DOBRODOŠLI V SVETU IP

Prav zbirka protokolov pod skupnim nazivom TCP/IP, katere začetki segajo v ameriško obrambno ministrstvo, pozneje pa se razširi tudi med akademske in raziskovalne ustanove v ZDA ter kmalu po svetu, nosi temeljno odgovornost za današnjo razvitost interneta ter s tem tudi krajevnih omrežij vsepovsod. TCP/IP je namreč povsem od platforme neodvisen protokol, ki ne temelji na nobenem proizvajalcu strojne opreme, njegova uporaba pa ne zahteva plačevanja licenčnine. Prav zato so jo sčasoma prevzeli vsi proizvajalci in zato je danes osrednji, glede razširjenosti praktično tudi edini protokol v uporabi.

Če je TCP/IP alfa in omega protokolnega dela omrežja, pa v strojnem oziroma fizičnem delu (na mediju) vidimo več različnih tehnologij. Ena prvih, ethernet, je z leti doživela vrsto sprememb in nadgradenj in kot taka obstaja še danes. V najnovejših različicah kot sta gigabitni ethernet ter 10 Gb ethernet predvsem z nizko ceno prevladuje na trgu in ima največji delež v svetovnih omrežjih. Druge tehnologije, kot še pred nekaj leti priljubljeni frame relay, token ring in ATM, so že bistveno izgubile tržni delež, edina prava »naslednica« ali bolje rečeno nadgradnja etherneta pa je optika, a se zaradi cene uveljavlja predvsem v hrbtenicah, šele v zadnjem letu tudi pri nas kot povezava od ponudnika storitve do uporabnika (gre pa za obliko etherneta prek optike). A do optike kot nosilca podatkov domačega omrežja bomo še čakali.

ZGODOVINA DOMAČIH OMREŽIJ

Zgodovina domačih omrežij sega v začetek devetdesetih, ko so zanesenjaki prve računalnike medsebojno povezovali po zaporedni povezavi prek vmesnika RS232, ter s programi, kot je bil Laplink, medsebojno prenašali datoteke ter si izmenjevali besedilna sporočila. Računalniško omrežje je termin, ki označuje vsaj dva medsebojno povezana računalnika. Prva domača omrežja so zagotovo nastajala tudi zaradi prvih večigralskih iger, ki so prišle v računalnike sredi devetdesetih in v katerih se je dalo igrati proti ali z nasprotnikom za drugim računalnikom v omrežju. V tokratnem kontekstu bomo vseskozi govorili o krajevnih omrežjih (LAN), saj domača omrežja v celoti povezujejo samo opremo znotraj ene lokacije (široka omrežja WAN povezujejo več lokacij, ali geografskih enot).

S prihodom modemov in prvimi povezavami v internet se je začelo obdobje skupne rabe internetne povezave. Rešitev je bila logična: zakaj bi dva plačevala drage impulze, če pa lahko na en modem/internetno linijo priključiva oba in še več računalnikov, in vsak od njih bo lahko komuniciral z zunanjim svetom.

Tako je prodaja omrežnih kartic, takrat še samostojnih razširitvenih kartic, začela sredi devetdesetih strmo naraščati, že konec tisočletja pa je bil omrežni priključek kot integriran del prisoten na marsikateri novi matični plošči, zadnjih pet let pa je to standardna oprema.

KAKO DELUJEJO DANAŠNJA OMREŽJA

Ethernet (10 Mb/s) je ne glede na podzvrst (Fast Ethernet – 100 Mb/s, Gigabit Ethernet – 1000 Mb/s) tehnologija, ki temelji na skupnem, deljenem vodilu oz. mediju, ki ga obvlada s tehniko CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access, Collission Detect). To pomeni, da si več naprav priključenih na skupno vodilo, deli nazivno pasovno širino. V svetu etherneta je pravilo, da lahko sočasno govori (oddaja podatke) le ena sama naprava, vse druge pa ta čas poslušajo (sprejemajo podatke).

Ko ima naprava podatke, ki jih mora poslati v omrežje, omrežni adapter (recimo omrežna kartica v računalniku) najprej prisluhne mediju. Če v tem hipu ne govori nihče drug, sama začne oddajati podatke. Problem nastane takrat, ko v istem trenutku to storita dve napravi. Takrat pride do trka oz. kolizije. Gre za napako v omrežju, tehnologija ethernet pa je to napako zmožna zaznati. Pri trku vse naprave, ki so govorile, takoj prenehajo oddajati podatke ter naslednji poskus oddaje podatkov prestavijo za naključen čas (s čimer zmanjšajo verjetnost, da bi se isto zgodilo tudi naslednjič). Več ko je naprav na istem mediju, večja je verjetnost za trke. Območje, na katerem sodelujoče naprave ob sočasnem oddajanju podatkov ustvarijo trk, se imenuje kolizijska domena, domena trkov (collision domain).

Uporabniki zgodnjih omrežij se iz preteklega tisočletja spomnijo neskončnih črnih koaksialnih kablov (10Base2 ali 10Base5), ki so se vili skozi pisarne mimo prav vseh računalnikov. Ethernet je namreč v tistem času še uporabljal topologijo skupnega zaporednega vodila (bus), na katerega so bili priključeni vsi računalniki, na obeh koncih kabla pa je bil zaključni člen (terminator). S tem ko so bili računalniki na istem mediju, so si seveda delili kolizijsko domeno in s tem tudi pasovno širino. Če je bilo na takem 10 Mb/s mediju priključenih 10 računalnikov, je vsak od njih lahko sočasno teoretično uporabljal le 1 Mb/s.

Z razvojem računalnikov, večje uporabe internetnih in intranetnih vsebin, s pojavom bogatejših multimedijskih vsebin ter z dvigom procesorske zmogljivosti končnih postaj je omenjena omejitev deljenja pasovne širine začela zavirati prepustnost ter omejevati uporabnika. Pojavijo se zahteve po povečani pasovni širini, kar pripelje k namenski ali povečani pasovni širini z uporabo preklopnega etherneta.

PREKLOPNI ETHERNET

Preklopni ethernet pomeni, da naprave niso več vezane na isti fizični koaksialni kabel, temveč se topologija spremeni v zvezdno topologijo, kjer je vsak računalnik s svojim kablom povezan na napravo, imenovano zvezdišče (hub). Naprava ima več vrat, v katera so povezani posamezni računalniki, deluje pa na načelu primitivnega podvajanja električnih signalov, ki jih prejme na vhodnih vratih, na vsa ostala, kar pomeni, da domena trkov še vedno zajema vse naprave, priključene na zvezdišče. Zvezdišče deluje torej podobno kot navadni razdelilnik za elektriko in le podvaja signale, ki jih dobi na enih vratih, na vsa ostala, pri tem pa ne premore nikakršne inteligence. S prehodom na novo topologijo vidimo tudi umikanje uporabe koaksialnega kabla, pojavi pa se nov medij, kabel UTP (Unshielded Twisted Pair, 10BaseT), ki je veliko manj dovzeten za elektromagnetne motnje iz okolja, je tanjši in predvsem cenejši.

Uporaba zvezdišč je zaradi mnogih težav, predvsem pa zaradi še vedno deljene pasovne širine postala vprašljiva. A vse težave so reševale naprave, ki so omrežja povezovala– usmerjevalniki (router). Usmerjevalniki skrbijo za povezovanje različnih logičnih celot – omrežij oziroma podomrežij, izvajajo nadzor nad prometom glede na omrežne (logične) naslove, skrbijo za usmerjanje prometa z dinamičnimi usmerjevalnimi protokoli ali statičnimi pravili ...

Ker so usmerjevalniki predrage naprave, da bi jih uporabljali za priklop končnih uporabnikov, se pojavijo nove naprave, namenjene nadomeščanju zvezdišč v okoljih, kjer uporabniki potrebujejo povečano pasovno širino, kar se je sprva uporabljalo za priklop strežnikov. Nova naprava se imenuje stikalo (switch).

Prednost uporabe stikal je v tem, da promet poteka le med napravami, ki so udeležene v komunikaciji. To je možno zaradi učenja stikal. Kot smo zapisali, stikala delujejo na drugem nivoju TCP/IP, kjer so fizični naslovi omrežnih naprav, imenovani MAC. Naslov MAC (Media Access Control), je unikatni fizični naslov omrežnega vmesnika in ga sestavlja 48 bitov. Za lažji zapis ga zapisujemo v obliki šestnajstiškega zapisa z 12 znaki (npr. 00-D0-68-01-DA-7C). Prvih šest vrednosti z leve strani je dodeljenih in so tipične za posameznega proizvajalca, zadnjih šest pa lahko določa proizvajalec sam. Vrednosti MAC-naslovov lahko izpišemo na različne načine, na primer z ukazom ipconfig /all (Windows) ali ifconfig (Linux), ukaz arp. Na podlagi tega naslova se v istem segmentu omrežja posreduje tudi promet. Vsak promet (na drugem nivoju je enota prometa imenovana okvir – frame ali datagram) ima v glavi kontrolne informacije, med katerimi sta tudi fizični naslov pošiljatelja in fizični naslov prejemnika. Ko tak okvir pride v stikalo, stikalo pogleda fizični naslov pošiljatelja ter skupaj z oznako vrat, prek katerih je okvir prejel par, zabeleži v svojo interno MAC-tabelo. Stikalo zdaj ve, da je na teh vhodnih vratih priklopljena naprava s fizičnim naslovom pošiljatelja. Stikalo nato primerja fizični naslov prejemnika z zapisi v svoji MAC- tabeli. Če je naslov tam že vpisan in torej že povezan z določenimi vrati, stikalo tak okvir posreduje le na ta vrata. Tako promet poteka le med pošiljateljem in prejemnikom, ne obremenjuje pa drugih na stikalo priključenih naprav.

PROMET V OMREŽJIH

V omrežjih promet podatkov ni vedno enak. Promet je definiran glede na pošiljatelja in glede na naslovnika oz. sprejemnika. Promet vedno izhaja od enega samega pošiljatelja. Glede na tip prejemnika pa ločimo tri tipe prometa. Promet tipa unicast označuje promet, ki izhaja od enega pošiljatelja in je namenjen točno enemu prejemniku. Promet tipa broadcast izhaja od enega pošiljatelja in je namenjen vsem prejemnikom. Pomembno je vedeti, da je definicija vseh prejemnikov po navadi omejena s krajevnim fizičnim omrežjem. To pomeni, da se promet broadcast širi le po krajevnem omrežju, ne pa tudi prek tretjenivojske naprave (usmerjevalnika) v druga omrežja. Tretji in zadnji tip prometa se imenuje multicast. Gre za poseben tip prometa, kjer pošiljatelj naslavlja skupino prejemnikov. Skupina je lahko definirana na več načinov, multicast pa se dandanes uporablja pri recimo pretočnih multimedijskih podatkih. Namesto da bi strežnik pošiljal 100 enakih kopij istega TV- programa stotim naročnikom, pošilja le eno kopijo, naslovljeno na sto prejemnikov, omrežna oprema pa poskrbi za ustrezen prenos in podvajanje na ustreznih križiščih (to danes v svojih omrežjih uporabljajo vsi ponudniki interneta in internetne IP-televizije ter videa na zahtevo!).