Tietokoneverkko
Tietokoneverkko on kahden tai useamman tietokoneen muodostama ryhmä, joka on yhdistetty toisiinsa. Verkkoja käytetään yleensä resurssien jakamiseen, tiedostojen vaihtoon tai viestintään muiden käyttäjien kanssa.
Verkko on joukko solmuja, jotka on yhdistetty tietoliikenneyhteyksillä. Solmu voi olla tietokone, tulostin tai mikä tahansa muu laite, joka pystyy lähettämään tai vastaanottamaan tietoja toisesta solmusta verkon kautta.
Jotta verkko toimisi oikein, tarvitaan usein myös muita laitteita. Tällaisia laitteita ovat esimerkiksi keskittimet ja kytkimet. Erilaisia verkkoja voidaan yhdistää toisiinsa reitittimellä. Yleensä kaapeleita käyttävien verkkojen yhteysnopeus on suurempi kuin langatonta tekniikkaa käyttävien verkkojen.
Lähiverkko (LAN) yhdistää lähellä toisiaan olevat tietokoneet. Lähiverkon rakentaminen on helpompaa kuin eri verkkojen yhdistäminen (laajakaistaverkolla). Suurin laajakaistaverkko on Internet.
Tietokoneet voivat olla osa useita eri verkkoja. Verkot voivat myös olla osia suuremmista verkoista. Pienyrityksen lähiverkko on yleensä liitetty suuremman yrityksen yritysverkkoon. Nämä yhteydet voivat mahdollistaa pääsyn Internetiin. Esimerkiksi kauppa voi käyttää sitä näyttääkseen tavaroita verkkosivustollaan verkkopalvelimen kautta tai muuttaakseen vastaanotetut tilaukset toimitusohjeiksi.
Verkkoon on liitettävä asianmukainen laitteisto. Tämä voi olla langallinen tai langaton. Yksinkertaiseen lähiverkkoon riittävät tietokoneet, tietovälineet ja oheislaitteet. WAN-verkot (laajaverkot) ja jotkin suuret LAN-verkot (lähiverkot) tarvitsevat lisälaitteita, kuten sillan, yhdyskäytävän tai reitittimen, erilaisten pienten tai suurten verkkojen yhdistämiseksi.
Verkko tarvitsee viestintäprotokollan. Microsoft Windows, Linux ja useimmat muut käyttöjärjestelmät käyttävät TCP/IP:tä. Applen Macintosh-tietokoneet käyttivät Appletalkia 1900-luvulla, mutta nykyään ne käyttävät TCP/IP:tä.
Tyypillinen kirjastoverkko, jossa on haarautuva puukartta ja valvottu pääsy resursseihin.
Verkkomallit
Verkkoviestintätekniikan toteuttaminen yhtenä laajana mallina olisi vaikeaa. Tämän vuoksi jaamme verkon eri osat pienempiin moduuleihin tai kerroksiin. Verkon standardimalli on kansainvälisen ISO-järjestön (International Organization Standard) asettama Open Systems Interconnection (OSI) -malli. Muitakin verkkomalleja on olemassa, vaikka ne kaikki on jaettu samanlaisiin kerroksiin. Kukin kerros käyttää alla olevan kerroksen tarjoamia palveluja ja tarjoaa samalla palveluja sen yläpuolella olevalle kerrokselle. Kukin kerros voi kommunikoida vain saman kerroksen kanssa kohdelaitteessa.
Esimerkki viestinnästä verkkomallissa
OSI-malli
OSI (Open Systems Interconnection) on ISO:n (International Organization for Standardization) määrittelemä 7-kerroksinen verkkomalli, joka on laajalti käytössä kaikkialla maailmassa. Seitsemän kerroksen mallin käsite on peräisin Charles Bachmanin työstä, Honeywell information Services. OSI-mallin eri näkökohdat kehittyivät ARPANET-, NPLNET-, EIN- ja CYCLADES-verkoista saatujen kokemusten sekä IFIP WG6.1:n työn perusteella.
| Tietoyksikkö | Kerros | Toiminto |
| Verkkoprosessi sovellukseen | ||
| Salaus, salauksen purku ja tietojen muuntaminen | ||
| Istunto | Sovellusten välisten istuntojen hallinta | |
| Segmentit | Liikenne | Päästä-päähän-yhteys ja luotettavuus |
| Paketit (datagrammeja) | Verkko | Reitin määrittäminen ja looginen osoitteistus |
| Kehys | Datayhteys | Fyysinen osoitteistus |
| Bit | Fyysinen | Signaalin ja binäärin siirto |
Kerros 1
Fyysinen kerros määrittelee laitteiden sähköiset ja fyysiset eritelmät. Se määrittää myös moduloidun ja peruskaistasiirron.
Peruskaista
Peruskaista on digitaalista dataa raakamuodossaan (1001 1101 1010 0011). Tämä mahdollistaa erittäin nopean ja luotettavan tiedonsiirron lyhyillä etäisyyksillä, mutta tiedonsiirtovälineillä on kuitenkin taipumus saada bitit häiritsemään toisiaan, ja peruskaistasiirron kantama on hyvin rajallinen. Tilanne huononee nopeuden kasvaessa. Peruskaistatekniikkaa käytetään usein lähiverkoissa.
- UTP-kaapeli - enintään 100 m 100 Mbit/s nopeudella ilman toistinta.
- Optinen kuitu - enintään 1 km 100 Mbit/s nopeudella ilman toistinta.
Tyypillinen tekniikka: Ethernet
Moduloitu lähetys
Televiestinnässä modulointi on prosessi, jossa viestisignaali, esimerkiksi digitaalinen bittivirta tai analoginen äänisignaali, siirretään toisen fyysisesti siirrettävän signaalin sisään. Laitetta, joka moduloi peruskaistasignaalin, kutsutaan modulaattoriksi, ja laitetta, joka demoduloi moduloidun signaalin takaisin peruskaistaksi, kutsutaan demodulaattoriksi. Nykyään modulaattori ja demodulaattori on integroitu yhdeksi laitteeksi, jota kutsutaan nimellä modeemi (modulaattori-demodulaattori). Käytetään usein WAN-, WLAN- ja WWAN-verkoissa.
Tyypillinen tekniikka: WI-FI, ADSL, kaapelitelevisioyhteys (CATV).
Kerros 2
Tiedonsiirtokerros tarjoaa toiminnalliset ja menettelylliset keinot siirtää tietoja verkkoyksiköiden välillä sekä havaita ja mahdollisesti korjata fyysisessä kerroksessa mahdollisesti esiintyvät virheet.
Kerros 3
Verkkokerros tarjoaa toiminnalliset ja menettelylliset välineet, joiden avulla voidaan siirtää vaihtelevan pituisia tietosekvenssejä yhdessä verkossa sijaitsevasta lähde-isännästä toisessa verkossa sijaitsevaan kohde-isäntään IP-osoitteen avulla.
IP-osoite
Internet-protokollaosoite (IP-osoite) on numeerinen tunniste, joka annetaan kullekin laitteelle (esim. tietokoneelle tai tulostimelle), joka osallistuu Internet-protokollaa viestintään käyttävään tietoverkkoon. Tällä hetkellä käytössä on kaksi versiota IPv4- ja IPv6-protokollasta.
- IPv4 käyttää 32-bittistä osoitteistusta, joka rajoittaa osoiteavaruuden 4294967296 (232) mahdolliseen yksilölliseen osoitteeseen.
Esimerkki: 255.255.255.255.0 tarkoittaa, että verkko-osoite on 192.168.0.0 ja laitteen osoite on 192.168.0.1.
- IPv6 käyttää 128-bittistä osoitteistusta, joka rajoittaa osoiteavaruuden 2128 mahdolliseen osoitteeseen. Sitä pidetään riittävänä lähitulevaisuudessa. Täydellinen IPv6-tuki on vielä toteutusvaiheessa.
Kerros 4
Kuljetuskerros mahdollistaa läpinäkyvän tiedonsiirron loppukäyttäjien välillä ja tarjoaa luotettavia tiedonsiirtopalveluja ylemmille kerroksille. Internet Protocol Suite -protokollapakettiin kuuluvat TCP (Transmission Control Protocol) ja UDP (User Datagram Protocol) luokitellaan yleisesti OSI:n neljännen kerroksen protokollaan.
- TCP (transmission control protocol) tarjoaa luotettavan, järjestetyn tavuvirran toimittamisen tietokoneen ohjelmasta toisen tietokoneen ohjelmaan. TCP:tä käytetään sovelluksissa, jotka vaativat ehdottomasti luotettavaa siirtoa (sähköposti, WWW, tiedostojen siirto (FTP), ...).
- UDP (user datagram protocol) käyttää yksinkertaista siirtomallia, jossa ei käytetä implisiittisiä kättelyvuoropuheluita luotettavuuden, järjestyksen tai tietojen eheyden varmistamiseksi. UDP:tä käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan lyhennettyä viivettä luotettavuuden sijaan (stream-videot, VOIP, verkkopelit jne.).
Kerrokset 5-7
Yksinkertaistetuissa verkkomalleissa se on yleensä yhdistetty yhdeksi kerrokseksi, ja sen päätehtävänä on olla vuorovaikutuksessa sovellusten kanssa, salata ja luoda tarvittaessa omia yhteyksiä.
Analoginen modulaatio: AM - amplitudiFM - taajuus
Digitaalinen modulaatio: 16-QAM ja esimerkkikonstellaatiopisteet.
Verkostoitumisen termit
Viive
Viive, jota kutsutaan virheellisesti pingiksi, on arvo, joka mittaa, kuinka paljon aikaa paketit tarvitsevat matkustaakseen määränpäähänsä. Se mitataan millisekunteina (ms). Viiveen mittaamiseen käytettävä työkalu on nimeltään ping, ja se käyttää yleensä erityisiä ICMP-paketteja, jotka ovat pienempiä kuin tavalliset datapaketit, joten ne eivät rasita verkkoa läsnäolollaan.
- Välitön viive mitataan X sekunnin välein ja näytetään välittömästi. Sen arvo muuttuu jatkuvasti pakettikytkentäisen verkkotekniikan luonnollisten ominaisuuksien vuoksi. Suurilla viivepiikeillä on kielteisiä vaikutuksia useimpiin verkkosovelluksiin, jotka voivat sopeutua keskimääräiseen viiveeseen varaamalla vastaavan kokoisen muistin puskuriksi. Suuret viivepiikit johtavat tämän puskurin tyhjenemiseen ja sovellusten tilapäiseen pysähtymiseen. Tätä jähmettymistä kutsutaan yleisesti viiveeksi.
- Keskimääräinen viive on Y kertaa X sekunnin välein mitattujen välittömien viiveiden summa jaettuna Y:llä. Keskimääräistä viivettä käytetään puskurin koon arvioimiseen pääasiassa siksi, että se ei muutu kovin usein. Puskurin ansiosta jotkin sovellukset, kuten stream-videot, toimivat sujuvasti myös suurella keskimääräisellä viiveellä, mutta se ei voi suojata meitä suurilta viivepiikeiltä.
Kapasiteetti (kaistanleveys)
Kapasiteetti on verkon siirtokapasiteetin mitta, ja se mitataan bitteinä sekunnissa (bps tai b/s), nykyisin yleisesti Mbps tai Mb/s. Se kertoo, kuinka monta datayksikköä siirretään sekunnissa. Tällä hetkellä keskimääräinen kaistanleveys on paljon suurempi kuin on tarpeen, eikä se useimmissa tapauksissa ole rajoittava tekijä.
- Uplink on se, kuinka paljon kaistanleveyttä käytetään tiedonsiirtoon käyttäjältä palvelimelle (yleensä pienempi loppukäyttäjien osalta).
- Downlink on se, kuinka paljon kaistanleveyttä käytetään tiedonsiirtoon palvelimelta käyttäjälle (loppukäyttäjillä yleensä enemmän).
Lähetys
Broadcast on erityinen lähetys, jota ei ole tarkoitettu yksittäiselle laitteelle, vaan se osoitetaan kaikille tietyn verkon laitteille. Sitä käytetään useimmiten siihen, että DHCP-palvelin antaa automaattisesti IP-osoitteita laitteille ja luo ARP-taulukon, joka kartoittaa verkkoa ja nopeuttaa liikennettä.
ADSL-taajuussuunnitelma. Ylävirta + alavirta = verkon kaistanleveys.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on tietokoneverkko?
V: Tietokoneverkko on kahden tai useamman tietokoneen ryhmä, jotka on yhdistetty toisiinsa resurssien jakamiseksi, tiedostojen vaihtamiseksi tai viestimiseksi muiden käyttäjien kanssa.
K: Mitä ovat verkon solmut?
V: Verkon solmut ovat laitteita, kuten tietokoneita, tulostimia ja muita laitteita, jotka pystyvät lähettämään ja vastaanottamaan tietoja solmusta toiseen.
K: Millaisia lisälaitteita tarvitaan, jotta verkot toimisivat oikein?
V: Verkot voivat tarvita lisälaitteita, kuten keskittimiä ja kytkimiä, jotta verkot toimisivat oikein.
K: Miten erityyppisiä verkkoja voidaan yhdistää toisiinsa?
V: Erilaisia verkkoja voidaan yhdistää toisiinsa reitittimen avulla.
K: Ovatko lähiverkot (LAN) helpompia rakentaa kuin laajaverkot (WAN)?
V: Kyllä, lähiverkon rakentaminen on yleensä helpompaa kuin eri verkkojen yhdistäminen WAN:lla.
K: Voivatko tietokoneet kuulua samanaikaisesti useaan eri verkkoon?
V: Kyllä, tietokoneet voivat olla samanaikaisesti osa useita eri verkkoja.
K: Minkälaista tiedonsiirtoprotokollaa useimmat käyttöjärjestelmät käyttävät?
V: Useimmat käyttöjärjestelmät käyttävät TCP/IP:tä viestintäprotokollana.
