Zgradba in delovanje komunikacijskega sistema

Kaj se bomo v tem poglavju naučili?

 

Ugotovili bomo pomen standardov  in protokolov, ki veljajo na področju računalniških komunikacij. Spoznali bomo tudi zgradbo komunikacijskega sistema oziroma njegovo delitev na plasti ter pomen teh plasti.

Standardi

Področje računalniških komunikacij je dinamično in zahtevno. Omrežij, ki ne bi temeljila na standardih in protokolih, si danes ne moremo več predstavljati, še posebej, če upoštevamo dejstvo, da živimo v informacijski dobi, v kateri so.

Standard pomeni enega ali več formalno sprejetih protokolov, ki ga razumejo vsi uporabniki. Ločimo dve vrsti standardov:

a)      Standardi, ki jih razvijajo določeni proizvajalci ali industrijski (de facto) standardi.

Najbolj znani standardi proizvajalcev so: 

·          SNA: System Network Architecture (podjetje IBM)

·          DNA: Distributed Network Architecture (podjetje DEC)

·          XNS: Xeroks Network System (podjetje XEROKS)

·          DSN: Distributed System Network (podjetje Hewlett-Packard)

·          DSA: Distributed System Architecture (podjetje Bull)

Značilno za te standarde je, da se zaradi enostavne in široke uporabe hitro uveljavljajo.

b)      Standardi, ki nastajajo v okviru mednarodnih organizacij za standardizacijo se imenujejo pravni standardi (de iure).

Za pripravo in izdelavo priporočil standardov in protokolov so zadolžene mednarodne organizacije za standardizacijo. Najbolj znane so:

·          ISO (International Standard Organization)

·          ANSI (Americal National Standards Institute)

·          EIA (Electronic Industries Association)

·          IEEE (Institut of Electrical and Electronic Engineers)

·          ITU-T (International Telecommunication Union of Telecommunication Standardization Sector)

·          IAB (Internet Activities Board)

Pravni standardi so postali pomembni, ko so se omrežja povezala navzven in so jih začeli sestavljati iz enot različnih proizvajalcev.

Največji mejnik v razvoju računalniških komunikacij je referenčni model ISO/OSI (International Standard Organization/Open System Interconnection), ki ga je razvila mednardona organizacija ISO. Ta model je še danes podlaga za sprejem novih standardov in protokolov.

Protokoli

Računalniki pri medsebojnem komuniciranju uporabljajo računalniški jezik. Ta je strukturiran v obliki dogovorjenih pravil in postopkov, ki jim pravimo protokoli. Računalnika, ki uporabljata različne protokole, potrebujeta posrednika, ki zna protokole ustrezno pretvoriti.

Pravila, po katerih se z interakcijo dveh proceson na plast N  izvaja storitev imenujemo komunikacijski protokol.

Večplastna arhitektura računalniških omrežij

Referenčni model ISO/OSI

Referenčni model ISO/OSI je sestavljen iz sedmih plasti. Na vsaki plasti so določene posamezne omrežne funkcije. Model je bil razvit leta 1984 in velja za osnovni arhitekturni model za komunikacijo med računalniki. Model OSI je sistematičen in konceptualno zasnovan, vendar je le referenčni model, ki v celoti ni nikoli zaživel V nadaljevanju podajamo opis omrežnih funkcij posameznih plasti referenčnega modela OSI.

7.

APLIKACIJSKA PLAST

6.

PREDSTAVITVENA PLAST

5.

PLAST SEJE

4.

PRENOSNA PLAST

3.

MREŽNA PLAST

2.

POVEZAVNA PLAST

1.

FIZIČNA PLAST

Referenčni model ISO/OSI

Komunikacija med sistemi poteka od aplikacijske plasti proti fizični plasti in obratno (vertikalna komunikacija).

Vsaka plast 'razume' le informacije, ki jih prejme od istoimenske plasti računalnika s katerim komunicira (horizontalna komunikacija). Istoimenske plasti se sporazumevajo s pomočjo kontrolne informacije, ki je dodana podatkom v obliki zglavja (header) oziroma repa (trailer). V oddajnem sistemu vsaka plast doda svoje zglavje podatkom, ki jih je prejela od višje plasti (enkapsulacija), v sprejemnem sistemu pa vsaka plast odvzame kontrolno informacijo.

Model OSI najpogosteje omenja tri vrste podatkovnih enot: okvir, paket in sporočilo.

Sporočilo je blok podatkov, ki si jih med seboj pošiljajo informacijske storitve. Oblika ni nujno primerna za prenos skozi omrežje.

Paketi so sporočila, predelana v obliko primerno za prenos skozi omrežje. Običajno je sporočilo sestavljeno iz večjega števila paketov.

Paket povezovalne plasti je edini izmed paketov, ki poleg glave vsebuje tudi rep, zato paket na drugi plasti imenujemo tudi okvir.

Fizična plast

Fizična plast predpisuje prenosni medij, po katerem se prenašajo podatki. V njem so določene mehanske in električne lastnosti, ki neposredno urejajo prenos bitov. Ta plast med drugim določa tudi, na kakšen način se električni signali pretvorijo v obliko, primerno za prenos po različnih medijih, kot so na primer zrak, optika, bakreni vodniki in podobno. Določa tudi nivo signala, hitrost prenosa, način zapisa podatkov, največjo razdaljo med dvema postajama, največjo skupno razdaljo prenosnega medija, mehanske lastnosti konektorjev in drugo.

Povezavna plast

Povezavna plast skrbi za naslednje:

·          določanje enote sporočil (znake, bloke, pakete),

·          način ugotavljanja napak med dvema sosednjima vozliščema,

·          odpravo napak, 

·          omrežno topologijo,

·          mehanizme dostopa do prenosnega medija.

·          kontrola pretoka

Omrežna plast

Omrežna plast usmerja podatke v računalniških omrežjih. Njene poglavitne naloge so:

·          pravilen in zanesljiv prenos paketov, ki jih prejme od prenosne plasti,

·          zagotavljanje pravilnega zaporedja paketov

·          naslavljanje in

·          izbira poti (uporaba dinamičnega ali statičnega algoritma usmerjanja).

Najbolj razširjeni protokoli omrežne plasti so:

Zaradi velike razširjenosti uporabe interneta se v glavnem uporablja le še protokol IP.

Prenosna (transportna) plast

Transportna plast zagotavlja višje ležečim plastem povezavo med končnima računalnikoma. Na prenosni poti poskrbi za pravilen in zanesljiv prenos podatkov. Med drugim določa:

·          razstavljanje dolgih sporočil na pakete ob oddajanju in sestavljanje sporočil iz paketov ob sprejemanju. Pri tem je pomembna urejenost zaporedja paketov, saj lahko paketi prispejo v drugačnem vrstnem redu, kot so bili poslani;

·          odkrivanje in odpravljanje napak: transportna plast odkriva napake in o tem obvesti plast, na kateri je do napake prišlo.

 

Plast seje

Plast seje določa:

·          vzpostavitev, vzdrževanje in prekinitev seje, to je komunikacije med končnimi računalniki;

·          vrsto komunikacije:

·          enosmerna (simplex): na eni strani je postaja, ki oddaja sporočilo, na drugi strani pa ena ali več postaj, ki sporočilo sprejemajo;

·          izmenično dvosmerno (half duplex): postaja lahko sprejema in oddaja podatke, vendar jih lahko istočasno samo oddaja ali samo sprejema;

·          dvosmerno (full duplex): postaja lahko istočasno sprejema in oddaja podatke.

 

Predstavitvena plast

Predstavitvena plast skrbi za uskladitev različnih načinov predstavitve podatkov:

·          kompresijo in dekompresijo podatkov (kodiranje ali zamenjava pogostih funkcij ali besed z zelo kratko kodo, z namenom povečanja učinkovitosti prenosa);

·          nabor znakov in kod (ASCII, EBCDIC),

·          šifriranje podatkov za potrebe zaščite podatkov, ki so v ta namen ob prenosu kodirani, da jih lahko razume le uporabnik, kateremu je sporočilo namenjeno,

·          podatkovne formate, ki omogočajo uporabo standardnih predstavitvenih, zvočnih in video formatov za potrebe uporabe aplikacij na različnih računalniških sistemih.

 

Aplikacijska plast

Aplikacijska plast je vmesnik med uporabnikom in komunikacijskim omrežjem. Določa protokole, ki omočajo elektronsko pošto, izdelavo predstavitvenih strani, prenašanje datotek in podobno.

Skladno z razvojem OSI modela so se razvijale tudi aplikacije OSI, ki pa se niso širše uveljavile. Primeri: File Transfer, Access and Management (FTAM), Virtual Terminal Protocol (VTP).

 

Model TCP/IP

Model TCP/IP spada med  de facto standarde. Razdeljen je na štiri plasti, kjer vsaka plast predstavlja svoj nabor funkcij in storitev. Višja protokolna plast predstavlja odjemalca in od nižje ležeče plasti zahteva neko storitev. Nižje ležeča plast tako služi kot strežnik višje ležeči plasti.

Plasti modela TCP/IP so:

Aplikacijska plast, je najvišje ležeča plast in  zagotavlja povezavo uporabnika z omrežjem. Pomembnejše storitve aplikacijske plasti so danes predvsem internetne storitve, kot npr. Telnet, File Transfer Protocol (FTP), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP). HTTP, SNMP in druge. Storitve so natančneje opisane v poglavju 10.

Transportna plast, je podobna transportni plasti modela OSI in tako zagotavlja zanesljiv prenos podatkov, definira zanesljiv protokol TCP, ki je povezavno orientirana storitev in hitrejši ter manj zanesljiv protokol UDP, ki je nepovezavno orientiran.

Omrežna plast skrbi za usmerjanje paketov od oddajnika do prejemnika. Definira protokol IP, danes najbolj razširjen protokol za usmerjanje.

Dostopovna plast definira način prenosa podatkov med končnimi uporabniki in omrežjem, na katerega so le-ti priključeni. V modelu OSI ta plast pokriva pri dve plasti, defirira pa protokole Ethernet, ATM, ARP, V.34, prenosne medije in drugo.

7.

APLIKACIJSKA PLAST

APLIKACIJSKA PLAST

6.

PREDSTAVITVENA PLAST

5.

PLAST SEJE

4.

PRENOSNA PLAST

PRENOSNA PLAST

3.

MREŽNA PLAST

OMREŽNA PLAST

2.

POVEZAVNA PLAST

DOSTOPOVNA PLAST

1.

FIZIČNA PLAST

 

Primerjava modela OSI in TCP/IP

Za lažjo predstavitev, si poglejmo kakšna je struktura po plasteh, ko uporabnik zahteva določeno storitev, npr. storitev SMTP.

Slika; Razgradnja podatkov po plasteh