Datortīkls

Tīkla modeļi

Tīkla sakaru tehnoloģiju kā vienu lielu modeli būtu grūti īstenot. Tāpēc mēs sadalījām dažādus tīkla komponentus mazākos moduļos vai slāņos. Standarta tīkla modelis ir Starptautiskās organizācijas (ISO) noteiktais Atvērto sistēmu starpsavienojuma (OSI) modelis. Pastāv arī citi tīkla modeļi, tomēr tie visi ir sadalīti līdzīgos slāņos. Katrs slānis izmanto pakalpojumus, ko sniedz zemākais slānis, vienlaikus nodrošinot pakalpojumus slānim virs tā. Katrs slānis var sazināties tikai ar to pašu slāni galamērķa ierīcē.

Komunikācijas piemērs tīkla modelī

OSI modelis

OSI (Open Systems Interconnection) ir ISO (Starptautiskās standartizācijas organizācijas) normās noteikts 7 slāņu tīkla modelis, kas tiek plaši izmantots visā pasaulē. Septiņu slāņu modeļa koncepciju izstrādāja Čārlzs Bahmans (Charles Bachman) no Honeywell Information Services. Dažādi OSI konstrukcijas aspekti attīstījās, ņemot vērā pieredzi, kas gūta, strādājot ar ARPANET, NPLNET, EIN un CYCLADES tīkliem, kā arī IFIP WG6.1 darba grupā.

Datu vienība	Slānis	Funkcija
Dati	Pieteikums	Tīkla process uz lietojumprogrammu
	Prezentācija	Šifrēšana, atšifrēšana un datu konvertēšana
	Sesija	Sesiju pārvaldība starp lietojumprogrammām
Segmenti	Transports	Savienojums no gala līdz galam un uzticamība
Paketes (datagrammas)	Tīkls	Ceļa noteikšana un loģiskā adresēšana
Rāmis	Datu saite	Fiziskā adresēšana
Bit	Fiziskā	Signālu un bināro datu pārraide

1. slānis

Fiziskais slānis nosaka ierīču elektriskās un fiziskās specifikācijas. Tas nosaka arī modulēto un bāzes joslas pārraidi.

Bāzes josla

Bāzes josla ir ciparu dati to neapstrādātā veidā (1001 1101 1010 0011). Tas nodrošina ļoti ātru un uzticamu datu pārraidi nelielos attālumos; tomēr datu nesēji mēdz radīt savstarpējas bitu interferences, tāpēc bāzu joslas pārraides diapazons ir ļoti ierobežots. Tas pasliktinās, pieaugot ātrumam. Bāzes joslas tehnoloģiju bieži izmanto LAN.

• UTP kabelis - maks. 100 m uz 100 Mbit/s ātrumu bez atkārtotāja
• Optiskā šķiedra - maks. 1 km uz 100 Mbit/s ātrumu bez atkārtotāja

Tipiska tehnoloģija: Ethernet

Modulēta pārraide

Telekomunikācijās modulācija ir process, kurā ziņojuma signāls, piemēram, ciparu bitu plūsma vai analogais audiosignāls, tiek pārraidīts citā signālā, ko var fiziski pārraidīt. Ierīci, kas nodrošina pamatjoslas signāla modulāciju, sauc par modulatoru, bet ierīci, kas nodrošina modulētā signāla demodulāciju atpakaļ uz pamatjoslu, sauc par demodulatoru. Mūsdienās modulators un demodulators ir integrēti vienā ierīcē, ko sauc par modemu (modulators-demodulators). Bieži izmanto WAN, WLAN, WWAN.
Tipiska tehnoloģija: WI-FI, ADSL, kabeļtelevīzijas pieslēgums (CATV).

2. slānis

Datu savienojuma slānis nodrošina funkcionālos un procesuālos līdzekļus datu pārsūtīšanai starp tīkla vienībām, kā arī atklāj un, iespējams, labo kļūdas, kas var rasties fiziskajā slānī.

3. slānis

Tīkla slānis nodrošina funkcionālos un procesuālos līdzekļus mainīga garuma datu sekvenču pārsūtīšanai no avota resursdatora vienā tīklā uz galamērķa resursdatoru citā tīklā, izmantojot IP adresi.

IP adrese

Interneta protokola adrese (IP adrese) ir ciparu zīme, kas piešķirta katrai ierīcei (piemēram, datoram, printerim), kura piedalās datortīklā, kas saziņai izmanto interneta protokolu. Pašlaik tiek izmantotas divas protokolu versijas - IPv4 un IPv6.

• IPv4 izmanto 32 bitu adresāciju, kas ierobežo adrešu telpu līdz 4294967296 (²³²⁾ iespējamām unikālām adresēm.

Piemērs: IP-192.168.0.1 maska-255.255.255.255.0 nozīmē, ka tīkla adrese ir 192.168.0.0 un ierīces adrese ir 192.168.0.1.

• IPv6 izmanto 128 bitu adresāciju, kas ierobežo adrešu telpu līdz ²¹²⁸ iespējamām adresēm. Tas tiek uzskatīts par pietiekamu tuvākajā nākotnē. Pilnīgs IPv6 atbalsts joprojām ir īstenošanas posmā.

4. slānis

Transporta slānis nodrošina pārredzamu datu pārsūtīšanu starp galalietotājiem, sniedzot uzticamus datu pārsūtīšanas pakalpojumus augšējiem slāņiem. Interneta protokolu komplekta Pārraides kontroles protokolu (TCP) un Lietotāja datagrammu protokolu (UDP) OSI parasti klasificē kā 4. slāņa protokolus.

• TCP (pārraides vadības protokols) nodrošina uzticamu, sakārtotu baitu plūsmas piegādi no programmas vienā datorā uz citu programmu citā datorā. TCP tiek izmantots lietojumprogrammās, kurās ir nepieciešama uzticama pārsūtīšana (e-pasts, WWW, failu pārsūtīšana (FTP), ...).
• UDP (lietotāja datagrammu protokols) izmanto vienkāršu pārraides modeli bez netiešiem dialogiem, lai nodrošinātu uzticamību, sakārtošanu vai datu integritāti. UDP tiek izmantots lietojumprogrammās, kurās ir nepieciešams mazāks aizkavēšanās laiks nekā uzticamība (video straumēšana, VOIP, tiešsaistes spēles u. c.).

5-7 slāņi

Vienkāršotos tīkla modeļos tā galvenais mērķis ir mijiedarboties ar lietojumprogrammām, vajadzības gadījumā šifrējot un izveidojot īpašus savienojumus.

Analogā modulācija: AM - amplitūdaFM - frekvence


Digitālā modulācija: 16-QAM ar konstelācijas punktu piemēriem.

Tīkla noteikumi

Kavēšanās laiks

Aizkavēšanās, ko nepareizi sauc par ping, ir vērtība, ar kuru mēra, cik ilgā laikā paketes nokļūst līdz galamērķim. To mēra milisekundēs (ms). Instrumentu, ar ko mēra latentumu, sauc par ping, parasti izmantojot īpašas ICMP paketes, kas ir mazākas par standarta datu paketēm, tāpēc tās neapgrūtina tīklu ar savu klātbūtni.

• Tūlītēja latence tiek mērīta ik pēc X sekundēm un nekavējoties tiek parādīta. Tās vērtība nepārtraukti mainās pakešu pārslēgšanas tīkla tehnoloģijas dabisko īpašību dēļ. Lieli latentuma maksimumi negatīvi ietekmē lielāko daļu tīkla lietojumprogrammu, kuras var pielāgoties vidējam latentumam, piešķirot atbilstoša lieluma atmiņu kā buferi. Lieli latentuma maksimumi noved pie šīs buferizētavas iztukšošanās un lietojumprogrammu īslaicīgas apstāšanās. Šādu sastingšanu parasti sauc par kavēšanos.
• Vidējais kavējums ir tūlītējo kavējumu summa, kas mērīta Y reižu ik pēc X sekundēm, dalīta ar Y. Vidējo kavējumu izmanto, lai novērtētu bufera lielumu, galvenokārt tāpēc, ka tas nemainās tik bieži. Buferis ļauj dažām lietojumprogrammām, piemēram, video straumēm, netraucēti darboties pat ar augstu vidējo latentumu, taču tas nevar pasargāt no augstiem latentuma maksimumiem.

Jauda (joslas platums)

Jauda ir tīkla datu pārsūtīšanas jaudas mērvienība, un to mēra bitos sekundē (b/s vai b/s), mūsdienās parasti Mbps vai Mb/s. Tas parāda, cik daudz datu vienību tiek pārsūtītas katru sekundi. Pašlaik vidējais joslas platums ir daudz lielāks, nekā nepieciešams, un vairumā gadījumu tas nav ierobežojošs faktors.

• Augšvads ir tas, cik liels joslas platums tiek izmantots datu pārsūtīšanai no lietotāja uz serveri (parasti mazāks galalietotājiem).
• Lejupsaite ir tas, cik liels joslas platums tiek izmantots datu pārsūtīšanai no servera uz lietotāju (parasti lielāks galalietotājiem).

Raidījums

Raidījums ir īpaša pārraide, kas nav paredzēta vienai ierīcei, bet ir adresēta visām ierīcēm konkrētā tīklā. To galvenokārt izmanto, lai DHCP serveris automātiski piešķirtu IP adreses ierīcēm un izveidotu ARP tabulu, kas kartē tīklu un paātrina datu plūsmu.

ADSL frekvenču plāns. Upstream + downstream = tīkla joslas platums