Računalniške mreže
Če več računalnikov hkrati povežemo s podatkovnim prenosnim kanalom omogočimo prenos podatkov na daljavo.
Mreža, NETZ, NET
Računalniška mreža: NET WER, NET WORK
Namen: - prenos podatkov,krajevno neodvisen dostop do podatkov.
- delitev računalniških virov – SHARING (disk,printer…).
- Komunikacija med uporabniki (email, MSN, igre) Zgodovina:
1. Terminali (monitor in tipkovnica) so preko serijskih kablov RS232 vezani na centralni računalnik (do 100m do 100kb/s) večina podatkov obstaja na računalniku, prenaša se samo ekranska slika in čitanje tipkovnice. Terminali ne delujejo samostojno.
2. Mreža samostojnih računalnikov (rahla zveza). Z povečevanjem zmogljivosti osebnih računalnikov se je pojavila LAN mreža. Računalniki, ki si izmenjujejo podatke in sposojajo strojno opremo na daljavo.
Definicija: Računalniška mreža je množica med seboj povezanih avtonomnih računalnikov.
Osebne oblike so terminali (starejše) in diskrim. OS (novejši).
R
1 R
2
R 3
R 4 4
computer
Terminal 2 Terminal 1
1.1 VRSTE RAČUNALNIŠKIH OMREŽIJ IN PRENOSNIH MEDIJEV 1.1.1 DELITEV PO OBSEGU
LAN (Local Area Network); WAN (Wide Area Network)
Lan okalna omrežja, ki so ponavadi omejena na eno ali več stavk, popularno jih
imenujemo campus ( št. naprav v omrežju) prenosne hitrosti so nižje, naprave so cenejše – MAN (Metropolitan Area Network)- Imajo vse lastnosti lokalnih omrežij, pokrivajo pa širše območje (npr. velikost mesta): So omrežja širšega obsega oz. razprostrta omrežja. Za njih je značilna veliko število kompleksnih in drugih naprav. WAN večkrat pokriva območje velikih držav ali celo kontinenta. Sestavlja pa jih množica lokalnih omrežij LAN.
Globalna omrežja – gre za internet , ki je doslej edino globalno omrežje.
Omrežne tehnologije in prenosni mediji Tehnologije:
- serijski vmesnik (COM port) (128kb/s 20m)
- počasnejši LAN do 10mb/s (Arcnet; Ethernet, Token – ring) - Hitre mreže 100. 1000Mb/s. Fast Ethernet, gygabit Ethernet.
- Hitri WAN- hrbtenica interneta, FDDI -100Mb/s ,SONET-1000Mb/s.
- Javna telefonska in podatkovna omrežja.
Kabli:
- Parica: telefonska; Že obstoječo telefonsko mrežo uporabimo za prenos računalniških podatkov.
Težave: - presluh med žicami
- pobiranje okoliških motenj elektro magnetnih sevanj. Običajno digitalno informacijo moduliramo na sinusni nosilni signal.
- sukana parica (twisted pair)
Zanke, ki se pojavijo zmanjšajo občutljivost na zunanje motnje in zmanjšajo presluh.
Električno magnetne motnje v zankah ustvarjajo inducirane napetosti. Vsaka druga zanka je vezna v nasprotni smeri, zato se učinek motnje uniči. – 1Mb/s, 100m
Koaksialni kabel:
-TV antena 10Mbits/s -180m, kabel je primeren za viskoke frekvence, okrog je pletenica- je ozemljena in preprečuje zunanje motnje. Lahko prenašamo direktni digitalni signal brez modelacije.
-Optični kabel:
V kablu je več steklenih vlaken, stekleni signal, ki je znotraj vlakna. Komunikacijske naprave delajo z električnimi impulzi, vmesniki (LED dioda) pretvarjajo impulze v svetlobo in nazaj.
Vlakno ima stekleno jeklo in stekleni ovoj z drugim lomnim količnikom. Svetloba potuje v steklenem jedru in se odbija na steni cevi. Zanki si odbijajo po različnih poteh, zato na cilj ne pridejo sočasno.
Za medkrajevne telefonske internetne povezave uporabijo enorodovno vlakno, ki ima
stanjšeno stekleno jedro 10micro m na valovno dolžino svetlobe. Vsi žarki potujejo istočasno in pridejo istočasno na cilj. Strmina impulzov je večja omogoča večja višje hitrosti.
Ta se uporablja KD- lasersko diodo, ki proizvajajo polarizirano svetlobo, da žarek ne razprši.
Brezžični prenos - infrardeča svetloba do 500m (potrebna vidljivost) - radijski signal WLAN (GHz) – Ukv (100M/bit)
- mikrovalovne zveze
- mikrovalovni signal: - potrebna medsebojna vidljivost, domet 15km, umserjanje
antene (stolp na Boču)
- Satelistki prenos: ti sateliti so največkrat geostacionarni (mirujejo na nebu) krožijo nad ekvatorjem s hitrostjo vrtenje zemlje. Nameščene sprejemne antene so
usmerjenje proti zemeljskemu izvoru. Elektronika sprejeti signal ojači in ga oddaja na zemljo na večje območje. Na istem satelitu so televizijski,
telekomunikacijski in vojaški kanali. Frekvenca signala 1-10Ghz je najprimernejši saj ga ne motijo atmosferske motnje in ionosfera.
LAN
Več proizvajalcev je izvedlo povezavo bližnjih računalnikov z velikimi prenosnimi lastnostmi. Vsak uporablja svoj protokol ( Novel TPX-SPX, Microsoft-NetBIOS, XEROS-Ethernet, IBM-Token ring). Najbolj se je razširila uporaba ethernet, ki se je mednarodno standardizirala pod imenom IEEE 802.3.
ETHERNET
Je programski realizem standard, kot gonilnik mrežne kartice. Na fizičnem nivoju pa izhodno električna vezja podpirajo priključitve različnih kablov (koaksialni, UTP, optični kabel). Standard ima več izvedb 10BASE-10Mbit/s; 100BASE-100Mbit/s;
1000BASE-1000Mbit/s, ki se ločijo tudi po prenosnem kablu -5 in -2 koaksiani, -T, UTP, STP, -F, -optični kabel
TOPOLOGIJA
Nasplošno lahko računalnike povežemo paralelno na isti kabel- vodilo ali na skupno vozlišče vsak svojim kablom-zvezda
Ethernet deluje pri obeh (vodila-zvezda)
Topologiji pravimo tudi STRUKTURA MREŽE v kateri so določene povezave in vozlišča.
1. Fizične izvedbe a) Vodilo BUS
Slika
Skupni medij je koaksialni kabel T (10Mb/s). Sočasno lahko oddaja samo ena mrežna kartica.
Zaključni upori (50omov) preprečujejo odboj signala (EHO). Prednosti (mreža enostavna in poceni); slabosti: pride do strdka podatkov –KOLIZIJA.., težko odkrivanje napak na kablu.
b) Zvezda-star
Slika
Promet poteka preko vozlišča (hub,switch,router). Prednosti: do 100Mb/s, lažje odkrivanje napak, izpade samo ena veja; Slabosti: dolžina kabla-cena, potrebna dodatna oprema, naprava-vozlišče.
c) Obroč- ring Slika
Podatki potujejo po obroču od postaje do postaje. Sprejemnik, ki prepozna svoj naslov sporočilo-naslovi prebere in ga umakne iz prometa. Takšno omrežja so: Tocken ring (lokalna omrežja) in FDDI (internetna hrbtenica).
Prednost:
-stabilno in varno delovanje (IBM v bankah) -sočasno lahko potuje več sporočil
Slabosti:
-zapleteno žičenje, dražje mrežne kartice -izpad enega odseka prekine delovanje
d) Drevo – Tree Slika
Je povezava večih zvezd. Omogoča prehod na višji medmrežni nivo-internet.
2) Logične izvedbe – softwarske a) client/server | odjemalec/strežnik
Strežnik nudi programske usluge, prostor na disku itd. odjemalcem. Odjemalci med seboj ne komunicirajo direktno (npr internet).
Prednosti:
- omogoča nadzor nad prometom, varnejši in zaneslivejše delovanje Slabosti:
- dodatni stroški za server b) Peer to peer – vsak z vsakim
Uporabniki komunicirajo direktno. Primeri: MS skupna raba. Uporabniki lahko posojajo svoje vire (disk, printer).
Prednosti:
Enostavno vzpostavitev mreže, ni dodatnih stroškov Slabosti:
- ni nadzora nad prometom, manjša varnost
3) Arhitektura mreže
Komunikacijski model in protokoli
Sistem mreže (SW in HW) razdelimo na več nivojev oz. plasti. Arhitektura določa plasti in njihove naloge v hirarhiji.
Teoretični načrt za izdelavo programske opreme OSI: operation system infocollection
Komunikacijski protokol:
So pravila komuniciranja po katerih sodelujeta dva programa na isti plasti v različnih računalnikih. Tak program obdeluje oddane in sprejete podatke. (TCP/IP IEEE 802.3) Standardizacija protokolov:
Proizvajalci mrežen opreme si zamislijo svoja pravila komuniciranja- protokole. Nekateri, ki se močno uveljavijo postanejo mednarodni standardi, ki jih predpišejo standarnizacijske organizacije (ISO,ANSI-amerika, IEEE delavsak, SIST slovenski)
RFC- vsak lahko napiše komentar. Informativni sistem način sprejemanje standardov.
Izdelave software sedem nivojskem Osi modelu, je v praksi nadomeščena z 4 nivojskim TCP/IP modelom, ki je zaradi enostavnosti in učinkovitosti edini protokol med mrežnega- internetnega povezovanja. Zaradi povečevanja potreb o hitrosti in naslovnem prostoru se tudi ta protokol nadgrajuje (ipv6).
ENIKAPSOLACIJA
-oviranje podatkov-tvorba paketov: to je tehnika, ki se uporablja pri slojnih protokolih. Kar naredi en protokol na prvem računalniku, lahko razume le enak protokol na drugem rač..
Enakolična programa imenujemo entitetni par. Če zamenjamo nek protokol se ta razume z višje in nižje ležečimi znotraj istega računalnika, zamenjati pa moramo enakovredni protokol tudi v drugem računalniku. Nižji ležeči protokoli v svoje pakete vstavljajo podatke iz višje ležečih.
Naloga vozlišč je, da sprejete podatke usmeri proti cilju (usmerjevalnik – router). V ta namen ustrezni vhod preusmeri na ustrezni izhod. Temu preklapljanju pravimo komutacija.
IZVEDBE VOZLIŠČ-mrež b) Električno komutirana vozlišča:
S stikali povežejo ustrezen vhod na izhod. Po vzpostavitvi zveze podatkov ostane trojna dokler je uporabnik ne poruši. Primer tega so stara telefonska omrežja (POTS).
c) Paketno komutirana vozlišča:
V vozliščih je računalnik, ki sprejete podatke na enem vhodu prekopira na ustrezen izhod. Zaradi softwartskega sprejema, hranjenja in pošiljanja pride v vozlišča do minimalnih zakasnitev.
Tu poznamp dva tipa:
1. Povezavno izvedbo:
Uporabnik s prvim paketom vzpostavi povezavo skozi vozlišče. Naslednji paketi potujejo avtomatsko iz ustreznega vhoda na izhod. Zaključni paket pa poruši zvezo in sprosti vozlišče.
2. Nepovezana izvedba/ datagramska izvedba:
Vsak paket podatkov je nedovršen. Ko prispe v vozlišče mu software najde ustrezen izhod. Naslednji paket si spet išče svojo pot.
SIGNALI NA KABLU:
Mrežna kartica, kot vsi drugi vmesniki sprejema podatke od mikroprocesorja in jih preko porta-KONEKTORJA pošilja na kabl. To je oddajna smer TX(tranomit-oddaja). Gre tudi obratno to je RX (reciver-sprejem).
Pri UTP kablu, kjer je dovolj žic poteka oddaja in sprejem sočasno-DUPLEX.
Pri koaksialnem kablu, ki ima eno žico pa se oddaja in sprejem izmenjujeta-HALF DUPLEX.
ODDAJNO SPREJEMNO VEZJE:
Vezja podpira HALF DUPLEX. Sprejemnik je vključen ves čas, oddajnik pa samo v trenutku oddaje signala drugače pa spi »Z«.
DIGITALNI KODIRANI SIGNAL
Oscilogram napetostnega signala pri 1000 bitov na sekundo. Pri 10MB/s je čas impulza 100N/s.
REGISTRI MREŽNE KARTICE
Oddajni
Sprejemni
Oddajni register , ki je pomikalni tipa PISO sprejeme preko podatkovnega vodila paralelni podatek od mikroprocesorja. V osmih CPK impulzih, ga pošlje na oddajno žico.
Sprejemni register, ki zaporedne podatke iz RX žice zlaga v svoje FlipFlope in jih pozneje vzporedno preko podatkovnega vodila mikroprocesorja
Problematika prenosa digitalnega signala preko kabla
Dve paralelni žici-kabel ustanovita navidezna kapacitivnosti in induktivnosti, ki so nezaželene Lp, Cp- parazite. Njihova vrednost narašča z bližino žic in dolžino kabla. Električno je to vezje nizko prepustni filter, ki ne prepušča visokih frekvenc sinusnega signala. Vhodni signal pravokotne oblike se do konca kabla zniža in popači.
Cenejše večrodovno vlakno z debelejšim steklenim jedrom dovoljuje več žarkov, ki se odbijajo od sten, izvor je Led-dioda, ki seva razpršeno. Vsi žarki ne prispejo sočasno, zato je izhodni impulz razvlečen . Pri velikih hitrostih se pojavijo težave. Pri dražjem enorodovnem vlaknu s tankim steklenim jedrom svetloba nima prostora za odboj. Izvore usmerjene svetlobe KD-laserska dioda, ki seva nerazpršeno svetlobo. Vsi žarki potujejo po isti poti in so sočasno na cilju. Izhodni impulz ima oster vzpon in padec, kar omogoča velike bitne hitrosti.
POVEZAVNI NIVO-LAN MREŽ:
Da vzpostavimo povezavo rabimo nad aparaturno opremo (vmesniki, kabli) tudi programsko opremo. To je protokol povezavne plasti. (protokol-software). To je program , ki krmili oddaja in sprejem signala na medij ( kabel). To je driver mrežne kartice. Glede na način oddaje podatkovnega paketa ločimo dva tipa protokolov:
a) KOLIZIJSKI b) REZERVACIJSKI
a) Ethernet s svojim CSMA/CD programskim mehanizmom ji kolizijski tip. Software je napisan za mrežo v obliki vodila.
Slika
Vsi računalniki so enakovredni , lahko se zgodi, da oddajata dva sočasno. Signal se popači, zato ga sprejemnik ne prepozna. Programski gonilnik CSMA/CD (Carrier Sence Multiple Acces/ Cdlision detection) (zaznavanje nosilca signala/zaznavanje trkov) preprečuje trke in ukrepa v primeru napak.
-Mrežna kartica pred oddajo prisluškuje signalu na vodilo. Ko zazna prosto vodilo-žico odda pripravljeni paket podatkov. Med oddajanjem sprejema tudi lastne podatke in preverja, če i napak (napaka pomeni da nekdo moti) V primeru napake smatra, da je trčenje podatkov in neha oddajati. Po naključnem času ponovno poskusi(-zakaj? Ker so prej predčasno utihnili in spre čakajo da ponovno oddajo)
Prednosti: dostop do medija je hiter.
Slabosri:z večanjem predmetov se poveča število trkov pa zmanjša prepustnost.
b) Tocken Ring- je rezervacijski protokol po standardu IEE 802.5. Ta mrežna kartica omogoča topologijo obroča, deluje po principu čakaj da prideš na vrsto.
Slika
Vsaka paket na oddajni strani pošilja naprej, sporočila krožijo, če jo njegov naslov sporočila sprejme in vrne povratnico.(ACK) V primeru, da paket ne najde cilja ga izloči postaja, ki ga je poslala. Ker sta na kablu samo dve postaji ena oddaja druga sprejema zato ni trkov.
c) Tocken Bus
Na fizični topologiji vodilah ( kjer so vsi rač. Na istem kablu paralelni) lahko izbiramo rezervacijski protokol programsko. Uvede se dovolitnena sporočila- žeton, ki ga sočasno poseduje samo ena postaja.
Vsaka postaja ima naslov naslednje postaje, da ji pošlje žeton, ko je sama končala s komunikacijo.
Po vključitvi nove postaje moremo mrežno prekonfugirati, da sosed dobi naš naslov.
POVEZAVNI NIVO PRISTOPOVNIH OMREŽIJ
Pristopna omrežja so javne-Telekom ali privatne podatkovne poti za povezavo hrbtenico interneta.
Javna omrežja: telefonska; ISDN, ADSL; SATL.
Uporabljajo obstoječe kable namenjena telefoniji ali televiziji, tudi za prenos digitalnih računalniških informacij.
Zaradi večjih razdalj in že zasedenosti kabla ne moremo uporabljati direktnih pravokotnih impulzov.
Rešitev je modulacija, ki zasede samo en del frekvenc- ne mori ostalih in se prenaša na večje razdalje.
Naprava, ki poskrbi da digitalne impulze za modulira na visoko frekvenčni sinusni signal- MODEM.
V RTV tehniki se uporablja analogna modulacija, ko se amplituda in frekvenca zavezno spreminjata. V rač. Tehniki pa digitalno.
TIPI DIGITALNIH MODULACIJ:
Amplitudna modulacija:
ASK (amplitude shift keying)
Logična 1 predstavlja veliko amplitudo, logično 0 pa nizko. Večji efekt dosežemo z
večnivojsko amplitudno modulacijo. V enem segmentu je skritih več bytov, stem povečamo hitrost prenosa.
Slika
2.Frekvenčna modulacija:
FSK- frekvence shift keying
Logična 1 pomeni višja frekvenca, logična 0 pa nižja. Amplituda se ne spreminja.
Slika
Vmesnik dvigne napetostni nivoje iz 5V, ki jih dobi z mikro p. na 12V, ki jih odda na kabl.
Standard dovoljuje toleranco 3-15V kar poveča zanesljivost prenosa. V podatkovnem paketu se znotraj Start in Stop prenese po podatkovnih bitih. V primeru napake je lahko sprejemnik preko paritet ta ugotovi.
