Datanettverk

Et datanettverk , innen informasjonsteknologi og telekommunikasjon , er en type pakkesvitsjet telekommunikasjonsnettverk karakterisert ved et sett med maskinvareenheter med passende svitsjprogramvare , dvs. svitsjenoder koblet til hverandre via spesifikke kommunikasjonskanaler kommunikasjon ( lenke ), som f.eks. å tilby en kommunikasjonstjeneste som tillater utveksling og deling av data og kommunikasjon mellom flere brukere eller distribuerte enheter eller terminaler ( verter ): dataene overføres og overføres i form av datapakker (PDU, Protocol Data Unit ), bestående av en header (som inneholder dataene for levering av meldingen) og en body (som inneholder meldingens brødtekst), alle styrt av presise nettverksprotokoller .

Beskrivelse

Nettverket gir en dataoverføringstjeneste, gjennom felles overførings- og mottaksfunksjoner , til en populasjon av brukere fordelt over et mer eller mindre stort område. Eksempler på datanettverk er LAN , WLAN , WAN og GAN hvis globale sammenkobling gir liv til Internett .

Datanettverk genererer svært impulsiv eller pakkebasert og asynkron trafikk , i motsetning til det synkrone telefonnettverket , og for dette har de gitt opphav til og bruker pakkesvitsjeteknologi , snarere enn kretssvitsjing som for tradisjonelle telefonlinjer. Født som private datanettverk mellom forsvarstjenester og universiteter, siden 2000-tallet har internettnettverk spredt seg til nettverk integrert i telefonnetttjenester , med bruk av ISDN , med ADSL -teknologi og for tiden gjennom optisk fiber og mobiltelefoni med 4G LTE .

Verter, svitsjnoder og koblinger

Vertsnettverksterminalenhet ( klient og server )
Bytt node - ruter ( lag 3) eller bryter (lag 2)
Lenker eller koblinger mellom noder eller mellom verter og noder
Nettverksgrensesnitt eller kort på verter og noder

Fordeler og problemer med et Internett-nettverk

Konstruksjonen av de første nettverkene dateres tilbake til 1969 da den første IMP (Interface Message Processor)-noden til ARPANET ble opprettet ved UCLA. Nettverksteknologi og dens påfølgende spredning rundt i verden har tillatt revolusjonerende utviklinger i organiseringen av dataressurser og i distribusjonen av data og ressurser rundt om i verden takket være oseaniske fiberoptiske ryggrader.

Minst fire styrker til et distribuert datanettverk kan angis med hensyn til konsentrasjonen av alt på en enkelt enhet og på et enkelt sted:

feiltoleranse : takket være dataredundans blokkerer ikke en maskinfeil hele nettverket, og det er mulig å erstatte den defekte datamaskinen enkelt og på kort tid (komponenter er billige og et selskap har råd til å beholde reservedeler på lager);
rimelig : som nevnt ovenfor koster maskinvare og programvare mindre enn for en enkelt stormaskin;
gradvis vekst og fleksibilitet ( skalerbarhet ) : å legge til nye noder og terminaler til et eksisterende nettverk og utvide det er enkelt og rimelig;
enkel tilgang til data : uansett hvor du er i verden, er dataene som er lagret på systemer koblet til internett alltid tilgjengelig og tilgjengelig med svært korte gjennomsnittlige ventetider.

Imidlertid viser ett nettverk noen svakheter:

dårlig sikkerhet : en angriper kan ha lettere tilgang til et datanettverk: når et virus infiserer et nettverkssystem sprer det seg raskt til andre, kan oppgaven med å identifisere og fjerne trusselen være lang og vanskelig;
høye konstruksjons- og vedlikeholdskostnader : å lage en nettverksinfrastruktur er svært komplisert og dyrt da det krever mye arbeid, deponering av kabler, bygging av sentralbord og koblingssentraler;
datatyveri: hvis dataene ikke er kryptert, kan de bli stjålet av alle som avskjærer dem på tilkoblingen (sniffing);
etterligning: uten autentiseringsfaktorer kan enhver bruker på nettverket utgi seg for å være noen andre.

Typer nettverk

Det er et stort utvalg av nettverksteknologier og organisasjonsmodeller, som kan klassifiseres i henhold til forskjellige aspekter:

Klassifisering basert på geografisk utvidelse

Avhengig av den geografiske utvidelsen, skilles forskjellige typer nettverk:

vi snakker om et lokalt nettverk eller LAN ( Local Area Network ) hvis nettverket strekker seg inne i en bygning eller et område, med en utvidelse i størrelsesorden hundre meter [1] .
vi snakker om et universitetsnettverk eller CAN ( Campus Area Network ), som betyr det interne nettverket til en universitetscampus, eller i alle fall et sett med tilstøtende bygninger, typisk atskilt av land som eies av samme institusjon, som kan kobles til deres egne. kabler uten å benytte tjenestene til teleoperatører. Denne betingelsen letter etableringen av et høyytelses- og rimelig sammenkoblingsnettverk.
vi snakker om et storbynettverk eller MAN ( Metropolitan Area Network ) hvis nettverket strekker seg innenfor en by.
vi snakker om et geografisk nettverk eller WAN ( Wide Area Network ) hvis nettverket dekker et veldig stort geografisk område og som eksisterer i tidligere nettverk.
vi snakker om et globalt nettverk eller GAN ( Global Area Network ) hvis nettverket kobler sammen datamaskiner plassert over hele verden, selv via satellitt.

Klassifisering basert på overføringskanal

Lokale nettverk

Lokale nettverk ( Local Area Network eller LAN) opprettes typisk ved hjelp av et strukturert kablingssystem med UTP -kabler i kategori 5 eller høyere, som betjener ett eller flere bygg som typisk brukes av samme organisasjonsenhet, som bygger og administrerer sitt eget nettverk, evt. samarbeid med spesialiserte selskaper. I mange tilfeller kompletteres eller erstattes kablingen av en trådløs dekning. LAN er hovedsakelig laget med ethernet- teknologi som støtter hastigheter på 1 Gbit/s eller til og med 10 Gbit/s, på kobberkabler med tilstrekkelige egenskaper (CAT5 eller høyere), eller på optisk fiber.

Offentlige nettverk

De offentlige nettene forvaltes av aktører i sektoren og tilbyr teletjenester til enkeltpersoner og bedrifter i en markedslogikk. For å tilby tjenester til publikum er det nødvendig med en distribusjonsinfrastruktur som når hele befolkningen.

Av historiske grunner er flere offentlige nettverk basert på tvunnet par (også kalt POTS , Plain Old Telephone System ). Denne teknologien ble designet for å støtte den analoge telefonitjenesten, men gitt dens utbredelse og de høye investeringene som var nødvendig for å erstatte den, har den blitt tilpasset transport av data ved hjelp av forskjellige teknologier, til dags dato har den nesten blitt erstattet av optisk fiber. :

modemer for å kode digitale signaler over vanlige analoge telefonlinjer. Fordelen med denne teknologien er at den ikke krever endringer i det eksisterende distribusjonsnettet da den bruker den eksisterende telefonlinjen og overfører data med en frekvens høyere enn telefonbåndet som når 4KHz. To modemer kreves i hver ende av en aktiv telefonforbindelse for å opprette en forbindelse. Hastigheten er begrenset til omtrent 56 Kbit/s, med bruk av klient- og servermodemer som støtter V92 -versjonen av modemkommunikasjonsprotokollene. Denne protokollen inneholder komprimeringsfunksjoner til den overførte bitstrømmen, så den faktiske hastigheten avhenger av komprimeringsfaktoren til de overførte dataene.
ISDN - nettverk ( Integrated Services Digital Network ) ved å overføre data og tale over to telefonkanaler i digital teknologi. Ved hjelp av egnede adaptere kan digitale data sendes direkte. ISDN-teknologien, når den brukes til dataoverføring, når en maksimal hastighet på 128 Kbit/s, uten komprimering, ved å bruke i praksis to oppringte forbindelser parallelt, kun mulig med visse leverandører. Hastigheten på en enkelt kanal er i stedet begrenset til 64 Kbit/s. Det vil være en tredje kanal som brukes for signalet, men ikke for kommunikasjon med en kapasitet på 16 Kbit/s (den brukes aldri til data).

Ved hjelp av analoge eller ISDN-modemer er det mulig å etablere en direkte dataforbindelse mellom to vilkårlige abonnenter på henholdsvis telefonnettet eller ISDN.

ADSL -teknologi ( Asymmetric Digital Subscriber Line ) bruker en del av overføringsbåndet som er tilgjengelig på tvunnet par fra brukerens kontor til nærmeste telefonsentral for å sende digitale data. Det er nødvendig å installere nytt koblingsutstyr i telefonsentraler, kalt DSLAM , og bruk av filtre i innenlandske telefonsystemer for å skille frekvensene som brukes til dataoverføring fra de for talekommunikasjon. Deres spredning over hele territoriet er begrenset av kostnader, noe som gjør det praktisk bare i de mer utviklede områdene. Mens du er tilkoblet via ADSL, kan du fortsette å bruke telefonen, siden tale- og datafrekvensene ikke overlapper hverandre. Denne teknologien kalles også asymmetrisk siden nedlastings- og opplastingshastighetene ikke er de samme: i Italia er de typisk lik 4 Mbit/s i nedlasting og 512 Kbit/s i opplasting, men for enkelte abonnementer kan nedlastingshastigheten nå 12 Mbit/ s eller til og med 20 Mbit/s, ved bruk av banebrytende teknologier som ADSL2+ og fiberoptiske distribusjonsnettverk av høy kvalitet. Kobberparet har ulempen ved å dempe signalene, og tillater ikke drift av denne teknologien for avstander større enn ca. 5 km. I noen tilfeller er det også mulig å redusere maksimal avstand ytterligere på grunn av ekstern interferens som øker sannsynligheten for feil. En annen viktig begrensning er "intern" interferens, som oppstår når mange telefonbrukere på samme distribusjonskabel bruker ADSL-tjenesten. Dette betyr at ADSL-tjenesten ikke kan aktiveres på mer enn ca. 50 % av linjene i en distribusjonskabel.
den optiske fiberen brukes for tiden i flere FTTx -varianter : den kan gå opp til kabinettet eller til og med hjemme, den har dataoverføringshastigheter på opptil 1 Gbit/s for hjemmebrukere. [2]

Transportnettverk

Enda større kapasiteter kreves for å frakte aggregert trafikk mellom en teleoperatørs sentraler gjennom det som vanligvis kalles transportnettet . Med dyrere teknologier, vanligvis brukt av leverandører, nås hastigheter på 40 Gbit/s for en enkelt optisk fiber. På en enkelt fiber er det da mulig å sende flere signaler gjennom en multipleksingsteknikk kalt (Dense) Wavelength Division Multiplexing ((D) WDM), eller Wavelength Multiplexing, som sender forskjellige optiske signaler ved forskjellige bølgelengder (i sjargong, farger ). Antall uavhengige transportable signaler varierer fra 4 eller 16 av de relativt rimelige (grove) WDM-systemene til hundrevis av de mest avanserte DWDM-systemene. I USA kobler Internet2 - prosjektet , der NASA , forsvar og amerikanske universiteter samarbeider , allerede mange campus med en hastighet på 2 Gigabit/s (også tilgjengelig for studenter), med TCP/IP -forbedringer for å kunne utnytte høy overføringshastighet.

Fysisk arkitektur

Et internettnettverk er delt og administrert av forskjellige ISPer (telefonselskaper) på forskjellige nivåer, da denne inndelingen er økonomisk mer fordelaktig:

Første-nivå (eller globale) ISP-er som kontrollerer kjernen av nettverket og er direkte koblet til samme-nivå ISP-er, deretter kobler ISP-ene på lavere nivå til dem;
Regionale Internett-leverandører fungerer som en mellommann mellom Internett-leverandører på første nivå og de som har tilgang;
Få tilgang til (eller lokale) Internett-leverandører, alle mindreårige brukere kobler til dem.

Nettverkstopologi

Nettverkstopologien er den geometriske modellen ( graf ) som tar sikte på å representere forbindelsene for tilkobling , fysisk eller logisk, mellom elementene som utgjør selve nettverket (også kalt noder ) . Konseptet med topologi gjelder for alle typer telekommunikasjonsnettverk : telefon , datanettverk, Internett .

Nettverksseksjoner

I hvert stort nettverk (WAN) kan en aksessseksjon identifiseres som gir liv til aksessnettet , og en transportseksjon som gir liv til transportnettet .

Tilgangsdelen har som formål å gi brukeren tilgang til nettverket, og representerer derfor vanligvis et sete med udelte ressurser (Tenk på kommersielle ADSL-forbindelser: Den delen av kabelen som kobler oss til kontrollpanelet er en tvunnet partelefon , brukt utelukkende av abonnenten). Tilgangsdelen inkluderer også alle de verktøyene som er egnet for å gi tilgang til nettverket. Så vi kan skille mellom ulike typer tilgang: "Bolig" (Classic 56 Kbit/s-linje, ISDN / ADSL-linje), "Business" (Bedriftens lokale nettverk og Gateway eller Proxy som tillater tilgang til utsiden), " Mobil "(tenk for eksempel GSM, som tillater tilgang basert på et radiofrekvensnettverk med "mobildekning" eller "trådløst".

Transportseksjonen er den som har som oppgave å overføre informasjon mellom ulike aksessnoder, ved bruk av transittnoder om nødvendig. Det er derfor sete for delte ressurser for både datatransport og behandling. Fra et strukturelt synspunkt bygges et transportnett nesten utelukkende gjennom optiske fibre (f.eks . Backbone ).

Maskinvarekomponenter

Hovedmaskinvarekomponenter også kjent som nettverksenheter : [3]

Programvarekomponentene i et nettverk kalles nettverksprotokoller . Du finner en liste her .

Vanligvis, i sjargongen til nettverksdesignere, refererer begrepet nettverksutstyr til infrastrukturenhetene som støtter servere og kabling, som anses som essensielle. I nettverk som støtter komplekse domener , er utstyrstypene som brukes enda flere.

Overføringsteknologier

Logisk arkitektur

Klient-server-arkitektur

Datanettverk er ofte organisert under en klient-server- arkitektur der klienten instansierer en tjenesteforespørsel til serveren for å dra nytte av delte ressurser mellom alle brukere av nettverket. Klienter kan bare sende forespørsler til servere og servere kommuniserer kun med hverandre og svarer på klienter. [4]

Et domene er et klient-server-arkitekturnettverk med spesifikke logiske egenskaper og verktøy.

Et datanettverk er strukturert på et logisk-funksjonelt nivå i en typisk nettverksarkitektur, dvs. med en protokollstabel for å utføre alle nettverksfunksjonene. De ulike protokollene brukes til å administrere spesifikke funksjoner i nettverket på dets ulike nivåer slik at alt fungerer som det skal. Dette tjener til å tillate korrekt kommunikasjon mellom enheter som til og med er svært forskjellige fra hverandre.
Nettverket er delt inn i 5 nivåer (fra høyeste til laveste): [5]

nivå 5: applikasjon , applikasjonsnivåprotokollene er distribuert på flere perifere systemer og lar applikasjonene som finnes på disse systemene kommunisere med hverandre ved å utveksle meldinger;

lag 4: transport , implementerer protokollene som omhandler overføring av meldingen og deres fragmentering til pakker. Hovedprotokollene er TCP og UDP;

nivå 3: nettverk , den implementerer IP-protokollen som omhandler ruting og videresending av datagrammer (eller pakker) fra en vert til en annen gjennom spesielle rutingalgoritmer;

nivå 2: linje (eller tilkobling) , tjenestene som tilbys av dette nivået avhenger av den spesifikke protokollen som brukes og overføringsteknologien til nettverket;

nivå 1: fysisk , det omhandler sending og lesing av enkeltbitene i rammene.

TCP -tjenesten (nivå 4, transport) er av den forbindelsesorienterte typen ( det opprettes en forbindelse mellom avsender og mottaker før man fortsetter med dataoverføring). Gir kontroll over overbelastning av nettverket ved å justere mengden data som overføres øyeblikkelig for øyeblikk for å forhindre overbelastning av nettverket. Med flytkontroll sender senderen så mye data som mottakeren kan motta. Feilsjekk, ved feil eller tap av data overføres sistnevnte på nytt. [6]

UDP -tjenesten ( nivå 4, transport) er av typen tilkoblingsløs (sender dataene uten å ha opprettet forbindelse med mottakeren). Denne tjenesten er ikke pålitelig da den ikke gir garantier angående korrekt og effektiv levering av meldinger (kalt datagrammer), den utfører ingen form for flyt- og overbelastningskontroll. [7]

IP (lag 3, nettverk) omhandler pakkemultipleksing, det vil si å skrive og lese IP-adressene til avsender og mottaker. Overføringssystemet er best-innsats, det vil si at det gjør alt for å sikre at pakkene når destinasjonen, men tilbyr ingen form for garanti og feilkontroll, det sjekker bare at adressene ikke er skadet. TTL (Time To Live) er også implementert, det vil si levetiden til pakken uttrykt i det maksimale antallet rutere som pakken kan gå gjennom før den kastes. [8]

Rutere og brytere

Rutere er grunnleggende enheter i nettverket som tillater tilkobling av flere verter mellom dem og mellom forskjellige nettverk. En ruter har flere nettverksgrensesnitt, til og med forskjellige fra hverandre, og er implementert opp til lag 3, som er transportlaget. Dette nettverksapparatet (eller noden) gjennom ruting lar to noder, ikke direkte koblet, kommunisere med hverandre gjennom samarbeid med andre noder. Den bruker en rutingtabell og relaterte algoritmer for å bestemme den ideelle banen for videresending av pakker. For å utføre pakkevideresending har ruteren flere buffere (inngang og utgang) der data lagres midlertidig. Destinasjonen til pakken leses fra den innkommende porten, ruterprosessoren bestemmer utgående port via rutetabellen, pakken overføres fra den innkommende bufferen til den utgående bufferen som skal overføres.

Peer-to-Peer-arkitektur

I denne arkitekturen har alle enheter koblet til nettverket de samme egenskapene, alle kan sende og motta data ved å kommunisere med andre likemenn. Det er en server som holder en oppdatert liste over alle tilkoblede datamaskiner, slik at den som kobler til umiddelbart kan begynne å kommunisere med naboer. En spesiell policy vedtatt av dette systemet er å laste ned de mest sjeldne dataene først og deretter fortsette å laste ned de lettest tilgjengelige dataene. [9]

Nettverkssimulatorer

Det er flere nettverkssimulatorer tilgjengelig på nettverket eller programmer som lar deg definere nettverksdiagrammet med de forskjellige nettverksenhetene sammenflettet med hverandre av nettverkstilkoblinger, konfigurerbare og testbare (f.eks . CISCO - simulatorer , Juniper , spesifikke Linux-distribusjoner (f.eks. Netkit , GNS3 osv.).

Merknader

^ Andrew S. Tanenbaum., Datanettverk. , Pearson India, 2013, ISBN 933257622X , OCLC 1002631571 . Hentet 10. august 2018 .
^ Kurose, James F., Capone, Antonio. og Gaito, Sabrina., Computer networks and the internet: a top-down approach , 7. ed, Pearson, 2017, s. 18, ISBN 9788891902542 , OCLC 1020163385 . Hentet 17. mai 2019 .
^ Kurose, James F., Capone, Antonio. og Gaito, Sabrina., Computer networks and the internet: a top-down approach , 7. ed, Pearson, 2017, s. 3, ISBN 9788891902542 , OCLC 1020163385 . Hentet 17. mai 2019 .
^ Kurose, James F., Capone, Antonio. og Gaito, Sabrina., Computer networks and the internet: a top-down approach , 7. ed, Pearson, 2017, s. 84, ISBN 9788891902542 , OCLC 1020163385 . Hentet 17. mai 2019 .
^ Kurose, James F., Capone, Antonio. og Gaito, Sabrina., Computer networks and the internet: a top-down approach , 7. ed, Pearson, 2017, s. 48, ISBN 9788891902542 , OCLC 1020163385 . Hentet 17. mai 2019 .
^ James F. Kurose , Datanettverk og Internett , s. 218, ISBN 9788891902542B .
^ James F. Kurose , Datanettverk og Internett , s. 187, ISBN 9788891902542B .
^ Datanettverk og Internett , s. 312, ISBN 9788891902542 B.
^ Kurose, James F., Capone, Antonio. og Gaito, Sabrina., Computer networks and the internet: a top-down approach , 7. ed, Pearson, 2017, s. 85, ISBN 9788891902542 , OCLC 1020163385 . Hentet 17. mai 2019 .