3.6.2. Protokoli - OSI model

Smišljeno projektirane procedure koje prate razmjenu podataka nazivaju se protokoli. Protokol se realizira u vidu procesa koji se ima obaviti da bi se očuvao integritet prijenosa podataka. Svaki proces obavlja se na jednom od razina (slojeva) protokola navedenih u tablici 3.6.6.

Slika 3.6.5 Struktura (ram, okvir) poruke obrađene protokolom.

Pojednostavljeno; prema slici 3.6.5 podaci se prikupljaju (razina 1); pred pošiljanje glede bržeg prijenosa komprimiraju, dodaju im se bit-ovi za kontrolu greške, a način (proces) komprimiranja i kontrole greške opisan je u zaglavlju 1 (razina 2); potom se podaci grupiraju u grupe (blokove) i označava se početak i kraj svake grupe podataka ili više grupa, postupak je opisan u zaglavlju 2 (razina 3) gdje se pridodaju i podaci o pošiljatelju i primatelju i tako sve do fizičkog prijenosa 'paketa' blokova podataka preko telekomunikacijskih vodova u vidu električnih, elektromagnetskih ili optičkih signala i načina prikazivanja podataka korisniku (primatelju). Struktura poruke, ovijena zaglavljima kao što je prikazano na prethodnoj slici, naziva se još RAM protokola (uokvireni sadržaj). Postupak pridodavanja pojedinih zaglavlja podacima naziva se ENKAPSULACIJA (encapsulation) i osobitost je pripreme podataka za predaju. Izdvajanje pojedinih zaglavlja u postupku prijama naziva se DEKAPSULACIJA (decapsualtion).

Dakle, poruke se pri odašiljanju i primanju grupiraju u slijed blokova podataka, od kojih je svaki organiziran kao logička cjelina nazvana 'FRAME' (RAM) bloka podataka, u mrežnom okruženju to bi bio Token Ring (standard IEEE 802.5) ili Ethernet (standard IEEE 802.3). Početak i kraj rama označava se posebnom kombinacijom bit-ova. Bit-ovi unutar rama organiziraju se u polja koja počinju na točno određenoj poziciji unutar rama, a to su:

Polje kontrole na grešku sadrži kontrolni zbir podataka (Cyclic Redundancy Checksum - CRC) pred odašiljanje i ako se u prijemu bloka podataka ustanovi neslaganje u zbiru primljenih podataka sa zapisanim zbirom pri odašiljanju zahtijeva se ponovno slanje bloka. Postoje i drugačije metode kontrole na grešku, a navedena se vrlo često koristi.

Sve je to opisano u vidu dokumentacije kao sastavnog dijela standarda propisanog od nadležne organizacije (npr. ISO, DIN) ili kao preporuka nadležne međunarodne organizacije (npr. CCITT), a prepoznaju se prema pridodanim nazivima kao HDLC (High level Data Link Control) propisan od ISO, X.25 preporuka CCITT, IPX (Internet Protocol) i TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) kao dio protokola koji se odnosi na mrežu itd.

Internacionalna organizacija za standarde (ISO - International Organization for Standardization) 1978. godine definirala je standard od 7 razina (slojeva) za povezivanje računala u mrežu pod nazivom OSI (Open System Interconnection) REFERENCE MODEL, kojemu su razine prikazane u tablici 3.6.6. OSI model u suštini opisuje način na koji treba upravljati podacima za vrijeme različitih faza njihovog prijenosa. Svaki sloj pruža usluge sloju koji je neposredno iznad njega.

Tablica 3.6.6 Slojevi OSI modela mreže ustanovljeni od ISO.

Kraći opis pojedinih slojeva nadalje je ukratko opisan:

•  IZVEDBA (Physical)  je fizički sloj u kojem se OSI model bavi sklopovljem i električnim osobitostima signala, kao veličina napona, vremenski razmak u prijenosu podataka i pravila za uspostavu početne komunikacije, a glede upravljanja prijenosom podataka kroz komunikacijski kanal koristeći mehaničko, električno i proceduralno sučelje (interface) fizičkog medija. IEEE standard dijeli ovu razinu u dvije podrazine:
  
  
  • pristup fizičkom mediju mreže - Media Access Control (MAC), standard 802.3
  • kontrolu rada - Logical Link Control (LLC), standard 802.2
    
    
•  VEZA - PODACI (Data Link)  je sloj u kojem se razmatraju OKVIRI ili RAM (FRAME) paketa poruka kojima je prihvat osigurao fizički sloj, vrši se provjera ispravnosti prijema podataka i ostali postupci vezani uz ram, dakle definira procedure prijenosa podataka odnosno vrši upravljanje protokom podataka i nadziru greške.
  
  
•  MREŽA - RAZMJENA (NetWork)  je sloj u kojem se obavlja razmjena (komutiranje) skupova podataka, uspostavlja prividni put između računala, ČVOROVA (HOST-ova) mreže, namijenjen prijenosu poruka s podacima koristeći usklađenu adresnu shemu. Tu su definirani protokoli o načinu uspostavljanja i održavanja veze na mreži i načinu RAZMJENE PAKETA (DATAGRAM-a) poruka UNUTAR mrežnog sustava; IPX (Internet Packet Exchange) u NetWare ili IP kod UNIX-a ili na Internetu.
  Ovi protokoli koji definiraju izvornu i odredišnu adresu s koje paket odlazi i na koju dolazi nazivaju se ROUTED protokoli. Uređaji (kao router) koji ovu adresu koriste da bi pronašli optimalni put između izvora i odredišta kroz računalne mreže koriste ROUTING protokole. Routed protokol nadzire metodu isporuke paketa, a routing protokol nadzire put paketa kroz mrežu.
  
  
•  OTPREMA - PRIJENOS (Transport)  je sloj u kojem se odvija komunikacija među računalima po izvršenim zadaćama prethodne razine. Omogućava očuvanje integriteta podataka između pošiljatelja i odredišta koristeći mehanizam ustanovljavanja greške i ponavljanja prijenosa do ISPRAVNOSTI, vrši se nadzor nad prijenosom PORUKA između računala. Upravlja logičkim vezama mrežnog okruženja (multiplexing), omogućava različitim programskim potporama (protocol entity) da koriste istu adresu mreže (čvor) ali različitu adresu otpremanja podataka.
  Otpremna adresa (SOCKET; adresa odredišta + broj port-a aplikacije) je kombinacija adrese čvora i oznake prijemnog / predajnog mjesta - Transport SAP (Service Access Point) number. Tri razine do ove predstavljaju PODMREŽU (SUBNET), naredne skupa s ovom tvore mrežnu programsku potporu čvora. Ova razina pretvara podmrežu u pouzdano mrežno okruženje; SPX (Sequenced Exchange Protocol) u NetWare ili TCP kod UNIX-a ili na Internetu. Nakon izlučivanja izvorne i odredišne adrese iz paketa dobije se SEGMENT koji sam, ili više njih međusobno slijedno i ispravno složenih i povezanih, sadrži podatke koje naredni slojevi koriste da bi ih prezentirali korisniku.
  
  
•  PRISTUP - KONFERENCIJA (Session)  omogućava komunikaciju kroz mrežu (dialogue control); razdiobu nadzora korisnika nad zadaćom (token management), npr. dodjelom posebnog znaka (token) jednom od korisnika određuje se da on vrši nadzor nad zadaćom kako ostali korisnici ne bi radili isto i sukobljavali se u nadležnostima; nadzor nad tijekom aktivnosti, postavljanjem kontrolnih točaka u nizu podataka omogućava se da se aktivnost nastavi od posljednje ispravne kontrolne točke ako je došlo do prekida (activity management), obavlja se upravljanje mrežom.
  Usuglašava se razmjena podataka IZMEĐU različitih sustava. Paketu podataka dodaje se opis komunikacijskog protokola, te se upravlja i kontrolira proces prijenosa (simplex, polu-duplex, puni-duplex). Omogućava se PRISTUPANJE i komunikacija s mrežnim resursima. Stoga korisnik s ovim slojem ima izravnu vezu putem prijave na mrežu, provjere lozinke, njegove identifikacije, dodjele resursa na koje ima pravo pristupa i slično.
  
  
•  PRIKAZ - PREZENTACIJA (Presentation)  je sloj u kojem se omogućava ispravna i razumljiva vezu između učesnika i mreže i njih samih. Podaci se kodiraju na način da se korisniku mogu prikazati na njegovoj radnoj postaji, npr. DOS radna postaja i UNIX radna postaja neće moći ostvariti međusobni uvid u sadržaje ako ne koriste neki 'zajednički jezik' (sintaksu i semantiku) koji obje razumiju. Komanda zadana u DOS-u prevesti će se na zajednički jezik i proslijediti i prevesti UNIX-u na njemu prepoznatljiv način. Obavlja se pretvorba KODA (ASCII, EBCDIC ...) glede usklađivanja prijenos podataka između računala s različitim FORMATIMA obrade i prikaza podataka.
  
  
•  PRIMJENA (Application)  ne predstavlja na primjer razinu nekog uređivača teksta ili baze podataka, već protokole i funkcije da bi korisnikove aplikacije ispravno komunicirale s podacima, kao:
  
  
  • otvaranje, čitanje, brisanje i zapisivanje datoteka,
  • zajednički pristup datotekama,
  • prijenos datoteka i pristup bazama podataka,
  • potpora programskoj potpori za elektroničku poštu,
  • opća usluga pregleda i dohvata resursa mreže,
  • usluge za ispravan rad postaje i resursa koje 'vidi'.
    
    
  Dakle, omogućava se da se sva programska potpora za upravljanje bazama podataka, elektronsku poštu, poslužitelje datoteka i ispisa kao i komande i naredbe OS, te korisnikova programska potpora ispravno izvršava na cjelokupnoj mreži. Iako je u osnovi ostavljeno korisniku da definira programsku potporu prema njegovim potrebama u nekim slučajevima potpuno je standardizirana kao u pošti, bankarstvu, bazama podataka, osiguravajućim zavodima i drugim sličnim institucijama.

Čemu uopće slojevi? Svrha je točno razgraničavanje pojedinih funkcija u umrežavanju na način da jedan sloj nema nikakvog utjecaja na susjedne. Na taj način omogućen je njihov pojedinačni razvoj te promjena sklopova u uređaju (računalu) bez utjecaja na njegovu funkcionalnost. Na primjer, zamjena neispravne mrežne kartice zahtijevati će samo ponovni upis nekoliko parametara bez obzira od kojeg proizvođača je nova, programi za čitanje pošte međusobno će raditi iako su od različitih proizvođača i drugo. Tako će i mreže različitih proizvođača međusobno besprijekorno komunicirati.

Naravno standard se vremenom nadopunjava i poboljšava u skladu s tehnološkim razvojem komunikacija i mreža. To su načelna rješenja (model) kojih se pridržavaju svi proizvođači mrežne programske i sklopovske potpore iako su nazivi pojedinih razina često različiti kao što prikazuje tablica 3.6.7.

Vezu između različitih platformi često implementira i sam proizvođač, te tako NetWare ima razvijenu TCP / IP potporu koja se može integrirati u njihov sustav ili se to ostvaruje preko posebnih protokola za povezivanje.

Tablica 3.6.7 Slojevi različitih platformi prema OSI modelu.

Prva tri sloja definiraju način razmjene i obrade podataka u domeni mreže, a naredna četiri sloja odnose se na obradu podataka u domeni korisnika. Kao što se iz slike vidi različite platforme rješavaju komunikaciju na različite načine. OSI model ne definira konkretne standarde te se ne može promatrati kao standard već kao preporučeni referentni model. Uobičajene kratice za pojedine slojeve (nivoe) OSI modela su L1 (layer 1), L2, L3, L4, L5, L6 i L7 prema brojkama na slici 3.6.7. Ako se za neki uređaj kaže da radi na L3 sloju podrazumno je da zna obrađivati i prethodne.

Primjer I

Načela TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) skupa protokola.

To je skup protokola, na kojima počiva suvremeni svijet INTERNET-a, namijenjen za komunikaciju između računala povezanih u heterogene mreže na osnovi povezivanja čvor-čvor.

IP sloj ima zadaću prijenosa paketa podataka između čvorova mreže bez potvrde prijama, dok TCP sloj putem usluga IP sloja ostvaruje pouzdane veze s trajnim spojevima između čvorova mreže vršeći neprestanu komunikaciju između njih i provjeru iste. Načelo komunikacije po TCP / IP modelu slikovito je objašnjeno u poglavlju 7.4.3.

Najvažniji iz ovog skupa mrežnih protokola su:

Each node (computer) on the Internet has a unique IP address marked with the number 4 (version 4 of protocol) separated by dots per template:

              255.255.255.255

Naravno, radi se o 32 bit-nom binarnom zapisu koji se radi praktičnosti opisuje dekadno. Radi se o dvije grupe znamenki od kojih se prva grupa odnosi na lokalnu mrežu (na primjer 172.30.×××.××× ili 192.168.255.×××) a grupa koja slijedi na računalo u mreži (×××=1-254). Navedeni primjeri ukazuju na to da broj mreže i broj računala u mreži nije isti. Definirane su javne klase mreža A, B, C, D, E i privatne klase A, B, C prema ISO (International Standards Organization) naputcima, te bi prema njima dvije moguće adrese računala bile:

              172.30.1.3 ili 192.168.255.3

Klase mreža D, E koriste se u posebne svrhe. Ako je ×××=0 radi se o adresi MREŽE, ako je ×××>0 radi se o adresi računala, a ako je ×××=255 radi se o mrežnoj maski ili adresi oglašavanja. Računalo 172.30.1.3 je u mreži 172.30.0.0. O klasama mreža više u poglavlju 7.4.4. Kako su takve adrese nepraktične za pamćenje uvedeni su posebni poslužitelji na kojima se svakom pristupnom čvoru u lokalnu mrežu dodjeljuje nekakav razumljivi naziv kao:

              marjan.spalato.hr

Pojmovi u nazivu odvajaju se točkom. Prvi pojam odnosi se na ime računala, drugi na njegovu grupnu pripadnost (domenu) i treći na državu u kojoj se nalazi (glavna domena). U suštini i broj i naziv odnose se na isto računalo. No komunikacija se ne odvija preko imena računala i njegove domene nego preko IP adresa, što znači da imena treba prevoditi. O tome brine hijerarhijski razvijen sustav DNS (Domain Name Server) poslužitelja diljem svijeta. To je poseban imenični servis na poslužitelju koji pruža uslugu prevođenja broja računala u njegovo ime i obratno - simboličko adresiranje.

Da bi se definirala pripadnost skupine računala istoj lokalnoj mreži uveden je pojam mrežne maske (Subnet Mask). Za lokalnu mrežu najnižeg nivoa (C-klasa) zadaje se maska:

              255.255.255.0

što znači da će prema prethodnom primjeru sva računala koja pripadaju domeni 'spalato' imati brojčanu oznaku 192.168.255.X, gdje je X brojčana vrijednost od 0 do 255 s izuzetkom brojeva 0, 128 i 255 koji imaju posebnu namjenu, ukupno do 253 računalnih uređaja unutar lokalne mreže. IP adrese mogu se dodijeliti HUB-ovima, ROUTER-ima i drugim uređajima koje mreža ima.

Dakle, u osnovi domena 'spalato.hr' (192.168.255.×××) može imati 253 računala u lokalnoj mreži. To je ujedno najniža klasa IP adresiranja, C-klasa.

Ako je mrežna maska tipa:

              255.255.0.0

u mrežnom sustavu ovako definirane domene moguće je definirati 65534 računala i računalnih uređaja. Tako CARNet ima navedenu masku s brojevima 161.53.X.X, dok T-Com ima istu masku ali s brojevima 205.219.X.X. Ovakva klasa IP adresiranja naziva se B-klasa. Imaju je uglavnom davatelji Internet usluga (provider-i).

Maska 255.0.0.0, A-klasa, pripada osobitim namjenama i vrlo velikim kompanijama i nije prisutna u našoj državi.

SAŽETAK:

Skup pravila kojima se propisuje ispravan način djelovanja nekog sustava naziva se PROTOKOL. U svijetu računala to su pravila koja definiraju kako nesmetano prenijeti podatke između dva računala (čvora) u mreži.

Protokol definira postupke komunikacije; povezivanje, sinkronizaciju, verifikaciju i prijenos podataka između procesa na istom računalu ili na računalima povezanim u računalnu mrežu. Osim navedenog, s gledišta nadglednika, definira dijeljenje diskova među računalima mreže, dijeljenje pisača, elektroničku poštu, distribuciju vijesti i druge usluge.

Kako se broj korisnika Interneta zadnjih godina značajno povećava izražen je sve veći nedostataka broja slobodnih IP adresa. Projekt Internet protokola nove generacije pod nazivom IPng i IPv6, koji osim brojnih poboljšanja predviđa 128 bit-nu IP adresu. Dali je nužno uvođenje IPv6 kod svih komunikacija. U suštini nije, na primjer do SOHO uređaja ISP će koristiti IPv6, a SOHO uređaj će u svojoj internoj mreži koristiti IPv4.

Do njegove skorašnje implementacije moguće je koristiti više rješenja od kojih je jedno dinamička promjena IP adrese (DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol) kada korisnik svaki put po ponovnoj prijavi na mrežu dobiva prvu slobodnu IP adresu i računalo mu nema stalnu adresu definiranu u popisu na poslužitelju ili neka od metoda organiziranja pod-mreža unutar iste lokalne mreže. DHCP se temelji na pretpostavci da neće sva računala u mreži neprekidno raditi, te je dovoljno zadovoljiti jedan prosječan broj pristupa mreži. U slučaju iskorištenja svih adresa u definiranom rasponu novo prijavljeno računalo moći će se priključiti na mrežu tek kad se jedno od postojećih priključenih odjavi.