Kompiuterių tinklai (duomenų perdavimo tinklai)
Duomenų perdavimo tinklai – tai viena iš telekomunikacinių tinklų dalių, kuriame tarpusavyje sujungti autonominiai:
• kompiuteriai,
• mobilieji įrenginiai,
• balso ir vaizdo įrenginiai
• kiti skaitmeniniai duomenų perdavimo įrenginiai.
Duomenų perdavimo tinklais perduodami duomenys – tekstas, vaizdas, video, kalba.
Kompiuterių tinklo paskirtis – duomenų perdavimas. Kiekvienas įrenginys kompiuterių tinkle vadinamas mazgu. Mazgai gali būti kelių metrų ar kelių tūkstančių kilometrų
atstumu. Tinklu perduodamų duomenų visuma dažnai vadinama duomenų srautu.
Tinklų tipai
Kompiuterių tinklų dydis matuojamas pagal jų apimamą geografinį plotą. Priklausomai nuo ploto, tinklai skirstomi į:
– Lokalius/vietinius tinklus (LAN)
– Miesto tinklus (MAN)
– Globalius tinklus (WAN)
Lokalus tinklas LAN
Lokalūs (angl. Local Area Network, LAN) jungia netoliese, vienoje patalpoje, pastate, organizacijoje ir pan. esančius kompiuterius. LAN naudoja tik jiems vieniems sukurtą ryšio linijų sistemą.
Savybės
• Didelis duomenų perdavimo greitis
• Nedidelis mazgų kiekis (VGTU LAN ~3000 kompiuterių)
• Magistralinės, žvaigždės arba išplėstinės žvaigždės topologiją
• Pilnai valdomas įmonės tinklų administratoriaus.
Globalūs tinklai WAN
Globalūs tinklai (angl. wide area network, WAN) – tai tarpusavyje sujungti lokalūs tinklai. Globalūs tinklai apima skirtingus miestus ar valstybes. Globalieji tinklai naudoja bendro naudojimo ryšio linijas. Globalūs tinklai paprastai yra organizuoti mazgas – mazgas principu, o maršrutizavimas ir adresavimas juose yra kryptingas. Konstruojant globaliuosius tinklus ir norint sujungti juos į vieną visumą, naudojama visa eilė specialių tinklo įrenginių. Globaliųjų tinklų, kaip tarptinklinės struktūros, tai yra kompiuterių ir kompiuterinių tinklų sujungtų tarpusavyje visumos, negalima suformuoti naudojant vieną technologiją ir topologiją, čia naudojama mišri topologija.
Komunikacijų principas
Kompiuterių tinkluose duomenų perdavimui naudojamos analogiškos procedūros, kaip ir komunikuojant žmonėms t.y. siuntėjas ir gavėjas naudoja tą pačią:
• Kalbą (LT, LV, EN)
• Turinio kontekstą (literatūra, filosofija, mokslas)
• Formą (eiliuota, proza, apibrėžta sakinio struktūra)
• Komunikacijos metodą (gyvai, telefonu, laiškais)
• Komunikacijų greitį
• Perdavimo terpę (oras, vanduo)
Komunikacijoms vykdyti naudojamos taisyklės dar vadinamos protokolais
Tinklų sudedamosios dalys
Kompiuterių tinklus sudaro:
• Kompiuteriai ar kiti įrenginiai, besikeičiantys informacija ir atliekantys siuntėjo ir gavėjo vaidmenį
• Komunikaciniai įrenginiai (maršrutizatoriai, komutatoriai, AP)
• Fizinės duomenų perdavimo terpės (media)
• Duomenų paketai, keliaujantys tinkle
• Taisyklės, valdančios duomenų perdavimą ir nustatančios kaip pranešimai siunčiami, gaunami ir interpretuojami.
• Tinklo paslaugos.
Plečiamumas
Kompiuterių tinklas turi pasižymėti plečiamumo (scalability) savybe t.y. tinklas gali būti plečiamas prijungiant naujus įrenginius ar tinklo vartotojus, neįtakojant tinklo našumo ar paslaugų. Tai užtikrinama naudojant hierarchinę fizinę tinklo struktūrą ir loginę architektūrą.
Patikimumas
Kompiuterių tinklas turi milijonus vartotojų, juos sudaro milijonai tinklo įrenginių, todėl tinklo architektūra turi būti patikima.
Patikimumas – tai įrenginio, dirbančio nustatytu režimu ir nustatytomis darbo bei aptarnavimo sąlygomis, savybė nustatytą laiką atlikti savo funkcijas, išlaikant apibrėžtą funkcionalumą ir eksploatacines charakteristikas.
Norint apsisaugoti nuo gedimo padarinių taikomas pertekliškumo principas, kuris sako, kad sugedus sistemai ar jos komponentui, jo darbą turi perimti kitas (perteklinis) to pačio funkcionalumo komponentas. Tokiu būdu duomenų perdavimas nenutrūksta. Sugedus vienam tinklo įrenginiui, jo darbą ir funkcijas perima dubliuojantis įrenginys.
Prioritetas
Duomenų perdavimo tinkluose norėdami suteikti pirmenybę svarbesniems duomenims, naudojamas prioritizavimo principas. Suteikdami prioritetus duomenų srautams, galime realizuoti sutartą duomenų perdavimo paslaugos kokybę (QoS). Srautų prioretizavimas ypač aktualus kalbant apie garso ir vaizdo perdavimą.
Tinklo sauga
Tinklo saugai apibrėžti naudojamos sąvokos (CIA triad):
• Konfidencialumas (šifravimas) – taisyklės ribojančios prieigą prie informacijos
• Integralumas (pilnumas) – tai garantija, kad duomenys yra tikri ir patikimi
• Pasiekiamumas (autentifikacija) – informacija prieinama autorizuotiems vartotojams, o tinklo infrastruktūroje yra pertekliniai įrenginiai patikimumui užtikrinti.
Duomenų perdavimo tinklai turi būti saugūs. Tinklų sauga apima:
- Vartotojų autentifikaciją ir autorizaciją
- Apsaugą nuo įsilaužimų ir neteisėtos prieigos prie paslaugų ar duomenų
- Apsaugą nuo virusų ir kito kenksmingo programinio kodo
- Tinklo saugos politiką (nuostatus, taisykles, reikalavimus)
- Tinklo stebėjimą
- Fizinė tinklo saugą ( apsauga nuo gedimų fault tolerance)
Tinklų architektūros modeliai
Tinklo architektūra nusako tinklo įrenginių roles, atsakomybes ir funkcijas tinkle.
Tinklo architektūra pasirenkama pagal vartotojų skaičių, programų reikalavimus, techninės priežiūros kaštus, tinklo geografiją ir t.t.
Tinklo architektūros modeliai:
- Vieno rango (lygiarangiai, Peer-to-Peer )
- Klientas – serveris
- Hibridiniai
Vieno rango tinklas
Vieno rango tinklas – tai tinklas, kuriame visi įrenginiai yra funkciškai lygūs, o bendri tinklo resursai decentralizuoti.
Vieno rango tinklo savybės:
• Bendri failai saugomi decentralizuotai, o jų pateikimas – kiekvieno mazgo reikalas.
• Nedidelis tinklo naudotojų skaičius < 10
• Komunikacijos: mazgas – mazgas
• Naudojama nespecializuota OS
• Vartotojai dirba vienoje grupėje
• Nėra centralizuoto administravimo (įrenginio, valdančio visą tinklą)
• Kiekvienas vartotojas atsakingas už savo resursų valdymą
Klientas – serveris
Kompiuterių tinkle paslaugos (failų, e-pašto, IS ir t.t. ) yra pateikiamos kliento-serverio rėžime t.y. klientas siunčia užklausimą dėl reikalingos informacijos, o serveris atsiunčia klientui tai, ko prašo klientas.
Klientas – tai tinklo įrenginys, kuris suformuoja užklausą nuotolinei sistemai, o gavęs duomenis juos perduoda užklausą suformavusiai programai.
Serveris – tai tinklo įrenginys, kuris laukia kliento užklausų ir jas vykdo. Serveris gali aptarnauti keletą klientų vienu metu. Žodis “serveris” kilęs iš angl. „serve“.
Kliento – serverio tinklas
Kliento serverio tinklo savybės:
• Centralizuotas tinklo paslaugų teikimas:
– failų saugojimas,
– programos,
– duomenų bazės,
– tinklo valdymas
• Lengvai plečiamas tinklas
• Centralizuota tinklo vartotojų autorizacija ir valdymas
• Centralizuotas saugumo valdymas
Komutacija
Pagrindinė kompiuterių tinklų užduotis – nusiųsti siuntėjo pranešimą gavėjui. Pranešimas siunčiamas duomenų perdavimo terpe: kabeliais arba belaidžiu būdu.
Tinkluose egzistuoja daug vartotojų. Jiems turi būti suteikta galimybė susijungti su bet kuriuo kitu vartotoju duomenų perdavimui. Kiekvienas su kiekvienu tinklo topologija neįmanoma realizuoti dideliuose tinkluose, dėl didelio kabelių skaičiaus, todėl naudojami komutatoriai.
Komutacijos tipai
Komutacijos tipai:
• Grandinių komutacija (circuit switching)
• Paketų komutacija (packet switching)
• Pranešimų komutacija (message switching)
Paketas (packet) – tai suformuota duomenų aibė, perduodama duomenų tinklais.
Grandis (link) – tai tinklo segmentas tarp dviejų gretimų tinklo mazgų, kuriuo perduodami duomenys.
Kanalas (channel) – tai grandies pralaidumo dalis. Keletas kanalų sudaro grandį.
Grandinė (circuit) – tai kelias tarp dviejų tinklo mazgų. Grandinė suformuojama kanalų ir komutatorių pagalba.
Kanalų komutacija
Kanalų komutacija – tai toks dviejų mazgų sujungimo tipas, kai sukomutuojamas fizinis kanalas iš atskirų segmentų komutatorių pagalba. Komutatorių pagalba galime sudaryti kanalus tarp bet kurių tinklo mazgų.
Duomenų perdavimui naudojant kanalų komutacijos metodą, duomenys perduodami tik tuomet, kai sudaromas kanalas.
Kanalų komutacija pasiteisina, kai tinklais perduodamas pastovaus greičio duomenų srautas (balsas, vaizdas).
Kanalų komutacijos fazės:
• Pastovaus maršruto kanalų sukūrimas
• Duomenų perdavimas
• Atsijungimas, kanalo naikinimas
Privalumai
• Tinkami pastovaus greičio duomenų perdavimui
• Nedidelis perteklinės informacijos kiekis
• Greitas sujungimas
Trūkumai
• Esant netolygiam duomenų perdavimui, neišnaudojamas visas kanalo pralaidumas. Perduodant duomenis netolygumo koeficientas ~ 1 : 50.
Paketų komutacija
Paketų komutacija – tai toks duomenų perdavimo būdas, kai duomenys skaidomi į paketus (40 … 1500 baitai) ir perduodami tinklu gavėjui.
Kiekvienas paketas turi siuntėjo ir gavėjo adresą, paketo numerį ir tinkle keliauja savarankiškai.
Paketų komutatoriai, skaito paketų adresus ir persiunčia juos tinkama linkme gavėjui.
Paketų komutatoriai turi buferinę atmintį, skirtą paketų saugojimui, jei komutatorius laikinai negali persiųsti paketo.
Paketų maršrutai gali būti skirtingi, priklausomai nuo tinklo būsenos: apkrovimo, paketų eilės buferyje ir t.t.
Virtualūs kanalai
Virtualus kanalas – tai sukomutuotas fizinis kanalas, skirtas paketų perdavimui. Virtualus kanalas apibrėžia vienintelį kelią paketų perdavimui.
Kanalas formuojamas specialiu paketu, kuris siunčiamas tinklu (per komutatorius) gavėjui.
Maršrutizatoriai atsimena, kad nurodyto tipo paketai turi būti siunčiami fiksuotu maršrutu, priklausančiu virtualiam kanalui.
Paketai turi specialias žymes, rodančias priklausomybę konkrečiam virtualiam kanalui.
Maršrutizatoriai, atpažinę paketą, neanalizuoja paketo antraščių, o persiunčia juos tiesiai virtualiu kanalu. Taip mažinamas laikas, skirtas paketo persiuntimui.
Privalumas
• Virtualūs kanalai turi didelį privalumą perduodant didelius duomenų kiekius, nes mažas paketų užlaikymas maršrutizatoriuje, didina duomenų perdavimo greitį.
Trūkumas
• Sąlyginai ilgas virtualaus kanalo formavimo laikas lyginant su duomenų perdavimo laiku yra trūkumas perduodant mažus duomenų kiekius.