9101 - INDUSTRIJSKE R AČUNALNE MREŽE Cjelina: KOMUNIKACIJSKE MREŽE

1. Tehničko veleučilište ZagrebSpecijalistički studijLjetni semestar 2006/2007Predavač:Goran Belamarićemail: goran.belamaric@tvz.hr 9101 - INDUSTRIJSKE RAČUNALNEMREŽE Cjelina: KOMUNIKACIJSKE MREŽE

2. INFORMACIJE O PREDMETU • Predavanja: • Subota 05.05.2007 3 školska sata od 11:30 do 14:00 • Subota 12.05.2007 3 školska sata od 11:30 do 14:00 • Auditorne vježbe • Subota 19.05.2007 3 školska sata od 11:30 do 13:00 • Laboratorijske vježbe • Subota 26.05.2007 2 školska sata od 11:30 do 13:00 • Ispit 1 • Subota 26.05.2007 1 školski sat od 13:15 do 14:00

3. Literatura ipomoćni materijal • Andrew S. Tannenbaum, Computer Networks, Fourth edition, Prentice-Hall 2002. • William Stallings, Data and Computer Communications, 7th. edition, Prentice Hall. • CISCO CCNA literatura • CompTIA Network+ literatura • http://industrial-networking.com • http://www.industrialnetworking.com Wikipedia, ostali Internet izvori

4. Preduvjeti • Poznavanje OS • Poznavanje računalne tehnologije • Poznavanje engleskog jezika

5. Cilj • Usvojiti koncepte računalnog umrežavanja • Upoznati osnovne elemente umrežavanja: • Mrežne arhitekture, • Mrežne protokole, • Mrežne slojeve, • Stogove protokola, • TCP/IP i Internet, • Strukturno kabliranje • LAN, MAN i WAN tehnologije

6. Uvodne informacije Povijesni razvoj i koncepti računalnih mreža OSI i TCP/IP mrežne arhitekture Fizički sloj Medium Access Control (MAC). Ethernet mreže – CSMA/CD Network Layer (Sloj mreže) - IP Transportni sloj - TCP Aplikacijski sloj Industrijski Ethernet Pregled sadržaja

7. Štoje to MREŽA?

8. Definicija mreže? • Merriam-Webster Dictionary: • “A fabric or structure of cords or wires that cross at regular intervals…” • Više odgovara telekomunikacijskoj mreži • “A system of computers, terminals and databases connected by communications lines” • Definicija koja odgovara računalnim mrežama • “A computer network is defined as the interconnection of 2 or more independent computers.” [Ramteke,”Networks”, pg. 24]. • Računalna mreža se definira kao međuspoj 2 ili više nezavisnih računala !!!

9. Povijest razvoja mreža? • U početku : Mainframe računala s terminalima: • Terminalske mreže nisu računalne mreže budući da terminali nisu nezavisna računalaž • Razvoj miniračunala 70-tih godina donio je razvoj temeljnih koncepata računalnih mreža: Ethernet, TCP/IP, Internet, e-mail • Razvoj osobnih računala zadnjih 25 godina donio je eksplozivni razvoj računalnih komunikacija

10. Osnovni koncepti računalne mreže danas • Dijeljenje (skupih) resursa! • Hardver: printeri, diskovi, terminali, itd. • Podrška višekorisničkom (skupnom) radu • Uredski alati – Obrada teksta, tablične kalkulacije, osobno računalstvo. • Email, groupware, pristup intranetu i Internetu • Rad s podacima produkcijskih aplikacija u mrežnom okruženju • Jedinstvena administracija, nadzor i upravljanje mrežnim resursima • Nezavisnost o lokaciji • Korisnici mogu pristu • pati svojim podacima i aplikacijama s bilo kojeg mjesta u mreži. • Robustnost • Tolerancija na pogreške (Fault tolerance) kroz primjenu redundancije i kontrolnih informacija. • Balansiranje opterećenja (Load balancing) • Procesiranje i podaci se mogu distribuirati i udružitno izvršavati preko mreže (Grid Computing)

11. Problemi? • Sigurnost! • Puno je jednostavnije štititi centraliziranenego distribuirane resurse • Sigurnosne mjere smanjuju komfor rada te opterećuju performanse mreže te je potrebno kvalitetno planiranje, realizacija i upravljanje mrežom

12. Što znači industrijska računalna mreža? Isto što i računalna mreža ali s karakteristikama: • Neprekidni rad ("No Downtime") • Rad u okruženju s jakim vanjskim elektromagnetskim utjecajima (interferencijama) • Kontrolirani utjecaj na druge uređaje (EMC) • Galvanska izolacija • Potiskivanje tranzijenata • Prošireno temperaturno područje rada • Potrebna mehanička svojstva

13. Primjer industrijske računalne mreže (1)

14. Primjer industrijske računalne mreže (2)

15. Primjer industrijske računalne mreže (3)

16. Malo povijesti …

17. Prije Interneta • Poštanska mreža • Isporuka različitih tipova objekata (pisma, paketa itd.) po cijelom svijetu; • Relativno veliko kašnjenje isporuke, ali ralativno jeftina: • Pošiljatelj i primatelj identificiraju se pomoću poštanskih adresa (ime, ulica i broj, grad, državaitd); • Telefonska mreža • Konstruirana da daje komunikaciju glasom u realnom vremenu; • Također globalna; • Malo kašnjenje ali viša cijena. • Korisnici se identiciraju preko telefonskih brojeva.

18. Telefonskamreža

19. Telefonskamreža • Telefon je patentirao Graham Bell 1876. g. • Da bi telefon mogao komunicirati s drugim telefonom potrebna je bila direktna konekcija između njih • Za samo godinu dana, gradovi su bili prekriveni s “paučinom” žica!

20. Telefonskamreža (nastavak) • 1878, Bell Telephone company je otvorila svoj prvi ured za prespajanje (switching) telefonskih veza (u New Haven, CT). • Svaki korisnik je sada bio spojen na lokalni ured za prespajanje (manuelnu telefonsku centralu). • Kada je korisnik želio uspostaviti vezu,prvo je morao pozvoniti lokalnom uredu. Kada se operater javio korisnik mu je priopćio informaciju o broju kojeg treba nazvati. Nakon toga je operater uspostavio vezu s pozvanim korisnikom te je prespojio vezu prema pozivajućem korisniku.

21. Telefonskamreža (nastavak) • Da bi se omogućili i međgradski razgovori, lokalni telefonski uredi su se spajali međusobno: • Između telefonskih ureda postojao je veći broj veza, zavisno o prometnim zahtjevima za istovremnim razgovorima. • Porastom broja korisnika rastao je i promet, te je uskoro broj međuveza postao nedovoljan

22. Telefonskamreža (nastavak) • Iz tog razloga, mreži se dodao drugi nivo hijerarhije: • Sadašnji telefonski sustavi imaju najmanje 5 nivoa hijerarhije.

23. Adresiranje • Jedinstveno identificira korisnika. • Primjeri: • Poštanska adresa, telefonski broj. • Tipovi adresiranja: • Plošni (Flat); • Hijerarhijski. • Da li su poštanske adrese primjeri poštanskog ili hijerarhijskog adresiranja? • A telefonski brojevi?

24. POTS ili PSTN • Preko 100 godina, je POTS (Plain Old Telephone System) iliti PSTN (Public Switched Telephone Network) omogućavao komunikacije u govornom pojasu (voice-band communications). • PSTN je dizajnirana i izgrađena za prijenos i prespajanja govora (voice) • U realnom vremenu (Real-time); • S malim kašnjenjem (Low latency); • Visoke pouzdanosti (High reliability); • Zadovoljavajuće vjernosti (Moderate fidelity).

25. Evolucija komunikacijskih mreža • Prije 30 godina, počela se izgrađivati druga komunikacijska mreža s ciljem prijenosa podataka (data network). • Telekomunikacijska mreža nastavljala se razvijati u smjeru ISDN (Integrated Services Digital Network) • Danas telefonska i mreža za prijenos podataka konvergiraju prema jedinstvenoj mreži NGN (Next Generation Network)koja podržava prijenos govora, podataka i slike.

26. Komunikacijski model Mreža Izvor Odredište

27. Pojednostavljeni komunikacijski model komunikacijske mreže

28. Pojednostavljenimodel za komunikaciju podacima

29. Umrežavanje • Komunikacije točka-točka najčešće nisu praktične: • Uređaji su predaleko jedan od drugog; • Velika skupina uređaja trebala bi imati nepraktično veliki broj spojeva. • Rješenje je komunikacijska mreža.

30. Spajanje krajnjih uređaja Dediciranaveza Multiple access / shared medium

31. Komponente računalne mreže • Krajnji sustavi (ili hostovi); • Komunikacijski uređaji: Modemi, ponavljala, koncentratori (hubs), mostovi (bridges), preklopnici (switches), usmjernici (routers) i dr. • Linije (uvijene parice, koaksijalni kabeli, svjetlovodne niti, bežične tehnologije, i dr.)

32. Ključne zadaće • Prijenos • Generacija signala • Sinkronizacija • Detekcija pogrešaka i korekcija • Adresiranje i usmjeravanje • Obnova podataka s kraja na kraj (End-to-end Recovery) • Sigurnost. Fizički sloj Sloj prijenosa podataka Mrežni sloj Transportni sloj Aplikacijski sloj

33. Spajanje krajnjih uređaja (nastavak)

34. Dijeljena komunikacijska infrastruktura Struja paketa od predajnika prema prijemniku.

35. Vrste mreža računala Postoji više načina klasifikacije. • Prema veličini imamo podjelu • Local Area Network (LAN)lokalne mreže računala prostiru se tipično unutar zgrade ili kampusa. • Tipično do 10-tak km. • Metropolitan Area Networks (MANs)gradske mreže pokrivaju cijela gradska područja – velike brzine i niska cijena. • Wide-Area Networks (WANs)- širokoprostorne mreže prostiru se na velikim geografskim udaljenostima, nacionalno, interkontinentalno odnosno globalno.

36. Vrste mreža prema načinu spajanja računala • Dedicirana veza točka-točka (point-to-point); • Veza preko dijeljenog medija (shared medium); • Preklapana veza točka-točka (Switched point-to-point).

37. Vrste mreža prema topologiji Prsten (Ring) Stablo (Tree) Zvijezda (Star) Nepravilna Sabirnica (Bus)

38. Najvažniji koncepti mreža računala • Mrežni protokoli • Mrežni slojevi • Arhitektura mrežnih protokola

39. Mrežni protokoli • Diplomati koriste pravila, koja nazivaju protokoli, kao smjernice za formalne odnose. • Komunikacijski protokolje skup pravila koja određujuformat i značenje poruka koje se izmjenjuju između računala u mreži. • Skup povezanih protokolkoji su dizajnirarani tako da budu maksimalno usklađeni zovemo arhitekturomprotokolaili protokol stogom (stack).

40. ljudski protokol računalni protokol Hej Hej Kad imaš vremena? U 2:00 <podaci> vrijeme Ljudski i računalni protokoli Klijent otvori konekciju Poslužitelj OK Pošalji podatke

41. Mrežna komunikacija kao model slojeva • Model slojeva je rješenje za kompleksnost mrežnih komunikacija • Komunikacijski model dijeli mrežne funkcije u slojeve, od kojih svaki rješava jedan skup komunikacijskih zadaća • Gornji sloj se oslanja na servise koje pruža donji sloj. • Slojevi čine servise dostupnim gornjim slojevima kroz sučelja (interface).

42. Slojevi, servisi i protokoli Odnos između servisa i protokola.

43. Arhitektura protokola • Komunikacijski zadaci podijeljeni u module • Na primjer, prijenos datoteka (file transfer)koristi 3 modula: • File transfer aplikaciju • Komunikacijski servisni modul • Modul za pristup mreži

44. Pojednostavljena arhitektura prijenosa datoteka

45. Protocol Data Units (PDU) • U komunikaciji s drugom stranom svaki sloj koristi zadani protokol. • Podacima koji se prenose sa izvorišta na svakom sloju dodaje se kontrolna informacija – radi se enkapsulacija i kreira se Protocol Data Unit • Na prijemniku, svaki sloj odbacuje svoju kontrolnu informaciju (dekapsulacija) i predaje višem sloju njegove podatke (njegov PDU).

46. Funkcioniranje protokol arhitekture

47. Mrežne/protokol arhitekture • Skup slojeva, zadaća slojeva, servisi i sučelja između njih čine • Arhitekturu protokola ili Protokol stog (Protocol stack) • Primjeri: • ISO-OSI 7 slojna arhitektura. • TCP-IP 4 slojna arhitektura (Internet).

48. ISO OSI protokol arhitektura • ISO: International Standards Organization • OSI: Open Systems Interconnection. Application Presentation Session Transport Network Data link Physical

49. Značajni slojevi u ISO modelu • Layer 7: Aplikacijski sloj • Protokoli specifičniza aplikacije (na pr. ftp, http,smtp) • Layer 4: Transportni sloj • Isporuka podataka između računala (end-to-end). • Layer 3: Mrežni sloj • Usmjeravanje podataka duž mreže. • Layer 2: Sloj podataka (Data Link) • Pouzdani prijenos podataka putem fizičkog medija. • Layer 1: Fizički sloj (Physical) • - Prijenos bita između dva čvora.

50. OSI protokoli