Šiame straipsnyje aptarsime, kokio standarto tinklo segmentas gali būti ilgiausias, apžvelgdami įvairias kompiuterinių tinklų technologijas ir topologijas. Taip pat panagrinėsime pagrindines kompiuterinių tinklų sąvokas, kurios padės suprasti, kaip veikia duomenų tinklai.
Pagrindinės tinklo topologijos: magistralės, žvaigždės ir žiedo
Įvadas į Kompiuterinius Tinklus
Jei jūs sujungiate du ar daugiau kompiuterių taip, kad jie galėtų komunikuoti vienas su kitu, jūs sukuriate duomenų tinklą. Šis teiginys yra teisingas, kai jūs kompiuterius sujungiate pasinaudodami kabeliu, bevielėmis technologijomis, tokiomis kaip infraraudonieji spinduliai ar radijo bangos, ar netgi modemais ir telefoninėmis linijomis. Technologija, kuri panaudojama sujungti kompiuterius tarpusavyje, nepriklausomai nuo to, kokios ji formos, yra vadinama tinklo terpe.
Plačiausiai paplitusi tinklo terpės forma yra variniai kabeliai, ir dėl šios priežasties terminas tinklo kabelis dažnai naudojamas bet kokios rūšies tinklo terpei apibūdinti. Kompiuteriai gali komunikuoti per tinklą daugeliu būdų ir tos komunikacijos yra panaudojamos įvairiems tikslams, tačiau didžioji dalis to, kas sudaro tinklų veikimo esmę, yra nesusiję su duomenų, perduodamų per tinklo terpę, prigimtimi. Tuo metu, kai siunčiančio kompiuterio sugeneruoti duomenys pasiekia kabelį ar kitą terpę, jie yra pakeičiami į tai terpei būdingus signalus.
Tai gali būti elektrinės įtampos varinio kabelio tinklo atveju, šviesos impulsai optinio pluošto atveju, arba infraraudonosios arba radijo bangos. Šie signalai suformuoja kodą, kurį tinklo sąsaja kiekviename priimančiame kompiuteryje konvertuoja atgal į dvejetainius duomenis, kuriuos gali suprasti kompiuteryje esanti programinė įranga. Tada kompiuteris paverčia dvejetainį kodą į informaciją, kuri gali būti panaudota įvairiais būdais.
Žinoma, šis procesas yra gerokai sudėtingesnis nei čia aprašyta, ir tam, kad elektroninis laiškas, kurį jūs ką tik parašėte savo mamai, būtų paverstas į elektrines įtampas, persiųstas per pusę šalies, ir po to atstatytas į tekstą jos kompiuteryje, reikia atlikti daugybę sudėtingų operacijų.
Kai kuriais atvejais tinklas susideda iš identiškų kompiuterių, dirbančių su ta pačia operacinės sistemos versija ir naudojančių visas tas pačias programas, kai tuo tarpu kiti tinklai susideda iš daugelio skirtingų kompiuterinių įtaisų, veikiančių su visiškai skirtinga programine įranga. Gali atrodyti, kad būtų lengviau komunikuoti identiškiems kompiuteriams, negu kad skirtingiems; dažniausiai šis teiginys yra teisingas. Tačiau nepriklausomai nuo to, kokio tipo kompiuteriai naudojami tinkle, bei kokia juose įdiegta programinė įranga, jie turi turėti bendrą kalbą tam, kad galėtų suprasti vienas kitą. Šios bendros kalbos yra vadinamos protokolais.
Kompiuteriai netgi paprasčiausio apsikeitimo tinklo duomenimis atveju naudoja daugybę protokolų. Lygiai taip pat, kaip du žmonės turi bendrauti bendra kalba, du kompiuteriai taip pat turi turėti vieną ar daugiau bendrų protokolų, kad galėtų apsikeisti duomenimis. Tinklo protokolas gali būti palyginti paprastas, arba ypač sudėtingas. Kai kuriais atvejais protokolas paprasčiausiai kodas - pavyzdžiui, elektrinių įtampų rinkinys, kuris apibrėžia dvejetainių duomenų bito reikšmę: 0 arba 1. Ši sąvoka yra lygiai ta pati kaip ir Morzės kodas, kuriame taškų ir brūkšnelių rinkiniai koduoja alfabeto raides.
Pagrindinės Tinklo Sąvokos
- Segmentavimas: Tai yra procesas, kurio metu ilgas duomenų srautas yra sudalinamas į pakankamai mažus segmentus, kad juos būtų galima perduoti tinkle paketų viduje.
- Srauto kontrolė: Šio proceso metu priimančioji sistema generuoja pranešimus, kurie instruktuoja siunčiančiąją sistemą, kad ji pagreitintų arba sulėtintų duomenų perdavimo spartą.
- Klaidų aptikimas: Tai yra specialių kodų įterpimas į paketą, kuriuos priimančioji sistema naudoja siekiant patikrinti, ar nebuvo pažeistas paketo turinys perdavimo metu.
- Klaidų taisymas: Tai yra procesas, kurio metu priimančioji sistema generuoja pranešimus, kurie informuoja siuntėją, kad tam tikri paketai buvo pažeisti, ir turi būti persiųsti pakartotinai.
- Duomenų suglaudinimas: Tai yra mechanizmas, skirtas sumažinti duomenų kiekį, kuris yra persiunčiamas per tinklą, eliminuojant pasikartojančią informaciją.
- Duomenų kodavimas: Tai yra mechanizmas, skirtas apsaugoti duomenims, kurie yra perduodami per tinklą. Duomenų kodavimui panaudojamas tam tikrą raktas, kuris priimančioje sistemoje yra žinomas iš anksto.
Daugeliu atveju protokolai remiasi viešais standartais, kuriuos sukuria nepriklausomi komitetai, o ne vienas gamintojas ar projektuotojas. Šie vieši standartai užtikrina, kad skirtingų tipų sistemos gali juos naudoti be jokių įsipareigojimų kokiai nors įmonei. Tačiau, vis dar yra keletas protokolų, kurie yra sukurti ir priklauso vienai firmai, ir niekada nebuvo viešai platinami.
Kalbant apie tinklus ypač svarbu yra prisiminti, kad kiekvienas tinkle esantis kompiuteris komunikacijų metu naudoja daugybę skirtingų protokolų. Skirtingų protokolų atliekamos funkcijos yra skirstomos į taip vadinamus sluoksnius, iš kurių yra sudarytas sistemų tarpusavio sąveikos (angl. Open Systems Interconnection - OSI) modelis.
Pavyzdžiui, skaitydami literatūrą arba straipsnius, galite aptikti Ethernet tinklų sąvoką. Ethernet yra protokolas, veikiantis šiuose tinkluose, bet tai nėra vienintelis protokolas, veikiantis šiuose tinkluose. Tačiau, Ethernet yra vienintelis protokolas, veikiantis tam tikrame viename lygmenyje (kuris vadinamas kanaliniu (angl. data-link) lygmeniu). Reikia turėti galvoje, kad kai kuriuose lygmenyse vienu metu gali veikti keli protokolai.
Įvairiuose OSI lygmenyse veikiantys protokolai yra dažnai vadinami protokolų steku, arba rinkiniu. Tinkle dirbančiame kompiuteryje protokolai veikia kartu tam, kad užtikrinti visas funkcijas, kurios yra reikalingos vienai ar kitai programai. Bendru atveju, protokolų užtikrinamos funkcijos nedubliuojamos. Pavyzdžiui, jeigu viename lygmenyje veikiantis protokolas atlieka tam tikrą funkciją, tai kituose lygmenyse esantys protokolai neatlieka tiksliai tos pačios funkcijos.
Gretimuose steko lygmenyse esantys protokolai atlieka vienas kitam reikalingas funkcijas, priklausomai nuo duomenų srauto krypties. Pagal 1.1 pav., perduodančioje sistemoje duomenys yra sukuriami programoje, esančioje protokolų steko viršuje, ir keliauja žemyn per atskirus lygmenis. Kiekvienas protokolas užtikrina funkcijas, reikalingas kitam protokolui, esančiam lygmenyje žemiau jo. Protokolų steko apačioje yra pati fizinė tinklo terpė, kuria duomenys perduodami iš vieno tinklo kompiuterio į kitą.
OSI modelis ir jo sluoksniai
Kai duomenys pasiekia savo paskirties vietą, priimantis kompiuteris atlieka tą pačią procedūrą, kaip ir siunčiantysis kompiuteris, tik atvirkštine kryptimi. Duomenys paduodami per lygmenis į priimančią programą, ir kiekvienas protokolas atlieka funkcijas, reikalingas aukščiau esančiam protokolui. Pavyzdžiui, jei trečiojo lygmens protokolas siunčiančiajame kompiuteryje yra atsakingas už duomenų kodavimą, tai priimančioje sistemoje tas pats protokolas trečiajame lygmenyje yra atsakingas už jų dekodavimą. Tokiu būdu skirtinguose lygmenyse esantys siunčiančiosios sistemos protokolai komunikuoja su atitinkamais protokolais, veikiančiais tuose pačiuose lygmenyse priimančiojoje sistemoje.
LAN Tinklai ir Jų Charakteristikos
LAN yra kompiuterių grupė, kurie yra išdėstyti palyginti mažame plote ir sujungti bendra terpe. Kiekvienas iš kompiuterių bei kitų komunikacinių įtaisų esančių tinkle yra vadinami tinklo mazgais (angl. node). LAN yra charakterizuojamas trejais pirminiais atributais: jo topologija, jo terpe, ir jo protokolais.
Topologija (angl. topology) - tai būdas (struktūra), kuriuo yra sujungti kompiuteriai. Esant magistralės (angl. bus) topologijai, kiekvienas kompiuteris su sekančiu yra sujungiamas tinklo kabeliu, taip suformuojant kompiuterių grandinę. Esant žvaigždės (angl. chain) topologijai, kiekvienas kompiuteris yra prijungtas prie centrinio mazgo, kuris paprastai gali būti koncentratorius (angl. hub) ar komutatorius (angl. switch). Žiedo (angl. ring) topologija iš esmės yra magistralinis tinklas, kurio abu galai yra sujungti vienas su kitu.
Remiantis anksčiau pateiktu apibrėžimu, tinklo terpė yra reali fizinė jungtis tarp tinklo kompiuterių. OSI modelio kanaliniame lygmenyje veikiantis protokolas, toks kaip Ethernet ar Tokian Ring, nulemia konkrečiame tinkle naudojamą topologiją ir terpę. Pavyzdžiui, Ethernet, palaiko kelias skirtingas topologijas bei fizines tinklo terpes.
Kai jūs pasirenkate LAN topologijos ir terpės kombinaciją, pavyzdžiui, neekranuotų vytų porų (angl. unshielded twisted pair - UTP) kabelį žvaigždės topologijoje, jūs turite (daugumoje atvejų) naudoti tą pačią topologiją ir terpę visiems tame LAN esantiems kompiuteriams. Yra tam tikra aparatūrą, kuri naudojama norint prijungti kompiuterius prie to paties LAN per skirtingą terpę, tačiau tai tinka tik giminingoms technologijoms. Negalima prijungti magistralinio Ethernet kompiuterio prie žvaigždės Ethernet kompiuterio taip, kad abi sistemos būtų to paties LAN dalis. Analogiškai, visi LAN kompiuteriai turi naudotis bendrais protokolais.
Pavyzdžiui, negalima prijungti Ethernet kompiuterio prie Token Ring kompiuterio tame pačiame LAN. Tas pats teiginys yra teisingas kituose OSI lygmenyse veikiantiems protokolams. Jei LAN esančios sistemos neturi bendrų protokolų kiekviename steko lygmenyje, komunikacijos tarp jų negalimos. Daugumoje atvejų LAN yra apribotas kambario, aukšto, ar pastato dydžiu.
Intertinklai ir WAN Jungtys
Norint išplėsti tinklą už šių ribų, galima sujungti kelis LAN vienas su kitu panaudojant prietaisus, vadinamus maršrutizatoriais (angl. routers). Tokiu būdu suformuojamas intertinklas (angl. internetwork), kuris iš esmės yra tinklas, sudarytas iš tinklų. Viename LAN esantis kompiuteris gali komunikuoti su sistemomis, esančiomis kitame tinkle, kadangi visi tinklai yra sujungti vienas su kitu. Tokiu metodu sujungiant LAN tinklus, galima suformuoti kokio tik reikia dydžio intertinklą.
Daugumoje literatūros šaltinių terminas tinklas yra naudojamas kalbant apie LAN, tačiau taip pat daugelis naudoja tą patį terminą kalbant apie intertinklus. Yra svarbu skirti intertinklą, kuris yra bet kuris LAN tinklų junginys, nuo Internet’o. Internet’as yra didžiausias ir pagrindinis intertinklo pavyzdys, tačiau ne kiekvienas intertinklas yra Internet’as.
Daugeliu atvejų intertinklas sudaromas iš LAN, esančių nutolusiose vietovėse. Norint sujungti nutolusius LAN, naudojama skirtingo tipo tinklo jungtis - WAN jungtis. WAN jungtys gali naudoti telefonines linijas, radijo bangas ar bet kurią kitą iš daugelio galimų technologijų. WAN jungtys paprastai yra taškas-taškas tipo (angl. point-to-point) jungtys, kas reiškia, jog jos gali sujungti tik dvi sistemas. Tai yra priešinga LAN tinklams, kurie gali sujungti daug sistemų.
WAN sujungimo pavyzdys būtų firma su dviejais ofisais skirtinguose miestuose, kiekvienas iš kurių turi savo atskirą LAN, ir tarpusavyje šie LAN yra sujungti skirtine telefonine linija (angl. leased line). Šio tipo WAN yra pateiktas 1.3 pav. Kiekvienas skirtinės linijos galas yra prijungtas prie maršrutizatoriaus, ir maršrutizatoriai prijungti prie atskirų LAN. Bet kuris kompiuteris bet kuriame LAN gali komunikuoti su bet kuriuo iš kitų kompiuterių kitame WAN kanalo gale, arba su kompiuteriais tame pačiame LAN.
Siaurajuosčiai ir Plačiajuosčiai Tinklai
Daugumoje atvejų LAN tinklai naudoja bendrą tinklo terpę. Kompiuterius jungiantis kabelis gali perduoti vienu metu vieną signalą, ir visos sistemos paeiliui perduoda savo signalus. Tokio tipo tinklas yra vadinamas siaurajuosčiu (angl. baseband) tinklu. Tam, kad daug kompiuterių galėtų vienu metu naudotis siaurajuosčiu tinklu, kiekvienos sistemos siunčiami duomenys yra suskaidomi į atskirus vienetus, vadinamus paketais (angl. packets).
Jeigu jūs turėtumėte galimybę patyrinėti, kokie signalai sklinda siaurajuosčiame tinkle, galėtumėte stebėti paketų seką, kurią generuoja įvairios sistemos, ir kurie taip pat yra skirti įvairioms sistemoms. Pavyzdžiui. kai jūsų kompiuteris perduoda elektroninio pašto pranešimą, jis gali būti suskaidytas į keletą paketų, ir kompiuteris perduoda kiekvieną paketą atskirai. Jei kitas tinklo kompiuteris taip pat nori perduoti duomenis, jis taip pat siųstų po vieną paketą vienu metu. Kai visi paketai, sudarantys vieną duomenų perdavimą, pasiekia jų paskirties vietą, priimantis kompiuteris surenka juos atgal ir atstato pradinį laišką. Tai yra paketų komutacijos (angl. packet-switching) pagrindu veikiančio tinklo esmė.
Paketinės komutacijos tinklo alternatyva yra grandininės komutacijos tinklas (angl. circuit-switching network), kuriame dvi norinčios komunikuoti sistemos prieš perduodant bet kokią informaciją sukuria juos jungiančiame tinkle kelią, kuris vadinamas grandine. Grandinė išlieka sudaryta visą laiką, kol keičiamasi duomenimis ir yra panaikinama tik tada, kai baigėsi dviejų sistemų komunikacijos. Tai yra nepraktiškas sprendimas tuo atveju, jei kompiuteriai yra siaurajuosčiame tinkle, kadangi grandine sujungtos dvi sistemos greičiausiai monopolizuotų tinklo terpė gal ilgiems laiko periodams, ir taip neleistų kitoms sistemoms sudaryti savas komunikacijas.
Grandininė komutacija labiau paplitusi tokiose terpėse kaip viešas komutuojamas telefoninis tinklas (angl. Public Switched Telephone Network - PSTN), kuriame jungtis tarp jūsų telefono ir to asmens, kuriam jūs skambinate, telefono, nenutraukiama viso pokalbio metu. Tam, kad grandinių komutacija taptu praktišku sprendimu, telefonijos kompanijos naudoja plačiajuosčius tinklus.
Plačiajuostis tinklas yra priešingybė siaurajuosčiam tinklui. Skirtumas yra tame, kad juo gali būti perduoti keli signalai vienu metu per tą patį kabelį. Vienas plačiajuostis tinklas, kuris gan dažnai pasitaiko realiame gyvenime, yra kabelinės televizijos tinklai. Kabelinė televizija panaudoja vieną kabelį, tačiau vienu metu perduoda dešimtis TV kanalų vienu metu ir dažnai tuo pačiu suteikia priėjimą prie Internet’o.
Tinklo Topologijos ir Segmentų Ilgiai
Skirtingos tinklo topologijos ir technologijos turi skirtingus apribojimus dėl segmentų ilgio. Štai keletas pavyzdžių:
- Ethernet 10Base2: Ši topologija pasižymi tuo, kad gali perduoti duomenis kabeliu 10 Mbps greičiu, o signalas gali būti perduotas 2 kart 100 metrų atstumu (realiai 185 m). Ši kompiuterinio tinklo topologija naudoja ploną koaksialinį kabelį, kurio maksimalus ilgis gali būti 185 m.
- Ethernet 10Base5: Kompiuterinio tinklo topologija pasižymi 10 Mbps duomenų perdavimo greičiu, ir kabelio ilgis gali būti neilgesnis negu 500 m. Šiai topologijai sudaryti naudojamas storas koaksialinis kabelis. Šios topologijos segmento ilgis gali būti iki 500 metrų ir panaudojus kitus įrenginius iki 2500 metrų ilgio.
- Ethernet 10BaseT: Kompiuterinio tinklo topologija galinti perduoti duomenis iki 10 Mbps, ir sujungimui naudoja neekranuotą vytą porą.
Pagrindiniai Ethernet kabelių tipai
Žemiau pateikiama lentelė, kurioje apibendrinami skirtingų Ethernet standartų segmentų ilgio apribojimai:
| Standartas | Duomenų perdavimo greitis | Kabelio tipas | Maksimalus segmento ilgis |
|---|---|---|---|
| 10Base2 | 10 Mbps | Plonas koaksialinis kabelis | 185 m |
| 10Base5 | 10 Mbps | Storas koaksialinis kabelis | 500 m (iki 2500 m su papildoma įranga) |
| 10BaseT | 10 Mbps | Neekranuota vyta pora (UTP) | 100 m |
Ši informacija padės jums planuojant ir įrengiant kompiuterinį tinklą, atsižvelgiant į segmentų ilgio apribojimus ir pasirinktą technologiją.