Средства локалних мрежа

У овом поглављу биће говора о:

• регенератору, хабу, мосту, рутеру и конвертору протокола,

• битним разликама између регенератора и моста,

• начину функционисања транспарентног моста,

• појави петље која у случају рутера представља много мањи проблем од појаве петље у случају моста.

10.1. УВОД

У дифузним мрежама, поред станица, срећу се хардверски уређаји регенератор, хаб (звездаста спојница) и мост. Повезивање две мреже или више мрежа, при чему се задржава независан рад сваке мреже, као и повезивање станица у комутираним мрежама, реализује се преко рутера и вратница (енгл.: gateways).

На слици 10.1 приказана је комутирана рачунарска мрежа. Она се генерално састоји од станица (корисничких рачунара) и подмреже (слика 10.1). Подмрежа има чисто комуникациону функцију, за разлику од станица које имају чисто апликативну функцију. Подмрежа се састоји од крајњих чворова и међучворова који су међусобно повезани спојним водовима. Станице се повезују на крајње чворове преко прикључних водова.

Слика 10.1. - Комутирана рачунарска мрежа састоји се од станица, прикључених водовима и подмреже (крајњих чворова, међучворова и спојних водова)

Станице, крајњи чворови, међучворови и спојни и приступни водови представљају хардверски део мреже.

Крајњи чвор је у рачунарским мрежама обично у облику мрежне интерфејс картице која се налази у корисниковом рачунару. Мрежна картица је хардверски уређај који омогућава рачунару да комуницира преко рачунарске мреже. Она омогућава приступ мрежном медијуму, жичном или бежичном, и обавља адресовање нижег нивоа (физичко адресовање) преко МАС адреса.

Међучворови су специјализовани рачунари који се користе за повезивање два или више спојних водова, тј. који обављају комутациону функцију. За ове уређаје често се користи термин свич (енгл.: switch). У ствари, свич је комерцијални термин за уређај који спаја две или више комуникационих линија. Свичеви могу да раде у једном или више OSI слојева: физичком слоју, слоју везе, слоју мреже или слоју транспорта. Свич који истовремено ради на више од једног слоја назива се вишеслојни свич.

10.2. РЕГЕНЕРАТОР

 

Сваки сигнал током простирања губи енергију, тј. слаби. Због тога је ограничено максимално могуће растојање између две директно повезане станице. Да би се домет сигнала повећао, користе се у случају аналогних сигнала појачавачи, а у случају дигиталних сигнала регенератори, односно репетитори.

Регенератор је хардверски уређај који обнавља приспели дигитални сигнал и прослеђује га даље. Регенератор не поседује меморију нити неку додатну интелигенцију, па не меморише примљене дигиталне сигнале, већ их једноставно регенерише бит по бит. Ако је током преноса дошло до грешке, па је неки бит конвертован у свој комплемент, регенератор то не може да установи, већ тако регенерисан сигнал, заједно са грешкама, прослеђује даље на линију везе. Дакле, регенератор је уређај који функционише на нивоу физичког слоја (слика 10.2).

Слика 10.2. - Повећање домета везе помоћу регенератора. Регенератор ради искључиво у физичком слоју

Регенератор омогућава да се повећа физичка дужина линка, али не утиче на функционисање мреже: ако се два или више сегмената мреже повежу генераторима, они и даље представљају једну мрежу (слика 10.3).

Ако на слици 10.3, нпр., станица А шаље рам станици Б, рам стиже до свих станица на оба сегмента. Регенератор нема ни меморију, ни логику, која би му омогућавала да пропушта рам само у онај сегмент у коме одредишна станица.

Слика 10.3. - Повезивање два сегмента помоћу регенератора

10.3. ЗВЕЗДАСТА СПОЈНИЦА (ХАБ)

 

Звездаста спојница (хаб) је вишепортни хардверски уређај. Када рам стигне на један порт хаба, хаб га копира и ретрансмитује по свим својим портовима.

Постоје две врсте звездастих спојница: пасивне и активне.

Пасивна спојница једноставно електромагнетно спаја линкове тако да се сигнал који долази физички преноси на све излазне линкове.

Активна спојница функционише као регенератор; битови који стижу по некој улазној линији прво се регенеришу, па се онда шаљу на све излазне линкове.

10.4. МОСТ

 

Када се формира нека локална мрежа, обично постоји тенденција да се временом повећава број умрежених рачунара. Број умрежених рачунара је ограничен како самом природом дифузних мрежа, тако и примењеном технологијом.

• У дифузним LAN-овима сав саобраћај се одвија кроз заједнички медијум. Пошто је капацитет медијума ограничен, са повећањем броја умрежених станица смањује се ширина пропусног опсега која је на располагању свакој станици.

• У прстену са жетоном свака умрежена станица уноси кашњење преко свог регенератора. Када кашњење достигне неку горњу дозвољену вредност, број умрежених станица не сме се даље повећавати. У етернет мрежама дужина кабла је ограничена, а максималан број умрежених станица ограничен је најмање дозвољеним растојањем између суседних станица.

Ако би се даљим повећањем броја умрежених станица поквариле перформансе локалне мреже, једино решење је да се формира нов LAN. Да би се омогућила комуникација између станица које се налазе у различитим LAN-овима, мреже се повезују, односно премошћавају помоћу уређаја који се назива мост (енгл.: bridge). Мост је двопортни или вишепортни рачунар са фиксним програмом. После спајања локалних мрежа мостом LAN-ови даље раде као јединствена проширена локална мрежа, која се назива проширена мрежа. У проширеном LAN-у сваки LAN ради као један сегмент те јединствене локалне мреже.

За разлику од регенератора који прослеђује сваки бит чим га прими, мост прослеђује рам тек пошто прими комплетан рам, и то тек онда када је сигуран да је LAN у који треба да упути рам спреман за пријем (тј. да није у том тренутку заузет). Дакле, мост поседује меморију у коју смешта рам пре но
што га проследи даље. Према томе, мост је уређај типа мемориши и проследи даље.

Шта ће се догодити ако две станице са супротних страна регенератора истовремено емитују? Доћи ће до колизије јер ће регенератор чим прими који бит одмах да га проследи даље. Ако две станице са супротних страна моста истовремено емитују, неће доћи до колизије зато што ће мост сместити у
меморију оба рама и проследити их даље тек када утврди да је пријемни LAN слободан, па према томе, спреман за пријем. Пошто мост не репликује грешке и шум, мостовима се може повезати готово неограничен број мрежа.

На слици 10.4 приказан је случај повезивања три локалне мреже тропортним мостом.

Слика 10.4. - Повезивање мостом три локалне мреже које користе исте протоколе за упра-
вљање слојем везе. У LAN су помоћу регенератора повезана два огранка локалне мреже

Мост ради у доња два OSI слоја, у физичком слоју и у слоју везе (слика 10.5) и омогућава повезивање LAN-ова који користе исти протокол за управљање логичким линком (LLC). Зато мост ни на који начин не модификује рам: рам који је пренео мост ни по чему се не разликује од рама који је послала изворишна станица.

Слика 10.5. - Међумрежна протоколска архитектура у случају коришћења мостова

Пошто ради у слоју везе, мост се по ISO дефиницији дефинише као свич у слоју 2 OSI модела. Мостови могу да се користе и у жичном и у бежичном преносу података. Бежични мостови служе за бежично повезивање LAN-ова или за бежично прикључивање удаљених станица на LAN-ове.
Две основне врсте мостова су:

• транспарентни мост и

• изворишно рутирани мост.

Стандардизован је транспарентни мост. Изворишно рутирани мост се релативно ретко користи, па о њему нећемо говорити.

 

10.4.1. ТРАНСПАРЕНТНИ МОСТ

 

Мост мора да познаје топологију проширене мреже, тј. мора да зна где се налази која станица. Зато се у меморији моста налази табела са адресама, тј. адресар, свих могућих одредишта у проширеној мрежи.

Преко портова у мост стижу сви рамови који се крећу кроз сегменте проширене локалне мреже. Мост у заглављу сваког рама прочита МАС адресу његовог одредишта и потражи је у свом адресару.

Ако се покаже да је одредиште пристиглог рама нека станица која се налази на истом сегменту на коме је и извориште, мост одбацује тај рам јер зна, пошто се ради о дифузној мрежи, да је тај рам прошао поред свих станица на том сегменту те да га је прихватила одредишна станица. На пример, ако на слици 10.4 станица S1 упути рам станици S3, рам стиже у мост, али га мост одбацује јер поређењем адресе одредишта рама са адресама у свом адресару утврђује да се одредиште (тј. станица S3) налази у LAN1, тј. на истом сегменту из којег је рам стигао.

Ако мост поређењем адресе одредишта у пристиглом раму са адресама у свом адресару утврди да се одредишна станица налази у другом сегменту, онда мост прослеђује, преко одговарајућег порта, рам на тај сегмент. На пример, ако на слици 10.4 станица S1 упути рам станици R2, мост сазнаје преко свог адресара да се станица R2 налази на сегменту 2, те рам прослеђује у тај сегмент.

Рам сазнаје топологију проширене мреже на два начина:

• ручним уношењем физичке адресе свих станица које постоје у проширеној мрежи и

• учењем.

Прва метода је непогодна, посебно ако се ради о мрежама са много станица и мостова. Зато се данас користе тзв. паметни, односно адаптивни мосшови.

На примеру датом на слици 10.4 објаснићемо како мост учи. Напоменимо да се у случају моста најчешће користи plug and play технологија. Посматрајмо тренутак када се мост укључи те у том тренутку не зна ништа о топологији мреже, па је његов адресар празан.

Претпоставимо да станица S1 упути рам станици С1 која се налази у LAN3. Тако се у раму који стиже у мост налази адреса изворишта (S1) и адреса одредишта (С1), наравно у облику МАС адресе. На основу адресе изворишта мост сазнаје да рам стиже из станице S1, а како он стиже по порту 1, то закључује да се S1 налази на порту 1. Мост је научио локацију једне станице и ту информацију смешта у свој адресар. Мећутим, мост не зна где се налази станица С1 па зато примењује методу плављења, тј. прослеђује рам
на све своје портове осим оног по коме је рам стигао јер зна да ако је одредиште на истом сегменту на коме је и извориште, да је одредишна станица већ прихватила рам.

Претпоставимо да сада станица С1 одговори станици S1. Овај рам стиже у мост по порту 3. Мост погледа адресу изворишта и сазнаје да се станица С1 налази на порту 3. Затим погледа адресу одредишта, види да је то станица S1, погледа у свој адресар и установи да зна њену локацију, па прослеђује рам само на порт 1.

Нека сада станица S2 пошаље рам станици S1. Рам стиже у мост по порту 1. Мост тако сазнаје да се станица S2 налази на порту 1. Затим угледавши адресу одредишта, установљава да се одредиште налази на истом порту на коме је и извориште, те нема потребе да прослеђује рам већ га једноставно игнорише.

Тако током рада мост сазнаје локације свих активних станица и у стању је да непрекидно ажурира свој адресар. У нашем примеру, пошто свака станица емитује бар по један рам, у адресару моста налазиће се записане локације свих станица (табела 10.1).

Табела 10.1. - САДРЖАЈ АДРЕСАРА МОСТА ЗА СЛУЧАЈ ПРИКАЗАН НА СЛИЦИ 10.4
ПОТОМ СУ СВЕ СТАНИЦЕ ЕМИТОВАЛЕ БАР ПО ЈЕДАН РАМ

порт 1	S1, S2, S3
порт 2	R1, R2, R3, R4, R5, R6
порт 3	C1, C2, C3

Ако би се извршила анализа сазнавања топологије проширене мреже састављене од истих сегмената као на слици 10.4, али када се уместо једног тропортног моста користе два двопортна моста при чему мост 1 повезује сегмент 1 и сегмент 2, а мост 2 повезује сегмент 2 и сегмент З, добио би се адресар приказан у табели 10.2.

Табела 10.2. - ЛОКАЦИЈЕ СТАНИЦА ПО ПОРТОВИМА 1 И 2 У СЛУЧАЈУ КАСКАДНЕ ВЕЗЕ
ТРИ СЕГМЕНТА ПРИКАЗАНА НА СЛИЦИ 10.4 ПОМОЋУ ДВА ДВОПОРТНА МОСТА

	порт 1	порт 2
мост 1	S1, S2, S3	C1, C2, C3, R1, R2, R3
мост 2	S1, S2, S3, C1, C2, C3	R1, R2, R3

Као што се из табеле 10.2 може закључити станице "не виде" мостове, па отуда и назив транспарентни, тј. невидљиви мост.

У случају транспарентних мостова најгоре што се може догодити јесте појава петље. Наиме, како мостови не уносе било какве измене у рам, рам који би упао у петљу неограничено дуго би се вртео у петљи. Посебно је опасно што би могло да дође до умножавања рамова јер мост, када не зна где се налази одредиште пристиглог рама, упућује тај рам на све своје портове осим на онај по коме је рам стигао.

На основу тога могли бисмо извести закључак да се приликом изградње мреже мора строго водити рачуна да се не појаве петље. Овакав закључак би био потпуно погрешан. Појава петљи у мрежама је веома пожељна јер управо постојање вишеструких путања између чворова повећава робусност мрежа и чини их отпорним на кварове и отказе на поједним деоницама. Проблем петљи у случају коришћења мостова се решава помоћу једног посебног алгоритма, тзв. алгоритма повезаног стабла, који испитује да ли између моста и посматраног чвора постоји више од једне путање. Ако постоји, бира по случајном избору једну од путања, а остале путање блокира, али их меморише. Ако током рада дође до прекида одабране путање, алгоритам ће активирати једну од меморисаних алтернативних путања. При томе, корисници уопште нису свесни да је дошло до прекида неке путање.

 

10.5. РУТЕР

Размена података између рачунара који се налазе у одвојеним мрежама, а да се при томе не наруши независан рад сваке појединачне мреже, обавља се помоћу мрежних уређаја који се називају рутери.

Рутер обавља задатке у доња три слоја OSI модела (слика 10.6), при чему је посебно активан у слоју мреже. Зато се рутер по ISO дефиницији дефинише као свич у слоју 3 OSI модела.

Слика 10.6. - Међумрежна протоколска архитектура у случају коришћења рутера

Постоји миого различитих мрежа, нпр.: TCP/IP, ATM, DECnet, Apple-Talk, SNA. NCP/IPX итд. Поред тога што се могу класификовати према врсти EMT које користе и према топологији, мреже се могу у слоју мреже разликовати још по много чему: по протоколима које користе, по начину адресовања, да ли су конекционе или бесконекционе, по максималној дозвољеној величини опсега, по начину рутирања, по различитим механизмима контроле загушења итд. Разумљиво је да је због свих ових могућих разлика рад у интернету сложенији од рада у једној мрежи. Уређај који повезује мреже мора да осим рутирања, обави све потребне конверзије при преласку пакета из једне у другу мрежу. Рутер мора да обезбеди конекцију на прва три слоја OSI модела: физичког слоја (врста медијума који се користи), слоја везе (нпр. етернет, FDDI или АТМ) и слоја мреже (нпр., IР или IPX).

Кратко речено, рутер мора да „испегла", тј. да елиминише бројне разлике које постоје између мрежа које повезује.

И у случају рутера пакет може да упадне у петљу. Међутим, за разлику од петље са мостовима, упадање пакета у петљу са рутерима је много безопасније. Различите последице појаве петље проистичу из начина функционисања моста и рутера.

При појави петље у мрежи са рутерима један пакет би могао, као и у случају мостова, да се „шета“ бесконачно дуго кроз петљу. Међутим, у случају рутера пакет који је упао у петљу неће генерисати нове копије зато што рутер прослеђује приспели пакет само у једном смеру: рутер одређује у који ће следећи чвор пакет бити упућен. Дакле, пакет се увек упућује само у један следећи рутер. Поред тога, да се пакет не би неограничено дуго вртео у петљи, у заглављу пакета постоји, поље бројач скокова које се инкрементује при сваком проласку кроз било који рутер. Када број скокова достигне неки унапред дефинисан праг, пакет се одбацује.

Мостови не уносе било какве измене у рам, па зато у заглављу рама не постоји поље бројач скокова које би се модификовало у слоју везе при сваком проласку рама кроз мост. Зато ће се рам који у мрежи са мостовима упадне у петљу неограничено дуго вртети у петљи. При томе, ако мост не зна где се налази одредиште, рам ће се "размножавати", тј. ствараће се нове копије при сваком проласку кроз петљу.

Ако дође до квара рутера, последице зависе од тога да ли се ради о конекционој или бесконекционој мрежи. У конекционој мрежи квар рутера доводи до прекида свих виртуелних кола која пролазе кроз тај рутер. У бесконекционим мрежама последице квара рутера много су блаже: биће изгубљени само пакети који се у тренутку хаварије затекну у рутеру, а веза се не прекида јер ће се следећи пакети усмерити на неоштећени део мреже.

Пошто рутери повезују мреже или представљају чворове у комутираним мрежама, најтачнија дефиниција WAN мрежа је, да су то мреже које раде на трећем OSI слоју, тј. у слоју мреже.

10.6. КОНВЕРТОРИ ПРОТОКОЛА

 

Рутери омогућавају повезивање мрежа које користе исте или сличне протоколе. Повезивање некомпатибилних мрежа реализује се помоћу вратница (енгл.: gateways). На пример, да би се омогућила комуникација између станица у IP мрежи са станицама у DECnet мрежи морају се пакети из ТСР/IР формата преобратити у DECnet формат и обрнуто, а ова конверзија се обавља у вратницама. Због тога се вратнице називају и конвертори протокола. Вратнице могу да раде у свих седам слојева OSI модела, али је њихово функционисање везано пре свега за горње, више OSI слојеве. На пример, вратнице које омогућавају повезивање мрежа у слоју транспорта називају се транспортне вратнице, а оне које омогућавају повезивање у слоју апликације називају се апликационе вратнице.

И рутери и вратнице су рачунари са фиксним програмима. У принципу се разликују само по инсталираном софтверу.

Питања:

1. Који део мреже има само комуникациону функцију, а који део мреже само апликативну
   функцију?

2. Које су карактеристике регенератора? У ком OSI слоју ради?

3. Објасните разлику између пасивне и активне звездасте спојнице.

4. Који уређај прослеђује бит по бит, а који рам по рам?

5. Објасните зашто се за мост и рутер каже да раде по принципу мемориши и проследи даље?

6. Шта ће се догодити ако две станице истовремено емитују са супротних страна регенератора (а)? моста (б)?

7. Да ли мост модификује рам (а)? и рутер модификује пакет (б)?

8. Објаснити како транспарентни мост сазнаје топологију мрежа које повезује.

9. Да ли појава петље има значаја у мрежи са мостовима? Објасните зашто.

10. Да ли је у рачунарским мрежама пожељно да постоје петље?

11. У којим слојевима ради мост, а у којим рутер?

12. Који је задатак рутера?

13. Објасните зашто упадање пакета у петљу када се ради о рутерима није критично. Колико
    дуго ће се пакет задржати у петљи?

14. Да ли су последице квара рутера теже у конекционим или у бесконекционим мрежама? Зашто?

15. Како се дефинишу WAN мреже?

16. Када се користе вратнице? Како се вратнице другачиjе називаjу.