Arvutivõrgud: definitsioon, tüübid (LAN/WAN) ja põhikomponendid
Õpi arvutivõrkude definitsiooni, LAN/WAN erinevusi ja põhikomponente (switch, router, TCP/IP). Praktiline juhend kohtvõrkude, laivõrkude ja ühenduste loomiseks.
Arvutivõrk on kahest või enamast arvutist koosnev rühm, mis on omavahel ühendatud. Võrgustikke kasutatakse tavaliselt ressursside jagamiseks, failide vahetamiseks ning suhtlemiseks teiste kasutajatega. Võrk võimaldab ka jagada printereid, andmebaase, rakendusi ja Interneti-ühendust, mis suurendab tõhusust ning võimaldab keskset haldust ja varundamist.
Põhimõisted ja topoloogia
Võrk on hulk sõlmpunkte (nodes), mis on ühendatud sideühenduste abil. Sõlm võib olla arvuti, veebiserver, printer või mis tahes muu seade, mis suudab võrgu kaudu saata või vastu võtta andmeid teistest sõlmedest. Võrgu füüsiline või loogiline ülesehitus — topoloogia — mõjutab selle jõudlust ja haldamist; levinud topoloogiad on buss-, rõnga-, täht- (star) ja hübriidtopoloogia.
Võrguseadmed ja nende rollid
Võrgustiku nõuetekohaseks toimimiseks on sageli vaja lisaseadmeid. Olulised komponendid on:
- jaoturid (hubs) — lihtsad seadmed, mis edastavad andmepakette kõigile portidele (vähemalt turvalisuse ja efektiivsuse mõttes on nad harvemini kasutusel);
- lülitid (switchid) — nutikamad seadmed, mis suunavad liiklust ainult õigele sihtsõlmile, vähendades kollisiooni ja parandades jõudlust;
- marsruuterid — ühendavad erinevaid võrke ja suunavad liiklust võrkude vahel, võimaldavad NATi, DHCPd ja sageli on ka tulemüüri funktsioonid;
- sild (bridge) — ühendab kahte võrgu segmendi, töötleb andmetasandi liiklust ja võib jagada domeene;
- värav (gateway) — erinevate protokollide või võrkude vahelise suhtluse vahendaja, sageli kasutatakse seda võrgu- ja andmetasANDmete tõetõlkimiseks;
- ruuterid, tulemüürid, lüüsid ja traadita juurdepääsupunktid (access point) — nii väikestes kui suurtes võrkudes vajalikud haldus- ja turvamehhanismid.
LAN vs WAN — tüübid ja kasutus
Kohtvõrk (LAN, Local Area Network) ühendab tavaliselt üksteisele lähedal asuvaid seadmeid — näiteks kontoris, koolis või kodus. Lähivõrgu ülesehitus on tavaliselt lihtsam, haldamine lokaalse jaotusruumiga on kiirem ning andmeedastuskiirused on kõrged (tavaliselt 100 Mbps, 1 Gbps või enam tänapäeva kaablite ja lülititega).
Vastukaaluks on laiemad võrgud ehk WANid (Wide Area Network), mis ühendavad geograafiliselt eraldatud asukohti — linnad, riigid või riigid ülemaailmselt. Suurim ja tuntum WAN on Internet. WAN-ühendused kasutavad sageli eri liike sidekanaleid (kiudoptilised ühendused, M3-, SDH-, mobiilsidevõrgud, satelliit) ning reegleid, mis käsitlevad latentsust ja ribalaiust.
Arvutid võivad kuuluda mitmesse erinevasse võrku ning üks võrk võib olla suurema võrgu osa. Näiteks väikese ettevõtte kohtvõrk on tavaliselt ühendatud suurema ettevõtte korporatiivvõrguga. Sellised ühendused võimaldavad ka juurdepääsu Internetile ning keskset haldust.
Võrguteenused ja näited
Võrgukasutuse näited hõlmavad nii lihtsaid kui keerukaid teenuseid: failide jagamine, kaupade kuvamine ja tellimuste töötlemine veebilehtedel, e-post, kaugjuurdepääs, andmebaasiteenused ja pilveteenused. Näiteks võib kauplus kasutada veebiserverit oma kaupade näitamiseks ning tellimuste saamiseks, mis seejärel teisendatakse lao- ja saatetöödeks.
Ühenduvus: juhtmega vs traadita
Võrk peab olema ühendatud asjakohase riistvaraga. See võib olla traadiga (koaksiaal-, UTP/FTP kaablid, kiudoptilised kaablid) või traadita (Wi‑Fi, Bluetooth, mobiilside). Kaablitega ühendatud võrgud pakuvad tavaliselt stabiilsemat ja suuremat kiirust kui traadita tehnoloogiad, kuid traadita võrgud annavad liikumisvabaduse ja lihtsama seadistuse.
Protokollid ja aadressimine
Võrk vajab sideprotokolli, mis määrab, kuidas andmed pakendatakse, suunatakse ja kontrollitakse. Enamik kaasaegseid arvutisüsteeme kasutab Interneti standardit TCP/IP, mis koosneb mitmest kihist (IP, TCP/UDP, HTTP, SMTP jm). Microsoft Windows, Linux ja enamik teisi operatsioonisüsteeme toetavad TCP/IP-protokolli. (Apple Macintoshi arvutid kasutasid 20. sajandil Appletalk'i, kuid nüüd kasutavad nad TCP/IP-d.)
Olulised teenused, mis põhinevad IP-aadressidel, on DHCP (automaatselt IP-aadresse jagav teenus) ja DNS (domeenide nimede tõlkimine IP-aadressideks). IPv4 on laialt levinud, kuid kasvava aadressivajaduse tõttu levib järjest rohkem IPv6 kasutamist.
Turvalisus ja haldus
Võrgu turvalisus hõlmab autentimist, krüpteerimist, tulemüüre, võrgusegmendistamist (nt VLAN-id) ning juurdepääsu kontrolli. Hea turvapoliitika vähendab volitamata juurdepääsu riski ja andmete lekkimist. Lisaks on olulised regulaarne tarkvara- ja püsivara uuendamine, varundamine ning võrgu toimivuse ja logide jälgimine.
Suuremad võrgud ja integreerimine
WAN-id ja mõned suured LANid vajavad erinevate väikeste või suurte võrkude ühendamiseks lisaseadmeid, nagu sild, värav või marsruuter. Need seadmed võimaldavad luua turvalisi ühendusi (VPN), rakendada liikluse prioriseerimist (QoS) ning hallata aadressimist ja marsruutimist üle erinevate domeenide ja teenusepakkujate.
Kokkuvõte
Arvutivõrgud võimaldavad seadmete ja kasutajate vahelist suhtlust ning ressursi- ja teenusejagamist. Õige riistvara, sobivad protokollid ja läbimõeldud turvameetmed on vajalikud usaldusväärse ja tõhusa võrgu loomiseks — olgu tegu väikese koduvõrgu, ettevõtte kohtvõrgu või ülemaailmse Interneti ühendusega.
Tüüpiline raamatukoguvõrk, hargneva puu kaardil ja kontrollitud juurdepääs ressurssidele
Võrgumudelid
Võrgukommunikatsioonitehnoloogiat oleks raske rakendada ühe suure mudelina. Seetõttu jagame võrgu erinevad komponendid väiksemateks mooduliteks või kihtideks. Võrgustiku standardmudel on rahvusvahelise organisatsiooni ISO (Open Systems Interconnection, OSI) mudel. On olemas ka teisi võrgumudeleid, kuigi need on kõik jagatud sarnasteks kihtideks. Iga kiht kasutab teenuseid, mida allpool asuv kiht pakub, pakkudes samal ajal teenuseid eespool asuvale kihile. Iga kiht saab suhelda ainult sama kihiga sihtseadmes.
Näide kommunikatsioonist võrgumudelis
OSI mudel
OSI (Open Systems Interconnection) on 7-kihiline võrgumudel, mis on määratletud ISO (Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon) normi alusel ja mida kasutatakse laialdaselt kogu maailmas. Seitsmekihilise mudeli kontseptsiooni pakkus Charles Bachman, Honeywell information Services. OSI-mudeli erinevad aspektid kujunesid välja ARPANETi, NPLNETi, EINi ja CYCLADESi võrkude ning IFIP WG6.1 töös saadud kogemustest.
| Andmeüksus | Kiht | Funktsioon |
| Andmed | Taotlus | Võrguprotsess rakendusele |
| Esitlus | Krüpteerimine, dekrüpteerimine ja andmete teisendamine | |
| Sessioon | Rakenduste vaheliste seansside haldamine | |
| Segmendid | Transport | Lõpp-otsaga ühendus ja usaldusväärsus |
| Paketid (andmepaketid) | Võrk | Teekonna määramine ja loogiline adresseerimine |
| Raam | Andmelink | Füüsiline adresseerimine |
| Bit | Füüsiline | Signaalide ja binaarsete signaalide edastamine |
Kiht 1
Füüsiline kiht määratleb seadmete elektrilised ja füüsilised spetsifikatsioonid. Samuti määrab see kindlaks moduleeritud ja baasriba edastamise.
Baasriba
Baasriba on digitaalsed andmed nende töötlemata kujul (1001 1101 1010 1010 0011). See võimaldab väga kiiret ja usaldusväärset edastamist lühikestel vahemaadel, kuid andmekandjad kipuvad bitid üksteist segama, baasriba edastamise ulatus on väga piiratud. Kiiruse kasvades muutub see halvemaks. Baasriba tehnoloogiat kasutatakse sageli kohtvõrkudes.
- UTP-kaabel - max 100 m 100 Mbit/s kiirusel ilma repiiterita
- Optiline kiudoptika - maksimaalselt 1 km 100 Mbit/s kiirusel ilma repiiterita
Tüüpiline tehnoloogia: Ethernet
Moduleeritud edastamine
Telekommunikatsioonis on modulatsioon protsess, mille käigus edastatakse sõnumsignaal, näiteks digitaalne bitivoog või analoogne helisignaal, teise füüsiliselt edastatava signaali sees. Seadet, mis tagab baasriba signaali modulatsiooni, nimetatakse modulaatoriks ja seadet, mis tagab moduleeritud signaali demoduleerimise tagasi baasriba signaaliks, nimetatakse demodulaatoriks. Tänapäeval on modulaator ja demodulaator integreeritud ühte seadmesse, mida nimetatakse modemiks (modulaator-demodulaator). Kasutatakse sageli WANis, WLANis, WWANis.
Tüüpiline tehnoloogia: WI-FI, ADSL, kaabeltelevisiooni ühendus (CATV).
Kiht 2
Andmesidekihi pakub funktsionaalseid ja protseduurilisi vahendeid andmete edastamiseks võrguüksuste vahel ning füüsilises kihis tekkida võivate vigade avastamiseks ja võimalikuks korrigeerimiseks.
Kiht 3
Võrgukiht pakub funktsionaalseid ja protseduurilisi vahendeid muutuva pikkusega andmeseeriate edastamiseks ühes võrgus asuvast lähtekoha serverist teises võrgus asuvale sihtkoha serverile, kasutades IP-aadressi.
IP-aadress
Interneti-protokolli aadress (IP-aadress) on numbriline tähis, mis määratakse igale seadmele (nt arvutile, printerile), mis osaleb arvutivõrgus, mis kasutab Interneti-protokolli suhtlemiseks. Praegu on kasutusel kaks protokolliversiooni - IPv4 ja IPv6.
- IPv4 kasutab 32-bitist adresseerimist, mis piirab aadressiruumi kuni 4294967296 (232) võimalikku unikaalset aadressi.
Näide: IP-192.168.0.1 mask-255.255.255.255.0 tähendab, et võrgu aadress on 192.168.0.0 ja seadme aadress on 192.168.0.1.
- IPv6 kasutab 128-bitist adresseerimist, mis piirab aadressiruumi kuni 2128 võimaliku aadressini. Seda peetakse lähitulevikus piisavaks. Täielik IPv6-tugi on alles rakendamisjärgus.
Kiht 4
Transpordikiht tagab läbipaistva andmeedastuse lõppkasutajate vahel, pakkudes ülemistele kihtidele usaldusväärseid andmeedastusteenuseid. Interneti-protokollide komplekti kuuluvad ülekandekontrolli protokoll (TCP) ja kasutaja andmeprotokoll (UDP) liigitatakse tavaliselt OSI 4. kihi protokollideks.
- TCP (transmission control protocol) tagab usaldusväärse, korrastatud baitide voo edastamise ühe arvuti programmist teise programmi teise arvutisse. TCP-d kasutatakse rakenduste puhul, mis nõuavad rangelt usaldusväärset ülekannet (e-post, WWW, failiedastus (FTP), ...).
- UDP (kasutaja andmeprogrammide protokoll) kasutab lihtsat ülekandemudelit, mis ei sisalda kaudseid käepigistavaid dialooge usaldusväärsuse, järjestuse või andmete terviklikkuse tagamiseks. UDP-d kasutatakse rakendustes, kus on vaja vähendada viivitust usaldusväärsuse asemel (voogvideod, VOIP, võrgumängud, ...).
Kihid 5-7
Lihtsustatud võrgumudelites tavaliselt üheks kihiks ühendatuna on selle peamine eesmärk suhelda rakendustega, krüpteerides ja luues vajaduse korral spetsiaalseid ühendusi.
Digitaalne modulatsioon: 16-QAM koos näidiskonstellatsioonipunktidega.
Analoogmodulatsioon: AM - amplituudFM - sagedus
Võrgustikutingimused
Viivitus
Viivitus, mida valesti nimetatakse pingiks, on väärtus, mis mõõdab, kui palju aega vajavad paketid sihtkohta jõudmiseks. Seda mõõdetakse millisekundites (ms). Viivitusaja mõõtmise vahendiks on ping, tavaliselt kasutatakse spetsiaalseid ICMP-pakette, mis on väiksemad kui tavalised andmepaketid, nii et need ei koorma võrku oma kohalolekuga.
- Kohest latentsust mõõdetakse iga X sekundi järel ja see kuvatakse kohe. Selle väärtus muutub pidevalt tänu pakettvahetusvõrgu tehnoloogia loomulikele omadustele. Kõrged latentsuse piigid avaldavad negatiivset mõju enamikule võrgurakendustele, mis suudavad kohaneda keskmise latentsusega, eraldades puhvriks vastava suurusega mälu. Kõrged latentsuse tipud viivad selle puhvri tühjenemiseni ja rakenduste ajutisse külmutamiseni. Sellist külmutamist nimetatakse tavaliselt viivituseks.
- Keskmine latentsus on iga X sekundi järel Y korda mõõdetud vahetu latentsuse summa, mis jagatakse Y-ga. Keskmist latentsust kasutatakse puhvri suuruse hindamiseks, peamiselt seetõttu, et see ei muutu nii sageli. Puhver võimaldab mõnedel rakendustel, näiteks voogvideote sujuvalt töötada ka suure keskmise latentsuse korral, kuid see ei saa meid kaitsta suure latentsuse tippude eest.
Võimsus (ribalaius)
Võimsus on võrgu ülekandevõimsuse mõõtühik, mida mõõdetakse bittides sekundis (bps või b/s), tänapäeval tavaliselt Mbps või Mb/s. See näitab, kui palju andmeühikuid kantakse üle igas sekundis. Praegu on keskmine ribalaius palju suurem kui vajalik ja see ei ole enamasti piirav tegur.
- Uplink on see, kui palju ribalaiust kasutatakse andmete edastamiseks kasutajalt serverile (lõppkasutajate puhul tavaliselt vähem).
- Allalaadimine on see, kui palju ribalaiust kasutatakse andmete edastamiseks serverist kasutajani (lõppkasutajate puhul tavaliselt rohkem).
Saade
Broadcast on eriline ülekanne, mis ei ole mõeldud ühele seadmele, vaid on adresseeritud kõigile seadmetele konkreetses võrgus. Seda kasutatakse enamasti selleks, et DHCP-server väljastaks seadmetele automaatselt IP-aadresse ja looks ARP-tabeli, mis kaardistab võrgu ja kiirendab liiklust.
ADSL-sagedusplaan. ülesvoolu + allavoolu = võrgu ribalaius
Küsimused ja vastused
K: Mis on arvutivõrk?
V: Arvutivõrk on kahe või enama arvuti rühm, mis on omavahel ühendatud, et jagada ressursse, vahetada faile või suhelda teiste kasutajatega.
K: Mis on võrgu sõlmed?
V: Võrgusõlmed on seadmed, näiteks arvutid, printerid ja muud seadmed, mis on võimelised saatma ja vastu võtma andmeid ühest sõlmest teise.
K: Milliseid lisaseadmeid võib olla vaja, et võrgud saaksid õigesti toimida?
V: Võrkude korrektseks toimimiseks võib olla vaja lisaseadmeid, näiteks jaoturid ja kommutaatorid.
K: Kuidas saab erinevaid võrke omavahel ühendada?
V: Erinevaid võrke saab ühendada omavahel ruuteri abil.
K: Kas kohtvõrke (LAN) on lihtsam ehitada kui laivõrke (WAN)?
V: Jah, LANi ehitamine on tavaliselt lihtsam kui erinevate võrkude ühendamine WANi abil.
K: Kas arvutid võivad kuuluda korraga mitmesse erinevasse võrku?
V: Jah, arvutid võivad kuuluda korraga mitmesse erinevasse võrku.
K: Millist sideprotokolli kasutavad enamik operatsioonisüsteeme?
V: Enamik operatsioonisüsteeme kasutab sideprotokolli TCP/IP.
Otsige