Kas ir datortīkls? Definīcija, LAN, WAN, ierīces un protokoli
Kas ir datortīkls? Uzzini definīciju, LAN un WAN atšķirības, nepieciešamās tīkla ierīces un protokolus (TCP/IP) — skaidri, praktiski un saprotami.
Datoru tīkls ir divu vai vairāku datoru un citu ierīču grupa, kas ir savstarpēji savienota, lai koplietotu resursus, apmainītos ar failiem, izmantotu koplietotas ierīces (piem., printerus) vai sazinātos ar citiem lietotājiem. Tīkls sastāv no mezgliem (ierīcēm) un sakaru saitēm, pa kurām plūst informācija.
Kas ir mezgls un sakaru saite?
Tīkls ir mezglu kopums, kas savienots ar sakaru saitēm. Mezgls var būt dators, printeris, serveris vai jebkura cita ierīce, kas var nosūtīt vai saņemt datus no cita mezgla, izmantojot tīklu. Sakaru saites var būt vadu (piem., Ethernet kabeļi) vai bezvadu (piem., Wi‑Fi).
Tīkla veidi
Vietējais datortīkls (LAN) savieno ierīces, kas atrodas tuvu viena otrai — mājā, skolā vai birojā. LAN parasti nodrošina lielu datu pārraides ātrumu un zemu latentumu.
Platjoslas tīkli un lielāka mēroga savienojumi ietver WAN (Wide Area Network), kas savieno tīklus lielās attālumos, piemēram, starp pilsētām vai valstīm. Lielākais WAN piemērs ir internets.
Ir arī citi tīkli: metropolitan area networks (MAN), līmeņu (PAN) personālajiem tīkliem un speciāliem industriālajiem tīkliem. Datori var būt daļa no vairākiem dažādiem tīkliem vienlaikus, un mazs Vietējais tīkls var būt daļa no lielākas korporatīvās infrastruktūras.
Tīkla topoloģijas un savienojumu veidi
Bieži sastopamās topoloģijas: zvaigzne, buferīte (bus), aplis (ring) un koks (tree). Kabeļu savienojumi (piem., Ethernet) parasti nodrošina stabilāku un ātrāku savienojumu nekā bezvadu risinājumi, taču bezvadu tīkli sniedz mobilitāti un ērtumu.
Ierīces, kas nodrošina tīkla darbību
Lai tīkls darbotos pareizi, nepieciešamas dažādas ierīces. Galvenie piemēri:
- Hubi (centrmezgli) — vienkāršas ierīces, kas nosūta ienākošo signālu visiem portiem; mūsdienās tiek izmantoti reti.
- Komutatori (switch) — efektīvāk pārvalda trafiku, nosūtot datus tikai uz konkrēto ierīci tīklā; minēti arī kā komutatori.
- Maršrutētāji (router) — savieno dažādus tīklus, nosaka datu maršrutus un bieži nodrošina NAT (tīkla adrešu tulkošana) un ugunsmūra funkcijas; minēts kā maršrutētājs.
- Tilti (bridge) — savieno divus tīkla segmentus un var filtrēt trafiku; redzams kā tilts.
- Vārtejas (gateway) — darbojas kā pāreja starp dažādiem protokoliem vai tīklu tipiem; vārtejas piemēri.
- Serveri — nodrošina pakalpojumus (piem., tīmekļa serveris), datu glabāšanu vai autentifikāciju.
Savienojumi un tīklu hierarhija
Vietējais tīkls mazā uzņēmumā parasti ir savienots ar lielāka uzņēmuma korporatīvo tīklu, un šie savienojumi bieži nodrošina piekļuvi internetam. Piemēram, veikals var izmantot vietējo tīklu, lai parādītu preces savā tīmekļa vietnē un apstrādātu pasūtījumus, izmantojot tīmekļa serveri.
Tīkla programmatūra un protokoli
Katra tīkla darbībai nepieciešams kopīgs saziņas protokols — noteikumu kopa, kas nosaka, kā ierīces apmainās datiem. Visplašāk izmantotais protokolu komplekts ir TCP/IP, ko izmanto Microsoft Windows, Linux, mūsdienu Apple Macintosh (kuras agrāk izmantoja Appletalk) un daudzas citas sistēmas.
Biežāk sastopamie protokoli un to galvenā funkcija:
- Ethernet — vadu lokālā tīkla standarts fiziskajam slānim un datu enkapsulācijai.
- IEEE 802.11 (Wi‑Fi) — bezvadu tīklu standarts.
- IP (Internet Protocol) — adresēšana un maršrutēšana tīklā.
- TCP (Transmission Control Protocol) — uzticama savienojuma orientēta datu pārraide.
- UDP (User Datagram Protocol) — ātra, bet neuzticama datu pārraide, piemērota audio/video straumēm.
- HTTP/HTTPS — tīmekļa lapu piegādes protokoli.
- FTP/SFTP — failu pārsūtīšana.
- SMTP/IMAP/POP3 — e‑pasta nosūtīšana un saņemšana.
- DNS — domēna vārdu uz IP adrešu tulkošana.
- DHCP — automātiska IP adrešu piešķiršana tīkla ierīcēm.
- ICMP — diagnostikas ziņojumu protokols (piem., ping).
- SNMP — tīkla ierīču pārvaldība un monitorings.
Drošība un pārvaldība
Tīkla drošība ir būtiska: izmanto ugunsmurus, šifrēšanu (piem., HTTPS), VPN savienojumus attālinātai piekļuvei, piekļuves kontroles sarakstus (ACL) maršrutētājos un regulārus atjauninājumus ierīču programmatūrai. Tīkla monitorings un loģu analīze palīdz atklāt anomālijas un ātri reaģēt uz incidentiem.
Kā izveidot vienkāršu LAN
Vienkāršam mājas vai neliela biroja LAN nepieciešams:
- Interneta modems (ja jāsavieno ar internetu).
- Maršrutētājs ar iebūvētu switch un bezvadu piekļuves punktu, vai atsevišķs switch un access point.
- Datori un perifērijas ierīces (piem., printeris).
- Kabeļi (Ethernet) vai konfigurēts Wi‑Fi tīkls.
- Pareiza IP adrešu plānošana — statiskas adreses vai DHCP serveris.
Kopsavilkums
Datoru tīkls ir infrastruktūra, kas ļauj ierīcēm apmainīties ar datiem un koplietot resursus. Tīklu veido mezgli un savienojumi, tos pārvalda dažādas aparatūras ierīces (komutatori, maršrutētāji, tilti utt.) un protokoli (piem., TCP/IP, Ethernet, Wi‑Fi). Plānojot un uzturot tīklu, svarīgi ievērot drošības principus, izvēlēties atbilstošas ierīces un protokolus, kā arī regulāri veikt uzraudzību un atjaunināšanu.
Tipisks bibliotēkas tīkls, sazarotu koku karte un kontrolēta piekļuve resursiem
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
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir datortīkls?
A: Datortīkls ir divu vai vairāku datoru grupa, kas ir savstarpēji savienoti, lai kopīgi izmantotu resursus, apmainītos ar failiem vai sazinātos ar citiem lietotājiem.
J: Kas ir tīkla mezgli?
A: Tīkla mezgli ir ierīces, piemēram, datori, printeri un citas ierīces, kas spēj nosūtīt un saņemt datus no viena mezgla uz otru.
J: Kādas papildu ierīces var būt nepieciešamas, lai tīkli darbotos pareizi?
A: Lai tīkli darbotos pareizi, var būt vajadzīgas papildu ierīces, piemēram, centrmezgli un komutatori.
J: Kā var savienot dažādus tīklus?
A: Dažāda veida tīklus var savienot kopā ar maršrutētāju.
Vai vietējos datortīklus (LAN) ir vieglāk izveidot nekā globālos datortīklus (WAN)?
A: Jā, LAN parasti ir vieglāk izveidot nekā savienot dažādus tīklus ar WAN.
J: Vai datori var būt daļa no vairākiem dažādiem tīkliem vienlaicīgi?
A: Jā, datori var būt daļa no vairākiem dažādiem tīkliem vienlaicīgi.
J: Kāda veida saziņas protokolu izmanto vairums operētājsistēmu?
A.: Lielākā daļa operētājsistēmu izmanto TCP/IP sakaru protokolu.
Meklēt