3.6.1. Topologija mreže

U suštini predstavlja fizičko uređenje i oblik mreže - ožičenje. Izvorna ideja mreže razvijena je prema slijedećem načelu: Domaćin (HOST) korisničke programske potpore bilo je jedno glavno računalo uobičajeno nazivano MAINFRAME, vrlo veliko po gabaritima, koje je u osnovi imalo nekakav unix-oidni operativni sustav. S njim su komunicirale Radne postaje (RP) povezane preko prikladnog ožičenja, koje su u takvoj mreži predstavljale jedan čvor (NODE) mreže. Radne postaje nisu imale osobitosti računala, tj. samostalno izvršavanje bilo kakve zadaće. Radne postaje komunicirale su s glavnim računalom na način da su preko tipkovnice host-u zadavani radni nalozi, a on je rezultate vraćao korisniku na monitor. Programska potpora radne postaje koja je ovo omogućavala bila je u njenom ROM-u ili se je učitavala s host-a u njen RAM po uspostavi komunikacije s host-om. Radne postaje nazivale su se TERMINAL ili WorkStation i u osnovi ih je za rad opsluživao HOST - poslužitelj. Način povezivanja čvorova, odnosno veze između radnih postaja i host-a određivao je tip mreže i osnovni tipovi povezivanja u mreži su: zvijezda (arcnet), sabirnica (ethernet) i prsten (token ring). Tipkovnica i monitor izravno vezani za poslužitelj nazvani su KONZOLA, s osnovnom namjenom nadgledanja, servisiranja i konfiguriranja operativnog sustava i programske potpore korisnika. Načelna shema povezivanja radnih postaja i host-a za pojedine topologije prikazana je na slijedećoj slici.

Slika* 3.6.4 Topologija mrežnih računalnih sustava. ( + / - )

Pojam HOST (H) danas podrazumijeva Radnu postaju (RP), jer svako računalo sposobno je za samostalan rad i ima poslužiteljske osobine. Doba velikih računala-poslužitelja (Mainframe), koji su na jedan od prikazanih načina sa slike 3.6.4a opsluživala 'glupe' RP, nekorisne bez usluga 'centralne' pameti, zauvijek je prošlo. Stoga čvorove s prethodne slike treba redefinirati u skladu sa sadašnjim vremenom. Dakle, danas govorimo o umreženim 'HOST-ovima' koji su kablovima povezani s MREŽNIM UREĐAJIMA po odabranom topološkom načelu prema slici 3.6.4b, koje može i ne mora imati namjenske poslužitelje (NP). Uobičajeni mrežni uređaji su REPEATER - ponavljač / obnavljač (O), HUB - koncentrator (K), SWITCH - preklopnik (P) i ROUTER - usmjernik (U). Host-ovi imaju MREŽNU KARTICU za komunikaciju s mrežnim uređajem, koja se kao i spojni kablovi dizajnira za uporabu prema jednoj od topologija. Skup host-ova objedinjenih mrežnim uređajima tvori RAČUNALNU MREŽU, a ako je ista u funkciji jedne ustanove ili firme naziva se LOKALNA MREŽA (Local Area Network - LAN). Obnavljač ima zadaću regeneriranja signala u svrhu povećanja duljine kabla u sabirničkoj topologiji. Koncentrator i njegov moćniji nasljednik preklopnik imaji zadaću povezivanja host-ova u zvjezdastoj topologiji. Usmjernik ima zadaći povezivati lokalnu mrežu s drugim mrežama i nije prikazan na prethodnoj slici. Same mreže međusobno se povezuju po jednom od navedenih topoloških načela.

Zašto toliko priče oko pojma HOST !? Zato jer se u literaturi i na Internetu rabi u oba navedena konteksta. Promatrano u kontekstu računala host može biti i namjenski poslužitelj, a u kontekstu IP protokola host može biti bilo koji uređaj koji ima dodijeljenu mu IP adresu (računalo, pisač, switch, router ...). E, pa sad ....

Sve veća koncentracija računala u firmama dovodi do nužnosti uporabe sve većeg broja mrežnih uređaja. Tako se na primjer u zvjezdastoj strukturi sa slike 3.6.4 na mjesto RP može se postaviti HUB za kojeg će se vezati više RP pa se dobije razgranata ili proširena zvjezdasta struktura mrežnih uređaja za koje su povezani host-ovi. Ako su sve RP i mrežni uređaji povezani tako da svi imaju jedan jedini izlazni uređaj prema vani te je struktura povezivanja slična rodovskom stablu, radi se o hijerarhijskoj strukturi. Hijerarhijska struktura omogućava dobar nadzor prometa. No video prijenos i slične brze veze, osobito sjedište koje povezuje i objedinjuje više mreža, te redundantni (backup) putovi za slučaj kvara, traže da se mrežni uređaji (ne RP) međusobno povežu po načeli svaki-sa-svakim i takva struktura naziva se isprepletena (mesh) i otpornija je na kvarove. Tako povezani mrežni uređaji, koji omogućavaju svim članovima mreže da uvijek međusobno komuniciraju, često se nazivaju JEZGRA (CORE) mreže, a svaki mrežni uređaj jezgre s ostalima je kao jedinka u suštini zvjezdasto povezan. Mrežni uređaji jezgre automatski se rekonfiguriraju u slučaju ispada ili prezauzetosti jednog od mrežnih uređaja jezgre i konstruirani su upravo za tu svrhu, brinu za objedinjavanje (agregaciju) prometa a ne o pristupu korisnika mreži. Većina njih su vrlo brzi uređaji koji imaju veliku propusnu moć i u osnovi tvore kičmu, odnosno OKOSNICU (BACKBONE) cijele mreže. Za mrežne uređaje jezgre vezani su PRISTUPNI mrežni uređaji za koje je posredstvom mrežne kartice računala (NIC) korisniku omogućeno korištenje mrežnih resursa i dostupnost Interneta.

Fizička topologija mreže osnovica je logičke topologije, koja određuje međusobnu komunikaciju između čvorova mreže, glavna čvorišta mreže i povezanost s glavnim čvorovima. Tako na primjer jedno računalo fizički povezano za jedan čvor nije računalo tog čvora s kojim je povezano već ga koristi kao vezu prema nekom drugom čvoru kojemu prema organizaciji obrade podataka pripada. Logičku topologiju omogućavaju mrežni uređaji koji imaju i tu svrhu razvijene komunikacijske protokole kako bi se interesne grupe host-ova objedinile u vlastitu prividnu mrežu - VIRTUALNI LAN (VLAN). Dakle, jedan preklopnik može opsluživati računala koja su članovi različitih vitualnih mreža koje se međusobne 'ne vide'. Prema navedenom računala se međusobno mogu povezati u jednu od narednih osnovnih ili iz njih izvedenih fizičkih topologija:

sabirničku - bus prstenastu - ring zvjezdastu - star proširenu zvijezdu - extended star hijerarhijsku - hierarchical isprepletenu - mesh

U jednoj manjoj ustanovi najviše će se koristiti zvjezdasta topologija s mrežnim uređajima dizajniranim za pristup korisnika - pristupni switch (hub) s 12-48 priključaka za host-ove (računala), Pristupne switch-eve međusobno povezuje mrežni uređaj dizajniran upravo za objedinjavanje (agregaciju) njihovog prometa i u osnovi ne opslužuje ni jedan host. Dakle, ni svi mrežni uređaji nisu po namijeni isti i stoga su različito dizajnirani. Po potrebi se na pristupni mrežni uređaja može priključiti dodatni jednostavniji pristupni mrežni uređaj jednog ureda ili omanje računalne učionice i dobije nešto slično proširenju zvijezde s manjom zvijezdom unutar njezine lokalne strukture. Pristupni uređaji mreže najčešće će se povezivati prema nadređenima po zvjezdastoj ili hijerarhijskoj topologiji. Treba voditi računa o tome koliko 'duboko' odabrana mrežna oprema može opslužiti hijerarhijsku topologiju. Preklopnici na nivou objedinjavanja prometa, osobito na nivo jezgre ustanove, međusobno će se povezati isprepleteno kako bi se osigurala redundancija u slučaju 'ispada' kojeg od uređaja. Da se u isprepletenoj vezi ne bi dogodile nekakve petlje u prometu brine se OS preklopnika koji ima programski dio upravo za tu svrhu.

Posebno danas, za male kućne mreže, interesantna je 'mesh' povezanast zasnovana na uporabi Wi‑Fi tehnologije, kako je prikazano na maloj slici desno i plavim oblacima. Sveobuhvato rješenje za ovu svrhu raspoloživo je, na primjer, od firme 'AVM International', koja proizvode pristupne uređaje i periferija za kućanstva u seriji proizvoda Fritz!Box. Koliko god uređaja koristite, povezano je po načelu 'svaki sa svakim' i gdje god se krećete po kući automatski se nudi najbolja pristupna povezanost s jednim od uređaja.

Nekad se je mislilo da se rasprostiranje elektromagnetskih valova odvija preko neuhvatljive supstance nazvane ETHER, koja služi kao medij za prijenos. U čast tog naziva, mehanizam komunikacije koji radi po na načelu izbjegavanja sudara (kolizije) signala na spojnom vodu nazvan je ETHERNET. Kod prstenaste topologije komunikacija se odvija putem upisa i čitanja podataka u 'paket' koji neprestano kruži mrežom. Kod zvjezdaste strukture načelo komunikacije je na nadzoru i raspodjeli spojnih putova. Zvijezda, zahvaljujući pristupnom uređaju (HUB-SWITCH) koji ostvaruje međusobnu neovisnost signalnih priključaka (port), pouzdanija je topologija. Fizički prekid ili oštećenje medija za prijenos signala (kabel) u sabirničkoj topologiji znači prestanak komunikacije između svih učesnika mreže, a u topologiji zvijezde 'ispada' samo jedna od grana zvijezde ili samo jedan host. Nepouzdanost sabirničke topologije, unatoč jeftinoj realizaciji pomoću tankog koaksijalnog kabla, uzrokom je njenog sve manjeg korištenja kao načina fizičke realizacije mreže, osobito zbog jeftinih preklopnika (switch) razvijenih modernim tehnologijama i dizajniranih upravo za mala poslovna okruženja (do 8 priključaka). U dizajnu mreža sanbirnička topologija gotovo se više nigdje ne koristi. Mrežne kartice (NIC) za sabirnički mrežnu topologiju gotovo se više ne proizvode.

U lokalnoj mreži najčešće tehnologije komuniciranja između računalnih uređaja su:

Prva tehnologija temelji se na načelu ispitivanja veličine signala na vodiču te emitiranja podataka na vodič ako kolizije nema. Ako dođe do kolizije na mrežu se odašilje signal kolizije kako bi svi o tome bili obaviješteni, mrežna kartica naknadno ispituje pristup mediju, ali kako se vrijeme između dva ispitivanja stanja medija kod mrežnih kartica međusobno razlikuje zbog ugrađenog mehanizma za određivanja ovog vremena prema slučajnom procesu, učinkovito se izbjegava kolizija. Ovaj način odvijanja prometa u mreži osobitost je kod žičnih komunikacija. Druga tehnologija koristi suprotno načelo, odnosno izbjegava ustanovljavanje kolizije i emitira isključivo ako signala uopće nema i koristi se u bežičnim vezama.

Token-ring je izvorno je razvila firma IBM i temelji se na načelu obilaska 'putujućeg skladišta' (token) koje obilazi sva računala u mreži i u kojeg se mogu postaviti ili iz njega pročitati podaci. Jedno od računala nadgleda putovanje token-a. Po fizičkoj izvedbi token-ring sliči zvjezdastoj strukturi i ima uređaj sličan HUB-u za 'prihvat' računala. Ova tehnologija svojevremeno se je koristila na mjestima gdje se je tražila velika pouzdanost koju nije mogla omogućiti sabirnička topologija, ali brza evolucija Ethernet tehnologija za zvjezdaste topologije gotovo ju je u potpunosti porazila u području korištenja lokalnih mreža (LAN). IBM je prema svom starom običaju malo 'zaspao' glede razvoja token-ring tehnologije i nije ponudio baš prihvatljive licenčne uvijete. FDDI je tehnologija koja koristi optička vlakna za prijenos podataka te moraju postojati pretvarači električnog signala u optički i obratno (transceiver) a sam prijenos može biti Ethernet tipa ili s token-om. Glede fizičke povezanosti za prijenos signala između računala u osnovi potrebni su modem ili mrežna kartica (NIC) koja zna pristupiti Ethernet-u, Token-Ringu ili FDDI-u.

Logička topologija opisuje način 'putovanja' signala kroz mrežu i sam pristup fizičkom mediju. Tako 'Token Passing' ima fizički zvjezdastu strukturu, ali podaci 'putuju' uokrug duž prstena. To je formalni skup pravila, nazvanih protokoli, koji odlučuju kako će uređaju u mreži, počevši od mrežne kartice nadalje, komunicirati. Primaran je TCP / IP skup protokola. Logičke topologije prema načelu rada razmjene podataka mogu biti:

Topologija WAN, CARNet i INTERNET mreže složenija i u osnovi zasnovana je na PTT kanalima s kojima su povezani. Tu su komutacijskih čvorišta gdje se koristi veza 'svaki-sa-svakim'. Mreža od nekoliko hostova jedino su mjesto gdje se još ponekad koristi topologija sabirnice, mada i tu prodire zvjezdasta struktura s jednostavnim i jeftinim pristupnim switch-evima od 4-8 priključaka, ili sve češće sa SOHO uređajima.