo dalje. Time je ukupno vrijeme kašnjenja

poruke skraćeno u odnosu na kašnjenje kod mreţa s prospajanjem poruka.

20

Daleko vaţnija posljedica dijeljenja poruke na pakete je u poboljšanju podjele kapaciteta mreţe

meĊu korisnicima statistiĉkim multipleksiranjem. Kod prospajanja poruka, potrebno je ĉekati da

mreţa prenese sve poruke u redu ĉekanja. Kod prospajanja paketa, paketi raznih korisnika šalju

se naizmjeniĉno, pa je moguće mnogo pravednije zajedniĉko korištenje kapaciteta kanala. Osim

toga, kratki paketi su manje osjetljivi na pogrješke u prijenosu, a ponovno slanje (retransmisija)

oštećenog paketa je mnogo efikasnije od ponovnog slanja ĉitave poruke.

· ATM mreţe se razvijaju sa svrhom integracije prijenosa govora, multimedijskih signala i

podataka. ATM mreţa je zapravo mreţa s prospajanjem paketa, kod koje se poruke korisnika

dijele u male pakete fiksne duljine, nazvane ćelije ili stanice (engl. cell). Ćelije su dovoljno male

(53 okteta = 5 okteta zaglavlja, od Ĉega je 1 zaštite, + 48 okteta podataka) kako bi se prospajanje

moglo obavljati sklopovljem, te kako bi poĉetno kašnjenje bilo maleno, ĉime je omogućen

prijenos govora.

ELEMENTI RAČUNALNIH MREŢA Elementi od kojih gradimo raĉunalne mreţe su kanali, ĉvorišta i terminali. U samoj mreţi imamo

ĉvorišta, posebna raĉunala koja usmjeravaju podatke do odredišta, te kanale koji povezuju

ĉvorišta. Terminali su ureĊaji povezani na mreţu. Oni mogu biti raĉunala ili terminali u uţem

smislu.

KANALI

Podjela kanala prema vrsti fiziĉkog medija:

· Vodovi su strukture sastavljene od dvaju ili više vodiĉa, npr.

parica (UTP, Unshielded Twisted Pair) - sastoji se od dva prepletena vodiĉa. Koristi se za

pretplatniĉke telefonske mreţe (brzine do 50Mbit/sec), te kod lokalnih mreţa, npr.

21

Ethernet (10BaseT brzine 10 Mb/s, 100BaseTX brzine 100 Mb/s i 1000BaseT brzine

1000 Mb/s).

koaksijalni kabeli - sastoje se od centralnog vodiĉa i cilindriĉnog opleta, primjenjuju se

kod mreţa kabelske TV i Ethernet lokalne mreţe (10Base2 i 10Base5 brzine 10 Mb/s).

oklopljena parica (STP Shielded Twisted Pair, FTP Foil-shielded Twisted Pair) - sastoji

se od dva prepletena vodiĉa i cilindriĉnog opleta, koji moţe biti i folijski. Koristi se kod

novijih instalacija lokalnih mreţa, iako su prednosti prema UTP kabelu upitne.

twinax kabeli - sastoje se od dva centralna vodiĉa i cilindriĉnog opleta, primjenjuju se kod

prstenastih lokalnih mreţa, npr. IBM token-ring 16 Mb/s.

Optiĉki vodovi (svjetlovodi, optiĉka vlakna) su strukture od vodljive plastike kroz koje se

vodi svjetlosni signal. Imamo dvije vrste optiĉkih vodova:

o jednomodno optiĉko vlakno omogućava prolaz svjetlosti koja se lomi na samo

jedan naĉin. Karakterizira ga manje gušenje i već i doseg signala (oko 25 km), ali i

veća cijena vlakna, konektora i opreme (laserske diode). Koristi se za gradnju

telekomunikacijskih i WAN mreţa.

o višemodno optiĉko vlakno omogućava prolaz svjetlosti koja se lomi na više

naĉina. Karakterizira ga već e gušenje i manji doseg signala (oko 2 km), ali i

manja cijena vlakna, konektora i opreme (svjetlosne diode). Koristi se za gradnju

LAN mreţa. Koriste se kod optiĉke lokalne mreţe FDDI (Fiber Distributed Data

Interface, brzine 100 Mb/s),ATM korisniĉkih prikljuĉaka i mreţa (brzine 48/38

Mb/s, 155 Mb/s i 625 Mb/s) i Ethernet lokalne mreţe (100BaseFX brzine 100

Mb/s i 1000BaseLX brzine, 1000 Mb/s, 10GBASE-LX).

· Elektromagnetska zraĉenja imaju razliĉita svojstva ovisno o frekvenciji signala:

* infracrvena zraĉenja, koriste se za beţiĉno povezivanje unutar jedne prostorije (npr. beţiĉna

tastatura),

* radio kanali, koriste se za prijenos podataka na podruĉjima gdje nije izgraĊena telefonska

mreţa, kod beţiĉnih lokalnih mreţa (2,4 GHz) ili za mobilne komunikacije (npr. GSM),

* satelitske veze, koriste se kao medij za izgradnju telekomunikacijskih mreţa.

Vrste kanala po načinu korištenja medija

Kanal je spojni put kojim prenosimo podatke. Sastoji se od fiziĉkog medija i potrebne opreme da

bi prijenos podataka bio moguć . Razlikujemo osnovne i izvedene kanale.

22

· Osnovni kanal nastaje potpunim korištenjem kapaciteta fiziĉkog voda ili medija. Pri

tome je najĉešće obuhvaćena i istosmjerna komponenta spektra, pa govorimo o osnovnom

frekvencijskom podruĉju (baseband), od 0 do neke graniĉne frekvencije. Informacijski

volumen osnovnog kanala moţemo podijeliti na više korisnika, ĉime dobijemo izvedene

kanale.

· Izvedeni kanali nastaju podjelom informacijskog volumena osnovnih kanala. Pojedinom

korisniku se moţe fiksno dodijeliti dio kapaciteta osnovnog kanala u vremenu t (TDM,

Time Domain Multiplexing),

B

t ili dio njegovog frekvencijskog

opsega (FDM, Frequency Domain Multiplexing), ili kombinirano (kod beţiĉnih lokalnih

mreţa s preskakanjem frekvencija, FHSS), B

t

F D M

T D M

UreĊaji za podjelu po frekvenciji su vrlo nefleksibilni zbog nemogućnosti jednostavne promjene

frekvencije LC filtara. Fleksibilnija je podjela po vremenu (TDM)

Podjelu kanala po vremenu nazivamo vremensko multipleksiranje. Ono moţe biti fiksno i

statistiĉko.

Kod fiksnog multipleksiranja toĉno se zna koji je vremenski odsjeĉak predviĊen za terminal T1,

koji za terminal T2, itd. Dok traje odsjeĉak predviĊen za T1, T1 prenosi podatke, a kada to

vrijeme proĊe, T1 prekida rad i tada poĉinje raditi T2. Mana fiksnog multipleksiranja je u tome,

što je raspoloţivo vrijeme kanala izgubljeno ako ga terminal ne koristi (npr. trenutno nema

podataka za slanje). Npr. kod PCM sustava u osnovni okvir trajanja 125 ms multipleksiraju se 32

okteta kanala, tako da imamo 32x64 kb/s = 2,048 Mb/s (primarni PCM multipleks).

UreĊaj za fiksno multipleksiranje se naziva multiplekser. On promet sa više ulaznih medija

prebacuje na jedan izlazni medij Ĉiji je kapacitet fiksno podijeljen. Stoga ukupni kapacitet

izlaznog medija mora biti već i ili jednak zbroju kapaciteta ulaznih:

1

2

3

4

Multiplexer IZLAZ

1

2 3

4

s

p

r

e

m

n

i

k

i

ikkapacitet

Kod statistiĉkog multipleksiranja vremenski odsjeĉci nisu fiksno dodijeljeni. Stoga terminal T1

moţe koristiti vremenske odsjeĉke terminala T2 kad taj ne radi, i obrnuto. Dok jedan terminal

23

radi, drugi mora ĉekati. Situacija se poboljšava podjelom poruka na manje dijelove, blokove ili

pakete. UreĊaj za statistiĉko multipleksiranje se naziva se statistiĉki multiplekser. On promet sa

više ulaznih medija prebacuje na jedan izlazni medij ĉiji je kapacitet podijeljen prema potrebama

korisnika. Iako dugoroĉno ukupni promet mora biti manji ili jednak kapacitetu izlaznog medija,

aktivnom korisniku se privremeno dodjeljuje puni kapacitet medija. Stoga je kapacitet izlaznog

medija jednak kapacitetu pojedinaĉnog ulaznog medija:

1

2

3

4

Multiplexer

statističkiIZLAZ

1

2 3

4

Selekcija i zadržavanje prema

prioritetu korisnika ikkapacitet

Specifiĉna vrsta statistiĉkog multipleksiranja koristi se kod prospajanja kanala. Koncentrator

koristi povremenu aktivnost telefona sliĉno kao što statistiĉki multiplekser koristi povremenu

aktivnost terminala. Kapacitet izlaznog medija (npr. 5 telefonskih kanala) je znatno manji od

kapaciteta ulaznih medija (npr. 50 telefonskih kanala):

i

ikkapacitet

Koncentrator dodjeljuje izlazne kanale aktivnim telefonima po principu "tko prvi doĊe, prvi je

posluţen". Kad su svi izlazni kanali angaţirani, nova se veza ne moţe uspostaviti dok se neki od

kanala ne oslobodi raskidom postojeće veze.

Kapacitet kanala.

Na fiziĉkoj se razini raĉunarska mreţa izravno dodiruje sa prijenosnim medijem. To mogu biti

osnovni ili izvedeni kanali izgraĊeni za prijenos govora ili podataka. Sam prijenos moţe biti

analogan ili digitalan. Ĉesto se za prijenos podataka koriste telefonski kanali.

Kod stvarnih medija, kao što su vodovi, gušenje raste porastom frekvencije signala zbog porasta

gubitaka u izolaciji. Postoji neka gornja upotrebljiva frekvencija na kojoj je prijenos signala još

uvijek ekonomiĉan, pa smatramo da se vod ponaša kao niskopropusni filtar.

Signal koji je propušten kroz niskopropusni filtar širine frekvencijskog pojasa B, moţe se

potpuno obnoviti ako se naĉini 2B uzoraka u sekundi. To znaĉi da kanalom širine pojasa B

moţemo prenijeti 2B uzoraka, koje nazivamo signalnim simbolima ili signalnim elementima.

24

Kapacitet kanala se najĉešće izraţava u b/s (bita u sekundi), a za brzinu signalizacije jedinica je Bd (Baud, ĉita se

bod, simbola u sekundi). Ako se signal prenosi sa R diskretnih razina, vrijedi:

k = B× ldR

gdje je B* brzina signalizacije, izraţena u simbol/sekunda (Bd). Ako se signalnim elementom

prenosi 1 bit, numeriĉka vrijednost b/s i Bauda je ista. Najveći mogući kapacitet kanala širine

pojasa B iznosi:

k 2B(ldR) max = [b / s]

Ako se uzme telefonski kanal širine pojasa B = 3000 Hz (telefonski kanal), tada se uz dvorazinski

prijenos (R = 2) moţe postići najveći kapacitet:

k = 2 * 3000 * ld2 = 6000 [b / s]

Danas se koriste višerazinske modulacije. Za telefonski kanal brzina prijenosa ide do 33600 b/s

dvosmjerno, odnosno do 56000 b/s za lokalni telefonski prikljuĉak prema digitalnoj centrali.

Vaţan parametar kanala je kašnjenje Tp. Kod osnovnog kanala to je vrijeme propagacije

(prostiranja) definirano kao omjer udaljenosti i brzine prostiranja (oko 0,6c; c = brzina svjetlosti).

Kod izvedenih kanala moţe biti veće zbog Ĉekanja na paralelno-serijsku pretvorbu ili na

emitiranje signala.

Umnoţak kapaciteta i kašnjenja daje nam ukupni broj bita "uskladišten" na kanalu. Taj parametar

zove se BDP (Bandwidth Delay Product).

Vrste sinkronizacije Sinkronizacija se odnosi na prepoznavanje poĉetka i kraja prijenosa nekog elementa informacije.

Pri tome moramo raĉunati da se radi o prijenosu podataka meĊu ureĊajima koji su geografski

udaljeni, te proizvedeni od razliĉitih proizvoĊaĉa. Kanali mogu biti sinkroni i asinkroni.

Kod asinkronog prijenosa, podatak (znak) je “uokviren” sa pokretaĉkim (start) i zaustavnim

(stop) bitom. Startni bit je 0, strujni, nakon njega dolaze bitovi podatka, eventualno paritetni bit, a

onda jedan ili više stop bitova 1, bestrujni. Stanice koje ţele komunicirati moraju unaprijed

dogovoriti brzinu prijenosa, ali je zbog kratkoće poruke dozvoljeno nekoliko postotaka

odstupanja. Ovakav naĉin prijenosa istovremeno osigurava sinkronizaciju i po bitu i po oktetu

(znaku). Najĉešće se koriste formati s 8 bita, 8N1 (8 podatkovnih bez pariteta, 1 stop), i 7E1 (7

podatkovnih i parni paritet - Even, 1 stop bit).

25

Kod sinkronog prijenosa, osim samih podataka, kanalom se prenosi i takt signala. Time je

definiran trenutak uzorkovanja signalnog elementa, ali ne i poĉetak okteta (znaka). Sinkroni

prijenosa osigurava samo sinkronizaciju po bitu.

Načini prijenosa po smjeru Po smjeru prijenosa razlikujemo dvosmjerne, obosmjerne i jednosmjerne kanale. Dvosmjerni

kanal (duplex) omoguć ava istovremeni prijenos podataka u oba smjera.

Obosmjerni kanal (half duplex) omogućava prijenos podataka u oba smjera, ali u razliĉitim

vremenskim odsjeĉcima. Unutar tih odsjeĉaka prijenos je jednosmjeran.

Jednosmjerni kanal (simplex) omogućava prijenos podataka u samo jednom smjeru. Za

postizanje dvosmjernog prijenosa koriste se dva jednosmjerna kanala.

Ĉvorišta razlikujemo prema razini hijerarhijske strukture na kojoj rade, te prema broju

prikljuĉaka

(2 ili više). Imamo tako obnavljaĉe i zvjezdišta, premosnike i prospojnike, usmjernike i

poveznike.

Obnavljač (repeater, transceiver) je ureĊaj s dva, a zvjezdište (hub) s više prikljuĉnica, koji

samo pojaĉava signal i obavlja prilagodbu impedancije. Koriste se na fiziĉkoj razini za proširenje

dosega mreţe (obnavljaĉ) ili za povezivanje više kabelskih segmenata u jednu višespojnu

sabirniĉku strukturu

Premosnik (bridge) je ureĊaj s dva, a prospojnik (switch) s više prikljuĉnica, koji prima okvir

protokola podatkovne razine i prosljeĊuje ga prema odredištu. Funkcija filtriranja sa

samouĉenjem efikasno dijeli promet na segmente mreţe, i time omogućava povećanje

propusnosti mreţe.

Prospojnici prosljeĊuju okvire s univerzalnom adresom na sve segmente, ali samo u okviru istog

virtualnog LANa (biti će objašnjeno kasnije).

26

Usmjernik (router) je ureĊaj koji prima pakete mreţne razine i nekim ih od algoritama

prosljeĊivanja i usmjeravanja šalje prema odredištu. Raspolaţe znanjem o dostupnosti svih

dijelova mreţe.

Poveznik (gateway) je ureĊaj koji obavlja posebne zadaće radeći na prijenosnoj i korisniĉkoj

razini, npr. vatrozid (Firewall). Ranije se podrazumijevalo da povezuje dvije raznorodne mreţe,

te pri tome obavlja prevoĊenje protokola mreţne i prijenosne razine.

Terminal Mreţe Pod pojmom terminal mreţe podrazumijeva se svaki ureĊaj koji je spojen na mreţu. To mogu biti

raĉunala i terminali u uţem smislu (inteligentni i neinteligentni). Kod raĉunalnih mreţa ĉesto se

sama raĉunala koriste kao Ĉvorovi (npr. svako UNIX raĉunalo moţe biti usmjernik ako je

povezano na dva segmenta mreţe). Takva raĉunala obavljaju istovremeno funkciju ĉvorišta i

terminala mreţe.

HIJERARHIJSKI SUSTAVI

Današnje mreţe imaju slojevitu hijerarhijsku arhitekturu, Na jednom ureĊaju mreţe, ĉvorištu ili

raĉunalu, obavljaju se funkcije više razina. Za svaku razinu pokreće se proces koji komunicira sa

susjednima (nadreĊenim i podreĊenim) preko suĉelja (engl. interface). Proces razine N+1 traţi

uslugu prijenosa podataka od razine N, koja komunicira s korespondentnim procesom druge

stanice prema pravilima protokola N. Pri tom razina N koristi usluge razine N-1. Stvarni tok

podataka odvija se putem suĉelja meĊu susjednim razinama na istom raĉunalu, te

komunikacijskim medijem prema udaljenom raĉunalu.

27

Proces N generira jedinicu informacije PDU (Protocol Data Unit) dodavanjem zaglavlja N

korisnikovoj informaciji SDU (Service Data Unit). PDU(N) šalje se preko suĉelja N-1

podreĊenoj razini kao SDU(N-1).

Ovaj proces naziva se enkapsulacija, te se odvija u procesu predaje.

U suprotnom smjeru, u procesu prijema podataka sa niţih razina, proces N formira SDU(N)

odvajanjem zaglavlja sa primljenih PDU, te ga prosljeĊuje nadreĊenoj razini preko suĉelja N. Za

proces N+1, SDU(N) ima znaĉenje PDU(N+1),

Tijekom pripreme poruke za prijenos na odredište, moţe se obaviti i dijeljenje (fragmentacija)

poruke prema pravilima upotrijebljenog protokola, Fragmentacija opterećuje ĉvorišta i smanjuje

efikasnost mreţe, te se treba raditi samo gdje je nuţno i ne više od jedan put u procesu

enkapsulacije korisnikove poruke.

Koncepti na kojima se zasnivaju hijerarhijski sustavi su koncept razine, koncept suĉelja, koncept

protokola, koncept zaglavlja, koncept fragmentacije.

* po konceptu razine, procesi te razine kroz meĊusobnu komunikaciju pruţaju nadreĊenoj razini

uslugu prijenosa podataka, koristeći pri tome usluge podreĊene razine. Moţemo reći da proces

promatrane razine proširuje uslugu podreĊene razine i tako proširenu pruţa je nadreĊenoj razini.

po konceptu sučelja, komunikacija meĊu procesima susjednih razina unutar istog ureĊaja odvija

se preko suĉelja. Svaka razina komunicira preko dva suĉelja, preko "gornjeg" prema nadreĊenoj

razini i preko "donjeg" prema podreĊenoj razini.

28

Specifikacija suĉelja moţe biti interna stvar proizvoĊaĉa raĉunala, ali danas je već ina suĉelja

javno specificirana/standardizirana po principu otvorenosti.

Na taj naĉin sustav se moţe izgraditi korištenjem programskih rješenja i sklopovlja razliĉitih

proizvoĊaĉa.

Kroz suĉelje moţe prolaziti više tokova podataka. Kako bi se identificirao stvarni korisnik

informacije, upotrebljava se mehanizam pristupnih toĉaka (SAP, service access point). To su

programski kanali kojima procesi u raĉunalu meĊusobno komuniciraju. Kod otvaranja kanala

dodjeljuje se identifikacijski broj, ĉijom je upotrebom jednoznaĉno odreĊen korisnik informacije.

Identifikacijske brojeve moguće je dodjeljivati dinamiĉki prema potrebi, ili trajno. Iako dio

mehanizma suĉelja, identifikatori pristupnih toĉaka su dio specifikacije protokola.

* po konceptu protokola, na ureĊajima koji meĊusobno razmjenjuju podatke, dva procesa iste

razine prividno neposredno komuniciraju po pravilima protokola. Oni u stvarnosti komuniciraju

koristeći usluge podreĊenih razina. Stvarni tok podataka i upravljaĉkih informacija prolazi kroz

suĉelje. Specificiranje protokola je osnovni naĉin standardizacije komunikacijskih sustava. Fragmentacija Svaki SDU(N) moţe u postupku formiranja PDU(N) biti podijeljen na manje dijelove, tako da od

jednog SDU(N) formiramo jedan ili više PDU(N). Pri tome svaki PDU(N) sadrţi cjelovito

zaglavlje H(N). U praksi se fragmentacija koliko je to god moguće izbjegava. Dijeljenje PDU na

manje dijelove izaziva veće opterećenje ĉvorišta u funkcijama usmjeravanja, a detekcija

pogrješke i gubitka PDU je oteţana. Gubitak jednog fragmenta moţe znaĉiti gubitak ĉitavog

PDU. Posebno kod mreţa s pojedinaĉnim usmjeravanjem paketa, kada redoslijed pristizanja nije

zagarantiran, ĉvorište mora dosta dugo ĉekati na izgubljeni fragment prije donošenja konaĉne

odluke da je ĉitavi PDU izgubljen. Zbog toga se nastoji korisnikova poruka odmah podijeliti na

onolike dijelove, koji nakon ukljuĉivanja zaglavlja svih podreĊenih razina, bez daljnje

fragmentacije mogu proći kroz mreţu. Npr. kod Interneta, predajnik pokušava odrediti

maksimalnu duljinu fragmenta MSS (Maximum Segment Size) po posebnom postupku.

Maksimalni segment koji ne fragmentiran moţe proći kroz mreţu nazivamo MSS (Maximum

Segment Size), a zajedno sa zaglavljima je to MTU (Maximum Transmission Unit)

Jedinice informacije mogu biti pojedini bitovi, okteti (znakovi), okviri (ili blokovi, blok se

sastoji od više okteta), paketi, segmenti, datagrami i poruke.

* bit (binarna znamenka) je najmanja jedinica informacije koju prenosimo na fiziĉkoj razini.

Kanalom prenosimo vremenski niz signalnih elemenata (serijski prijenos), od kojih svaki moţe

nositi jedan ili više bita. Signal na kanalu moţe biti oblikovan tako, da osim signalnih elemenata

prenosi i taktni signal potreban za njihovo pravovremeno uzorkovanje (sinkroni prijenos). Za

svaku mreţu znaĉajan je redoslijed emitiranja bita okteta, npr. LSB prvi.

* oktet (znak, bajt) je najmanja kodna rijeĉ, kojom baratamo kao cjelinom. Najĉešće PDU

podatkovne razine (blok, okvir) nakon serijsko-paralelne pretvorbe pamtimo u memoriji kao niz

okteta. Iako su moguće i druge duljine kodne rijeĉi, danas se je ustalilo korištenje okteta zbog

organizacije memorije raĉunala, ĉija je širina kodne rijeĉi višekratnik od osam bita. Kod

asinkronog prijenosa, sinkronizacija po oktetu obavlja se na fiziĉkoj razini, a kod sinkronog na

podatkovnoj. Stoga se oktet nekad obraĊuje na fiziĉkoj, a nekad na podatkovnoj razini, u oba

sluĉaja sklopovljem. Za svaku mreţu znaĉajan je redoslijed emitiranja okteta, NBO (Network

Byte Order). U raĉunalu, PDU se pamti u memoriji u nizu uzastopnih okteta. Prilikom Ĉitanja

29

kodnih rijeĉi od 16 ili 32 bita, treba prevesti NBO na redoslijed okteta raĉunala. Koriste se "little

endian" (LS bajt na niţoj, MS bajt na višoj adresi) i "big endian" (LS bajt na višoj i MS bajt na

niţoj adresi) arhitekture.

* okvir (blok) je osnovni PDU podatkovne razine. Sastoji se od više okteta (znakova). Njegov

poĉetak je sinkroniziran posebnom sinkronizacijskom sekvencom, koju zovemo okvirni znak.

Ovo je najmanja jedinica informacije koja ima vlastito zaglavlje. U procesu predaje, okvir se iz

memorije prenosi oktet po oktet na serijski vezni sklop, gdje se obavlja paralelno-serijska

pretvorba. U prijemnom smjeru postupak je obrnut. Istovremeno s prijemom znakova okvira,

obavlja se provjera adrese odredišta i cjelovitosti okvira. U sluĉaju oštećenja, okvir se odbacuje.

P/S pretvorba

* paket je osnovni PDU mreţne razine, ujedno i oblik kojim se obavlja promet s kraja na kraj

mreţe. Obavezno sadrţi identifikaciju odredišta, bilo njegovu globalnu adresu ili indikator

virtualnog kanala. Nastoji se, ako je to moguć e, paket prenijeti jednim okvirom podatkovne

razine. Tada nije potrebna posebna sinkronizacija po paketu. Ukoliko paket fragmentiramo,

potrebno je oznaĉiti okvire koji ĉine cjeloviti paket.

* segment i datagram su osnovni PDU prijenosne razine. Termin segment koristimo za dio već e

korisnikove poruke, dok je datagram kratka zasebna poruka. Nastojimo jedan segment odnosno

datagram prenijeti jednim paketom. To je najĉešće moguć e lako postići, jer tek na podatkovnoj

razini (okvir) duljina PDU ovisi o tehnologiji korištenog kanala.

* poruka korisnika je najveći PDU, onaj koji formira proces korisnik komunikacije. To moţe biti

kratka poruka u interaktivnom radu, blok podataka koji ĉini odaziv neke baze podataka, datoteka

s podacima ili programom, ili neki multimedijski element koji prenosimo samostalno ili kao dio

već e cjeline (Web stranica). Veće poruke fragmentiramo na segmente, a kako pri tome imamo

potpunu slobodu, nastojimo odabrati duljinu segmenta koja prolazi kroz mreţu bez potrebe za

daljim fragmentiranjem. Poruku korisnik dostavlja komunikacijskom sustavu kao cjelinu, ili u

dijelovima. Veliĉina dijelova ovisi o kapacitetu memorijskog spremnika, a mora biti veća od

optimalne veliĉine segmenta.

Jedinice pretvaramo paralelno-serijskom konverzijom, enkapsulacijom i segmentiranjem.

Kao referentna mreţna arhitektura koristi se ISO/OSI model od 7 razina.

30

1) Fiziĉka razina definira suĉelje izmeĊu raĉunala i medija kojeg koristimo za prijenos.

Specificiraju se elektriĉne, funkcionalne i mehaniĉke karakteristike kabela, konektora i signala,

kako bismo ureĊaj standardno mogli prikljuĉiti na kanal. Ostvaruje se sinkronizacija po bitu ili po

bitu i oktetu.

2) Podatkovna razina neposredno nadzire fiziĉku razinu tako da upravlja vezom ostvarenom na

jednospojnom ili višespojnom mediju. Ostvaruje se sinkronizacija po okviru ili po oktetu i

okviru.

3) Mreţna razina osigurava prijenos poruke sa kraja na kraj mreţe, pakete usmjerava kroz mreţu.

4) Prijenosna razina osigurava vezu od korisnika do korisnika. Obavlja se kontrola pogrješki i

kontrola toka.

5) Sjedniĉka razina provjerava cjelovitost poruke. Isporuĉuje poruku na pravo odredište unutar

raĉunala.

6) Predodţbena razina obavlja prevoĊenje informacija sa formata koji su standardni na mreţi, na

format standardan na raĉunalu.

7) Korisniĉka razina posluţuje korisniĉke procese i mreţne usluge.

Ĉvorišta prema razinama ISO/OSI modela

31

Zvjezdište i prospojnik povezuju istovrsne mreţe podatkovne razine. Usmjernik povezuje

istovrsne mreţe mreţne razine, ali okviri podatkovne razine mogu biti razliĉiti. Poveznik obavlja

specijalne funkcije, ili povezuje razliĉite mreţe i obavlja potrebne pretvorbe protokola.

KOMUNIKACIJSKI PROTOKOLI Komunikacijski protokol je skup pravila po kojima procesi iste razine razmjenjuju jedinice

informacije, PDU, u ĉijim zaglavljima je sadrţana kontrolna informacija potrebna za obavljanje

funkcije promatrane razine hijerarhijskog sustava. Treba imati u vidu da se komunicirajući

procesi odvijaju na odvojenim raĉunalima, ĉesto geografski udaljenim, tako da su primljeni PDU

jedina informacija o radu korespondentnog procesa. Na osnovu primljenih PDU i sadrţaja

njihovih zaglavlja, ili na osnovu izostanka oĉekivanih PDU, komunicirajući proces treba sa što

većom toĉnošću odrediti stanje korespondentnog procesa kako bi u svakom trenutku bio u stanju

poduzeti odgovarajuće mjere, sve s ciljem pruţanja usluge prijenosa podataka procesu nadreĊene

razine.

DataProtokol

zaglavlje

DataProtokol

zaglavlje

Kako su udaljeni ureĊaji ĉesto u vlasništvu razliĉitih osoba i proizvedeni od strane razliĉitih

proizvoĊaĉa, od vitalnog je znaĉaja za funkcioniranje promatrane razine, kao i mreţe kao cjeline,

striktno i formalno specificiranje protokola, odnosno njihovo usvajanje kao industrijskih ili

meĊunarodnih standarda. Tek će ureĊaji koji su u potpunosti sukladni sa svim protokolima mreţe

uspješno meĊusobno komunicirati.

U praksi je donošenje standarda vrlo sloţen i mukotrpan posao. S jedne strane postoji pritisak

korisnika i proizvoĊaĉa da se nove, perspektivne tehnologije što prije standardiziraju radi

komercijalizacije novih proizvoda. S druge strane, svaka brzopletost u donošenju standarda moţe

rezultirati propustima u funkcionalnoj specifikaciji, ĉije ispravljanje kasnije moţe izazvati znatne

nepredviĊene troškove. Stoga se nove tehnologije detaljno ispituju simulacijom u laboratorijima i

pokusnim radom na ispitnim mreţama, a na osnovu predloţenih (draft) standarda. Nakon

postizanja zadovoljavajućih rezultata donosi se formalni standard. Svaki standard je podloţan

naknadnim modifikacijama i usavršavanjima. Kod standardizacije komunikacijskih protokola,

razlikujemo dvije grupe pravila. To su vanjska i unutarnja specifikacija protokola.

Vanjska specifikacija protokola odnosi se na oblik PDU kao cjeline, ukljuĉujući i format

zaglavlja. U zaglavlju se definiraju polja, format podataka u njima, te znaĉenje koje mora biti

jednoznaĉno za sve ureĊaje sukladne protokolu. Jednom donesena vanjska specifikacija protoko la

vrlo teško se mijenja, zato jer je potrebno istovremeno obaviti korekcije na tisućama ureĊaja koji

već koriste raniju varijantu. Najĉešće je jednostavnije uvesti potpuno novi protokol. Stoga neki

protokoli raspolaţu s mogućnošću korištenja dodatnih neobaveznih funkcija prema dogovoru

korespondentnih procesa. Dodavanjem novih funkcija moguće je donekle ublaţiti nedostatke

prvobitne vanjske specifikacije protokola. Kod nekih protokola postoje neiskorišteni bitovi (zbog

podešavanja duljine zaglavlja na 32 bita), koji omogućavaju naknadne izmjene.

32

Unutrašnja specifikacija protokola odnosi se na pravila rada procesa, algoritme protokola,

kojima se obraĊuju informacije iz zaglavlja PDU i donose odluke o radu procesa. Algoritmi

protokola mogu se u znatnoj mjeri naknadno modificirati, pod uvjetom da je vanjska specifikacija

oĉuvana. Pri tome, naravno, treba oĉuvati i funkcionalnost protokola u cjelini. Dobar je primjer

TCP protokol Interneta, ĉija je unutrašnja specifikacija kontinuirano mijenjana u svrhu

poboljšanja kontrole toka, a da pri tom nije mijenjana vanjska specifikacija. Štoviše, ostvarena je

i funkcionalna kompatibilnost ureĊaja koji rade po starim i novim specifikacijama. Da bi razliĉiti

proizvoĊaĉi uspješno uskladili rad svojih proizvoda s usvojenim standardima, potrebno je

osigurati njihovo jednoznaĉno tumaĉenje.

To se osigurava formalnim specificiranjem protokola, uz korištenje posebnih formalnih jezika.

To moţe biti govorni jezik, neki stvarni ili formalni programski jezik, ili grafiĉki jezik dijagrama

stanja na osnovi konaĉnog automata.

Funkcije pojedine razine hijerarhijske strukture znatno se razlikuju i naĉelno su definirane

ISOOSI specifikacijom. U obavljanju svoje funkcije komunicirajući procesi moraju voditi raĉuna

o ispravnom tumaĉenju primljenih PDU, o radu korespondentnih procesa, o identifikaciji PDU, o

pojavi pogreški, te o usklaĊivanju brzine rada s mogućnostima korespondentnog procesa i mreţe

u cjelini.

Stoga se protokol pojedine razine promatra kroz obavljanje tih pojedinaĉnih zadaća. Govorimo o

ĉetiri osnovna mehanizma protokola, o adresiranju, sinkronizaciji, kontroli pogrješaka i kontroli

toka.

ADRESIRANJE Mehanizam adresiranja jednoznaĉno identificira korisnika. Zahtjev jednoznaĉnosti implicira

korištenje dugaĉkih adresa, pa je u zaglavlju PDU potrebno osigurati polje dovoljne duljine, kako

bi broj raspoloţivih adresa bio dovoljan za sve korisnike u predviĊenom roku uporabe protokola.

Poznat je primjer nedovoljne duljine adrese IP protokola Interneta (32 bita), nastao jer nije bilo

moguće predvidjeti današnji rast broja podmreţa i prikljuĉenih raĉunala. Dugaĉke adrese,

meĊutim, dodatno opterećuju komunikacijski sustav jer se znatan dio kapaciteta kanala potroši na

prijenos sadrţaja zaglavlja. Format zaglavlja u cjelini, pa i duljina korištene adrese, kompromis

su izmeĊu univerzalnosti rješenja i efikasnosti protokola.

Ukupna adresa sastoji se od dijelova, koji se koriste po razinama hijerarhijske strukture.

Adresiranje je moguć e organizirati striktno, kada adresa nadreĊene razine implicira stvarne

adrese svih podreĊenih razina. Takvo adresiranje doprinosi potpunom odvajanju funkcija

pojedinih razina. Adresiranje se moţe koristiti i distribuirano, kada ukupnu adresu ĉine adrese

svih razina. Ovaj pristup zahtijeva ĉvršću povezanost meĊu razinama, ali omogućuje lakše

upravljanje adresama i korištenje poznatih adresa za pojedine mreţne usluge.

Objekti adresiranja

33

Adresirati moţemo fiziĉke ureĊaje, kao što su kompletna raĉunala i prikljuĉci na mreţu, ili

procese, kao što su procesi razina hijerarhijske strukture ili procesi korisnici komunikacije.

Fiziĉkim ureĊajima dodjeljujemo adrese prema potrebama promatrane razine hijerarhijske

strukture. U većini sluĉajeva dovoljno je odrediti adresu ureĊaja na podatkovnoj i mreţnoj razini.

Procese identificiramo kroz pristupne toĉke (SAP, u Internet terminologiji "port") kojima podaci

prolaze preko suĉelja.

Procesima mreţne i prijenosne razine hijerarhijske strukture dodjeljujemo stalne pristupne toĉke,

kojima zapravo identificiramo korištene protokole tih razina. Dinamiĉko dodjeljivanje pristupnih

toĉaka ovdje nije potrebno jer se radi o poznatim procesima. Od sjedniĉke razine naviše imamo

veze koje iniciraju korisnici, tako da je ovdje primjereno korištenje dinamiĉkih pristupnih toĉaka.

Iznimka su posluţiteljski procesi viših razina, koji takoĊer koriste fiksne pristupne toĉke.

Vrste adresa Adresa odredišta moţe biti :

pojedinaĉna (unicast), grupna (multicast)

ili univerzalna (broadcast).

Kod pojedinaĉnog adresiranja PDU je namijenjen samo jednom odredišnom ureĊaju ili procesu,

dok ga ostali (na višespojnom mediju) nakon provjere adrese odbacuju. Kod grupnog adresiranja,

PDU je namijenjen ranije definiranoj grupi ureĊaja ili procesa, koji su u stanju prepoznati grupnu

adresu odredišta. Kod univerzalnog adresiranja, svi ureĊaji ili procesi primaju PDU. Adresa

izvorišta moţe biti samo pojedinaĉna.

Upravljanje adresama Adrese na pojedinoj razini neke mreţe mogu biti lokalno ili globalno administrirane (odreĊene).

Oštra granica mora postojati na prijelazu izmeĊu privatne i javne mreţe. Adrese na privatnoj

mreţi mogu biti lokalno administrirane, dok one na javnoj moraju biti odreĊene od strane

ovlaštenog tijela u upravi mreţe kao organizacije. Prilikom dodjeljivanja adresa ovlaštena

organizacija vodi raĉuna o optimalnom dodjeljivanju adresa po regijama kako bi se što je moguće

više optimiziralo usmjeravanje na usmjernicima u jezgri mreţe. (IANA)

Lokalno: dijana.vest.hr 161.53.165.130

Globalno: dijana.vest.hr 161.53.165.130

Privatne mreţe su najĉešće organizirane kao nepovezane (autonomne) i skrivene (intranet) mreţe

Interneta, za koje se preporuĉuje upotreba za njih predviĊenih adresa.

34

Ĉesto je distribuirano upravljanje adresama, kada se dijelom adrese upravlja globalno, a dijelom

lokalno. Kod IP adresa Interneta, adresa podmreţe se administrira globalno, a adresa raĉunala

lokalno.

Adresiranje po razinama

Na fiziĉkoj razini naĉelno nemamo potrebe za adresiranjem. Ukoliko koristimo neku javnu,

npr.telefonsku mreţu s komutacijom kanala, adresom na fiziĉkoj razini moţemo smatrati pozivni

broj telefonskog prikljuĉka kojeg pozivamo.

Na podatkovnoj razini adresiranje koristimo ovisno o naĉinu povezivanja. Kod jednospojnog

povezivanja (neposredna veza dvaju ureĊaja) adresiranje se koristi za ostvarivanje više logiĉkih

kanala, od kojih će jedni biti na raspolaganju korisniku, a drugi će sluţiti za upravljanje mreţom.

Kod višespojnog povezivanja (neposredna veza meĊu više ureĊaja) imamo pravi proces

adresiranja, gdje identificiramo fiziĉki ureĊaj kao odredište i izvorište okvira. Adresa odredišta

moţe biti pojedinaĉna, grupna ili univerzalna, a administriranje moţe biti lokalno ili globalno.

Tako npr. kod lokalnih mreţa moţemo koristiti globalno administriranu adresu ugraĊenu u vezni

sklop. Iako je ta adresa globalno jednoznaĉna, ne moţe se koristiti kao konaĉna adresa na javnoj

mreţi, jer nema naĉina kojim bi se na osnovu te adrese odredio put kroz mreţu do ureĊaja. Doseg

univerzalnih adresa podatkovne razine ograniĉen je dosegom višespojnog medija (domena

prostiranja).

Na suĉelju izmeĊu podatkovne i mreţne razine pojavljuje se potreba za identifikacijom procesa

mreţne razine. Kod modernih mreţa, na mreţnoj razini se koristi više vrsta protokola, pa je

potrebno koristiti pristupne toĉke. Tako npr. okvir podatkovnog protokola lokalne mreţe mora

sadrţavati identifikator protokola mreţne razine. Ovdje koncept dinamiĉki dodijeljenih pristupnih

toĉaka nije potreban. Zbog ĉinjenice da oba udaljena ureĊaja komuniciraju po istom mreţnom

protokolu moţemo koristiti fiksne, globalno administrirane identifikatore protokola.

Na mreţnoj razini mora postojati jedinstvena globalna adresa korisnika, koja omogućuje

usmjeravanje paketa ka odredištu. Pakete u mreţama s prospajanjem paketa prosljeĊujemo

pojedinaĉno ili po virtualnom kanalu. U sluĉaju pojedinaĉnog prosljeĊivanja, svaki paket mora

nositi globalnu adresu odredišta. U sluĉaju prosljeĊivanja po virtualnom kanalu, samo prvi paket

nosi globalnu adresu. Nakon prolaska kroz mreţu uspostavlja se virtualni kanal kao put po kojem

prolaze svi paketi veze. ostali paketi moraju nositi samo kratki identifikator virtualnog kanala.

Kod IP protokola Interneta, globalna adresa ukupne duljine 32 bita sastoji se od adrese podmreţe

i adrese raĉunala. Adresa podmreţe koristi se za odreĊivanje puta do odredišta i taj dio se

administrira globalno. Adresa raĉunala koristi se kada paket stigne na odredišnu podmreţu, i taj

dio administrira se lokalno.

35

Korisnik koji ţeli uspostaviti vezu s odreĊenim raĉunalom, mora znati IP adresu tog raĉunala,

dakle oba njena dijela. Globalnu adresu nose svi paketi, jer se prosljeĊivanje obavlja pojedinaĉno.

Kod X.25 protokola mreţne razine, globalna adresa ukupne duljine do 14 dekadskih znakova

sastoji se od identifikatora nacionalne mreţe, identifikatora podruĉne mreţe i identifikatora

prikljuĉka. Pozivni broj se formira sliĉno telefonskom broju. Globalnu adresu nosi samo prvi

paket veze, jer se prosljeĊivanje obavlja po virtualnom kanalu. Svi ostali paketi nose identifikator

virtualnog kanala duljine 12 bita (moguć ih 4096 virtualnih kanala).

Na prijenosnoj razini obavlja se identifikacija prijenosnog protokola. Koristi se mehanizam

pristupnih toĉaka s fiksnim identifikatorom.

Na sjedniĉkoj razini obavlja se identifikacija procesa korisnika unutar raĉunala. Koristi se

mehanizam pristupnih toĉaka s dinamiĉkom dodjelom identifikatora. Iznimka su posluţiteljski

procesi, npr. HTTP (Web) posluţitelj, koji koriste fiksne identifikatore.

ISO-OSI arhitekturom razdvojena je prijenosna od sjedniĉke razine, iako u praksi one koriste isti

PDU koji prema mreţnoj razini koristi pristupne toĉke vezane za protokol prijenosne razine, a

prema predodţbenoj razini pristupne toĉke vezane za procese korisnike. Kod Interneta su ove

dvije razine objedinjene u jednu (prijenosnu) razinu. Isto tako, kod Interneta su objedinjene

predodţbena i korisniĉka razina (u korisniĉku), jer je prirodno da prevoĊenje sa formata mreţe na

format raĉunala obavlja proces koji pruţa ili koristi promatranu mreţnu uslugu.

Adresiranje na predodţbenoj i korisniĉkoj razini nije potrebno, jer su procesi već identificirani

kroz sjedniĉku razinu.

SINKRONIZACIJA Mehanizam sinkronizacije odnosi se na izdvajanje cjelovitih PDU iz beskonaĉnog niza bita, kao i

na usklaĊeni rad procesa iste razine.

Sinkronizacija PDU Po razinama obavlja se sinkronizacija sljedećih PDU:

Na fiziĉkoj razini sinkronizacija se obavlja ovisno o tome da li je prijenos kanalom asinkron ili

sinkron. Kod sinkronog prijenosa imamo sinkronizaciju po bitu, dok se kod asinkronog prijenosa

ostvaruje istovremeno sinkronizacija po bitu i po oktetu.

Na podatkovnoj razini sinkronizacija takoĊer ovisi o naĉinu prijenosa na fiziĉkoj razini. Ako je

prijenos sinkron, imamo sinkronizaciju po oktetu i okviru, a ako je asinkron, samo po okviru.

Na mreţnoj razini imamo sinkronizaciju po paketu, samo kad je paket podijeljen na više okvira

podatkovne razine.

Na prijenosnoj razini sinkronizacija po segmentu ili datagramu je rijetka, jer se najĉešće cjeloviti

PDU prenose jednim paketom mreţne razine.

Na sjedniĉkoj razini obavlja se sinkronizacija po poruci, tj. poruka se sastavlja od primljenih

segmenata ili datagrama.

Sinkronizacija PDU na višim razinama nije potrebna.

Sinkronizacija rada procesa

36

Proces N obavlja svoju zadaću na osnovi pretpostavljenog poznavanja stanja korespondentnog

procesa na udaljenom raĉunalu. Jedina informacija o udaljenom procesu su primljeni PDU.

Algoritmi rada procesa N trebaju biti takvi da omoguće prijenos podataka u uvjetima gubitaka

PDU i pogrešnih pretpostavki o stanju korespondentnog procesa.

Komunicirajući proces promatrane razine odvija se u nejednolikom diskretnom vremenu,

odreĊenom pristizanjem PDU sa podreĊene i SDU sa nadreĊene razine. Takav proces moţe se

smatrati automatom, jer on za uspješan rad mora pamtiti prethodne dogaĊaje. Odatle mogućnost

specificiranja protokola dijagramom stanja. U stvarnosti, po pravilima protokola komuniciraju

dva istovrsna udaljena procesa, od kojih se svaki u promatranom trenutku nalazi u nekom stanju.

Par stanja predstavlja stanje veze. Analizom svih parova stanja, moţemo zakljuĉiti da su neki

parovi normalni kao stanje veze, uzrokovani kašnjenjem u meĊusobnoj komunikaciji istovrsnih

procesa i gubicima PDU. Drugi parovi stanja ne mogu biti normalno stanje veze, već su rezultat

neusklaĊenog rada korespondentnih procesa. Protokol mora imati sposobnost oporavka od takvih

nepoţeljnih stanja veze.

KONTROLA POGREŠKI Kontrolom pogreški osiguravamo da informacija korisnika neoštećena stigne na odredište.

Kontrola pogrješki prema vrsti informacije Kontrolu pogrješki organiziramo ovisno o koliĉini redundancije u informaciji, o dozvoljenom

ukupnom kašnjenju, te o dozvoljenom kašnjenju meĊu dijelovima informacije. Informacije

moţemo grubo svrstati u dvije grupe.

U grupi koju karakterizira prijenos govora razlikujemo interaktivne i ne-interaktivne tokove.

Za interaktivne, ukupno kašnjenje i razlika kašnjenja po dijelovima mora biti mala. Za ne-

interaktivne, poĉetno kašnjenje moţe biti znatno, kad se uskladišti dio informacije na mjestu

reprodukcije, ĉime se kompenziraju kasnije razlike kašnjenja. Visoka redundancija sadrţana u

govoru i video signalu omogućava zadovoljavajuću razumljivost u uvjetima umjerene koliĉine

pogrješki. U oba sluĉaja, kontrolu pogrješki ćemo organizirati korištenjem kodova za korekciju

pogrješki na strani prijemnika, jer zbog zahtjeva za malim kašnjenjem (zakašnjeli signal se ne

moţe naknadno reproducirati) nema mogućnosti retransmisije. Kodovi za korekciju pogrješki, da

bi bili ekonomiĉni, osiguravaju korekciju samo najĉešćih pogreški (npr. jednostrukih). To je za

sluĉaj govora prihvatljivo, zbog spomenute visoke razine redundancije.

Prijenos komprimiranih multimedijskih kodova je mnogo osjetljiviji na smetnje, pa se znatno

komprimirani signal kombinira sa snaţnim kodovima za detekciju i korekciju pogrješki na strani

prijemnika. Ukupni rezultat je bolji od korištenja lošije kompresije i zaštite (već a redundancija).

U grupi informacija koju karakterizira prijenos podataka najvaţniji zahtjev je apsolutna toĉnost

prenesene informacije, dok su dozvoljeni već e kašnjenje, varijacije kašnjenja i varijacije brzine

prijenosa.

Kontrolu pogreški ćemo organizirati korištenjem kodova za detekciju pogrješki ili mehanizmom

ponovnog slanja (retransmisije).

Kontrola pogrješki kod prijenosa podataka Kontrola pogrješki kod prijenosa podataka obavlja se u dva koraka, u prvom se pogrješka otkriva,

a u drugom se veza oporavlja od gubitka.

Detekcija pogrješki zasniva se na kodovima s korištenjem redundancije i kodne udaljenosti

(distance).

37

Dodavanjem kontrolnih bita kodnoj rijeĉi koncentriranog koda, umjetno se povećava broj moguć

ih kodnih rijei koda. Kako je broj iskorištenih ostao isti, povećan je broj neiskorištenih kodnih

rijeĉi. Kontrolni bitovi se smatraju dijelom zaglavlja, iako ih zbog sklopovskog raĉunanja ĉesto

dodajemo na kraju PDU.

Kada smetnja ispravnu kodnu rijeĉ prevede u neku od neiskorištenih, takvu je pogrešku moguće

detektirati, a kada je pretvori u drugu korištenu kodnu rijeĉ, pogrješku je nemoguće detektirati. U

praksi su višestruke pogrješke rjeĊe od jednostrukih, tj. vjerojatnost višestrukih pogrješki je

manja, pa je za konstrukciju koda vaţna distanca (broj razliĉitih bita u kojima se promatrane

kodne rijeĉi razlikuju). Ukoliko je minimalna distanca d, potrebna je d-struka pogrješka da bi

jednu ispravnu kodnu rijeĉ pretvorila u drugu ispravnu, pa je moguće otkriti sve pogrješke do

ukljuĉivo d-1-struke.

Postavlja se pitanje što napraviti s oštećenim PDU. Kod za detekciju pogrješki ne daje nam

informaciju gdje je unutar PDU nastupila pogreška, pa ne znamo da li je PDU namijenjen

promatranom procesu (pogrješka na adresi), koji mu je toĉno redni broj (pogrješka na

numeraciji), ili je oštećen neki drugi vitalni dio zaglavlja. Takav oštećeni PDU je

najjednostavnije odbaciti, izbrisati iz memorije, kao da nikad nije ni stigao na ĉvorište.

Odbacivanje PDU je kompatibilno s drugim mehanizmom gubitaka PDU u paketnim mreţama, a

to je zagušenje.

Kod pojave zagušenja napuni se memorija ĉvorišta paketima koji ĉekaju na prosljeĊivanje, te su

paketi za koje nema mjesta u memoriji izgubljeni. Kod današnjih mreţa, naroĉito kod korištenja

optiĉke tehnologije, broj gubitaka PDU zbog smetnji je zanemariv. Ogromna već ina (preko 99%)

PDU izgubi se zbog zagušenja.

Oporavak veze provodi se nakon gubitka PDU s ciljem da se osigura cjelovitost korisnikovih

podataka. Pri tome je potrebno detektirati da je PDU izgubljen, te ga ponovno poslati

(retransmisija).

Da bi proces razine mogao detektirati gubitak PDU, potrebno je pojedine PDU identificirati. To

se radi brojĉanim oznakama, odnosno numeracijom PDU. U zaglavlju PDU predvide se polja u

kojima se šalje redni broj PDU. Kako su ta polja konaĉne duljine, numeracija se nuţno obavlja po

modulu, gdje je modul odreĊen duljinom polja. Da ne bi došlo do miješanja PDU, predajnik

nikada ne smije poslati na mreţu dva PDU s istom numeracijom. Sljedeći PDU se ne smije

poslati prije nego je prethodni PDU istog broja napustio mreţu. Stoga je maksimalni broj PDU

kojeg predajnik moţe poslati jednak modulu numeracije. Ova se veliĉina, tj. broj PDU na mreţi,

naziva prozorom (W, window), a prozor ne moţe biti već i od modula numeracije. Naravno,

stvarni broj PDU (trenutni prozor) moţe biti manji od prozora numeracije. Predajnik dozna da li

je PDU napustio mreţu na osnovu potvrde prijemnika (ACK, acknowledgment).

38

Vrste potvrda

Razlikujemo nekoliko vrsta potvrda, koje mogu biti pozitivne i negativne, te selektivne i

kumulativne. Pozitivne potvrde eksplicitno potvrĊuju prijem PDU, dok negativne eksplicitno

dojavljuju gubitak PDU. Kumulativne potvrde potvrĊuju prijem oznaĉenog PDU i svih

prethodnih, dok selektivne potvrĊuju prijem ili gubitak samo oznaĉenog PDU.

Pozitivne kumulativne potvrde se vrlo ĉesto koriste zbog robusnosti. Nova potvrda potvrĊuje

prijem svih prethodnih PDU, tako kompenzirajući eventualni gubitak neke od ranijih potvrda.

2

3

1 3

Prijemnik ĉak ne mora slati potvrdu za svaki PDU, iako se to traţi kod većine današnjih

protokola radi efikasnije detekcije gubitka PDU. Kad primi prekoredni PDU, prijemnik moţe

ponoviti posljednju kumulativnu potvrdu, što ima znaĉenje negativne potvrde (dojave gubitka).

Mana ponovljenih kumulativnih potvrda je u tome, što predajnik ne dobiva informaciju koji su

PDU primljeni nakon izgubljenog.

Pozitivne selektivne potvrde se rijetko koriste samostalno zbog osjetljivosti na gubitak potvrde,

1

1

ali u kombinaciji s kumulativnima mogu efikasno dojaviti gubitak PDU: selektivna potvrda se

koristi samo za sluĉaj gubitka, pa predajnik zna koji su PDU stigli nakon gubitka i moţe ponovno

poslati samo one izgubljene. U sluĉaju gubitka selektivne potvrde, predajnik će nepotrebno

ponovo poslati PDU, a to je mala cijena za postignutu robusnost sustava.

Negativne kumulativne potvrde nemaju praktiĉnu primjenu, jer nam nije interesantno potvrĊivati

gubitak svih prethodnih PDU.

2

3

Negativne selektivne potvrde se koriste u kombinaciji s pozitivnim kumulativnim potvrdama.

39

2

1 3

Eksplicitno dojavljuju gubitak PDU, pa predajnik pretpostavlja da su svi PDU, za koje nije

primljena ova potvrda, primljeni. Sustav s negativnim selektivnim potvrdama je osjetljiviji na

gubitak potvrde, jer u tom sluĉaju potrebno ponovno slanje PDU neće biti obavljeno.

U praksi se pokazalo da su najefikasniji sustavi s pozitivnim kumulativnim potvrdama, te sustavi

s kombinacijom pozitivnih kumulativnih i selektivnih potvrda.

Spojevni i bespojni protokoli Protokoli koji sadrţe mehanizam kontrole pogrješki u smislu numeracije PDU, detekcije

izostanka PDU i retransmisije nazivaju se spojevni protokoli (connection oriented). Po takvi

protokolima, procesi na poĉetku prijenosa podataka moraju uskladiti poĉetnu numeraciju PDU,

što se zove uspostavom logiĉkog kanala. TCP protokol Interneta je spojevni protokol.

Protokoli koji ne sadrţe mehanizme oporavka od pogrješke (eventualno samo otkrivaju pogrješke

i odbacuju PDU) nazivaju se bespojni protokoli (connectionless). Kod takvih protokola gubitak

PDU ne izaziva nikakvu reakciju. Konzistentnost korisnikove poruke treba osigurati neki od

protokola nadreĊenih razina. Primjer bespojnog protokola je IP protokol mreţne razine Interneta,

a ĉesto se koristi u kombinaciji s nadreĊenim spojevnim TCP protokolom (otud kovanica

TCP/IP).

Algoritmi retransmisije

Detekcija gubitka PDU u praksi je oteţana naĉinom prosljeĊivanja PDU. Kod mreţne razine s

pojedinaĉnim prosljeĊivanjem, dio paketa moţe ić i alternativnim putovima, pa redoslijed

pristizanja paketa na odredište nije zagarantiran. Potrebno je adaptivno odrediti vrijeme ĉekanja

da zakašnjeli PDU stigne. Ukoliko je ovo vrijeme kratko, inicirati će se nepotrebne retransmisije.

Ukoliko je ono predugo, retransmisija će biti prekasno inicirana, pa moţe doći do pada brzine

prijenosa i slabije iskorištenosti kapaciteta mreţe.

Nakon što je gubitak PDU detektiran, potrebno ga je dojaviti predajniku. Ovo moţemo postići

slanjem posebne poruke kojom zahtijevamo retransmisiju (negativna potvrda). MeĊutim, kako za

svaki primljeni PDU prijemnik treba poslati potvrdu (zbog mehanizma prozora), predajnik moţe

na osnovu potvrda jednako efikasno detektirati gubitak PDU, kao i prijemnik na osnovu

izostanka PDU. Štoviše, predajnik će detektirati i gubitak potvrde. Bez obzira da li potvrda

izostaje zbog gubitka originalnog PDU ili potvrde, predajnik odluĉuje o retransmisiji PDU i

neposredno nakon odluke moţe retransmisiju stvarno izvršiti. Time se štedi na vremenu

potrebnom za dojavu gubitka od strane prijemnika.

Algoritmi detekcije gubitka PDU i donošenja odluke o retransmisiji su vrlo sloţeni. U praksi je

najpoznatiji algoritam TCP protokola Interneta, kod kojega predajnik mjeri vrijeme obilaska i

varijancu vremena obilaska, te izraĉunava optimalno vrijeme ĉekanja da PDU pristigne (RTO,

etransmission timeout). Proces retransmisije se moţe ubrzati, ako prijemnik za prekoredne PDU

šalje ponovljene (duplicirane) potvrde. Kod TCP protokola, uveden je algoritam brze

retransmisije, kod kojega se PDU ponovno šalje nakon tri uzastopne ponovljene potvrde (fast

retransmit).

Sama retransmisija moţe se obaviti na dva naĉina. Jednostavniji i ĉesto korišteni naĉin je grupna

retransmisija, (go-back-N), kada predajnik ponovno šalje izgubljeni PDU i sve ostale koji slijede,

40

bez obzira da li su stvarno i oni izgubljeni ili ne. Sloţeniji naĉin je selektivna retransmisija, kod

koje se šalje samo izgubljeni PDU, a na osnovu selektivnih pozitivnih ili negativnih potvrda

(dojava prijema ili dojava gubitka).

Kontrola pogreški po razinama

Na fiziĉkoj razini kontrola pogrješki na razini bita nije isplativa, osim ako linijski kod ne

omogućava automatsku detekciju pogrješke. Takav linijski kod je Manchester-II, korišten kod

lokalnih mreţa za prijenos podataka. Na podatkovnoj razini kontrola pogrješki je jedna od

osnovnih funkcija. Okvir se štiti kodom za otkrivanje pogrješki. Oštećeni okviri se odbacuju. Kod

spojevnih protokola podatkovne razine, izostanak okvira, detektiran na osnovu numeracije,

aktivira retransmisiju na osnovu zahtjeva prijemnika ili izostankom potvrde. Kako se radi o

neposrednom nadzoru jednospojnog ili višespojnog medija, bez ĉvorišta meĊu krajnjim

stanicama, moţe se smatrati da će redoslijed isporuke okvira biti oĉuvan, te da će kašnjenje biti

malo (s iznimkom satelitskih kanala). Algoritam detekcije gubitka PDU je jednostavan zbog

oĉuvanog redoslijeda pristizanja, a zbog malog kašnjenja moguće je neposredno traţiti

retransmisiju, npr. okvir REJ, (reject), ili SREJ, (selective reject), bitovno orijentiranih protokola.

Kod bespojnih protokola podatkovne razine, oporavak od pogrješke prepušta se nadreĊenoj

razini. Iako je retransmisiju lako organizirati, u praksi se je pokazalo da istovremena detekcija

izostanka PDU na podatkovnoj i mreţnoj ili prijenosnoj razini moţe izazvati poteškoće .

Kašnjenje na podatkovnoj razini uzrokovano pokušajima retransmisije moţe izazvati netoĉnu

detekciju gubitka više uzastopnih PDU na prijenosnoj razini, te posljediĉno njihovu nepotrebnu

retransmisiju. Kako je mehanizam retransmisije na prijenosnoj ili višoj razini neophodan zbog

moguć ih gubitaka PDU uzrokovanih zagušenjem, bespojni protokoli na podatkovnoj razini su

često u upotrebi (npr. kod lokalnih mreţa).

Na mreţnoj razini ĉesto dolazi do gubitaka zbog zagušenja. Protokoli su i ovdje ĉesto bespojni jer

je kontrolu pogreški optimalno obaviti na prijenosnoj razini. Poznato je da je spojevni protokol

mreţne razine po X.25 preporuci daleko kompliciraniji od IP protokola Interneta, što je

doprinijelo velikoj razlici u cijenama usmjernika.

Na prijenosnoj razini optimalno je obaviti kontrolu pogrješki. Kopije PDU za retransmisiju

nalaze se kod predajnika, pa ne opterećuju mreţu, a prijemnik i tako bezuvjetno mora kontrolirati

cjelovitost primljenih podataka.

Na sloţenim mreţama s komutacijom paketa PDU na putu do odredišta prolazi kroz nekoliko

ĉvorišta, te kašnjenje moţe biti veliko. Ukoliko se na mreţnoj razini paketi prosljeĊuju

pojedinaĉno, ni redoslijed pristizanja nije zagarantiran. Stoga je detekcija gubitka PDU oteţana, a

neposredna dojava gubitka nije efikasna. Analizom pristizanja potvrda predajnik će detektirati

gubitak PDU, te donijeti odluku o retransmisiji. Optimalno je detekciju pogreški obaviti na

podatkovnoj i mreţnoj razini, a detekciju izostanka PDU i retransmisiju na prijenosnoj

razini, npr. kao kod Interneta.

KONTROLA ZAGUŠENJA

Kontrola zagušenja je jedan od kljuĉnih mehanizama mreţne arhitekture. Ona omogućava

pruţanje usluga traţene kakvoće korisniku, uz optimalno iskorištenje kapaciteta mreţe.

Zagušenje moţemo definirati kao situaciju kada je u promatranom vremenskom periodu

ponuĊeni promet veći od prijenosnog kapaciteta mreţe. To znaĉi da su ulazni tokovi u ĉvorište

veći od mogućnosti izlaznih suĉelja. Ĉvorovi izlazni promet šalju na izlazno slopovlje, tj.

41

privremene spremnike koje izlazno suĉelje prazni prema svojoj mogućnosti tj. maksimalnom

brzinom kojoj promet moţe biti propušten na to suĉelje.:

zagušenje Ako je dolazni promet veći od ponuĊenog odlaznog, privremeni spremnici izlaznih suĉelja se

popunjavaju i u jednom trenutku bivaju prepunjeni. Tada dolazi do gubitaka prometa i do

smanjenja kakvoće usluge.

Kontrolu zagušenja provodimo kroz postupke izbjegavanja i otklanjanja zagušenja. Postupci

izbjegavanja zagušenja provode se dok mreţa još nije zagušena i cilj im je ograniĉiti ulazni

promet, te odrţati mreţu u optimalnoj radnoj toĉki. To je toĉka koja osigurava traţenu kakvoću

usluge korisnicima uz optimalno iskorištenje mreţe, dakle optimalnu ekonomiĉnost rada mreţe.

Postupci otklanjanja zagušenja aktiviraju se kada mreţa doĊe u stanje zagušenja, kako bi

posljedice trajale što kraće i po mogućnosti bile ograniĉene na što uţe podruĉje.

Mjere izbjegavanja i otklanjanja zagušenja provode se na svim razinama upravljanja i voĊenja

mreţe, te na svim vremenskim razinama.

MeĊu mjerama izbjegavanja zagušenja kod mreţa s prospajanjem paketa znaĉajno mjesto pripada

mehanizmima kontrole toka. Njihov je zadatak regulirati brzinu predaje izvorišta tako da dolazni

promet bude optimalan po kriterijima kakvoće usluge i iskorištenja kapaciteta mreţe. Kontrola

toka se ostvaruje unutar vremena trajanja logiĉkog kanala.

Ona u stvarnom vremenu, s obzirom na kašnjenja u mreţi, odrţava mreţu u optimalnoj radnoj

toĉki, tj odrţava optimalnu popunjenost izlaznih spremnika u ĉvorištima, sa što je moguće manje

odbacivanja paketa.

Upravljanje prometom Upravljanje prometom provodi se na svim vrstama mreţa s ciljem postizanja optimalnog

iskorištenja mreţe i kakvoća usluge. Provodi se kroz postupke usmjeravanja prometa i kontrole

zagušenja.

Usmjeravanje prometa je postupak kojim se primarno ostvaruje dostupnost meĊu korisnicima.

Kod paketnih mreţa moţe se obavljati usmjeravanjem individualnih paketa ili konceptom

virtualnih kanala (ATM, X.25). Usmjeravanje prometa alternativnim putem osnovna je metoda

izbjegavanja zagušenja za mreţe s prospajanjem kanala. To je pomoćna metoda izbjegavanja

42

zagušenja kod paketnih mreţa U praksi se izbjegava zbog opasnosti proširenja zagušenja i na ne

zagušene dijelove mreţe. Alternativni putovi su dulji i zagušenje se širi na do tada nezahvaćene

dijelove mreţe, pa je za kontrolu zagušenja paketnih mreţa poţeljno koristiti druge metode.

Kontrola zagušenja za paketne mreţe obuhvaća postupke izbjegavanja i otklanjanja zagušenja.

Pod izbjegavanjem podrazumijevamo postupke kada do zagušenja još nije došlo, a pod

otklanjanjem postupke kada do zagušenja doĊe iz bilo kojeg mogućeg razloga.

Kontrola zagušenja prema vrsti prospajanja

Kontrola zagušenja u mreţama s komutacijom kanala provodi se odbacivanjem zahtjeva za

prospajanjem, dakle kontrolom pristupa mreţi (CAC, Connection Admission Control). Korisnik

će eventualno kasnije ponoviti svoj zahtjev, a kad konaĉno ostvari vezu kakvoća usluge mu je

zagarantirana kroz karakteristike fiziĉkog kanala prospojenog s kraja na kraj mreţe.

1

501

1

10

Kod mreţa s komutacijom paketa, raspoloţivi kapacitet kanala dijeli se na mnogo korisnika

vremenskom razdiobom, odnosno statistiĉkim multipleksiranjem paketa. Kontrola zagušenja

treba odrţati broj paketa u mreţi (u prijenosu i memorijama ĉvorišta) na optimalnoj razini

kontrolom brzine predaje paketa izvorišta. Manjak paketa u mreţi znaĉi lošu iskorištenost

kapaciteta, a višak znaĉi da je smanjena kakvoća usluge zbog povećanog vremena kašnjenja i

povećanih gubitaka paketa

U ATM mreţama, koje trebaju omogućiti funkcionalnu integraciju svih vrsta prometa, kontrola

zagušenja ima sliĉne ciljeve kao kod paketnih mreţa, tj. odrţati broj ćelija u mreţi na optimalnoj

razini. Zbog velike predviĊene brzine prijenosa i prospajanja, kontrola zagušenja se odvija kroz

ograniĉenje pristupa i uobliĉivanje prometa izvorišta za CBR (Constant Bit Rate) i VBR

(Variable Bit Rate) korisnike, te uobliĉivanjem s dinamiĉkom promjenom brzine za ABR

(Available Bit Rate) korisnike. UBR (Unspecified Bit Rate) korisnici pristupaju preostalom dijelu

kapaciteta mreţe bez ikakvih garancija za kakvoćom usluge, tako da mreţa jednostavno odbacuje

višak ć elija.

Vrste zagušenja Zagušenje smo definirali kao situaciju kod koje je, u promatranom vremenskom periodu, dolazni

promet već i od prijenosnog kapaciteta mreţe. U toj definiciji ostalo je neodreĊeno trajanje

vremenskog perioda promatranja. S obzirom na njegovu duljinu, zagušenje moţe biti trajno,

periodiĉko (sezonsko, tjedno i dnevno), privremeno i trenutno. Zagušenja imaju razliĉite uzroke,

te se poduzimaju razliĉite mjere za njihovo otklanjanje i izbjegavanje na paketnim mreţama,

43

vrsta zagušenja: postupci izbjegavanja postupci otklanjanja

TRAJNO pravovremeno planiranje razvoja

i izgradnja potrebnih kapaciteta

izgradnja i zakup vodova

PERIODIĈKO

( S E Z O N S K O )

t a r i f n a p o l i t i k a , k o n t r o l a

p r i s t u p a , u s m j e r a v a n j e p r o m e t a

k o r i š t e n j e k a p a c i t e t a m r e ž a s d r u g i m p r o f i l o m

k o r i s n i k a i l i i z d r u g i h v r e m e n s k i h z o n a

P R I V R E M E N O k o n t r o l a t o k a o d b a c i v a n j e v i š k a p r o m e t a

T R E N U T N O u o b l i č i v a n j e p r o m e t a o s i g u r a n j e d o v o l j n o g k a p a c i t e t a m e m o r i j e

č v o r i š t a

Vrste zagušenja za paketne mreţe Trajno zagušenje je rezultat naraslih potreba korisnika i nepravodobnih investicija u proširenje

kapaciteta mreţe. Otklanja se izgradnjom ili zakupom novih prijenosnih kapaciteta (kanala i

ĉvorišta), a izbjegava planiranjem i predviĊanjem budućih potreba.

Periodiĉka zagušenja rezultat su ţivotnog i radnog ritma korisnika, koji istu uslugu traţe

istovremeno. Ova zagušenja otklanjaju se korištenjem kapaciteta drugih mreţa sa razliĉitim

rasporedom opterećenja, ili kanala iz drugih vremenskih zona, te uvoĊenjem kontrole pristupa

korisnika. Izbjegavaju se stimulacijom korisnika da usluge traţi u vrijeme niskog opterećenja

(tarifna politika), kontrolom pristupa, te usmjeravanjem prometa.

Trajanje privremenog zagušenja je reda veliĉine minuta i sekunda. Ono nastaje i nestaje unutar

vremena trajanja pojedine veze meĊu korisnicima, ali traje duţe od vremena obilaska (kašnjenja)

na mreţi. Rezultat je statistiĉkog rasporeda zahtjeva korisnika, koji na toj vremenskoj razini

uspostavljaju i raskidaju svoje veze. Otklanja se odbacivanjem viška ponuĊenog prometa

(paketa), a izbjegava korištenjem funkcija kontrole toka.

Trenutna zagušenja, ĉije je trajanje reda veliĉine desetinki sekunde, kraća su od vremena

kašnjenja na mreţi. Rezultat su nejednolikog intenziteta ponuĊenog prometa izvorišta, te

kašnjenja mehanizma kontrole toka. Otklanjaju se ugradnjom dovoljnog kapaciteta memorija

ĉvorišta, koje trebaju predvidive koliĉine podataka prihvatiti bez gubitaka. Ne mogu se izbjeći

kontrolom toka, ali pomaţe uobliĉivanje prometa izvorišta.

Kakvoća usluge i kontrola zagušenja Kod mreţa s prospajanjem kanala korisnik raspolaţe s cijelim kapacitetom prospojenog kanala i

u tom smislu je kakvoća usluge zagarantirana. Kakvoća se stvarno mjeri kakvoćom kanala, tj.

širinom pojasa i odnosom signala i šuma za analogne, te brzinom prijenosa i vjerojatnošću

pogreške za digitalne kanale. Korisnici su duţni nadzirati integritet vlastitih prenesenih podataka.

Kod mreţa s prospajanjem paketa bez rezervacije kapaciteta, npr. Interneta, usluga se pruţa po

principu najbolje moguće usluge (best effort), bez ikakvih garancija za toĉnost (na mreţnoj

razini), brzinu i kašnjenje. Paketi se usmjeravaju na osnovu teţine putova, višak paketa se

odbacuje, a korisnici su duţni nadzirati integritet vlastitih podataka i obavljati kontrolu toka na

prijenosnoj razini (TCP). Mreţa je efikasna za prijenos podataka, ali neprimjerena za prijenos

informacija u stvarnom vremenu (govor i slika). Eksperimentalni mehanizmi rezervacije

kapaciteta ispituju se na Internetu (RSVP, Reservation Protocol).

Kod paketnih mreţa koje rezerviraju kapacitet, kao što je ATM mreţa, paketi se usmjeravaju

virtualnim kanalom. Mreţa garantira kakvoću usluge, ali zbog konaĉne vjerojatnosti

nedetektirane pogreške korisnici trebaju nadzirati integritet podataka. ATM mreţe će se graditi sa

ciljem integracije svih vrsta prometa. Stoga je potrebno za svaku vrstu garantirati specifiĉnu

44

kakvoću usluge, te tu kakvoću zaštititi od prometa izvora koji rade većom brzinom od ugovorene.

Usluge koje su za sada

predviĊene za ATM mreţe su prijenos nekomprimiranog govora i video signala (CBR),

komprimiranog govora, video i multimedijskih signala (VBR), te prijenos podataka s

garantiranom

(ABR) i negarantiranom (UBR) kakvoćom prijenosa.

KONTROLA TOKA Kontrola toka nam sluţi za usklaĊivanje brzine prijenosa podataka meĊu uĉesnicima, a s obzirom

na prijenosni kapacitet i opterećenje mreţe. Kontrola toka, kao mehanizam protokola, dio je

upravljanja prometom, odnosno njegovog dijela, kontrole zagušenja.

Kontrola toka odvija se u stvarnom vremenu i nadzorom nad brzinom rada predajnika odrţava

mreţu u optimalnoj radnoj toĉki.

Prijemnik na temelju implicitnih ili eksplicitnih dojava prilagoĊava dinamiku slanja prometa u

mreţu.

Na fiziĉkoj razini kontrola toka ostvaruje se na suĉelju DTE-DCE korištenjem posebnih signala

suĉelja. Konkretno, inteligentni modemi raspolaţu s funkcijama saţimanja podataka, kontrole

pogreški i izbora optimalne brzine prijenosa. Vezu terminal-modem ostvarimo maksimalnom

brzinom, a eventualne zastoje razriješimo kontrolom toka.

RS CS TR RD TD CDTALK / DATA

TALK

RTS,CTS,...

115200

33600

Na podatkovnoj razini imamo neposrednu vezu dvaju ureĊaja, pa je moguć a neposredna kontrola

toka (naredbama stani i nastavi). Na vezama s velikim kašnjenjem (satelitske veze) moguća je i

prozorska kontrola toka. Ako su okviri numerirani, a numeracija je jedino moguć a po modulu,

predajnik smije poslati samo onoliko okvira koliko ima slobodnih brojeva. Modul numeracije je

implicitno i maksimalni prozor. Potvrdom prijemnika oslobaĊaju se brojevi za slanje sljedećih

okvira. Na mreţnoj razini pojavljuju se kašnjenja zbog velikog broja ĉvorova kojima paket

prolazi do odredišta, a potvrda natrag do izvorišta (vrijeme obilaska). Neposredna kontrola toka

je neefikasna. Moguć a je prozorska ili kontrola brzine predaje. Pri tome se brzina usklaĊuje s

propusnim kapacitetom mreţe. Mreţa u sluĉaju zagušenja najĉešće moţe samo odbaciti

prekobrojne pakete.

Na prijenosnoj razini je optimalno organizirati kontrolu toka, jer neposlani paketi ne opterećuju

zagušenu mreţu. S obzirom na kašnjenje, sve što vrijedi za mreţnu razinu, vrijedi i za prijenosnu.

Predajnik odreĊuje optimalnu brzinu slanja ili optimalni prozor (kasnije će biti objašnjen

mehanizam prozora) na osnovu mjerenja vremena obilaska (RTT, Round Trip Time) ili

intenziteta gubitaka paketa. Na višim razinama klasiĉne kontrole toka, u smislu sposobnosti

raĉunala da obradi podatke, nema. Ograniĉenje prozora prijemnika garantira da će u memoriji

prijemnika biti dovoljno prostora za sve pakete koje predajnik smije poslati, i tu oni mogu ĉekati

na obradu korisnikovog procesa.

45

Optimalna radna točka mreţe

Optimalna radna toĉka mreţe moţe se definirati kao vektor stanja svih elemenata mreţe, koji

omogućava optimalan odnos iskorištenja mreţe i kakvoće usluge. Ova dva suprotna kriterija,

stanovišta vlasnika i korisnika mreţe, imaju zajedniĉko ishodište u ţelji da se ponuĊeni promet

posluţi što prije, dakle s minimalnim kašnjenjem.

Kriterij kašnjenja je za korisnika jasan, dok za mreţu ima smisla da sav trenutno raspoloţivi

kapacitet ponudi korisnicima i posluţi njihove zahtjeve, oslobaĊajući kapacitet za buduće

zahtjeve. Za prijenos podataka, gdje gubitaka na korisniĉkoj razini ne smije biti, to znaĉi da treba

izbjegavati gubitke na niţim razinama izazvane zagušenjem, i tako sprijeĉiti nepotrebna

ponavljanja (retransmisije) koja povećavaju kašnjenje i doprinose zagušenju, te smanjuju

efikasnost mreţe.

Stanje elementa paketne mreţe je broj paketa u redu čekanja za prijenos. Optimalna radna

toĉka mreţe je vektor stanja u kojem su svi ĉlanovi, dakle stanja svih elemenata, na optimalnoj

razini. Problem odreĊivanja optimalne radne toĉke usko je povezan s modelom posluţivanja i

prometa na mreţi. Paketi (ili ćelije) putuju kanalima i stiţu u ĉvorišta gdje se usmjeravaju i

upućuju u izlazne redove ĉekanja za prijenos odlaznim kanalima. Zagušenje se na nekom kanalu

pojavljuje kad je dolazni promet veći od odlaznog, tako da se paketi gomilaju u memoriji

ĉvorišta, a kašnjenje povećava.

Nasuprot tome, kada su redovi prazni, raspoloţivi kapacitet je nedovoljno iskorišten. Dakle,

potrebno je odrţati broj paketa u redu takvim da kašnjenje bude optimalno, a iskorištenje

mreţe visoko.

Jednakost korisnika i pravednost Pravednost (Fairness) je, osim pruţanja traţene kakvoće usluge, drugi elementarni cilj kontrole

toka. Ona osigurava da svi korisnici dobiju na raspolaganje podjednak dio kapaciteta mreţe, tj. da

ne bude privilegiranih, kao ni oštećenih korisnika

bit/s

ta)

bit/s

tb)

U najjednostavnijem obliku, kod mreţa bez rezervacije kapaciteta, pravednost bi trebala teţiti za

dodjelom jednakog dijela prijenosnog kapaciteta mreţe svakom korisniku.( b) U stvarnosti,

problemi nastaju zbog razliĉitih potreba korisnika, odnosno zbog razliĉitih putova kojima njihovi

podaci prolaze kroz mreţu. Optimalno bi bilo za svakog korisnika odrediti kanal najmanjeg

kapaciteta, tzv. usko grlo (Bottleneck), te mu taj kapacitet rezervirati na svim ostalim kanalima.

Nakon toga, preostali kapacitet kanala dijeliti na korisnike koji ga mogu stvarno i iskoristiti.

46

Kod mreţa s rezervacijom kapaciteta, prednost se daje korisniku koji je prvi zatraţio uslugu.

Ukoliko mreţa nije u stanju ispuniti traţenu uslugu, zahtjev korisnika se odbacuje (kontrola

pristupa).

Modeliranje sustavima s posluţivanjem

Gornji fiziĉki model analitiĉki se iskazuje matematskim modelima sustava s posluţivanjem. Za

analizu se najĉešće koriste sustavi s Markovljevim (Poissonovim, M/M/1) ili generalnim (G/G/1)

modelima prometa i posluţivanja, a znaĉajan je i determinirani (D/D/1) model kao posebni sluĉaj

generalnog. Ovdje će u kratko biti prikazani Markovljev i determinirani model kao dva krajnja

sluĉaja. Cilj je pronaći optimalnu radnu toĉku mreţe, tj propusnost kod koje je kašnjenje paketa

(ili ĉak odbacivanje) optimalno.

Optimalna radna toĉka najĉešće se nalazi kao maksimum "snage mreţe" (Power), definirane kroz

omjer propusnosti i vremena kašnjenja:

P = L T [b / s2 ]

gdje je P "snaga", L korisni promet, a T vrijeme kašnjenja (obilaska). Korisni promet L koji

mreţa prenese korisnik vidi kao broj paketa (okteta, bita) prenesenih u jedinici vremena. Ako

korisnik poštuje princip oĉuvanja broja paketa u mreţi (prozor), onda će sljedeći paket poslati

nakon prijema potvrde za jednog od prethodnih. Kod kontrole toka mehanizmom prozora,

predajnik će poslati onoliko paketa koliko mu dozvoljava širina prozora W, a potvrdu za neki

paket će primiti nakon vremena obilaska RTT, dakle nakon što pun prozor paketa proĊe kroz

mreţu:

Predajnik neće slati nove pakete ako je poslao na mreţu paketa u iznosu veliĉine prozora, a da za

njih nije dobio potvrdu. Primitkom slijedeće potvrde predajnik je siguran da je potvrĊeni paket

stigao na odredište, tj. izašao iz mreţe, te moţe poslati novi paket. Količina ne potvrĎenih

paketa na mreţi ne smije biti veća od veličine prozora, a ona je definirana dinamiĉki, uvjetima

na mreţi, ili moguĉnošću prijemnika, što je danas rijetko, jer raĉunala imaju znatne kapacitete

memorije.

Optimalna radna toĉka za M/M/1 model je pri prosjeĉnoj duljini reda od jednog paketa, uz

iskorištenje mreţe od 50%. Zbog velike varijance, smatra se da M/M/1 model moţe posluţiti kao

"najgori sluĉaj". Skica grafova za M/M/1 model prikazana je na slijedećoj slici:

47

Prva slika predstavlja ulazni promet, druga kašnjenje, a treća snagu mreţe.

Budući kod nazivnog opterećenja mreţe (L=1) kašnjenje -> beskonaĉno, te je snaga mreţe 0.

Determinirani model izvorišta i posluţivanja opravdan je kada sva izvorišta šalju pakete pribliţno

iste duljine jednolikim ritmom. To je specijalni sluĉaj G/G/1 modela, kod kojega su varijance

intenziteta dolazaka i posluţivanja jednake nuli. U praksi se mogu naći opravdanja za takvu

aproksimaciju, pogotovo za model posluţivanja kod ATM mreţa (konstantna duljina ćelije). Na

osnovi pretpostavke da će se u svakom ciklusu posluţivanja red isprazniti, D/D/1 model daje

konstantno kašnjenje jednako vremenu posluţivanja za podopterećenu mreţu, te skok kašnjenja u

beskonaĉnost za mreţu opterećenu preko nazivnog kapaciteta. Za konstantan broj paketa u mreţi

(prozorska kontrola toka), model daje linearni porast kašnjenja za opterećenja "veća" od 100%, a

sve do trenutka popune memorije ĉvorišta kada dolazi do gubitaka. Optimalna radna toĉka za

D/D/1 model je pri opterećenju mreţe od 100%.

D/D/1 model nije dovoljno precizan da bi se na toj osnovi gradili mehanizmi kontrole toka, ali

daje znaĉajan rezultat: optimalnu radnu toĉku koja se pribliţava potpunom iskorištenju mreţe. To

znaĉi da ć e kontrola toka nastojati odrţati radnu toĉku mreţe na visokom stupnju iskorištenja, a

stvarne procese dolazaka i posluţivanja zahtjeva uobliĉiti prema zahtjevima determiniranog

modela.

Prvi grafova kod M/M/1 i D/D/1 prikazuje korisni promet. Do dostizanja kapaciteta mreţe,

preneseni promet je jednak ponuĊenom. Nakon toga, zbog gubitaka, za M/M/1 mreţu promet

pada na 0, dok uz uvjet konaĉnog prozora za D/D/1 model ostaje konstantan. Pri tome kašnjenje

za M/M/1 model raste u beskonaĉnost, dok za D/D/1 model s konaĉnim prozorom raste linearno s

porastom prozora.

Drugi graf kod M/M/1 i D/D/1 prikazuje kašnjenje na mreţi, koje kod M/M/1 modela rastom

prometa na mreţi teţi u beskonaĉnost, dok uz opisane uvijete za D/D/1 do nazivnog opterećenja

mreţe ostaje konstantno, a zatim linearno raste.

48

Treći graf kod M/M/1 i D/D/1 prikazuje promjenu snage mreţe ovisno o optereć enje, koja kod

M/M/1 ima maksimum za 0,5, a kod D/D/1 modela za optereć enje od 1,0.

Funkcije elemenata mreţe Elementi mreţe, ĉvorišta i terminali (prijemnici i predajnici) imaju razliĉite uloge u ostvarivanju

funkcije kontrole toka na mreţi.

Ĉvorišta primaju pakete s dolaznih i usmjeravaju ih ka odlaznim kanalima. Pri tome pakete

spremaju u redove ĉekanja za odlazne kanale. Paketi se iz reda ĉekanja na kanal šalju prema

algoritmu posluţivanja, koji treba osigurati ugovorenu kakvoću posluţivanja, te razdvajati tokove

pojedinih korisnika radi zaštite od onih koji ne poštuju ugovorene parametre. Alogoritam

posluţivanja predstavlja pravila po kojima se paketi iz redova ĉekanja prebacuju na izlazni kanal.

Razlikujemo posluţivanje bez posebnog algoritma (FIFO, First in First out), stohastiĉke i

deterministiĉke algoritme.

· FIFO, posluţuje korisnika ĉiji je zahtjev prvi pristigao, u sluĉaju popunjenosti memorije

odbacuje paket koji je posljednji stigao (drop-tail). Dakle, ako je dolazni promet veći od

propusnosti na odlaznom suĉelju, nakon popunjavanja izlaznih spremnika se podaci moraju

odbaciti, jer nema više memorije za novo pristigle.

Stohastiĉki odbacuje pakete sluĉajno (npr. RED, Random Early Detection), zasniva se na

pretpostavci da korisnik koji šalje više paketa od optimalnog, ima već i broj paketa u redu, te je

vjerojatnost odbacivanja njegovih paketa već a. Funkcionira u uvjetima jako opterećene mreţe,

odnosno u reţimu rada s dugaĉkim redovima ĉekanja.

random

Deterministiĉki, vodi raĉuna o svim tokovima podataka i donosi odluku o individualnom

posluţivanju svakog paketa (npr. FQ, Fair Queuing) koji pokušava simulirati fiksno

multipleksiranje na razini okteta. Mana mu je velika potrebna koliĉina rada procesora kod

posluţivanja svakog paketa. Pri tome je tok podataka svaki niz podataka (PDU) koji ĉvorište

smatra jedinstvenom cjelinom, te nad njim obavlja funkcije kontrole toka.

Pod multipleksiranjem podrazumijevamo postupak kojim se više tokova nadreĊene razine šalje

istim tokom promatrane razine. Rezolucija ĉvorišta je sposobnost ĉvorišta da ukupni tok

podataka kroz neki kanal dijeli finije ili grublje na individualne tokove.

Rezolucija se moţe kretati od niske, kada razlikujemo samo izvorišnu i odredišnu podmreţu,

preko srednje, kada identificiramo parove terminala, do visoke, kada identificiramo parove

korisniĉkih procesa, ukljuĉujući i mogućnost da isti korisnici razmjenjuju više tokova

istovremeno. Tako bi na primjer, niska rezolucija bila razluĉivanje kompletne mreţe s neke

lokacije, (svi korisnici s lokacije X imaju veći prioritet u nekom segmentu mreţe). Srednja

rezolucija bi bila npr kad jedno raĉunalo ima veći prioritet za prikupljanje podataka s Interneta

(pristup javnoj mreţi). Visoka rezolucija bi bila npr kad nekom raĉunalu dozvolimo veći prioritet

za pristup mail-u, ali ne i ostalim aplikacijama.

Izvorišta (predajnici paketa) primaju podatke s nadreĊene razine i formiraju pakete

(segmentacija), te donose odluku o trenutku slanja paketa. Poslani paket se ĉuva do prijema

49

potvrde radi eventualnog ponovnog slanja (retransmisije). Ako je detektiran gubitak paketa, npr.

izostankom potvrde u predviĊenom vremenu ili prijemom dupliciranih potvrda, paket se ponovo

šalje na mreţu. Izvorište obavlja algoritme kontrole toka donoseći odluku o brzini slanja paketa i

širini prozora.

Odredišta (prijemnici paketa) primaju pakete i šalju potvrde kao odvojene kratke pakete, ili

ukljuĉene u pakete toka podataka suprotnog smjera. Donose odluku o trenutku slanja potvrde i

pomaku gornje granice prijemnog prozora radi izbjegavanja segmentacije korisnikovih podataka

na male pakete. Za potrebe kontrole toka bitno je da se potvrda šalje za svaki primljeni paket i da

kasni što manje. U sluĉaju poremećaja redoslijeda pristizanja paketa, odredište moţe ponoviti

posljednju potvrdu (duplicirane potvrde).

Detekcija zagušenja Ĉvorišta i terminali mreţe će na razliĉite naĉine otkrivati pojavu zagušenja. Ĉvorišta raspolaţu s

podatkom o trenutnoj duţini redova na izlaznim kanalima, mogu voditi raĉuna i o vremenu

zadrţavanja (kašnjenja) pojedinog paketa u ĉvorištu, ili pratiti uĉestalost gubitaka paketa zbog

popunjenosti redova ĉekanja. Na osnovu toga će zapoĉeti s nekim od postupaka dojave

izvorištima, odnosno koristit će podatke za potrebe algoritama usmjeravanja i odbacivanja

paketa.

Osnovna posljedica zagušenja kod paketnih mreţa je gomilanje paketa u memoriji ĉvorišta. Zbog

toga raste kašnjenje na mreţi, te nakon popune memorije dolazi do gubitaka paketa. Nestanak

paketa izaziva istek vremenskih sklopova predajnika, koji u predviĊenom vremenu ne primi

potvrdu prijema.

Istek vremena retransmisije (RTO) i povećano kašnjenje su implicitne indikacije zagušenja.

Ĉvorišta mogu naĉinom rada potencirati ove indikacije, npr. unaprijednim selektivnim ili

sluĉajnim odbacivanjem paketa (RED) i time ostvariti funkcije kontrole toka mreţne razine.

Izvorišta nakon detekcije zagušenja trebaju smanjiti brzinu predaje, korištenjem nekog od

algoritama predajnika.

Predajnici pojavu zagušenja mogu otkriti eksplicitno, dojavom sa ĉvorišta indikacije zagušenja ili

podatka o dozvoljenoj brzini, ili implicitno, mjerenjem parametara prijenosa.

Kod eksplicitne dojave, ĉvorovi nakon detekcije mogućeg zagušenja koriste rezervirana polja u

zaglavljima PDU ili posebne PDU za dojavu zagušenja izvorištu. U izvorištu je potrebno ostvariti

korištenje primljene indikacije na mreţnoj ili prijenosnoj razini. Poznat je niz konkretnih

mehanizama eksplicitne dojave zagušenja. To su povratno korištenje kontrolnih poruka, povratno

ili unaprijedno korištenje indikatora, te eksplicitna dojava optimalne brzine predaje.

Povratne kontrolne poruke (npr. Source Quench kod ICMP protokola Interneta) ĉvorište šalje

izvorištu kada odbaci paket zbog zagušenja. Izvorište treba smanjiti brzinu predaje, te time

doprinijeti smanjenju zagušenja. U praksi se je pokazalo, da u uvjetima zagušenja kontrolne

poruke doprinose zagušenju, a istovremeno teško pronalaze put do izvorišta koja nastavljaju sa

slanjem paketa nepromijenjenom brzinom.

Povratni indikatori su bitovi u zaglavlju PDU suprotnog smjera koje ĉvorište postavlja u jedinicu

kada otkrije zagušenje (BCN, Backward Congestion Notification). Kada primi indikator,

izvorište smanjuje brzinu predaje na polovinu. Kada nema indikatora zagušenja, izvorište

udvostruĉuje brzinu u svakom periodu oporavka, koji je proporcionalan sa postignutom brzinom.

Metoda ne doprinosi jednakosti korisnika. Problem se pojavljuje kod paketnih mreţa, kada

promet suprotnog smjera ne prolazi istim putem. Prednost metode je u skrać enom vremenu

odziva.

50

Unaprijedni indikatori su sliĉni povratnim, ali se koriste paketi koji putuju prema odredištu

(EFCI, Explicit Forward Congestion Indication). Odredište kopira indikatore u pakete povratnog

prometa, ĉime se rješava problem razdvojenog usmjeravanja. Kada primi indikaciju zagušenja,

izvorište usklaĊ uje brzinu predaje multiplikativnim smanjenjem, a kada indikacija izostane,

poveć ava je aditivnim porastom (izvorišno upravljanje tokom). Druga je mogućnost da odredište

na osnovu indikacije zagušenja korigira parametre kontrole toka (npr. širinu prozora) koji inaĉe

sluţe za usklaĊenje brzine meĊu korisnicima (odredišno upravljanje tokom). Simulacije i praksa

su pokazali da unaprijedna indikacija daje bolje rezultate od povratne, iako je kašnjenje duţe.

Sloţeniji algoritmi omogućavaju dojavu mjere zagušenja, pa ĉak i optimalne brzine slanja paketa.

Kod implicitne dojave, predajnik mjeri kašnjenju potvrde, tj. vrijeme obilaska koje oznaĉavamo s

T ili RTT, (Round Trip Time), podatak o trenutnom prozoru W (window) i, nakon pojave

preopterećenja, uĉestalost gubitaka paketa (ćelija). Vrijeme obilaska i prozor mjerimo prema slici

Vrijeme obilaska i prozor na mreţi s prospajanjem paketa Predajnik pošalje na mreţu prozor paketa, koji se (u idealnom sluĉaju) ravnomjerno rasporede po

stazi. Paketi stiţu do prijemnika, koji odmah ili s malim kašnjenjem šalje potvrde. Kad primi

potvrdu aj, predajnik zna da je paket izašao iz mreţe, te smije poslati slijedeći paket pk. Pri tome

predajnik izmjeri trenutni prozor:

jk

ajpkW

U trenutku prijema potvrde aj, predajnik izraĉuna i vrijeme obilaska iz poznatih trenutaka predaje

paketa i prijema njegovi potvrde:

jj

ptatT Vrijeme obilaska treba raĉunati s oprezom, jer ako se radi o ponovljenom paketu moţe doći do

nesigurnosti da li je potvrĊen izvorno poslati paket (koji je kasnio) ili njegova kopija. Kod TCP

protokola Interneta, vrijeme obilaska za ponovljene pakete se ne raĉuna.

Filtriranje informacije Kod eksplicitnih i implicitnih metoda dojave (detekcije) zagušenja pojavljuje se problem

trenutnih promjena mjernih veliĉina. To su one promjene, koje nastaju zbog statistiĉkih svojstava

prometa na niţim vremenskim razinama, kraćim od vremena kašnjenja na mreţi (trenutno

zagušenje). Zbog toga je nuţno trenutno mjerene vrijednosti filtrirati, kako bi se iz niza mjerenih

51

vrijednosti dobila traţena informacija za višu vremensku razinu. Problem filtriranja se komplicira

ĉinjenicom da je frekvencija uzorkovanja ĉesto varijabilna, da mjerni podaci kasne, da je

podataka nekad premalo (frekvencija uzorkovanja preniska, naroĉito u uvjetima zagušenja), te da

isti algoritam protokola koristimo za veze s vrlo kratkim, kao i za one s vrlo dugim kašnjenjem,

odnosno vremenom obilaska.

Ĉesto korišteni algoritam filtriranja je eksponencijalno uprosjeĉivanje, gdje se sukcesivni uzorci

mnoţe faktorom pojaĉanja a pribrajaju sumi, prethodno pomnoţenoj s (1-a). Tako je udio i-tog

prošlog uzorka proporcionalan s ai. Za neku veliĉinu x bit će: nmnxnx 11

gdje je m(n) trenutna izmjerena vrijednost. Prednost metode je u tome što ne zavisi o vremenu, a

pogodnim izborom pojaĉanja realizira se cjelobrojnom aritmetikom. Veći faktor pojaĉanja znaĉi

veći utjecaj mjerene veliĉine u odnosu na usrednjaĉenu vrijednost, te veću osjetljivost na

fluktuacije.

Algoritmi predajnika Nakon detekcije, odnosno dojave zagušenja, predajnik treba uskladiti brzinu predaje s nastalom

situacijom. Taj postupak nazivamo kontrolom brzine predaje, odnosno algoritmom predajnika.

Postavlja se problem odreĊivanja nove brzine predaje, a s ciljem postizanja kakvoće usluge i

pravednosti. Pri tome je nemoguće raĉunati na centralizirane, već se treba osloniti na

distribuirane algoritme predajnika.

Kod eksplicitnih dojava raspoloţivog kapaciteta, predajnik jednostavno nastavlja odašiljanje

novom dozvoljenom brzinom. Kod eksplicitne ili implicitne dojave zagušenja, podatak o

raspoloţivom kapacitetu nije poznat i korekcija brzine predaje odvija se na osnovu ugraĊenih

algoritama predajnika. Za sluĉaj zagušenja, predajnik će smanjiti brzinu, a za sluĉaj

podopterećenja mreţe, povećati će brzinu predaje. Pokazalo se je da je optimalan algoritam

predajnika koji koristi aditivni porast kod podopterećene mreţe, i multiplikativno smanjenje

brzine kod pojave zagušenja. Na taj naĉin korisnici koji nepravedno koriste već i dio kapaciteta

brţe smanjuju svoju brzinu, dok kod podjele novoosloboĊenog kapaciteta svi imaju podjednaku

šansu. Poznate su dvije grupe mehanizama kontrole toka predajnika, prozorska kontrola (window

control) i kontrola brzine predaje (rate control).

Prozorska kontrola zasniva se na ograniĉenju broja paketa (ćelija) koje predajnik smije poslati

prije nego dobije potvrdu prijema od odredišta. Prozor je apsolutno ograniĉen modulom

numeracije PDU. Najveći dozvoljeni prozor ima vrijednost slobodnog dijela memorije

prijemnika. Na taj se naĉin sprjeĉava slanje i prijenos paketa koje prijemnik ne bi bio u stanju

primiti. Predajnik šalje brzinom koja ovisi o širini prozora prijemnika RWIN (Receiver Window)

i vremenu obilaska T, prema formuli

T

RWINL

max

Isti mehanizam moguće je koristiti za izbjegavanje zagušenja na mreţi korekcijom širine prozora

zagušenja CWIN (Congestion Window) nakon prijema implicitne ili eksplicitne dojave

zagušenja. Predajnik šalje na mreţu onoliko paketa koliko je dozvoljeno prozorom zagušenja, a

najviše onoliko koliko je dozvoljeno prozorom prijemnika:

T

CWINRWINL

,min

52

Prozorska kontrola je prirodan naĉin kontrole toka kada je kapacitet kojim se upravlja ograniĉen

koliĉinom memorije u ĉvorištima. Ona efikasno nadzire broj paketa u mreţi. Mana je prozorske

kontrole što ne nadzire efikasno ulazni promet, te izvorišta ĉesto generiraju praskove (eng. burst)

paketa. Kontrola brzine predaje zasniva se na korekciji perioda emitiranja paketa, gdje je

propusnost obrnuto proporcionalna periodu emitiranja paketa t:

1L

Predajnik smanjuje brzinu predaje radi izbjegavanja zagušenja. Prednost metode je u

izbjegavanju praskova paketa, tako da se karakteristike predajnika pribliţavaju determiniranom

modelu izvorišta. Mana joj je što ne ograniĉava broj paketa u mreţi i tako ne štiti spremnike

ĉvorišta od popunjenosti. Kontrola brzine predaje je prirodan naĉin kontrole toka kada je

upravljani kapacitet ograniĉen brzinom prijenosa (komunikacijski kanal) ili obrade (usmjernik).

Ona efikasno nadzire ulazni promet. Zbog prednosti i mana dvaju pristupa, oĉekuje se primjena

algoritama kontrole toka koji su kombinacija prozorske kontrole i kontrole brzine predaje.

Kontrola brzine treba sprijeĉiti pojavu praskova prometa, a prozorska kontrola sprijeĉiti

nekontrolirano popunjavanje redova u usmjernicima.