Datortīkls

Ir ierosinājums sadalīt šo rakstu atsevišķos rakstos

Datortīkls jeb tīkls ir datu pārraides sistēma, kas savieno dažādās vietās esošus datorus. Tīklu veido aparatūra un programmatūra, kas nodrošina tīkla aparatūras funkcionēšanu.

Datortīklu nepieciešamība

Datortīklus ir ērti izmantot, ja nepieciešams darba izstrādē, vienlaicīga vairāku cilvēku iejaukšanās, piemēram, izstrādājot, datu bāzi, tabulas utt.. Organizācijas datņu apmaiņa var notikt ar diskešu, optisko disku un zibatmiņu veidā, taču tas ir neērti un laikietilpīgs process. Taču ja datori savstarpēji saslēgti tīklā, lietotāji var strādāt vienlaicīgi un tūlītējas pārmaiņas, ir arī datu bāzē redzamas pārējiem tīkla lietotājiem.

Datortīklus parasti veido arī ekonomisko apsvērumu dēļ, lai katram datoram nebūtu jāpievieno savs printeris, kopētājs. Tīkls ļauj koplietot dažādas perifērijas ierīces.

Iedalījums

Pēc lieluma

Pēc relatīvā attāluma starp tīkla mezgliem (nodes) datortīklus iedala:

• Lokālais tīkls
• Bezvadu lokālais tīkls
• Teritoriālais tīkls

Pēc tīkla topoloģijas

• Maģistrāles tīkls - šo lietoja koaksiālā kabeļa ethernet, mūsdienās šo plaši nelieto
• zvaigznes tipa tīkls - visplašāk lietotā datortīklu topoloģija
• gredzentīkls - šo lieto, tur, kur nepieciešama īpaši laba noturība pret bojājumiem

Pēc darbības veida

• klients-serveris
• vienādranga

Tīklu veidojošie fiziskie elementi

Datoru tīklā var izdalīt aktīvos un pasīvos elementus.

Aktīvie elementi saņem un noraida datu paketes, kā arī aktīvi piedalās datu apmaiņas procesā. Aktīvās iekārtas ir:

• tīkla adapteri, kas atrodas datorā un ir informācijas raidītāji un tās saņēmēji;
• centrmezgli(hub), komutatori(switch), tilti(bridge) un maršrutētāji(router), kas kalpo tam, lai no raidītāja informāciju nosūtītu adresātam.

Pasīvie komponenti ir kabeļi un to savienojumi, kas nodrošina, ka signāls no vienas aktīvās iekārtas nonāk citā. Bezvadu tīkliem kabeļi nav nepieciešami.

Datņu serveris

Failu serverim lokālajā tīklā parasti ir galvenā loma. Jo serverim ir pieslēgts vairāk darba staciju, jo tā jaudai vajadzētu būt lielākai. Galvenais servera uzdevums ir visu pieņemto pieprasījumu izsekošana, piekļūšanas vadība resursiem, maksimāli ātra šo resursu piedāvāšana klientiem.

Darba stacija

Atsevišķu darba staciju aprīkojums ir atkarīgs no servera iespējām un jaudas. Ja serverim ir piešķirta centrālā loma, darba stacijas var būt mazāk jaudīgas.

Tīkla karte

Datoru tīklam pieslēdz, izmantojot tīkla karti (adapteri). Izņēmums ir pseidotīkls. Tīkla karte var būt arī integrēta pamatplatē.

Parasti tīkla karte atbalsta vienu no lokālo tīklu arhitektūrām, piemēram, Ethernet, LocalTalk, Token Ring vai Arcnet. Pašlaik populārākā tīkla arhitektūra ir Ethernet.

Ethernet tīkla adapteri atbilst vienai vai vairākām Ethernet specifikācijām:

• 10Base-2 (10 Mb/s tievais koaksiālais kabelis) (novecojusi tehnoloģija);
• 10Base-5 (10 Mb/s resnais koaksiālais kabelis) (aizvēsturiska tehnoloģija);
• 10Base-T (10 Mb/s vītais pāris) (dažreiz lieto, jo centrmezgli ir lēti);
• 100Base-TX (100 Mb/s vītais pāris, 2 pāri) (izplatītākā tehnoloģija);
• 100Base-T4 (100 Mb/s vītais pāris, 4 pāri) (nekad nav bijis populārs);
• 100Base-FX (100 Mb/s optiskais kabelis) (lietots tikai lieliem attālumiem);
• 1000Base-T (1 Gb/s vītais pāris);
• 1000Base-SX (1 Gb/s optiskais kabelis).

Tīkla kartes izvēle ir atkarīga no izvēlētās tīkla topoloģijas un aparatūras. Tīkla datoriem parasti izmanto 10 vai 100 Mb/s tīkla kartes. Lai tīkls strādātu efektīvāk, serverim izvēlas jaudīgāku tīkla karti.

Kartes ārpusē atrodas kabeļu pieslēgvietas. Lai karti varētu izmantot dažāda tipa kabeļu tīkliem, vienai kartei var būt vairākas pieslēgvietas. Lai izmantotu atšķirīgu tipu kabeļus, nav nepieciešams veikt kādas programmu vai aparatūras uzstādījumu izmaiņas. Šādas tīkla kartes mūsdienās gan vairs nav izplatītas, tāpēc, ka tās nenodrošina 100MBit Ethernet.

Pēc savienojuma ar datora pamatplati(mātesplate), tīklakartes(tīkla saskarnes plate) iedala:

• ISA - sprauž ISA slotā(pieslēgvieta). Mūsdienās vairs nav izplatītas, jo mūsdienu datoriem (2007. gada marts) vairs nav ISA slotu.
• PCI - sprauž PCI slotā. Pagaidām izplatītākās atsevišķās tīklakartes. PCI maģistrāles caurlaidība ir mazāka kā 1000MBit tīkla caurlaidība, tas ierobežo šādu tīklakaršu iespējas.
  • PCI-express un PCI-X tīklakartes. Šīs maģistrāļu tehnoloģijas vēl nav plaši izplatītas (PCI-X gadījumā - nekad nav bijušas plaši izplatītas), toties maģistrāles caurlaidība ir lielāka, lielāka par 1000MBit tīkla caurlaidību.
• PCMCIA - sprauž PCMCIA slotā. Lieto portatīvajiem datoriem ar PCMCIA slotiem. PCMCIA maģistrāles caurlaidība ir salīdzināma ar ISA (vecajai versijai) vai PCI (jaunajai versijai (cardbus)) maģistrāļu caurlaidību.
  • Express card tīklakarte. Tīklakartes portatīvajiem datoriem. Maz izplatītas.
• USB - ārēja ierīce, kuru sprauž USB(Universal Serial Bus) portā. Šīs tīklakartes ir dārgas, tām ir mazāka caurlaidība kā PCI tīklakartēm, taču tās der jebkuram datoram, kam ir USB porti, un lai ieliktu šādu tīklakarti nav nepieciešamības taisīt vaļā datoru.
• Iebūvētās - tīklakarte, kas iebūvēta datora pamatplatē.

Kabeļi

Kabeļus izmanto, lai savā starpā savienotu datorus un citas tīkla komponentes (centrmezglus, tīkla printerus u. c.). Kabeļa izvēli nosaka vairāki faktori: cena, tīklā savienojamo datoru attālums, savienojamo datoru skaits, datu pārraides ātrums u. c. Pārsvarā izmanto trīs tipu kabeļus:

• koaksiālos (vēsturiska nozīme) - sastāv no centrālā vara vada un ārējā ekrāna, starp kuriem atrodas izolējošs materiāls;
• vītā pāra (izplatītākā tehnoloģija) - sastāv no diviem savstarpēji savītiem izolētiem vara vadiem;
• optiskos (lieto galvenokārt lieliem attālumiem) - sastāv no diviem vadiem, no kuriem katrs var pārraidīt datus tikai vienā virzienā. Gaismas stars optiskajā šķiedrā tiek raidīts ar lāzera vai gaismas diodes palīdzību.

Tīklu saslēguma veidi

Tīkla izveidošanu aparatūras līmenī noslēdz, savienojot visas tīkla komponentes ar kabeļiem atbilstoši izvēlētajai topoloģijai.

Tīkla kabeļu un savienojumu kontrolei uzstādīšanas laikā vai arī tad, ja radušās kādas problēmas, izmanto speciālas pārbaudīšanas ierīces — testerus.

Tehnoloģija apraksta tīkla elektriskos raksturlielumus, signālu veidus, savienotāju veidus, saskarnes darbību un visu pārējo, kas ir nepieciešams, lai notiktu datu pārraide. Vislielāko popularitāti ir guvušas četru veidu tehnoloģijas, kas atšķiras pēc piekļuves veida datu kanāliem:

• Ethernet;
• Token Ring;
• Arcnet (Attached Resource Computer Network);
• Fiber Distributed-Data Interface.

No šiem tīklu veidiem visizplatītākais ir Ethernet. Pirmo reizi Ethernet tīklu izveidoja firma Xerox 20. gadsimta 70. gados.

Tievā kabeļa Ethernet tīkls

Pēc vadu izvilkšanas to galos pievieno BNC savienotājus (connector). Ar to palīdzību kabeļus pievieno pie T tipa konektora, kura trešo kontaktu pievieno tīkla datora tīklakartei(tīkla saskarnes karte). Pēc visu savienojumu veikšanas izveidojas vienots kabeļu segments. Tā galos, atkarībā no kabeļa modeļa, jāpievieno terminatori ar 50 W vai 95 W pretestību. Viens no segmenta terminatoriem ir jāiezemē. Ja iezemēti tiks abi gali, kabeļu segments pārvērtīsies antenā un tīkls nedarbosies. Visplašāk lietotie šāda veida tīkli bija 10 MBit ethernet, 100 un 1000MBit tīkliem koaksiālos kabeļus nelieto.

Vītā pāra Ethernet

Vītā pāra Ethernet tīklā centrālā ierīce ir centrmezgls (hub). Katrs dators ar centrmezglu tiek savienots ar kabeļu segmentu. Katra segmenta garums nedrīkst pārsniegt 100 m. Kabeļa segmenta galos jāatrodas RJ-45 savienotājiem. Vienu kabeļa galu pievieno centrmezglam, bet otru — tīkla kartei. RJ-45 kontakti ir ļoti kompakti, tiem ir plastmasas korpuss ar 8 maziem kontaktlaukumiem.

Centrmezgls (hub)

Centrmezgls ir vītā pāra tīkla galvenā komponente, jo no tā ir atkarīgas tīkla darba spējas. Centrmezgli tiek ražoti dažādiem tīkla ātrumiem (10 Mb/s, 100 Mb/s vai 10/100 Mb/s) un ar dažādu portu (pieslēgvietu) skaitu. To daudzums nosaka centrmezglam pieslēdzamo datoru skaitu.

Centrmezglu novieto uz galda, piestiprina pie sienas vai ievieto speciālā statīvā.Centrmezglus var savā starpā apvienot, pieslēdzot vienu pie otra, iegūstot kaskādes struktūru. Šādus centrmezglus sauc par kaskadējamiem (stack-able). Veidojot ar tiem tīklu, jāuzmanās, lai neveidotos gredzena struktūra un ceļā no viena datora līdz otram neatrastos vairāk par četriem centrmezgliem. Daudziem centrmezgliem ir arī vietas koaksiālo kabeļu pievienošanai. Šādi kļūst iespējams apvienot vītā pāra segmentus ar koaksiālajiem segmentiem. Vienam centrmezglam var pieslēgt tikai viena veida koaksiālo kabeli. Mūsdienās centrmezglus lieto tikai specifiskām vajadzībām, jo tie nodrošina tikai 10MBit, visu trafiku, kas tiem iet cauri, var noklausīties, jebkurš lietotājs un neeksistē 1000MBit centrmezgli. Izšķir triju veidu: 1)pasīvie – darbojas kā fizisks savienojuma punkts, tam nav vajadzīga strāva; 2)aktīvie – reģenerē signālu, vajadzīga strāva; 3)inteliģentie – aktīvie centrlmezgli ar papildus diagnostikas iespējām.

Slēdzis(switch)

Slēdzis ir ierīce, kas spēj analizēt tīkla pakešu saturu un nosūtīt paketi tieši adresātam, nevis visām tīklā saslēgtajām stacijām, kā to dara koncentrators. Izmantojot slēdzi, ievērojami palielinās tīkla ražība. Vienkāršākos slēdžus mūsdienās lieto koncentratoru (hub) vietā.

Tilts (bridge)

Tilts sadala vienoto datu pārraides vidi daļās (loģiskajos segmentos) un pārsūta informāciju no viena segmenta uz citu tikai tad, ja tas ir nepieciešams. Tādējādi tilts izolē viena segmenta datu pārraides plūsmu no cita segmenta datu pārraides plūsmas. Tādējādi paaugstinot kopējo tīkla efektivitāti. Tilti nav izmantojami lielos tīklos.

Maršrutētājs (router)

Bieži vien lokālo tīklu nākas pieslēgt globālajiem tīkliem (piemēram, internetam) vai arī apvienot vairākus attālinātus lokālos tīklus, izmantojot globālos tīklus. Šim nolūkam izmanto maršrutētājus. Maršrutētājam parasti ir viena vai vairākas pieslēgvietas(port), kas paredzēti gan lokālo, gan globālo tīklu pieslēgšanai. Maršrutētājs nodrošina pakešu komutāciju un filtrāciju, kā arī datu kodēšanu un dekodēšanu.Maršrutētājs būtībā ir specializēts dators ar diviem vai vairāk tīkla interfeisiem (tīkla kartēm). Bieži vien par maršrutētāju lieto parastu datoru ar attiecīgu programmatūru. TCP/IP maršrutēšanas programmatūra (vismaz vienkāršākajos variantos) ir iekļauta izplatītākajās operētājsistēmās.

Ļoti būtiska maršrutētāja sastāvdaļa ir tā konfigurēšanas programmatūra. Ar tās palīdzību maršrutētāju konfigurē darbam, noteic tā stāvokli, noslodzi utt.

Ethernet tīkla darbības principi

Šajos tīklos lietotāja dators var piekļūt tīklam jebkurā laikā. Informācija tiek sūtīta mainīga garuma pakešu veidā. Pirms datu paketes nosūtīšanas lietotāja dators “klausās”, vai tīkls ir aizņemts. Ja tas ir aizņemts, dators gaida, ja brīvs — nosūta datus. Sadursmes tīklā rodas, kad divas ierīces konstatē, ka tīkls nav aizņemts, un vienlaikus sāk pārraidīt datus. Šādā gadījumā abas pārraides tiek bojātas un datori cenšas datus pārraidīt vēlāk. Datori var konstatēt datu sadursmi, tāpēc “zina”, pēc cik ilga laika drīkstēs atkārtot datu pārraidi. Ar šādas tehnoloģijas palīdzību (CSMA/CDS) tiek regulēta datu kustība Ethernet tīklā, novēršot haosu, kad visi cenšas pārraidīt, bet neviens neklausās.

Palielinoties datu plūsmas apjomam, datu sastrēgumi (kolīzijas) tīklā pieaug. Katram tīkla lietotājam jāgaida, kamēr atbrīvosies tīkls un viņš varēs nosūtīt savus datus, tāpēc samazinās datu plūsmas ātrums tīklā. Ethernet lokālie tīkli ir apraides tīkli, tas ir, visiem lietotājiem pienāk visas datu paketes, neskatoties, kāds ir to galamērķis, bet lietotājs paņem tikai sev adresēto. Ja tīkls ir saslēgts ar komutatoru (nevis centrmezglu), tad lietotājam pienāk tikai lietotājam adresētās paketes un paketes, kurām komutators nespēj atrast adresātu (visādi broadcast).

Bezvadu lokālie tīkli

Bezvadu tīklus izmanto gadījumos, kad kabeļu tīkla izveides vai pārkārtošanas izmaksas ir ļoti augstas, piemēram, arhitektūras pieminekļos. Otrs bezvadu tīklu attīstības virzītājspēks ir mobilo datoru lietotāji, kas izmanto portatīvos datorus un plaukstdatorus.

Skatīt arī

• Internets
• Mākoņskaitļošana

Ārējās saites

• http://ifs.auce.lv/DatorzinibuPamati/sakums.htm
• http://www.varaviksne.lv/materiali/informatika/liisgramata/5.gramata/1050701.htm