Datornätverk
Ett datornätverk är en grupp av två eller flera datorer som är kopplade till varandra. Nätverk används vanligtvis för att dela resurser, utbyta filer eller kommunicera med andra användare.
Ett nätverk är en uppsättning noder som är sammankopplade genom kommunikationslänkar. En nod kan vara en dator, en skrivare eller någon annan enhet som kan sända eller ta emot data från andra noder genom nätverket.
Andra enheter behövs ofta för att nätverket ska fungera korrekt. Exempel på sådana enheter är hubbar och switchar. Olika typer av nätverk kan anslutas till varandra med en router. I allmänhet kan nätverk som använder kablar för att ansluta fungera med högre hastigheter än de som använder trådlös teknik.
Ett LAN (Local Area Network) kopplar samman datorer som ligger nära varandra. Det är lättare att bygga ett LAN än att koppla ihop olika nätverk (genom ett Wide Area Network). Det största Wide Area Network är Internet.
Datorer kan ingå i flera olika nätverk. Nätverk kan också vara delar av större nätverk. Det lokala nätverket i ett litet företag är vanligtvis anslutet till det större företagets företagsnätverk. Dessa anslutningar kan ge tillgång till Internet. En butik kan till exempel använda det för att visa varor på sin webbplats via en webbserver eller för att omvandla mottagna beställningar till fraktinstruktioner.
Ett nätverk måste anslutas med lämplig hårdvara. Den kan vara trådbunden eller trådlös. För ett enkelt LAN räcker det med datorer, media och kringutrustning. WAN-nät (Wide Area Network) och vissa stora LAN-nät (Local Area Network) behöver ytterligare utrustning som en bro, gateway eller router för att ansluta olika små eller stora nät.
Ett nätverk behöver ett kommunikationsprotokoll. Microsoft Windows, Linux och de flesta andra operativsystem använder TCP/IP. Apple Macintosh-datorer använde Appletalk på 1900-talet, men använder TCP/IP nu.
Typiskt biblioteksnätverk, i en trädkarta med grenar och kontrollerad tillgång till resurser.
Nätverksmodeller
Det skulle vara svårt att genomföra nätkommunikationsteknik som en enda stor modell. Därför delar vi upp olika komponenter i nätverket i mindre moduler eller lager. Standardmodellen för ett nätverk är OSI-modellen (Open Systems Interconnection) som fastställts av ISO (International Organization Standard). Det finns andra nätverksmodeller, men de är alla uppdelade i liknande lager. Varje lager använder de tjänster som det underliggande lagret tillhandahåller, samtidigt som det tillhandahåller tjänster för det överliggande lagret. Varje lager kan endast kommunicera med samma lager på destinationsenheten.
Exempel på kommunikation i nätverksmodellen
OSI-modellen
OSI (Open Systems Interconnection) är en nätverksmodell i sju lager som specificerats av ISO (International Organization for Standardization) och som används allmänt över hela världen. Konceptet med en modell i sju lager kom från Charles Bachman, Honeywell Information Services. OSI-designens olika aspekter har utvecklats från erfarenheterna av ARPANET-, NPLNET-, EIN- och CYCLADES-nätverken samt från arbetet i IFIP WG6.1.
| Dataenhet | Skikt | Funktion |
| Nätverksprocess till tillämpning | ||
| Kryptering, dekryptering och datakonvertering | ||
| Session | Hantering av sessioner mellan program | |
| Segment | Transport | Anslutning och tillförlitlighet från början till slut |
| Paket (datagram) | Nätverk | Bestämning av sökvägar och logisk adressering |
| Ram | Datalänk | Fysisk adressering |
| Bit | Fysiskt | Signal- och binäröverföring |
Skikt 1
Det fysiska lagret definierar elektriska och fysiska specifikationer för enheter. Det specificerar också modulerad överföring och basbandsöverföring.
Basband
Basband är digitala data i rå form (1001 1101 1010 0011). Detta möjliggör mycket snabb och tillförlitlig överföring över korta avstånd, men eftersom medierna tenderar att göra att bitarna stör varandra är räckvidden för basbandsöverföring mycket begränsad. Det blir värre med ökande hastighet. Basbandsteknik används ofta på LAN.
- UTP-kabel - max 100 m vid 100 Mbit/s hastighet utan repeater
- Optisk fiber - max 1 km med en hastighet på 100 Mbit/s utan repeater.
Typisk teknik: Ethernet
Modulerad överföring
Inom telekommunikation är modulation en process där en meddelandesignal, t.ex. en digital bitström eller en analog ljudsignal, överförs i en annan signal som kan överföras fysiskt. Den anordning som modulerar basbandssignalen kallas modulator, och den anordning som demodulerar den modulerade signalen tillbaka till basband kallas demodulator. Idag är modulatorn och demodulatorn integrerade i en enhet som kallas modem (modulator-demodulator). Används ofta på WAN, WLAN, WWAN.
Typisk teknik: Typisk teknik:
WI-FI, ADSL, kabel-TV-anslutning (CATV).
Skikt 2
Datalänkskiktet tillhandahåller funktionella och procedurmässiga medel för att överföra data mellan nätverksenheter och för att upptäcka och eventuellt korrigera fel som kan uppstå i det fysiska skiktet.
Skikt 3
Nätverksskiktet tillhandahåller funktionella och procedurmässiga medel för att överföra datasekvenser med variabel längd från en källvärd i ett nätverk till en målvärd i ett annat nätverk med hjälp av IP-adressen.
IP-adress
En IP-adress (Internet Protocol address) är en numerisk etikett som tilldelas varje enhet (t.ex. dator, skrivare) som deltar i ett datornätverk som använder Internet Protocol för kommunikation. För närvarande används två versioner av protokollen - IPv4 och IPv6.
- IPv4 använder 32-bitars adressering vilket begränsar adressutrymmet till 4294967296 (232) möjliga unika adresser.
Exempel: IP-192.168.0.1 mask-255.255.255.255.0 innebär att nätverksadressen är 192.168.0.0.0 och enhetsadressen 192.168.0.1.
- IPv6 använder 128-bitars adressering, vilket begränsar adressutrymmet till 2128 möjliga adresser. Det anses vara tillräckligt för den närmaste framtiden. Fullständigt IPv6-stöd befinner sig fortfarande i genomförandefasen.
Skikt 4
Transportskiktet tillhandahåller transparent överföring av data mellan slutanvändare och tillhandahåller tillförlitliga dataöverföringstjänster till de övre skikten. Transmission Control Protocol (TCP) och User Datagram Protocol (UDP) i Internet Protocol Suite kategoriseras vanligen som protokoll på fjärde laget inom OSI.
- TCP (Transmission Control Protocol) ger tillförlitlig, ordnad leverans av en ström av bytes från ett program på en dator till ett annat program på en annan dator. TCP används för tillämpningar som kräver tillförlitlig överföring (e-post, WWW, filöverföring (FTP), ...).
- UDP (user datagram protocol) använder en enkel överföringsmodell utan implicita handshakingdialoger för att tillhandahålla tillförlitlighet, ordning eller dataintegritet. UDP används i tillämpningar där vi kräver minskad latenstid framför tillförlitlighet (videoströmmar, VOIP, onlinespel, ...).
Skikt 5-7
I förenklade nätverksmodeller är dess huvudsyfte att interagera med program, kryptera och upprätta dedikerade anslutningar om det behövs.
Analog modulering: AM - amplitudFM - frekvens
Digital modulering: 16-QAM med exempel på konstellationspunkter.
Nätverkstermer
Latency
Latency, felaktigt kallat ping, är ett värde som mäter hur lång tid paket behöver för att nå sin destination. Det mäts i milisekunder (ms). Verktyget som mäter latenstiden kallas ping och använder vanligen speciella ICMP-paket som är mindre än vanliga datapaket så att de inte belastar nätet genom sin närvaro.
- Omedelbar latens mäts varje X sekunder och visas omedelbart. Värdet förändras ständigt på grund av de naturliga egenskaperna hos nätverks-tekniken för paketväxling. Höga toppar av latenstid har negativa effekter på de flesta nätverkstillämpningar som kan anpassa sig till genomsnittlig latenstid genom att tilldela motsvarande storlek på minnet som buffert. Höga toppar i latenstiden leder till att denna buffert töms och att programmen tillfälligt fryser. Denna frysning kallas vanligen för lagg.
- Genomsnittlig latenstid är summan av omedelbar latenstid som mäts Y gånger var X:e sekund dividerat med Y. Genomsnittlig latenstid används för att uppskatta buffertstorleken, främst eftersom den inte ändras så ofta. Bufferten gör att vissa tillämpningar, t.ex. videoströmmar, kan köras smidigt även med hög genomsnittlig latenstid, men den kan inte skydda oss från höga latenstidstoppar.
Kapacitet (bandbredd)
Kapacitet är ett mått på ett nätverks överföringskapacitet och mäts i bitar per sekund (bps eller b/s), idag vanligen Mbps eller Mb/s. Det visar hur många dataenheter som överförs varje sekund. För närvarande är den genomsnittliga bandbredden mycket högre än vad som är nödvändigt och den är inte en begränsande faktor i de flesta fall.
- Uplink är hur mycket bandbredd som används för att överföra data från användare till server (vanligtvis lägre för slutanvändare).
- Nedlänkning är hur mycket bandbredd som används för att överföra data från server till användare (vanligtvis högre för slutanvändare).
Sändning
Broadcast är en speciell överföring som inte är avsedd för en enskild enhet utan riktar sig till alla enheter i ett visst nätverk. Det används främst för att automatiskt utfärda IP-adresser till enheter av en DHCP-server och för att skapa en ARP-tabell som kartlägger nätverket och snabbar upp trafiken.
ADSL-frekvensplan. Uppströms + nedströms = nätverksbandbredd
Frågor och svar
F: Vad är ett datornätverk?
S: Ett datornätverk är en grupp av två eller flera datorer som är kopplade till varandra för att dela resurser, utbyta filer eller kommunicera med andra användare.
F: Vad är noder i ett nätverk?
S: Noder i ett nätverk är enheter som datorer, skrivare och andra enheter som kan skicka och ta emot data från en nod till en annan.
F: Vilken typ av ytterligare enheter kan behövas för att nätverken ska fungera korrekt?
S: Ytterligare enheter som hubbar och switchar kan behövas för att nätverken ska fungera korrekt.
F: Hur kan olika typer av nätverk kopplas samman?
S: Olika typer av nätverk kan kopplas samman med en router.
F: Är LAN-nät (Local Area Networks) lättare att bygga än WAN-nät (Wide Area Networks)?
S: Ja, det är vanligen lättare att bygga ett LAN än att ansluta olika nät via WAN.
F: Kan datorer ingå i flera olika nätverk samtidigt?
S: Ja, datorer kan ingå i flera olika nätverk samtidigt.
F: Vilken typ av kommunikationsprotokoll använder de flesta operativsystem?
S: De flesta operativsystem använder TCP/IP som kommunikationsprotokoll.
