Mrežne tehnologije i oprema

TCP/IP

TCP/IP je skup protokola, koji se još naziva i Internet protokol. Nastao je pod okriljem američke vladine agencije za napredna istraživanja (DARPA), ali je igrom slučaja vremenom postao osnova javne i globalne Internet mreže. Istraživanja su započeta 1970. godine, u saradnji sa nizom vodećih američkih univerziteta.

Slojevi
Kao i OSI model, TCP/IP je zasnovan na prenosu podataka po slojevima (sa tom razlikom da OSI model ima 7 slojeva, a TCP/IP 4 ili 5). Imena slojeva koje TCP/IP podržava su Aplikativni, Trasportni, Internet i Pristupni, pri čemu se u nekim podelama Pristupni sloj deli na Fizički i Datalink sloj.

Sloj 5 - Aplikacije
Aplikativni sloj TCP/IP-ja odgovara zbiru Aplikativnog, Prezentacionom i sloju Sesije OSI modela. Mrežni protokoli (i odgovarajući programi) na ovom nivou su Telnet, FTP, SNMP, HTTP i SMTP.

Sloj 4 - Transport
Transportni sloj odgovara sloju 4 OSI modela, sa tom razlikom da nema funkcionalnost OSI sesije. Osnovna namena ovog sloja je obezbedi prenosni servis. Najvažniji protokoli sloja 4 su TCP (Transmission Control Protocol) i UDP (User Datagram Protocol). Oba protokola služe aplikativnom sloju za prenos podataka, a sam izbor zavisi od zahteva za pouzdanošću prenosa:

• TCP je pouzdan, konekcioni protokol koji obezbeđuje proveru grešaka i kontrolu toka podataka preko virtualne veze, koja se uspostavlja i po završetku prenosa raskida. FTP, HTTP i SNMP servisi koriste TCP da bi obezbedili prenos podataka bez grešaka i gubitaka.
  
• UDP je nepouzdan, prenos bez konekcije, ali sa zato sa manjim opterećenjem mreže. UDP ne obuhvata proveru grešaka pri prenosu, niti ima mehanizme za kontrolu toka podataka. SNMP i multimedijalne aplikacije koriste UDP, SNMP zbog nadzora mreže (što je proces koji ne bi trebalo da preoptereti mrežu), a multimedijalne aplikacije zbog manjeg opterećenja mreže.

Sloj 3 - Internet
Sloj 3 je odgovoran za usmeravanje (ruting) podataka preko mreže. Omogućava komunikaciju preko mreža istog ili različitog tipa i obavlja prevođenje između različitih adresnih šema. IP (Internet Protocol) i ARP (Address Resoluton Protocol) se nalaze u sloju 3.

Slojevi 1 i 2
Kombnacija prenosa po Datalink i Fizičkom sloju se obavlja u hardveru uz pomoć pristupnih metoda jao što su CSMA/CD (Carrier Sensed Multiple Access with Collision Detection) iz Ethernet protokola. Ethernet funkcioniše na pristupnom nivou mreže, tako što Ethernet elektronika radi na Fizikom sloju, a CSMA/CD MAC (Medium Access Control) metod po Datalink sloju.

Paketski prenos podataka

Paket je jedinica podataka u bilo kom mrežnom sloju, pre ili posle prenosa. U okviru Aplikativnog sloja, podaci se nazivaju porukom, unutar Transportnog sloja to su TCP i UDP segmenti. U okviru Internet sloja to su IP, ARP ili RARP datagrami. U okviru Datalink sloja to su okviri ili ramovi, a na fizičkom sloju to su biti.

Tokom puta podataka ka nižim slojevima mrežnih protokola sukcesivni nivoi enkapsuliraju podatake sa dodatnim informacijama. Kada se posle obavljenog prenosa okvir primi na odredištu, sukcesivni slojevi de-enkapsuliraju podatak na svom putu ga nižim mrežnim slojevima.

Frame Relay

Frame Relay je protokol za prenos podataka sličan protokolu X.25, sa tom razlikom što X.25 garantuje integritet podataka i obezbeđuje kontrolu protoka. Frame Relay je značajno brži protokol, ali bez ikakve garancije po pitanju integriteta podataka. Poboljšanja tehnologija digitalnog prenosa su u toj meri smanjile linijske greške da je korekcija grešaka između čvorova prenosne mreže postala nepotrebna. Većina Frame Relay sobraćaja je na bazi TCP/IP protokola koji poseduje sopstveni mehanzam korekcije grešaka.

Pošto Frame Relay uređaj ne vodi računa da li paket koji prenosi sadrži greške, on počinje sa slanjem podataka čim pročita prva dva bajta adresne informacije, na početku rama (Frame). Zahvaljujući tome, ram podataka putuje sa kraja na kraj Frame Relay mreže sa ukupno par bajta vremenskog kašnjenja. Kašnjenje pri prenosu podataka je toliko malo da je performansa uporediva sa iznajmljenim linijama, ali sa značajno manjim troškovima eksploatacije, jer se radi o deljenoj mreži.

Format rama podataka
Frame Relay korisiti sinhroni HDLC format rama, dužine do 4KB. Svaki ram počinje i završava se sa "zastavicom" (7E heksadecimalno). Prva dva bajta svakog okvira iza zastavice sadrže informaciju potrebnu za multipleksiranje. Poslednja dva bajta okvira su CRC (Cyclic Redundancy Check) ostatka rama između zastavica.

Virtuelna kola
Paketi se rutiraju između jednog ili više Virtuelnih kola koja se nazivaju DLCI (Data Link Connection Identifier). Većina virtuelnih kola su permanentnog tipa (PVC), ali postoje i komutirana virtuelna kola - SVC, koja traju dok traje sesija.
Sa sistemom koji ima nekoliko PVC kola u prilici ste da istovremeno razmenjujete podatke sa više različitih odredišta, preko jednog Frame Relay linka.

Integritet podataka
Nema integriteta podataka. Mreža isporučuje ramove sa podacima koji ili imaju dobar, ili imaju loš kontrolni CRC zbir. Mreža može i da ne isporuči neki ram, zavisno od toga da li je došlo do zagušenja ili ne. Zbog ovaga se iznad Frame Relay-a postavlja viši protokol koji je u stanju da ispravi greške (TCP/IP, X.25 ili IPX).
U praksi Frame Relay mreže veoma pouzdano prenose podatke.

Kontrola toka
Nema prave kontrole toka u Frame Relay mrežama, već dolazi do prostog odbacivanja podataka koji se ne mogu isporučiti. Ipak, Frame Relay sadrži svojstva koja miniziraju gubitak ramova.

Kada sklapate ugovor o zakupu Frame Relay linka, potrebno je da navedete linijsku brzinu (od 64 do 2Mbps), ali često je potrebno i da se opredelite za CIR (Commited Information Ratio) za svako DLCI kolo. CIR određuje maksimalnu prosečnu brzinu prenosa koju mreža treba da obezbedi u normalnim okolnostima. Ako šaljete podatke većom brzinom od CIR-a po jednom DLCI-u, mreža će neke ramove označiti sa DE bitom (Discard Eglibility). Mreža će pokušati da prenose sve podatke, ali ako dođe do zagušenja - DE paketi će prvi biti biti odbačeni.

Postoje Frame Relay mreže sa CIR vrednošću 0. To znači da su svi ramovi označeni sa DE bitom i da će mreža ako mora odbaciti bilo koji paket.

Po pitanju kontrole zagušenja Frame Relay obezbeđuje i dodatne mehanizme u vidu FECN i BECN bita u ramovima podataka (Forward/Backward Explicit Congestion Notification), koji ukazuju aplikacijama da treba da uspore, ako je moguće pre nego što dođe do odbacivanja paketa.

Provera statusa
Frame Relay uređaji periodično proveravaju status mreže i DLCI veza. Razmena LIV paketa (Link Integritz Verification) se dešava tipično na svakih 10 sekundi, kao način za proveru ispravnosti veze. Takođe, svakog minuta se obavlja razmena punog statusa (Full Status) koja obuhvata informacije koja su DLCI kola konfigurisana i aktivna. Sve dok ne pristigne prva FS poruka, Frame Relay uređaji ne znaju koja DLCI kola rade, zbog čega nema prenosa podataka.

Komutirani Ethernet

Komutirani Ethernet (Switched Ethernet) je tehnologija koja dramatično umanjuje zagušenje mreže koja nastaje usled rada Ethernet CSMA/CD protokola nad deljenim medijima za prenos, tako što dinamički usmerava pakete preko mreže. Ono što je najvažnije je da Switch garantuje propusni opseg po portu uređaja

Iako poseduje svojstvo dinamičkog usmeravanja paketa, Ethernet Switch nije isto što i Ruter. Switch radi po drugom sloju (L2), a Ruter po trećem mrežnom sloju (L3). Da stvar bude složenija, postoje i L3 Switch-evi, koji su razvijeni da bi podržali rastuće potrebe velikih mreža.

Ethernet Switch ispituje MAC zaglavlje dolazećeg okvira odataka, dok Ethernet Hub jednostavno ponavlja dolazni okvir na svim svojim portovima. Switch formira virtuelnu putanju po kojoj će preusmeriti paket do porta za koji zna da je priključen odredišni uređaj. Upravljački CSMA/CD protokol više nije potreban, jer svaki uređaj na komutiranoj mreži ima garantovani pristup mediju kroz Switch. Uz ovo, Switch-evi obezbađuju neki nivo kontrole toka tako što privremeno smeštaju primljene okvire u bafer memoriju. U sučaju povećanog saobraćaja Switch primenjuje Backpressure tehniku, koja se sastoji od slanja lažnog signala o sudarima paketa (Collision Detect) kako bi usporili slanje podataka sa mrežnih kartica priključenih uređaja.

Da bi očuvali performansu, Switch-evi čuvaju i obnavljaju listu otkrivenih MAC adresa uređaja u mreži. U trenutku uključenja Switch emituje ARP Broadcast signal i odzivima priključenih mrežnih adaptera puni MAC tabelu. ARP protokol pripada sluju 3 TCP/IP-a.

Gigabit Ethernet

Još od svog nastanka, 1970-tih, Ethernet je najzastupljenija mrežna tehnologija. Pojavom Fast Ethernet-a 1995. na raspolaganju je 10 puta veći propusni opseg, a danas i 100 puta veći opseg - Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z i 802.3ab). Po Fizičkom sloju Gigabit Ethernet koristi mešavinu proverenih tehnologija iz originalnog Ethernet-a i ANSI Fibre Channel standarda.

1000Base-X je prenos preko optičkih kablova, sa podrškom za tri vrste medija:

• 1000Base-SX - 850 nm laser na miltimod vlaknima
  
• 1000Base-LX - 1300 nm laser na singlmod i multimod vlaknima
  
• 1000Base-CX - STP oklopljeni bakarni kabl

Tip kabla	Rastojanje
Singlemod fiber (9 micron)	3000 m za 1300 nm laser (LX)
Multimod fiber (62.5 micron)	300 m za 850 nm laser (SX) 550 m za 1300 nm laser (LX)
Multimod fiber (50 micron)	550 m za 850nm laser (SX) 550 m za 1300 nm laser (LX)
STP bakar (twin axial)	25 m

1000Base-T je prenos preko bakarnih UTP kablova, dužine od 25 do 100m, koristeći sve 4 parice UTP kabla.

Gigabit Ethernet je tehnologija koja omogućava prenos brzinama od 1000 Mbps. Potpuno je kompatibilan sa postojećim Ethernet mrežama i omogućava jednostavnu migraciju ka većim brzinama prenosa. Mreže mogu da povećaju performansu bez zamene postojećeg ožičenja, protokola i aplikacija.

Tokom 2004. godine javljaju se i prvi 10Gigabit Ethernet uređaji.

Ruteri

Ruter je uređaj koji povezuje mreže i pri tome odlučuje koja je najbolja putanja kojom će da pošalje podatke. Ruter koristi IP adresu sadržanu u Ethernet okviru. Ruter se može definisati kao uređaj koji na Internet sloju (sloj 3) komutira mreže. Pri tome treba imati na umu da Ethernet Switch obavlja sličan posao, ali po sloju 2.

Internet sloj sadrži logičke adrese izvora i odredšta okvira, kao i dopunske ruting parametre. Dobar primer je parametar koji koji određuje maksimalni broj rutera koje okvir može da prođe do odredišta, ime se pojedinom okviru dodeljuje određeni nivo prioriteta. Uobičajeno je da Switch i Ruter uređaji sarađuju, ali postoje i Multilayer Switch-evi koji obezbeđuju i Datalink komutaciju i Internet ruting unutar istog uređaja.

Primena rutera i Multilayer Switch-eva je rezultirala dvema arhitekturama mreža:

• L2 Switch-evi i L3 ruteri su odvojeni uređaji. Switch-evi rade po sloju 2, a Internet ruteri rade po sloju 3. LAN Switch-evi povezuju male, geografski bliske LAN mreže, a ruter obavlja zadatke povezivanja sa udaljenim LAN mrežama.
  
• Distribuirano rutiranje se postiže pomoću Multilayer Switch-eva koji odražuju veze između i bliskih i dalekih LAN mreža.

Ruter ispituje sadržaj primljenog okvira podataka i određuje logičku adresu odredišnog uređaja iz L3 zaglavlja. Ruter čuva ruting tabelu pomoću koje formira listu mreža ka kojima može da usmeri saobraćaj. Ruting tabele sadrže i indikator kvaliteta veze ka određenoj mreži, kao i adresu sledećeg uređaja kome treba uputiti saobraćaj. Ruteri ove informacije dele međusobno, tako da su u stanju da oforme nove putanje kada se stvore, ili ukinu neke putanje jer su nestabilne ili neupotrebljive. Pri radu, ruter menja okvire podataka tako što u polje izvorne MAC adrese upisuje svoju L2 adresui pri tome ne menja postojće L3 adrese.