3. Načini prenosa podataka kroz mrežu
1 deo: Osnovni elementi računarskih komunikacija
Računarske telekomunikacije predstavljaju jedan od oblika komunikacija, odnosno komunikaciju na daljinu ostvarenu putem korišćenja računara.
Kao osnovni elementi računarske mrežne komunikacije mogu se izdvojiti:
-
komunikacioni kanal (vod),
-
hardver računara,
-
operativni sistem i
-
korisničke aplikacije.
Slika 1.1-1. Elementi računarskih mreža
Kod direktne komunikacije dva računara oba učesnika poseduju sve navedene elemente, osim u slučajevima kada se komunikacija inicira ili završava na nivou operativnog sistema ili kada je u pitanju kontrolna komunikacija na nivou mrežnog hardvera. Međutim, kod kompleksnijih mreža komunikacija krajnjih čvorova može biti posredna i odvijati se preko jednostavnih mrežnih uređaja koji se sastoje od hardvera sa ugrađenim funkcijama i interfejsima, ili preko kompleksnih mrežnih uređaja koji u sebi sadrže specijalizovani mrežni operativni sistem. Komunikacioni kanali i elementi koji ih povezuju sa mrežnim interfejsima računara ili uređaja nazivaju se pasivnom mrežnom opremom. Mrežni uređaji koji u sebi, pored hardvera, sadrže i firmver ili softver sposoban za analizu i modifikaciju nosećih signala nazivaju se aktivnom mrežnom opremom. Pravila po kojima se komunikacija vrši na svim pomenutim nivoima jesu protokoli.
Za uspešnu komunikaciju između krajnjih članova mreže potrebno je obezbediti funkcionalnost na svim komunikacionim nivoima. U slučaju da računari nemaju adekvatnu podršku za hardverske ili softverske elemente na kojima se bazira računarska mreža, komunikacija neće biti moguća.
Pasivna mrežna oprema predstavlja najjednostavniju komponentu računarskih mreža. Atribut “pasivna” potiče od ciljne karakteristike komponentata ove kategorije da nad mrežnim saobraćajem ne izvrše nikakvu izmenu. Pasivne komponente mreže čine:
-
utičnice,
-
kablovi,
-
paneli za prespajanje i za završavanje kablova (patch panel),
-
kablovi za prespajanje (patch cabel),
-
rek ormani,
-
kanalice za vođenje kabla i drugo.
1.2. Prenos podataka
Računarska mreža se može posmatrati kao komunikacioni sistem, gde se informacija generisana na predajnoj strani (izvorište poruke) dostavlja željenom odredištu. Osnovni elementi komunikacionog sistema su:
-
Izvor (source) – generiše podatake za prenos.
-
Predajnik (transmitter) – transformiše generisane podatke u oblik pogodan za prenos (npr. modem digitalne podatke iz računara transformiše u analogni signal koji se može preneti preko javne telefonske mreže ).
-
Prenosni sistem (tramission sistem) – može biti jednostavna linija ili kompleksna mreža koja spaja izvor i odredište.
-
Prijemnik (receiver) – prihvata signal iz prenosnog sistema i transformiše ga u oblik pogodan za odredište.
-
Odredište (destination) – prihvata prenete podatke.
Slika 1.2..1. Model komunikacionog sistema.
Opisani model predstavlja opšti model komunikacije i može se, pored na komunikacije u računarskim mrežama, primeniti na bilo koju komunikaciju. Na primer, u razgovoru dvoje ljudi, izvor informacije je um govornika. On informaciju koduje u glasovnu poruku koju šalje korišćenjem glasnih žica. Sistem prenosa je vazduh koji osciluje, a prijemnik je uvo slušaoca. Odredište poslate poruke je njena rekonstrukcija u umu slušaoca.
Slika 1.2..2. Model glasovne komunikacije.
Jednostavan primer realizacije opisanog modela u računarskim mrežama jeste povezivanje dva računara putem javne telefonske mreže i modema.
Pri prenosu podataka u tom slučaju jedan računar je njihov izvor. Podaci se prosleđuju predajniku - modem u ovom slučaju - koji ih priprema za slanje a zatim i šalje. Sistem kojim se podaci prenose jeste javna telefonska mreža, odnosno njeni kanali. Modem na drugoj strani predstavlja prijemnika podataka. Podaci se nakon prijema i dekodovanja prosleđuju odredištu - prijemnom računaru.
Slika 1.2..3. Model modemske računarske komunikacije.
Slika 1.2..3. Sistem sa posrednicima u komunikaciji.
Slika 1.2..4. Sistem sa posrednicima u komunikaciji.
Ključni poslovi u komunikacionom sistemu su:
-
Povezivanje (interfacing) uređaja na komunikacioni sistem;
-
Generisanje signala (signal generation) – propagacija, regeneracija, domet itd.;
-
Sinhronizacija (synchronization) predajnika i prijemnika;
-
Razmena podataka (exchange management) prema odgovarajućem protokolu;
-
Otkrivanje i ispravljanje grešaka (error detection and correction) npr. kod slanja datoteka;
-
Kontrola toka (flow control) - usaglašavanje brzine slanja i brzine prijema podataka;
-
Adresovanje i usmeravanje (addressing and routing) – čim postoji više od dva učesnika;
-
Oporavak (recovery) – mogućnost da se transfer podataka nastavi od mesta prekida;
-
Formatiranje podataka (message formatting) - dogovor učesnika o dužini i strukturi podataka koji se prenose;
-
Zaštita (security) na prenosnom putu, autentičnost podataka;
-
Upravljanje mrežom (network management) – mreža je kompleksan sistem, koji ne radi sam po sebi. Neophodno je mrežu konfigurisati, nadgledati, intervenisati i inteligentno planirati za buduću namenu.
2 deo. Vrste prenosa podataka
U računarskim mrežama postoje dva osnovna načina prenosa podataka. Kod prvog načina, koji je stariji, veza između izvorišta poruke i odredišta uspostavlja se kroz čvorove mreže, na način da se zauzima kompletan spojni put. Karakterističan primer je javna telefonska komutirana mreža. Drugi tip je paketski način prenosa, gde se poruka deli u manje celine – pakete (okvire), a kroz mrežu se paketi mogu preusmeravati po različitim spojnim putevima. Ovakav način prenosa je karakterističan kod Interneta. Postoji i treći način prenosa podataka, a odnosi se na paketski prenos podataka gde svi paketi prolaze isti spojni put.
2.1. Prenos podataka sa komutacijom veza
Kod prenosa podataka sa komutacijom veza (engl. circuit switched) između dva učesnika u komunikaciji uspostavlja se čvrsta direktna veza, a ukupna informacija se prenosi putanjom koja je utvrđena u toku uspostave veze. Na primer, ako računar PC1 želi da komunicira sa računarom PC2 prvo se uspostavlja veza između ova dva računara i ta veza postoji samo za dati prenos podataka.
Slika 1.2.1.1-1. Prenos podataka sa komutacijom veza
Ako neki treći računar poželi da komunicira sa računarom PC2 u tom trenutku, to neće biti moguće po istom spojnom putu. Takođe, komunikacija bilo koja druga dva učesnika ne može da se odvija zauzetim spojnim putem. Osnovna karakteristika ovakvog načina prenosa podataka je da se podaci mogu prenositi uspostavljenom vezom maksimalnom brzinom koja je moguća, tj. u potpunosti se može koristiti kompletan frekvencijski opseg uspostavljenog spojnog puta (komunikacionog kanala) za prenos podataka.
2.2. Prenos podataka sa komutacijom paketa
Kod prenosa podataka sa komutacijom paketa (engl. packet switched) između dva učesnika, prvo se informacija koja se razmenjuje deli u pakete čija struktura (dužina paketa, redni broj, adresa odredišta, prioritet i sl.) odgovara nosećim protokolima. Paketi se upućuju do prvog čvora u mreži (rutera), a u svakom ruteru se vrši nezavisno usmeravanje paketa. Izbor putanje u ruterima se vrši na osnovu više kriterijuma koji važe u datom trenutku. Paketi prolaze različite putanje od izvorišta do odredišta. Na odredištu se vrši slaganje paketa u prvobitan redosled da bi se dobila potpuna informacija. Ovakav način prenosa podataka je karakterističan za računarske mreže gde većinu mrežnog saobraćaja čine kratki naleti podataka sa praznim prostorom između i koji su obično vremenski duži od “popunjenih”. Suština ovakvog načina prenosa podataka je da se u praznim prostorima mogu slati paketi koje šalje neki treći učesnik. Dakle, podaci od različitih izvorišta mogu prolaziti istim spojnim putem.
Slika 1.2.1.2-1. Prenos podataka sa komutacijom paketa
Ovo je daleko „žilaviji“ način prenosa, zato što paketi najčešće mogu da nađu bar jedan slobodan spojni put. Mana je što je efektivna brzina slanja podataka na ovaj način manja od maksimalne koju dozvoljava propusni opseg kanala, zato što ga koriste više učesnika u komunikaciji.
2.3. Prenos podataka virtualnom vezom
Prenos podataka virtualnom vezom (engl. virtual circuit) takođe se odnosi na paketski prenos. Međutim, paketi se usmeravaju na isti spojni put između dva računara. Virtuelna kola su permanentnog tipa što znači da kada se jednom definišu putanje, retko ili nikada se ne menjaju. Ovo je zapravo softverska zamena za hardverska rešenja ovog tipa. Podaci i dalje putuju kroz mrežu (povezani čvorovi) ali tačno određenom putanjom. Svaki paket, pored karakterističnih polja koje nosi, ima i obeležje koje ukazuje na datu virtuelnu vezu. Skoro sve mreže koje imaju intenzivan saobraćaj na mreži koriste ovu metodu definisanja putanje.
Slika 1.2.1.3-1. Prenos podataka virtualnom vezom
Prednost ovakvog načina prenosa paketa je da se krajnjim aplikacijama može obezbediti odgovarajući kvalitet usluge. Na primer, kod interaktivnog prenosa govora kroz mrežu, važno je obezbediti da paketi podataka, kojima je kodovan govor, do prijemnika stižu istom brzinom, tj. da ne postoji varijacija u kašnjenju. U mrežama sa komutacijom paketa, pojedini paketi mogu da pronalaze drastično različite putanje (različito vreme prenosa), što može dovesti do problema na prijemu – nerazumljiv govor. Samo virtuelnim kolima se može obezbediti zahtevani kvalitet usluge. Zbog prenosa kroz mrežu postoji kašnjenje, ali je ono identično za sve pakete i za dati signal nije od interesa.
Pitanja za ponavljanje gradiva:
- Kako bi definisali šta su to računarske telekomunikacije?
- Koji su osnovni elementi računarske mrežne komunikacije?
- U čemu je razlika između aktivne i pasivne mrežne opreme? Dajte primer pasivne mrežne opreme.
- Koji su osnovni elementi bilo kojeg komunikacionog sistema?
- Navedite jedan primer komunikacionog sistema, i ulogu pojedinih elemenata u njemu.
- Koji su kljulni poslovi u komunikacionom sistemu?
- Koje vrste prenosa smo pominjali do sad?
- Opisati prenos podataka sa komutacijom veza.
- Opisati prenos podataka sa komutacijom paketa.
- Opisati prenos podataka virtuelnom vezom.