Komunikacije i mreže

Transcription

1 Komunikacije i mreže MARIJANA ZEKIĆ-SUŠAC EKONOMSKI FAKULTET U OSIJEKU 8-1

2 Što ćete naučiti u ovom poglavlju? Što su računalne mreže i kako su nastale Koji su načini klasifikacije računalnih mreža Koje su vrste računalnih mreža (PAN, LAN, MAN, WAN, GAN, VPN i dr.) Koji se uređaji (hardver) koriste kod računalnih mreža Koji se protokoli koriste kod računalnih mreža Arhitekturu (model) računalne mreže OSI referentni model Koja je aktivna i pasivna mrežna oprema Kako se adresiraju računala u mreži 8-2

3 Što su računalne mreže? Računalna mreža je sustav komunikacija između dva ili više računala. (Wikipedia, 2009) Svrha povezivanja računala je komuniciranje, te dijeljenje resursa - podataka i uređaja kojima se može pristupiti putem mreže (printer, skener, ploter, ) ili stvaranje distribuirane obrade podataka (npr. računalni klasteri, SETI@Home i dr.) (prema Wikipedia, 2009; Pralas, 2009) Izvor: Izvor: 8-3

4 Kako su nastale računalne mreže Razvoj telekomunikacija započinje upotrebom el. energije u prijenosu informacija, pojavom telegrafa i telefona (19. stoljeće) Početak 20. stoljeća prva mreža za prijenos podataka, napravljena kako bi povezala dva električna pisaća stroja (Ožegović, 2009) Povezivanjem dvaju ili više računala nastaje računalna mreža prva svjetska mreža računala - ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network) dizajnirana za potrebe Ministarstva obrane SAD-a, kasnije prerasla u Internet mrežu 8-4

5 Brzina prijenosa podataka putem mreže U početku razvoja računalnih mreža brzina prijenosa podataka je bila puno manja u odnosu na današnje brzine. Poruke i podaci su se mogle prenositi u tekstualnom obliku brzinom od nekoliko znakova u sekundi. Količina podataka koja može proći kroz neki medij za prijenos podataka u jedinici vremena je Bandwidth. Bandwith se mjeri u bitovima u sekundi (bits per second bps). On često predstavlja samo teorijsku vrijednost. Propusnost (throughput) predstavlja realnu vrijednost količine prenesenih podataka u jedinici vremena i često je manja od bandwidtha. (Pralas, 2009) 8-5

6 Klasifikacija računalnih mreža Računalne mreže mogu se klasificirati prema više kriterija: prema zemljopisnom području koje uključuju prema sklopovskoj tehnologiji koja se koristi za spajanje prema funkcionalnoj vezi (ili prema mrežnoj arhitekturi) prema mrežnoj topologiji 8-6

7 Vrste mreža prema zemljopisnom području PAN (Personal Area Network) služi za povezivanje uređaja za komunikaciju u blizini jedne osobe (npr. telefon, dlanovnik, i dr.), to je mreža s uskim područjem spajanja (npr. bluetooth, IRDA, NFC) LAN (Local Area Network) - lokalna mreža koja je npr. u jednoj zgradi ili prostoriji MAN (Metropolitan Area Network) - mreža koja se prostire preko područja jednog grada WAN (Wide Area network) - široko područna mreža - kao npr. Internet Osim ovih glavnih vrsta, tu se ubrajaju i: VPN - Virtual Private Network CAN - Campus Area Network SAN - Storage Area Network 8-7

8 Local Area Network (LAN) LAN je lokalna mreža u kojoj su računala smještena na manjim udaljenostima (unutar doma, ureda, ili blisko smještenih zgrada). Karakteristika LAN-ova: Najčešće su u cijelosti u vlasništvu i pod upravljanjem onih koji ih koriste (osobno, vlasništvo tvrtke ili institucije), tako da je prijenos podataka putem njih za korisnike besplatan. Moguće su velike brzine prijenosa podataka (Gbps - Giga bit per second). Mogućnost pristupa imaju samo uposlenici tvrtke koja je vlasnik mreže ili vanjski korisnici kojima se omogući pristup autorizacijom Izvor: new/webmag/lan.jpg Mrežna kartica za LAN mrežu, Izvor: 0/Gigabit_LAN_Card.jpg 8-8

9 MAN i WAN mreže MAN (Metropolitan Area Network) - mreža u kojoj su računala smještena na nešto većim udaljenostima od onih u lokalnim mrežama. Najčešće pokriva područje jednog dijela ili cijelog grada. Može biti u vlasništvu neke organizacije ili više njih. Brzine prijenosa su obično manje nego u lokalnim mrežama. WAN (Wide Area Network) - mreža koja se proteže preko granica grada, regije ili države. Za povezivanje se koriste usmjerivači (routeri) i javne komunikacijske veze. Karakteristika WAN mreža - nisu u vlasništvu osoba ili organizacija koje ih koriste i prijenos podataka preko njih je ograničen ovisno o brzini, količini i cijeni. Korištenje komunikacijskih veza se naplaćuje. U odnosu na lokalne mreže brzine su manje. GAN ( Global Area Network) model za potporu mobilnih komunikacija između više LAN-ova, područja pokrivenih satelitima i dr. VPN (Virtual Private Network) mreža u kojoj su neki čvorovi povezani otvorenim vezama ili virtualnim krugovima (umjesto žičanih veza) u neku veću mrežu (npr. Internet). Npr. VPN se može koristiti za odvajanje prometa različitih tipova korisnika preko mreže koja ima visoku razinu sigurnosti. 8-9

10 Vrste mreža prema sklopovskoj tehnologiji Prema sklopovskoj tehnologiji koju koriste, mreže možemo podijeliti na (prema Pralas, 2009): 1.optičke mreže - koriste optičko vlakno za prijenos podataka Velike brzine prijenosa, velike udaljenosti, mala mogućnost pogrešaka u prijenosu, mali utjecaj vanjskih smetnji optičko vlakno je skuplji i složeniji medij za instalaciju od ostalih 2.Ethernet mreže - skup tehnologija za prijenos podataka pakiranjem podataka u okvire Ethernet definira brojne standarde za ožičenje i signalizaciju, te zajednički format adresiranja. Za povezivanje se koristi vodovima (bakrene vodiči, optika). Velike brzine prijenosa, ograničene udaljenosti. Mediji (bakreni vodiči) su široko dostupni i jeftini, a postupak instalacije nije složen. Bakreni medij je podložan utjecaju vanjskih elektromagnetskih smetnji. 8-10

11 Vrste mreža prema sklopovskoj tehnologiji - nastavak 3. Bežične (wireless) mreže - nastaju povezivanjem računala bez uporabe fizičkih veza kratica: WLAN (Wireless LAN) Prijenos podataka se odvija putem IC zraka ili radiovalova. Korisnicima je omogućena pokretljivost unutar dometa pristupne točke (access point). Razvojem tehnologije postaju sve dostupnije i popularnije zbog jednostavnosti instalacije, pokretljivosti korisnika i velikoj zastupljenosti bežičnih mrežnih kartica u novim prijenosnim računalima. Relativno ograničene brzine prijenosa, te udaljenosti. Prijenos je podložan radiofrekvencijskim smetnjama, a nepridržavanjem sigurnosnih standarda ugrožena je sigurnost podataka. Danas najčešća inačica WLAN mreže je Wi-Fi Bluetooth je otvoreni bežični protokol za razmjenu podataka na kratkim udaljenostima između fiksnih i mobilnih uređaja u PAN mreži. NFC Near Field Communication bežični protokol za prijenos manjih količina informacija između uređaja, npr. mobilnih telefona i naplatnih uređaja. 4.Power line communication (PLC) mreže - mogućnost prijenosa podataka putem naponskih vodova. Prednost takvog sustava je u velikoj rasprostranjenosti strujnih vodova. Ova tehnologija još nije u širokoj primjeni. 8-11

12 Vrste mreža prema funkcionalnim povezanostima Prema funkcionalnim povezanostima između pojedinih elemenata mreže se dijele na (prema Pralas, 2009): Active networking mreže - komunikacijski model koji omogućuje paketima koji prolaze kroz telekomunikacijsku mrežu dinamičku promjenu rada te mreže Klijent server mreže - računalna arhitektura u kojoj su razdvojene uloge klijenta i poslužitelja (server). Uloga klijenta je da uputi zahtjev za određenom uslugom (podacima), a uloga poslužitelja je da tražene podatke dostavi (posluži). Svaki klijent i svaki server u toj arhitekturi predstavlja jednog člana ili čvor (node) te mreže. Primjeri su: sustav razmjene elektroničke pošte, sustav pristupa Internet stranicama, sustav prijenosa datoteka, Peer-to-peer mreže - računalna arhitektura u kojoj su svi članovi mreže ravnopravni. Ne postoji podjela na klijente i poslužitelje. Svi članovi su istovremeno klijenti i poslužitelji. 8-12

13 Mrežne topologije Topologija je skica rasporeda povezanosti računala u mreži može biti: fizička prikazuje fizički raspored čvorova u mreži logička prikazuje raspored tijeka podataka u mreži Postoje ove fizičke mrežne topologije: prsten mreža zvijezda potpuno povezana linijska hijerarhijska - stablo sabirnica Izvor: modificirano 8-13

14 Mrežni protokoli Mrežni komunikacijski protokol = skup pravila za prikaz podataka, signalizaciju, autorizaciju i otkrivanje pogrešaka koja su potrebna da bi se podaci mogli prenijeti preko komunikacijskog kanala. Jednostavnim riječima, protokol je ''jezik'' kojim se članovi u mreži dogovaraju oko prijenosa podataka. Da bi se podaci uspješno prenijeli članovi moraju pronaći zajednički ''jezik''. Najčešći protokoli koji se danas koriste su: TCP/IP, Ethernet, IPX, FDDI, Token Ring, X25, Frame relay, ATM, i dr. Internet koristi TCP/IP protokol za komunikaciju. Lokalna mreža koja radi na TCP/IP protokolu naziva se intranet. 8-14

15 Modeli za razvoj mreža Modeli služe kao preporuka stručnjacima za razvoj računalnih mreža Danas su najpoznatiji: OSI referentni model sastoji se od 7 slojeva TCP/IP model sastoji se od 4 sloja Cilj razvoja ovih modela: ubrzavanje razvoja protokola za pojedini sloj, tako da se ne ovisi u velikoj mjeri o brzini razvoja protokola na drugim slojevima (za svaki sloj se protokoli mogu posebno razvijati) mogućnost segmentiranja cijelog razvoja mreže, čime je više timova (tvrtki, organizacija) moglo raditi na rješavanju pojedinog problema. Na svakom od slojeva može djelovati više različitih protokola. 8-15

16 Protokoli u slojevima OSI mrežnog modela OSI model 7. Aplikacijski sloj 6. Prezentacijski sloj 5. Sloj sesije 4. Transportni sloj 3. Mrežni sloj 2. Podatkovni sloj 1. Fizički sloj Protokoli u pojedinom sloju HTTP, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, SIP, SSH, NFS, RTSP, XMPP, Whois XDR, ASN.1, SMB, AFP, NCP TLS, SSH, ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, NetBIOS, ASP, Winsock, TCP, UDP, RTP, SCTP, SPX, ATP IP, ICMP, IGMP, BGP, OSPF, RIP, IGRP, EIGRP, ARP, RARP, X.25 Ethernet, Token ring, HDLC, Frame relay, ISDN, ATM, WiFi, FDDI, PPP bakreni kabel, radio ili bežični prijenos, optički kabel ili svjetlovod Izvor: modificirano 8-16

17 Ethernet Ethernet = skup mrežnih tehnologija koji se koristi kod lokalnih mreža (LAN). Definira raspored ožičenja, vrste i razine signala za prijenos podataka, te način pristupa mediju za prijenos podataka Mediji za prijenos podataka u Ethernet mreži: koaksijalni kabel - ranije UTP (unshielded twisted pair) kabela danas najčešći optička vlakna Koaksijalni kabel UTP kabel Optički kabel Izvor:

18 Pasivna i aktivna mrežna oprema Mrežnu opremu dijelimo na: Pasivnu - sačinjava je žični sustav (bakar i optika) koji služi za povezivanje aktivne opreme Aktivnu - sačinjavaju je svi elektronički uređaji koji prihvaćaju i distribuiraju promet unutar računalnih mreža (imaju memoriju i procesor) U pasivnu opremu pripadaju: kablovi, konektori, razvodni paneli (patch panel, switching panel, punch-down panel), komunikacijski ormari i sustav za napajanje električnom energijom (vodovi, sklopke i naponske letve, sustav za hlađenje), te hub (pojačava primljene signale i prosljeđuje ih dalje) 8-18

19 Kablovi i konektori Kablovi mogu biti: koaksijalni, uvrnuta parica (UTP ili STP), te optički (svjetlovod). Uvrnuta parica Konektor za UTP kabel Utičnica za UTP kabel Izvor: ST konektor za optički kabel, postoje i druge vrste za optički kabel 8-19

20 Ostala pasivna oprema patch panel koristi se za koncentriranje dolaznih kablova iz utičnica razmještenih po prostorijama u lokalnoj mreži (LAN). Iz njih se tzv. patch kablovima povezuju računala s aktivnom opremom (obično switch). komunikacijski ormar - za smještaj pasivne i aktivne mrežne opreme (kablovi, patch paneli, switchevi, routeri, serveri,...). hub - služi za pojačavanje primljenog signala (napona) kojeg šalje na svoje portove. Nema mogućnosti usmjeravanja prometa, več ih samo pojačava, tj. ima funkciju repeater-a (pojačivača signala) Patch panel Izvor: Hub Komunikacijski ormar 8-20

21 Aktivna mrežna oprema Aktivnu komunikacijsku opremu sačinjavaju uređaju koji koriste izvor električne energije i koji omogućuju aktivno upravljanje mrežnim prometom. Zajednička im je značajka da imaju procesor i memoriju. Na osnovu svojih značajki, namjene, operativnog sustava i ugrađenih programa donose odluku o putanji mrežnog prometa kojeg generiraju ili koji kroz njih prolazi. Aktivna oprema se sastoji od: računala i poslužitelja koji stvaraju promet, preklopnika (switch-a) i usmjerivača (router-a) koji usmjeravaju promet od izvora do odredišta. 8-21

22 Switch i router Switch (preklopnik) - služi za povezivanje dvaju računala unutar iste mreže (LAN) ili za povezivanje računala i routera za promet koji je namjenjen drugim mrežama. Router - služi za usmjeravanje prometa prema logičkim adresama (IP adrese) računala u mreži. Switch Router Izvor:

23 Adresiranje računala u mreži Da bi se računala u mreži mogla razlikovati, koristi se mrežno adresiranje. a) U lokalnoj mreži Provodi se na način da svaka mrežna kartica u sebi sadrži jedinstveni identifikator MAC (Media Acess Control) koji se još zove i ethernet adresa (broj koji označava neku mrežnu karticu). MAC adresa se nalazi u svim mrežnim karticama i svim ugrađenim mrežnim adapterima u mrežnim uređajima (router, switch) i to u njihovoj ROM memoriji na čip kartici. Mrežna kartica za LAN mrežu, Izvor: LAN_Card.jpg 8-23

24 Adresiranje računala u mreži - nastavak b) Na Internet mreži Ukoliko računala komuniciraju na Internet mreži, za komunikaciju se koristi IP adresa - (Internet Protocol Address) IP adresa je jedinstveni broj za svaki uređaj koji komunicira s drugom mrežom na temelju Internet protokola (TCP/IP) IP adresa se pohranjuje kao binarni broj, ali obično se prikazuju na decimalni način da ih može pročitati čovjek, npr Originalno je IP adresa napravljena kao 32-bitni broj (IPv4 način), međutim zbog povećane upotrebe Interneta danas se koristi i 128-bitni zapis IP adresa (IPv6 način) IP adresa se može unaprijed odrediti i upisati u Control Panel računala (Network Connections), a može se postaviti i automatska dodjela IP adrese. Postoje web stranice na kojima možete saznati svoju IP adresu, npr: Ilustracija IP adrese u decimalnom i binarnom obliku Izvor: P_address 8-24

25 Internet stvari - Internet of things (IoT) IoT = mreža fizičkih objekata ili stvari u koje je ugrađena elektronika, programi, senzori i mrežna povezanost koja omogućuje stvarima prikupljanje i razmjenu podataka, ali i udaljeno kontroliranje stvari kroz postojeću mrežnu infrastrukturu (Wikipedia, 2015). Izvor: ICT Business,

26 Zašto IoT? S pomoću IoT-a omogućuje se veća povezanost između fizičkog svijeta i računala, a s ciljem povećanja učinkovitosti, smanjenja troškova i vremena. Pojam IoT predložio je britanski poduzetnik Kevin Ashton (tvrtka Audio.-ID Labs). Međutim, temelje IoT-a postavili su Nikola Tesla (bežična tehnologija), Alan Turing (umjetna inteligencija), Mark Weiser (sveprisutno (eng. ubiquitous) računalstvo) i drugi. Riječ stvari u pojmu Internet stvari odnosi se na različite uređaje iz raznih područja, npr. kućanske uređaje, strojeve na farmama, uređaje za nadzor, medicinske uređaje (npr. implantate), automobile i ostala vozila i dr. Kada bismo imali računala koja znaju sve što se može znati o stvarima - koristeći podatke koje su prikupili bez naše pomoći - mogli bi pratiti i brojati sve, i uvelike smanjiti gubitke i troškove. Znali bi kada stvari treba popraviti, zamijeniti ili reciklirati, i slično. Internet svari ima potencijal za promijeniti svijet poput Interneta, možda čak i više. (Kevin Ashton) 8-26

27 Načini povezivanja u IoT 1. Ljudi s uređajima 2. Uređaji s uređajima 3. Ljudi međusobno Stvari mogu komunicirati putem: - bežičnih tehnologija (Wi-Fi, RFID, NFC, Bluetooth Low Energy (BLE), i dr.) - low cost optičkim tagiranjem (npr. s pomoću QR koda) - Internet mreže (spajajući se na oblake s podacima, BIG DATA centre) Kako bi prikupljali podatke iz okoline koji su važni za poduzimanje aktivnosti, stvari su opremljene senzorima, kamerama i drugim uređajima i programima. Izvor: ICT Business,

28 Globalna mreža IoT U početku je zamišljeno da se stvari međusobno identificiraju pomoću RFID koda, ali se danas prelazi na identifikaciju s pomoću IP adrese ili URI (Uniform Resource Identifier). S obzirom na količinu uređaja u svijetu, prelazi se na IPv6 način zapisa IP adresa (128-bitni) koji omogućava ogromne količine i skalabilnost idenfikacije. IoT omogućava povezivanje na više razina i bolje upravljanje u područjima: - pametne kuće, - pametni gradovi i naselja, - pametni okoliš, - pametna industrija, - pametni planet (svijet) Europska Unija potiče razvoj inovacija u području IoT-a projektima i osnivanjem Vijeća za inovacije IoT-a. Video materijal EU: What is Internet of Things

29 8-29

30 Trendovi razvoja IoT-a Izvor: Wikipedia,

31 Uporaba IoT Tri glavna područja uporabe IoT-a: 1. poduzeća (enterprise), 2. kućanstva (home) i osobna uporaba (personal) 3. javna uprava (government) Trenutno je najzastupljenije poslovno područje - Enterprise Internet of Things (EIoT). Stvarima se najčešće upravlja putem mobilnih ili web aplikacija. Smatra se da će do 2019, EIoT sektor obuhvaćati oko 40% uređaja u svijetu ili 9,1 milijardi uređaja. 8-31

32 Primjeri uporabe IoT OSOBNA UPORABA Praćenje zdravlja ili stanja beba ili starijih i bolesnih osoba Podsjetnici za uzimanje lijekova ili drugi podsjetnici Praćenja tjelesne aktivnosti Izvor: Postscapes,

33 Primjeri uporabe IoT KUĆANSTVA Pametne kuće Upravljanje sustavom grijanja (npr. pametni Nest termostat: ) Upravljanje kućanskim aparatima, npr. pećnica, hladnjak, klima, TV i dr. Pronalaženje izgubljenih stvari, i dr. 8-33

34 Primjeri uporabe IoT JAVNA UPRAVA Gradovi i regije Upravljanje komunalnim aktivnostima, Navigacija za pronalaženje parkinga, Upozorenja o zagađenju okoliša i dr. 8-34

35 Primjeri uporabe IoT INDUSTRIJA Učinkovitije korištenje energije Učinkovitije upravljanje strojevima Razmjena informacija o inovacijama i dr. 8-35

36 Zaključak Danas je teško zamisliti rad na računalu bez umreženosti, bilo u lokalnoj ili nekoj vanjskoj mreži. Mreže doprinose razvoju novih tehnologija IoT, sveprisutno računalstvo, i dr. a s ciljem povećanja kvalitete rada i života ljudi. Izvor:

37 Literatura 1. Cha, B., A Beginners Guide to Understanding the Internet of Things, ICT Business, INFOGRAFIKA: Što je to Internet stvari (Internet of Things)?, Grundler, D., Primijenjeno računalstvo, Graphis, Zagreb, Pralas, T., Računalne mreže razvoj i značajke, CARNet, Postscapes, Internet of Things Examples, Ožegović, J. Računalne mreže, skripta, /2000., Wikipedia, Computer Network, Wikipedia, Računalne mreže, Wikipedia, Internet of Things,