Računalne mreže fenomen su s kojim se svaki čitatelj dosad susreo, svjesno ili nesvjesno. One su osovina informacijske revolucije i kralježnica komunikacije kakvu danas poznajemo. Gotovo sve svakodnevne društvene aktivnosti obavljamo koristeći neki oblik računalne mreže, bilo da se radi o običnoj telefonskoj mreži kad zovemo baku na selo ili o Mreži svih mreža – Internetu.
Računalna mreža je, banalno rečeno, sustav računala koji međusobno komuniciraju. Komunikacija u ovom kontekstu označava razmjenu informacija, ali i korisnikovih podataka.
Da bismo pobliže objasnili značenje pojma “komunikacija”, vratimo se na trenutak u samu zoru računalnog doba, u vrijeme računala velikih kao pristojna dvokatnica i programera čiji je posao nalikovao poslu automehaničara. Unatoč tome, prepoznat je potencijal računala i mnoge su ih organizacije, ponajviše sveučilišta i znanstveni centri, ugradile u svoje prostorije.
Naravno, uslijedila je potreba za razmjenom znanja i informacija i ljudi su se zapitali kako da što brže i jednostavnije prenesu podatke s jednog sveučilišta (računala) na drugo. Ono što bi nam svima palo na pamet jest uzeti duuuugačak kabel i provući ga preko cijelog grada/države/kontinenta do računala s kojim želimo komunicirati. Hmm, zvuči skupo i nepraktično, zar ne?
Umjesto toga, ljudi su odlučili iskoristiti već postojeći skup kabela koji se rasprostire preko gradova i država – telefonsku mrežu. Zatim su izmislili modem, čija je uloga bila digitalne podatke (hrpe jedinica i nula iz memorije računala) pretvoriti u naponski signal i “potjerati” ga kroz telefonsku žicu. Osim toga, modem mora i primiti naponske signale s telefonske žice koje je poslao njegov modem-sugovornik te ih pretvoriti u digitalne podatke i proslijediti na računalo.
Telefonska mreža tada je funkcionirala, a i još uvijek funkcionira, preko telefonskih centrala. Dakle, ako vi živite u mjestu A, vaš prijatelj u mjestu B, da biste pričali, obojica morate biti kabelima spojeni na mjesto C, gdje se nalazi telefonska centrala. U telefonskoj centrali teta bi pritisnula prekidač koji direktno spaja vaš kabel na kabel vašeg prijatelja i vi biste mogli neometano pričati.
Isti princip vrijedio je i za računala – vaše računalo “pričalo” bi s računalom u centrali a teta bi, na temelju podataka koje su razmijenili, odredila na koje mjesto da vas spoji. To je bio začetak računalnih mreža.
S vremenom su mnoge druge državne ustanove, pa i privatne tvrtke, prepoznale dobrobiti ovakvog načina razmjene informacija te je računalna komunikacija uzela maha i ugnijezdila se u svim porama komuniciranja.
Tijekom sljedećih desetljeća razvile su se naprednije tehnologije za realizaciju ovakve komunikacije. Računala i modemi postali su brži, ali informacije koje se razmjenjuju sve veće. Zbog toga je bilo potrebno uspostaviti različite tipove računalnih mreža i njihovih protokola.
Računalne mreže: Što su standard i protokol?
Primjer komunikacije računala preko telefonske mreže opisuje princip rada široko rasprostranjene mreže, engl. Wide Area Network – WAN. Suprotnost njima su nama mnogo poznatije lokalno rasprostranjene mreže, engl. Local Area Network – LAN.
LAN mreže prostorno su ograničene i najčešće obuhvaćaju prostor pojedine zgrade ili kućanstva. Više-manje svaka tvrtka, fakultet, kućanstvo ima vlastitu LAN mrežu unutar koje računala međusobno komuniciraju. Najpoznatiji tip lokalne mreže je tzv. Ethernet, opisan međunarodnim standardom IEEE 802.3. Što to znači?
To znači da su stručnjaci međunarodne organizacije IEEE postavili standardne uvjete na svim segmentima komuniciranja Ethernetom, od fizičkog sloja – konektora, kabela i naponskog signala na njemu do oblika digitalnih podataka koji se razmjenjuju.
Pojam međunarodnog standarda ovdje navodimo zbog toga što je svaka računalna mreža opisana nekim međunarodnim standardom i računalo koje se želi postaviti unutar te mreže mora zadovoljiti taj standard. Ukratko, standard propisuje hardver i softver potreban za spajanjem određenog računala u neku računalnu mrežu.
Da bi dva računala adekvatno komunicirala, potrebno je definirati skup pravila koja računala moraju slijediti pri razmjeni podataka. Na primjer, Markovo računalo (MR) želi komunicirati s Ivanovim računalom (IR).
Komunikacija ide nekako ovako:
MR: Bok! Ovdje Markovo računalo.
IR: Bok! Ovdje Ivanovo računalo.
MR: Mogu li pričati s tobom?
IR: Možeš.
MR: Mogu li ti poslati podatke?
IR: Ne. Trenutno sam zauzet.
MR: Mogu li ti poslati podatke?
IR: Da. Slobodan sam.
MR: Izvoli podatke.
—slanje podataka—
MR: Poslao sam sve.
IR; Primio sam.
MR: To je sve od mene. Kraj komunikacije.
IR: Kraj komunikacije.
Iako banalan primjer, njegova interpretacija u računalnom svijetu ima vrlo velik značaj. Korištene fraze poput “Bok! Ovdje Markovo računalo”, “Mogu li pričati s tobom?” ili “To je sve od mene” u komunikacijskim se sustavima izvode kao naredbe i imaju strogo definirano značenje.
Skup naredbi i pravila za redoslijed njihova izvođenja naziva se mrežni protokol. Protokol je određen za svaku mrežu i računala koja komuniciraju unutar mreže, odnosno program na računalima koji upravlja komunikacijom slijedi njegova pravila. Laički rečeno, mrežni protokol je jezik kojim dva računala pričaju. Neki od poznatijih protokola s kojima se svakodnevno susrećemo su USB, Bluetooth, WLAN ili gore spomenuti Ethernet.
Računalne mreže: Kako funkcionira mreža?
Dosad smo naveli primjere u kojima komuniciraju samo dva računala. Takav tip komunikacije naziva se point-to-point komunikacija. U sustavima s mnogo računala potrebno je zasebno spojiti svako računalo sa svakim računalom. Takvo rješenje izrazito je nepraktično i neekonomično.
Komunikacijske mreže nude mnogo jednostavnija i isplativija rješenja. U komunikacijskoj mreži računala ne moraju nužno biti direktno spojena jedno s drugim da bi se među njima odvijala komunikacija. Kad govorimo o računalima spojenim unutar mreže, ne podrazumijevamo nužno naša osobna računala u radnoj sobi ili prijenosna računala.
Bilo koji elektronički uređaj s naprednijim procesorom ili mikrokontrolerom može se ponašati kao računalo u mreži. Primjeri takvih uređaja su mrežni usmjernici (router), preklopnici (switch), premosnici (bridge) pa čak i uobičajeni telefoni i telefaksi. Računalo ili bilo koji takav uređaj spojen u mrežu naziva se čvor.
Veza između pojedinih čvorova naziva se grana. Razmjena informacija unutar mreže funkcionira na način da korisnik koji želi koristiti komunikacijske usluge spoji svoje računalo na mrežu. Poruka koja se šalje od korisničkog računala do odredišnog putuje preko čvorova u mreži. Poruka se sastoji od adrese, odnosno identifikatora odredišnog čvora i izvornog podatka koji se šalje.
Čvor koji primi poruku ovisno o njenoj adresi ili prosljeđuje poruku do idućeg čvora ako adresa čvora nije ona iz poruke, ili ih pohranjuje u vlastitu memoriju ako jest. Čvor ne mora nužno poruku proslijediti na odredišni čvor. Čvor poruku šalje na prvi susjedni čvor i cijeli postupak ponavlja se dok poruka ne stigne na odredište.
Računalne mreže: Vrste mreža
Priča o čvorovima i granama dovodi nas do prve podjele računalnih mreža, a to je podjela prema topologiji umreženih čvorova. Topologija je raspored i način povezivanja čvorova unutar mreže fizičkim i logičkim putem.
Topologija nije ovisna o prostornom rasporedu čvorova ni o udaljenosti među čvorovima, nego samo o konfiguraciji veze između čvorova. Standardne topologije mreža su potpuna povezanost (full mesh), koja je spomenuta na početku prethodnog odjeljka, stablo (tree), sabirnica (bus), prsten (ring) i zvijezda (star). Vrlo često se koriste i kombinacije ovih topologija.
Osim po topologiji, postoje i podjele s obzirom na veličinu, vrstu prijenosnog medija, smjer kretanja podataka, komutaciju paketa, komutaciju datagrama te multipleksiranje prijenosa, no njihova analiza prelazi okvire ovog članka.
Ponekad ne želimo komunicirati samo s onim računalima koja se nalaze u istoj mreži kao i naše računalo, nego i s računalima u nekim drugim mrežama. Tada je naš podatak nužno prenijeti izvan matične mreže i unijeti ga u neku drugu. Radi toga postoje posebni gateway čvorovi koji omogućuju povezivanje jedne mreže s bilo kojom drugom mrežom.
Time dolazimo do pojma “umrežavanje mreža”, što je osnova za postojanje najpoznatije mreže na svijetu – Interneta.
Računalne mreže: Po smjeru kretanja podataka
Jednosmjerne – podaci putuju samo u jednom smjeru (jedan čvor je odašiljač, a drugi prijemnik)
Dvosmjerne – podaci putuju u oba smjera u isto vrijeme
Poludvosmjerne – podaci mogu putovati u oba smjera, ali ne istovremenoRačunalne mreže: Po veličini
WAN – mreže širokih područja
MAN – (metropolitan area network), gradske mreže
LAN – lokalne mreže
PAN – (personal area network), osobne mreže (primjer: radijska mreža koja povezuje središnju jedinicu računala s mišem, tipkovnicom i pisačem)Računalne mreže: Po mediju:
Žičane – upletena parica, koaksijalni kabel, ITU-T, optička vlakna
Bežične – radijske frekvencije, mikrovalni prijenos, satelitski prijenos
Računalne mreže: Mreže oko nas, svaki dan.
Iako fiksni kućni telefon sve više gubi na popularnosti, njegova primjena je i dalje raširena. Telefonska mreža o kojoj smo govorili na početku članka tijekom vremena doživjela je značajna poboljšanja, najprije preko ISDN-a, a onda preko PSDN tehnologija. Jedna i druga mreža primjer su WAN mreža zvjezdastih topologija, s dvosmjernim prijenosom podataka uz žičani prijenos.
Mobilne komunikacije, tj. GSM mreža, predstavljaju bežičnu inačicu iste kategorije mreža. Ethernet koji koristimo u svojim uredima ili domovima primjer je LAN mreže s topologijom sabirnice. Vrlo često umjesto kabelskog povezivanja računala u uredu koristimo bežični, tj. WLAN. U nekim uredima gdje je potrebniji brži prijenos podataka koriste se posebne vrste LAN-a: Token Ring i Token Bus.
Iako je ovim zaključen članak, priča o računalnim mrežama ni izdaleka nije gotova. Projektiranje, implementacija i održavanje računalnih mreža zahtjevne su inženjerske discipline, i tehničari i inženjeri koji se bave ovim područjem svakodnevno se susreću s enormnim izazovima.
U ovom članku priču o mrežama ograničili smo na razinu na kojoj računalo “priča” s drugim računalom. No ispod toga kriju se brojne discipline koje zaokružuju cijelu sliku. Pod time podrazumijevamo različite izvedbe medija za prijenos signala, modulacijske postupke za prijenos podataka, elektroničko sklopovlje za odašiljanje i prijem signala, drivere za upravljanje mrežnim karticama i modemima, softver za mrežne i aplikacijske slojeve protokola.
Piše: P. K.
