Poglavlje 1
Uvod
Computer
Networking: A Top
Down Approach
Predavanja prate gradivo knjige Computer Networking: A Top Down
Approach, 6th edition, Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, March
2012
6th edition
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley
March 2012
Uvod 1-1
Poglavlje 1: uvod
pregled:
ciljevi:
 što je Internet?
 dobiti “osjećaj” i
saznati terminologiju  što je protokol?
 rub mreže: računalo domaćin (host),
 više u dubinu i
pristup mreži, fizički mediji
detalje će se ići
 jezgra mreže: prespajanje
kasnije
paketa/vodova, struktura Interneta
 performanse: gubici, kašnjenje,
 pristup:
propusnost
 korištenje
 sigurnost
Interneta kao
 slojevi protokola, modeli usluga
primjera

povijest
Uvod 1-2
Poglavlje 1: sadržaj
1.1 što je Internet?
1.2 rub mreže
 krajnji sustavi, pristupne mreže, poveznice
1.3 jezgra mreže
 prespajanje paketa, prespajanje vodova, struktura
mreže
1.4 kašnjenje, gubici i propusnost u mrežama
1.5 slojevi protokola i modeli usluga
1.6 mreže pod napadom: sigurnost
1.7 povijest
Uvod 1-3
Što je Internet: pregled osnovnih elemenata

PC
poslužitelj
prijenosnik
milijuni povezanih računalnih
uređaja:
 računala = krajnji sustavi
 izvode mrežne aplikacije
mobilne mreže
globalni ISP
pametni telefon
 komunikacijske
bežične
poveznice
žičane
poveznice

usmjernik

poveznice
 optika, bakar,
radiovalovi, sateliti
 brzina prijenosa
(bandwidth)
prespajanje paketa: prespajaju
pakete (dijelove podataka)
 usmjernici i prespojnici
ISP (Internet service provider)
kućna
mreža
regionalni ISP
mreža
institucije
Uvod 1-4
“Zabavne” Internet aplikacije
Web-podržani tosteri+
vremenska prognoza
IP okvir za slike
http://www.ceiva.com/
Tweet-a-watt:
nadgledanje potrošnje energije
Slingbox: udaljeno gledanje
i upravljanje kabelskom televizijom
Internet
hladnjak
Internet-telefoni
Uvod 1-5
Što je Internet: pregled osnovnih elemenata

Internet: “mreža (skoro) svih mreža”
mobilna mreža
 povezan ISP-ovima

protokoli kontroliraju slanje i
primanje poruka
 npr., TCP, IP, HTTP, Skype, IEEE 802.11

globalni ISP
Internet standardi
kućna
mreža
regionalni ISP
 RFC: Request for comments
(“zahtjevi za komentarima/objašnjenjima”)
 IETF: Internet Engineering Task Force
(“borbena grupa za inženjerstvo Interneta”)
mreža
institucije
Uvod 1-6
Što je Internet: pregled usluge

Infrastruktura koja pruža
usluge aplikacijama:
 Web, VoIP, e-pošta, igre,
e-poslovanje, društvene
mreže, …

pruža programsko sučelje za
aplikacije
 sredstva koja omogućuju
aplikacijama koje šalju i
primaju podatke “spajanje”
na Internet
 pružaju opcije usluga,
analogno poštanskoj usluzi
mobilna mreža
globalni ISP
kućna
mreža
regionalni ISP
mreža
institucije
Uvod 1-7
Što je protokol?
ljudski protokoli:



“koliko je sati?”
“ja imam pitanje”
predstavljanje
… slanje određenih poruka
… kada se poruka primi,
poduzimaju se određene
akcije
mrežni protokoli:


strojevi umjesto ljudi
sve komunikacijske
aktivnosti na Internetu
određuju protokoli
protokoli određuju format i
redoslijed poruka koje se
šalju i primaju te akcije koje
se poduzimaju prilikom
slanja i primanja poruka
Uvod 1-8
Što je protokol?
ljudski protokol
protokol mreža računala:
dobar dan
zahtjev za
TCP-vezom
dobar dan
odgovor za
TCP-vezu
Koliko je sati?
Get http://www.awl.com/kurose-ross
2:00
<datoteka>
vrijeme
P: drugi ljudski protokoli?
Uvod 1-9
Doseg mreže


s obzirom na veličinu mreže koriste se različite
tehnologije i protokoli
najpoznatije
 lokalna mreža (local area network, LAN)
 mreža velikog dosega (wide area network, WAN)

postoje i




gradska mreža (metropolitan area network, MAN)
osobna mreže (personal area networks, PAN)
storage area network i system area network, SAN
…
Uvod 1-10
Poglavlje 1: sadržaj
1.1 što je Internet?
1.2 rub mreže
 krajnji sustavi, pristupne mreže, poveznice
1.3 jezgra mreže
 prespajanje paketa, prespajanje vodova, struktura
mreže
1.4 kašnjenje, gubici i propusnost u mrežama
1.5 slojevi protokola i modeli usluga
1.6 mreže pod napadom : sigurnost
1.7 povijest
Uvod 1-11
Bolji pogled na strukturu mreže

rub mreže:




računala domaćini (hosts): klijenti i
poslužitelji
poslužitelji često u podatkovnim
centrima
pristupne mreže i fizički mediji:
žičane i bežične komunikacijske
poveznice (communication links)

mobilna mreža
Globalni ISP
kućna
mreža
regionalni ISP
žičana poveznica= vod
jezgra mreže:
 povezani usmjernici
 mreža (drugih) mreža
mreža
institucije
Uvod 1-12
Pristupne mreže i fizički mediji
P: Kako povezati krajnji
sustav na usmjernik?



pristupne mreže kućanstava
institucijske pristupne mreže
(škole, kompanije)
mobilne pristupne mreže
treba imati na umu:


brzinu prijenosa (bandwidth),
npr. u bitovima po sekundi,
za pristupnu mrežu
dijeljen ili izdvojen pristup
Uvod 1-13
Pristupna mreža: DSL(digital subscriber line)
središnji ured
DSL razdvajač
modem (splitter)
DSLAM
glas i podaci se prenose na različitim
frekvencijama preko izdvojene linije DSL pristupni
do središnjeg ureda multipleksor
(Access Multiplexer)



telefonska
mreža
ISP
koristi postojeće telefonske linije do središnjeg ureda DSLAM
 podaci preko DSL telefonske linije idu do Interneta
 glas preko DSL telefonske linije ide u telefonsku mrežu
< 10 Mb/s brzina slanja (uobičajeno < 1 Mb/s)
< 100 Mb/s brzina primanja (uobičajeno < 10 Mbps)
ADSL
Uvod 1-14
Pristupna mreža: DSL (…nastavak)


3 kanala, 3 frekvencijska pojasa
alternativno



glas jedan frekvencijski pojas
u drugom frekvencijskom pojasu
kanal za slanje i kanal za
primanje se razdvajaju
tehnikom „poništavanja jeke
(echo cancellation)”
danas uobičajeno
ne koristi se frekvencijski pojas za
glas, operater glas prenosi u
paketima, tehnikom Internet
telefonije (VoIP) zajedno s ostalim
mrežnim prometom
Uvod 1-15
Pristupna mreža: kabelska mreža
kabelsko središte (headend)
…
kabelski razdvajač
modem splitter
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
D
A
T
A
D
A
T
A
K
O
N
T
R
O
L
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
kanali
frekvencijsko multipleksiranje: različiti kanali koriste različite
frekvencijske pojaseve
Uvod 1-16
Pristupna mreža: kabelska mreža
kabelsko središte (headend)
…
kabelski razdvajač
modem
podaci i TV kanali se prenose
distribucijskom mrežom na različitim
frekvencijama preko dijeljenog kabela


CMTS - završni sustav
kabelskog modema
(Cable Modem
Termination System)
ISP
HFC: hybrid fiber coax (hibrid optike i koaksijaknog kabela)
 asimetrično: do 150 Mb/s brzina primanja, a 20 Mb/s brzina slanja (obično
do 20Mb/s primanje i do 5 Mb/s slanje)
mreža kabela i optičkih vlakana povezuje domove s ISP-ovim usmjernikom
 domovi dijele pristupnu mrežu do kabelskog središta
 različito od DSL-a koji pruža izdvojen pristup do
središnjeg ureda
Uvod 1-17
Pristupna mreža: kućna mreža
bežični
uređaj
obično kombinirano
u jednoj kutiji
bežična pristupna
točka (54 Mb/s)
od/do kabelskog središta
ili
središnjeg ureda
kabelski modem
ili DSL modem
usmjernik, vatroštit, NAT
žičano, Ethernet (100 Mb/s)
Uvod 1-18
Pristupne mreže poduzeća (Ethernet)
institucijska poveznica s
ISP-om (Internetom)
institucijski usmjernik
Ethernet
prespojnik



institucijski poslužitelj
e-pošte, weba
obično koriste kompanije, sveučilišta, itd
brzine prijenosa: 10 Mb/s, 100Mb/s, 1Gb/s, 10Gb/s
danas se krajnji sustavi obično spajaju na Ethernetov
prespojnik
Uvod 1-19
Bežične pristupne mreže

dijeljena bežična pristupna mreža povezuje krajnji sustav s
usmjernikom
 preko bazne stanice odn. “pristupne točke”
bežični LAN:
 unutar zgrade (30 m)
 802.11b/g (WiFi): brzina
prijenosa 11, 54 Mb/s
bežični WAN pristup
 pruža ga telekom (mobilni)
operater; deseci kilometara
 obično oko 1 do 10 Mb/s
 3G, 4G: LTE
prema Internetu
prema Internetu
Uvod 1-20
Pristupne mreže: ostalo

optika-do-domova
 telekomunikacijska tvrtka dovodi optičke kablove do domova svojih
korisnika
 načini korištenja vlakna
• svaki korisnik ima svoje optičko vlakno (direct fiber)
• više korisnika dijeli jedno optičko vlakno
– koristi se optički razdvajač (splitter)

satelitska poveznica
 moguće koristiti u izoliranim područjima



dail-up
ISDN
pristup internetu preko električnog priključka (IEEE P1901)
Uvod 1-21
Računalo: šalje pakete podataka
funkcija slanja podataka:
preuzimanje aplikacijske
poruke
podjela na manje dijelove:
pakete duljine L bitova
prijenos paketa u pristupnu
mrežu brzinom prijenosa R
 brzina prijenosa
poveznice ili kapacitet
kanala (transmission rate,
capacity, bandwidth)
trajanje
prijenosa
dva paketa,
L bitova svaki
2 1
R: brzina prijenosa poveznice
računalo
vrijeme potrebno za
= prijenos L-bitnih =
paketa na poveznicu
L (bitova)
R (bit/s)
Uvod 1-22
Fizički medij




bit: širenje ili propagacija
između para
pošiljatelj/primatelj
upletene parice (twisted pair, TP)
fizička poveznica: što se nalazi  dvije izolirane bakrene žice
između pošiljatelja i primatelja
 kategorija 5: 100 Mb/s, 1 Gb/s
Ethernet
vođeni mediji (vodovi):
 kategorija 6: 10Gb/s
 signal se širi kroz kruti
medij: bakarne parice,
optička vlakna, koaksijalni
kabel
nevođeni mediji:
 signal se širi (propagira)
slobodno, npr., radio valovi
Uvod 1-23
Fizički medij: koaksijalni kabel i optička vlakna
koaksijalni kabel:



dva koncentrična bakrena
voda
dvosmjerno (bidirectional)
širokopojasno (broadband):
kabel s optičkim vlaknima:


vlakno kroz koje se prenose
svjetlosni impulsi; svaki impuls
je jedan bit
velika brzina prijenosa:
 prijenos od-točke-do-točke
velikom brzinom (npr., 10-ci i
100-tine Gb/s)
 više kanala na kabelu
 HFC

mali omjer pogrešaka:
 obnavljala su daleko razmaknuta
 neosjetljiv na elektromagnetski
šum
Uvod 1-24
Fizički medij: radio valovi (zrak)




signal se prenosi
elektromagnetskim
valovima
nema fizičke “žice”
dvosmjerno (bidirectional)
utjecaj okoline na širenje
signala:
 refleksija
 ometaju prepreke
 interferencija
Vrste radio poveznica:

zemaljski mikrovalovi
 LAN (npr., WiFi)
 11Mb/s, 54 Mb/s

WAN (npr., mobilno)
 3G mobilno: ~ nekoliko Mb/s
 LTE mobilno: čak ~100 Mb/s

satelitski
 kanali od kb/s do 45 Mb/s (ili više
manjih kanala)
 270 ms kašnjenje od-kraja-dokraja
 geosinkroni nasuprot satelita na
niskim visinama
Uvod 1-25
Poglavlje 1: sadržaj
1.1 što je Internet?
1.2 rub mreže
 krajnji sustavi, pristupne mreže, poveznice
1.3 jezgra mreže
 prespajanje paketa, prespajanje vodova, struktura
mreže
1.4 kašnjenje, gubici i propusnost u mrežama
1.5 slojevi protokola i modeli usluga
1.6 mreže pod napadom : sigurnost
1.7 povijest
Uvod 1-26
Jezgra mreže


mreža spojenih
usmjernika
prespajanje-paketa:
računala dijele aplikacijske
poruke na pakete
 prespajanje paketa od
usmjernika do usmjernika
kroz poveznice na putu od
izvora prema odredištu
 svaki se paket šalje punim
kapacitetom kanala
Uvod 1-27
Prespajanje paketa: pohrani-pa-proslijedi
L bitova
po paketu
izvor



3 2 1
R
treba L/R sekundi za prijenos
(“guranje”) L-bitnog paketa u kanal
kapaciteta R bit/s
pohrani-pa-proslijedi: cijeli paket mora
stići u usmjernik prije nego se može
slati na sljedeću poveznicu
R
odredište
primjer s jednim skokom:
 L = 7.5 Mb
 R = 1.5 Mb/s
 kašnjenje = 5 sekundi
kašnjenje od-kraja-do-kraja= 2L/R (ako
više o tome ubrzo …
zanemarimo propagacijsko kašnjenje)
Uvod 1-28
Prespajanje paketa: čekanje u redu i gubici
A
B
R = 100 Mb/s
statističko multipleksiranje
C
R = 1.5 Mb/s
D
E
paketi čekaju u redu
na izlaznu poveznicu
čekanje u red i gubici:

Ako brzina dolaska (u bitovima) na poveznicu prelazi
kapacitet kanala u određenom periodu vremena:
 paketi čekaju u redu, čekaju slanje na kanal
 paketi se mogu odbaciti (izgubiti) ako se prepuni
memorija (međuspremnik)
statističko multipleksiranje: slijed paketa od A i B nema određeni uzorak
Uvod 1-29
Dvije glavne funkcije jezgre mreže
usmjeravanje (routing):
određivanje puta od izvora do
odredišta kojim će putovati
paketi
 algoritmi usmjeravanja
prosljeđivanje(forwarding):
premještanje paketa s ulaza na
odgovarajući izlaz
algoritam usmjeravanja
lokalna tablica prosljeđivanja
vrijednost zaglavlja
izlaz
0100
0101
0111
1001
3
2
2
1
1
3 2
adresa odredišta u zaglavlju
paketa koji pristiže
Uvod 1-30
Alternativna jezgra: prespajanje vodova
rezervacija sredstava od-kraja-dokraja; rezervirani za “poziv”
između izvora i odredišta:




na dijagramu, svaka poveznica (link) ima
četiri voda
 poziv dobiva 2. vod od vrha u
gornjoj poveznici i 1. vod u desnoj
poveznici
izdvojena sredstva: nema dijeljenja
 garantirane performanse
segment vodova neiskorišten ako ga ne
koristi vlasnik (nema dijeljenja)
uobičajeno se koristi u tradicionalnim
telefonskim mrežama
Uvod 1-31
Prespajanje vodova: FDM nasuprot TDM
Primjer:
FDM
4 korisnika
frekvencija
TDM
vrijeme
frekvencija
vrijeme
Uvod 1-32
Prespajanje paketa nasuprot prespajanju vodova
Prespajanje paketa omogućuje da više korisnika koristi mrežu!
Primjer:
 kanal od 1 Mb/s
 svaki korisnik:
• 100 kb/s kada je “aktivan”
• aktivan 10% vremena
 prespajanje
vodova:
 10 korisnika
 prespajanje
paketa:
N
korisnika
vod od 1 Mb/s
P: kako se dođe do vrijednosti 0.0004?
P: što ako je broj korisnika > 35?
 s 35 korisnika, vjerojatnost
da je više od 10 korisnika
aktivno u isto vrijeme je
manja od 0.0004
Uvod 1-33
Prespajanje paketa nasuprot prespajanju vodova
Je li prespajanje paketa “jasan” pobjednik?



odlično za povremene nalete (burst) podataka
 dijeljenje sredstava
 jednostavno, nema uspostave poziva (veze)
moguće pretjerano zakrčenje: kašnjenje i gubitci paketa
 potrebni protokoli za pouzdan prijenos podataka i
kontrolu zakrčenja
P: Kako simulirati ponašanje mreža s prespajanjem vodova?
 garantirana propusnost potrebna za audio/video aplikacije
 još uvijek neriješen problem (poglavlje 7)
P: analogija rezerviranja sredstava kod ljudi (prespajanje vodova)
nasuprot dodjeli prema potrebi (prespajanje paketa)?
Uvod 1-34
Struktura Interneta: mreža (drugih) mreža




krajnji sustav se spaja na Internet preko pristupnog ISP-a
(Internet Service Providers)
 ISP-ovi za kućanstva, kompanije i sveučilišta
pristupni ISP-ovi moraju biti međusobno povezani
 tako da svaka dva računala mogu međusobno razmjenjivati
pakete
rezultirajuća mreža (drugih) mreža je složena
 razvoj je vođen ekonomijom i nacionalnim politikama
pokušajmo postupno objasniti trenutnu strukturu Interneta
Uvod 1-35
Struktura Interneta: mreža (drugih) mreža
Pitanje: kako međusobno povezati milijune pristupnih ISP-a?
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
Uvod 1-36
Struktura Interneta: mreža (drugih) mreža
Mogućnost: povezati svaki ISP sa svakim pristupnim ISP-om?
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
povezati svaki pristupni ISP
sa svakim izravno – ne skalira
se: O(N2) poveznica.
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
Uvod 1-37
Struktura Interneta: mreža (drugih) mreža
Mogućnost: povezati svaki pristupni ISP s globalnim prijenosnim ISP-om?
Korisnici ISP-ovi i pružatelji ISP-ovi imaju ekonomski dogovor
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
globalni
ISP
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
Uvod 1-38
Struktura Interneta: mreža (drugih) mreža
Ali ako je posao globalnog ISP-a profitabilan javit će se
konkurencija….
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
ISP A
pristupna
mreža
pristupna
mreža
ISP B
pristupna
mreža
ISP C
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
Uvod 1-39
Struktura Interneta: mreža (drugih) mreža
Ali ako je posao globalnog ISP-a profitabilan javit će se
konkurencija …. koja mora biti povezana
Internet exchange point
pristupna
pristupna
mreža
mreža
pristupna
(Internetska točka razmjene)
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
IXP
pristupna
mreža
ISP A
IXP
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
ISP B
ISP C
međusobna poveznica
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
Uvod 1-40
Struktura Interneta: mreža (drugih) mreža
… mogu se javiti regionalne mreže za povezivanje pristupnih
mreža ISP-ova
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
IXP
pristupna
mreža
ISP A
IXP
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
ISP B
ISP C
pristupna
mreža
pristupna
mreža
regionalna mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
Uvod 1-41
Struktura Interneta: mreža (drugih) mreža
… i mreže za distribuciju sadržaja (npr., Google, Microsoft,
Akamai ) mogu imati svoje vlastite mreže, da bi približili usluge i
sadržaj krajnjim korisnicima
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
IXP
pristupna
mreža
ISP A
pristupna
mreža
mreža za distribuciju sadržaja
IXP
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
ISP B
ISP C
pristupna
mreža
pristupna
mreža
regionalna mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
pristupna
mreža
Uvod 1-42
Struktura Interneta: mreža (drugih) mreža
ISP 1. razine
ISP 1. razine
IXP
regionalni ISP
Google
IXP
IXP
regionalni ISP
pristupni pristupni pristupni pristupni pristupni pristupni pristupni pristupni
ISP
ISP
ISP
ISP
ISP
ISP
ISP
ISP

u sredini: mali broj dobro povezanih velikih mreža
 1. razina (“tier-1”) komercijalni ISP-ovi (npr., Level 3, Sprint, AT&T, NTT),
nacionalna & međunacionalna pokrivenost
 mreže za distribuciju sadržaja (npr., Google): privatna mreža koja povezuje
podatkovne centre na Internetu, često zaobilazeći ISP-ove 1. razine i
regionalne ISP-ove
Uvod 1-43
Poglavlje 1: sadržaj
1.1 što je Internet?
1.2 rub mreže
 krajnji sustavi, pristupne mreže, poveznice
1.3 jezgra mreže
 prespajanje paketa, prespajanje vodova, struktura
mreže
1.4 kašnjenje, gubici i propusnost u mrežama
1.5 slojevi protokola i modeli usluga
1.6 mreže pod napadom : sigurnost
1.7 povijest
Uvod 1-45
Kako dolazi do kašnjenja i gubitaka?
paketi odlaze u red u međuspremnike usmjernika


broj pristiglih paketa (privremeno) nadilazi kapacitet izlazne
poveznice
paketi odlaze u red i čekaju da dođu na red
paket se prenosi (kašnjenje)
A
B
paket čeka (kašnjenje)
slobodan (raspoloživ) dio međuspremnika: dolazni paketi se
odbacuju (gube) ako nema slobodnog mjesta u međuspremniku
Uvod 1-46
Četiri razloga kašnjenja paketa
prijenos
A
širenje
B
obrada
u čvoru
čekanje u redu
Tčvora = Tobrade + Tčekanja + Tprijenosa + Tširenja
Tobrade: obrada u čvoru
 provjera pogrešaka bitova
 određivanje izlane
poveznicu
 ukupno < milisekunde
Tčekanja: čekanje u redu
 čekanje za prijenos na
izlaznu poveznicu
 ovisio razini zakrčenosti
usmjernika
Uvod 1-47
Četiri razloga kašnjenja paketa
prijenos
A
širenje
B
obrada
u čvoru
čekanje u redu
Tčvora = Tobrade + Tčekanja + Tprijenosa + Tširenja
Tprijenosa: vrijeme prijenosa:
 L: duljina paketa (bitovi)
 R: kapacitet kanala (b/s)
 Tprijenosa = L/R
Tprijenosa & Tširenja
su jako različiti!
Tširenja: vrijeme širenja:
 d: duljina fizičke poveznice
 c: brzina širenja kroz medij
 (~2x108 m/s kroz bakar i optiku,
3x108 m/s kroz zrak)
 Tširenja = d/c
Uvod 1-48
Analogija s karavanom
100 km
karavana od naplatna
10 automobila kućica




automobili se “šire/propagiraju”
brzinom od 100 km/h
prolaz “kroz” naplatnu kućicu
traje 12 s po automobilu
(vrijeme prijenosa bitova)
auto~bit; karavana ~ paket
P: Koliko vremena treba da se
karavana stigne do druge
naplatne kućice?
100 km
naplatna
kućica
 vrijeme potrebno da se
“potisne” cijela karavana
kroz naplatnu kućicu =
12*10 = 120 s
 vrijeme potrebno da se
posljedni automobil
“propagira” od 1. do 2.
naplatne kućice:
100km/(100km/h)= 1 h
 O: 62 minute
Uvod 1-49
Analogija s karavanom (nastavak)
100 km
karavana od naplatna
10 automobila kućica



100 km
naplatna
kućica
neka se sada automobili “propagiraju” brzinom od 1000 km/h
i neka prolaz kroz naplatnu kućicu traje 1 min po automobilu
P: Hoće li prvi automobil stići do 2. naplatne kućice prije nego
svi automobili prođu prvu naplatnu kućicu?
 O: Da! nakon 7 min, 1. automobil stiže do 2.kućice; tri
automobila su još kod 1. naplatne kućice.
Uvod 1-50



R: brzina poveznice (b/s)
L: duljina paketa (bitovi)
a: prosječna brzina
dolaska paketa
prosječno čekanje
u redu
Vrijeme čekanja (detaljnije)
Intenzitet prometa
= La/R



La/R ~ 0: pros. malo čekanje u redu
La/R -> 1: pos. veliko čekanje u redu
La/R > 1: više podataka dolazi nego
se može poslužiti, prosječno kašnjenje beskonačno!
La/R ~ 0
La/R -> 1
Uvod 1-51
“Stvarno” kašnjenje na Internetu i
putovi (routes) kojima idu paketi
kakva su “stvarna” kašnjenja i gubici u Internetu?
 traceroute program: omogućuje mjerenje
ukupnog kašnjenja od izvora do nekog usmjernika
na putu prema odredištu. Za svaki i:

 šalje 3 paketa koja će doći do i-tog usmjernika na putu
prema odredištu
 usmjernik i će vratiti paket pošiljatelju
 pošiljatelj mjeri vrijeme od početka slanja do primitka
odgovora.
3 mjerenja
3 mjerenja
3 mjerenja
Uvod 1-52
“Stvarna” kašnjenja i putovi na Internetu
traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr
3 mjerenja kašnjenja od
gaia.cs.umass.edu do cs-gw.cs.umass.edu
1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms
2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms
3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms
4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms
5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms
6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms
7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms prekooceanski
8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms
vod
9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms
10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms
11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms
12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms
13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms
14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms
15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms
16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms
17 * * *
* nema odgovora (možda izgubljen ili usmjernik ne želi odgovoriti)
18 * * *
19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
Uvod 1-53
Gubitak paketa
red (odn. međuspremnik) ima ograničeni kapacitet
 paketi koji pristignu kada je red popunjen se odbacuju
tj. izgubljeni su
 izgubljene pakete može ponovo poslati prethodni
čvor, ili izvor, ili se ne uopće ne šalju ponovo

međuspremnik
(čekanje)
A
paket koji se prenosi
B
paket koji dolazi na popunjeni
međuspremnik se gubi
Uvod 1-54
Ostali uzroci kašnjenja

Osim četiri osnovna uzroka kašnjenja mogući su i
drugi uzroci
 namjerno kašnjenje kao dio protokola
• čekanje na dijeljeni medij
• čekanje na potvrdu o primitku
 vrijeme paketizacije (multimedija u realnom vremenu)
 kašnjenje zbog ponovnog slanja izgubljenog paketa
Uvod 1-55
Brzina slanja i frekvencijski pojas

bandwidth ima dva različita značenja
 širina frekvencijskog pojasa (u Hertzima)
 brzina prijenosa (u bit/s)


kapacitet komunikacijskog kanala ili
poveznice (link)
= bandwidth u smislu brzine prijenosa (u bit/s)
Shannon-Hartleyev teorem:
gornja granica kapaciteta Rmax je funkcija:
 širine frekvencijskog pojasa B
 omjer snage signala i šuma S/N
Rmax = B×log2(1+S/N)
Uvod 1-56
Propusnost (throughput)

propusnost: brzina (bit/s) kojom se bitovi prenose
od pošiljatelja do primatelja
 trenutna: brzina u nekom trenutku
 prosječna: brzina unutar nekog vremenskog intervala
poslužitelj
datotekom
poslužitelj sšalje
bitove
od
F bitova
koju
(fluid)
u cijevi
šalje klijentu
kapacitet
cijev veze
prenosi
Rsbrzinom
[b/s] R
s
kapacitet
veze
cijev
prenosi
Rc [b/s]
brzinom Rc
Uvod 1-58
Propusnost (nastavak)

Rs < Rc Koja je prosječna propusnost od-kraja-do-kraja?
Rs [b/s]

Rc [b/s]
Rs > Rc Koja je prosječna propusnost od-kraja-do-kraja?
Rs [b/s]
Rc [b/s]
poveznica koja je “usko grlo”
Poveznica na putu od kraja-do-kraja ograničava
propusnost od kraja-do-kraja!
Uvod 1-59
Propusnost: Internet-scenarij
propusnost od-krajado-kraja po vezi:
min{Rc, Rs, R/10}
 u praksi: Rc ili Rs
obično predstavlja
“usko grlo”

Rs
Rs
Rs
R
Rc
Rc
Rc
10 veza (pošteno) dijele okosničku
poveznicu kapaciteta R [b/s]
Uvod 1-60
Iskorištenost mreže (utilization)


Koliko je propusnost mreže iskorištena?
omjer propusnosti θ i kapaciteta kanala R
 U= θ / R

Iskoristivost mreže ili maksimalna relativna
propusnost
 Omjer maksimalne propusnosti i kapaciteta kanala
 U= θmax / R
Uvod 1-61
Poglavlje 1: sadržaj
1.1 što je Internet?
1.2 rub mreže
 krajnji sustavi, pristupne mreže, poveznice
1.3 jezgra mreže
 prespajanje paketa, prespajanje vodova, struktura
mreže
1.4 kašnjenje, gubici i propusnost u mrežama
1.5 slojevi protokola i modeli usluga
1.6 mreže pod napadom : sigurnost
1.7 povijest
Uvod 1-62
Slojevi protokola
Mreže su složene, imaju
puno različitih “dijelova”:
 računala (domaćini)
 usmjernici
 poveznice preko
različitih medija
 aplikacije
 protokoli
 sklopovlje, programi
Pitanje:
Ima li nade da se
organizira struktura
mreže?
Uvod 1-63
Organizacija zračnog prijevoza
karta (kupnja)
karta (pritužbe)
prtljaga (provjera)
prtljaga (preuzimanje)
prolaz (ukrcaj)
prolaz (iskrcaj)
pista (uzlijetanje)
pista (slijetanje)
usmjeravanje zrakoplova
usmjeravanje zrakoplova
usmjeravanje zrakoplova

niz koraka
Uvod 1-64
Uslojavanje funkcionalnosti kod zračnog prijevoza
karta (kupnja)
karta (pritužba)
prtljaga (provjera)
prtljaga (preuzimanje)
prolaz (ukrcaj)
prolaz (iskrcaj)
prolaz
pista (uzlijetanje)
pista (slijetanje)
pista
usmj. zrakoplova
odlazna zračna luka
usmj. zrakoplova
usmj. zrakoplova
međunarodni upravljački centri zračne kontrole
usmj. zrakoplova
karta
prtljaga
usmj. zrakoplova
dolazna zračna luka
slojevi: svaki sloj implementira neku uslugu
 uz pomoć akcija unutar vlastitog sloja
 oslanjajući se na usluge nižeg sloja
Uvod 1-65
Zašto uslojavanje?
izlaženje na kraj sa složenim sustavima:

eksplicitna struktura omogućuje identifikaciju i
odnose između dijelova složenog sustava
 slojeviti referentni model

modularnost olakšava održavanje i nadogradnju
sustava
 promjena unutarnje implementacije usluga nakon sloja
je transparentno (nevidljivo) ostatku sustava
 npr., promjena pravila za provjeru prtljage ne utječu na
ostale slojeve

loše strane uslojavanja?
Uvod 1-66
Internetov model (ili TCP/IP model)

aplikacijski (application): podržavanje
mrežnih aplikacija
 FTP, SMTP, HTTP

transportni (transport): prijenos podataka
od-procesa-do-procesa
 TCP, UDP

mrežni (network): usmjeravanje
datagrama od izvora do odredišta
 IP, protokoli usmjeravanja

sloj (podatkovne) poveznice, (data) link:
prijenos podataka između dva susjedna
mrežna elementa
 Ethernet, IEEE 802.11 (WiFi), PPP

aplikacijski
transportni
mrežni
poveznički
fizički
fizički (physical): bitovi “na žici”
Uvod 1-67
ISO/OSI referentni model



prikaz (presentation): omogućava
aplikacijama da interpretiraju
značenje podataka, npr., enkripcija,
kompresija, kodiranja
razgovor (session): sinkronizacija,
provjera stanja, oporavak od
pogrešaka u razmjeni podataka
u Internetovom modelu “nedostaju”
ovi slojevi!
 ove se usluge, ako su potrebne, mora
implementirati npr. u aplikacijskom sloju
 trebaju li?
aplikacijski
sloj prikaza
sloj razgovora
transportni
mrežni
poveznički
fizički
Uvod 1-68
Učahurivanje

slanje podataka:
 niži sloj dobiva jedinicu podataka usluge
(service data unit, SDU) od višeg sloja
 SDU predstavlja teret (payload) kojem
sloj dodaje svoje podatke, npr. u
zaglavlje, i tako nastaje jedinica podataka
protokola (protocol data unit, PDU)

SDU
N-ti sloj
PDU
primanje podataka:
 viši sloj dobiva PDU od nižeg sloja
 iz PDU-a se izvadi SDU i predaje višem
sloju
SDU
N-ti sloj
PDU
Uvod 1-69
Učahurivanje
izvor
poruka (message) M
segment
Ht
M
datagram Hn Ht
M
okvir
M
Hl Hn Ht
aplikacijski
transportni
mrežni
poveznički
fizički
poveznički
fizički
prespojnik
(switch)
odredište
M
Ht
M
Hn Ht
M
Hl Hn Ht
M
aplikacijski
transportni
mrežni
poveznički
fizički
Hn Ht
M
Hl Hn Ht
M
mrežni
poveznički
fizički
Hn Ht
M
usmjernik
(router)
Uvod 1-70
Složenija stvarnost uslojavanja

ISO OSI model nastao prekasno
 Internet se neovisno razvijao

izvorni Internetov model imao 4 sloja
 moderni model je podijelio najniži sloj na 2 sloja


jedan protokol može obavljati funkcije više slojeva
više protokola u suradnji mogu ostvarivati funkcije jednog
sloja
 podslojevi unutar sloja

za neke primjene funkcije određenih slojeva nisu potrebne,
odnosno trivijalne su
 za mnoge aplikacije funkcije sloja prikaza su prejednostavne da bi se
ostvarivale posebnim protokolom

međuslojna optimizacija (cross-layer optimization)
Uvod 1-71
Primjeri učahurivanja protokola
HTTP
FTP
DNS
SMTP
TFTP
DHCP
RIP
TCP
UDP
ICMP
OSPF
IP
ARP
IEEE 802.11
Ethernet (povez. dio)
100BASE-TX
1000BASE-T
10GBASE-ER
802.11b
DSSS
802.11g
OFDM
802.11n
MIMO
OFDM
PPP
SONET
Uvod 1-72
Poglavlje 1: sadržaj
1.1 što je Internet?
1.2 rub mreže
 krajnji sustavi, pristupne mreže, veze
1.3 jezgra mreže
 prespajanje paketa, prespajanje vodova, struktura
mreže
1.4 kašnjenje, gubici i propusnost u mrežama
1.5 slojevi protokola i modeli usluga
1.6 mreže pod napadom : sigurnost
1.7 povijest
Uvod 1-73
Mrežna sigurnost

Područje mrežne sigurnosti:
 kako napadači mogu napasti računalnu mrežu?
 kako možemo obraniti računalnu mrežu od napada?
 kako oblikovati arhitekture koje su otporne na napade?

Internet nije izvorno oblikovan s (puno) sigurnosti
na umu
 izvorna vizija: “grupa u kojoj članovi imaju međusobno
povjerenje i koja je spojena na transparentnu mrežu” 
 dizajneri Interneta ga naknadno “popravljaju”
 sigurnosni aspekti na svim slojevima!
Uvod 1-74
Napadači: postavljaju zlonamjerni kod na
računala spojena na Internet

zlonamjerni kôd (malware) može doći na računalo na
način:

virus: samoumnažajuća infekcija nakon primanja/izvođenja objekta
(npr., dodatka u e-pošti)

crv: samoumnažajuća infekcija kod pasivnog primanja objekta koji
sama sebe pokreće

špijunski zlonamjerni kôd može bilježiti pritiske tipki na
tipkovnici, posjećena web-sjedišta, slati prikupljene
podatke na sjedište za prikupljanje podataka

zaraženo računalo može biti uključeno u botnet, koji se
koristi za slanje neželjene e-pošte ili za DDoS napad
Uvod 1-75
Napadači: napadaju poslužitelj
i mrežnu infrastrukturu
Denial of Service (DoS): napad uskraćivanja usluge;
napadač čini sredstava (poslužitelje, propusnost)
nedostupne legitimnim korisnicima opterećujući
sredstva s izmišljenim prometom
1. odaberi metu
2. provali u računala u
okruženju (za botnet)
3. sa zaraženih računala kojima
pakete prema meti
meta
Uvod 1-76
Napadači mogu presresti pakete
Presretanje i snimanje paketa (packet sniffing):
 zajednički medij (dijeljeni ethernet, bežićno)
 mrežno sučelje koje prima/snima sve pakete (npr.,
uključujući i lozinke!) koje prolaze kroz zajednički medij
C
A
izv:B odr:A

teret
B
Wireshark koji se koristi na laboratorijskim vježbama
je (besplatan) program za snimanje mrežnih paketa
Uvod 1-77
Napadači mogu koristiti lažne adrese
lažne IP-adrese (IP spoofing): slanje paketa s lažnom
izvorišnom adresom
C
A
izv:B odr:A
teret
B
… ozbiljnije o sigurnosti (Mreže računala 2)
Uvod 1-78
Poglavlje 1: sadržaj
1.1 što je Internet?
1.2 rub mreže
 krajnji sustavi, pristupne mreže, poveznice
1.3 jezgra mreže
 prespajanje paketa, prespajanje vodova, struktura
mreže
1.4 kašnjenje, gubici i propusnost u mrežama
1.5 slojevi protokola i modeli usluga
1.6 mreže pod napadom : sigurnost
1.7 povijest
Uvod 1-79
Povijest Interneta
1961-1972: Prvi principi mreža s prespajanjem paketa
 1961: Kleinrock – teorija  1972:
redova (queueing theory)
 ARPAnetova javna
pokazana učinkovitost
demonstracija
prespajanja paketa
 NCP (Network Control
 1964: Baran –
Protocol) prvi protokol odprespajanje paketa u
računala-do-računala
vojnim mrežama
 prvi program za e-poštu
 1967: ARPAnet osmišljen
 ARPAnet ima 15 čvorova
u okviru “Advanced
Research Projects
Agency”
 1969: prvi ARPAnetov
čvor u funkciji
Uvod 1-80
Povijest Interneta
1972-1980: Povezivanje, nove i vlasničke mreže






1970: ALOHAnet satelitska
Cerf i Kahnov princip
mreža na Hawaima
umrežavanja:
1974: Cerf and Kahn –
 minimalizam, autonomija –
arhitektura povezanih mreža
ne zahtjeva unutarnje
1976: Ethernet na Xerox PARC-a
promjene za povezivanje
kasne 70-te: vlasničke arhitekture:
mreža
DECnet, SNA, XNA
 model usluge “najbolje što
može”
kasne 70-te : prespajanje paketa
 usmjernici bez vođenja stanja
fiksne duljine (preteča ATM-a)
(stateless routers)
1979: ARPAnet ima 200 čvorova
 decentralizirano upravljanje
definiralo je današnju
arhitekturu Interneta
Uvod 1-81
Povijest Interneta
1980-1990: novi protokoli, širenje mreža





1983: razvijanje TCP/IP
1982: definiran protokol
SMTP za e-poštu
1983: definiran DNS za
prevođenja imena
računala u IP-adrese
1985: definiran protokol
FTP
1988: kontrola zakrčenja
u TCP-u


Nove nacionalne mreže:
Csnet, BITnet, NSFnet,
Minitel
100 000 računala spojeno
u konfederaciji mreža
Uvod 1-82
Povijest Interneta
1990, 2000-te: komercijalizacija,Web, nove aplikacije
 rane
1990-te: ARPAnet povučena iz
upotrebe
 1991: NSF podignuta ograničenja za
komercijalnu upotrebu NSFnet-a
(raspušten, 1995)
 rane 1990-te: Web
 Razvijen u CERN-u
 hipertekst [Bush 1945, Nelson
1960-te]
 HTML, HTTP: Berners-Lee
 1994: Mosaic, kasnije Netscape
 kasne 1990-te: komercijalizacija
kasne 1990-te do 2000-te:
 još super aplikacija (killer apps):
instant poruke, P2P dijeljene
datoteka
 mrežna sigurnost postaje važna
 procjenjuje se ~50 milijuna
računala, više od 100 milijuna
korisnika
 okosničke poveznice na brzinama
od Gb/s
Weba
Uvod 1-83
Povijest Interneta
2010-te

broj računala ? ( > 1 milijardu)





pametni telefoni i tableti
~3 milijarde korisnika (2015)
agresivno širenje širokopojasnog pristupa
povećana sveprisutnost bežičnog pristupa velikih brzina
javljaju se socijalne mreže:
 Facebook: ubrzo jedna milijarda korisnika


davatelji usluga (Google, Microsoft) stvaraju svoje
vlastite mreže
 zaobilaze okosnicu Interneta, omogućuju “brži”
pristup tražilicama, video sadržaju, itd.
e-poslovanje, sveučilišta, poduzeća pokreću svoje usluge
u “oblaku” (npr., Amazon EC2)
Uvod 1-84
Uvod: sažetak
Preletjelo se kroz jako puno of
materijala!







pregled Interneta
što je protokol?
rub i jezgra mreže,pristupne
mreže
 prespajanje paketa nasuprot
prespajanju vodova
 struktura Interneta
performanse: gubici, kašnjenja,
propusnost
slojevi i modeli usluga
sigurnost
povijest
sada bi trebali:


poznavati kontekst i imati
“osjećaj” što su to mreže
više u dubinu i detalje u
nastavku!
Uvod 1-85