Arvutivõrgud

AA-04, EA-04

36 tundi

(hinne – 3 kontrolltööd, vastused küsimustele)

Sisukord

• Arvuti põhiterminid ja infoühikud• Lähi-/koht-/lokaalvõrk / Kaugvõrk• Milleks lähi-/kohtvõrku on vaja? Võrguteenused• Andmesidevõrkude klassifikatsioon• Kohtvõrgu topoloogiad• ISO OSI-kihtmudel• Võrgu standardid• Andmeedastusprotokollid• Võrgu (põhi)koostisosad• Võrgu laiendusosad• Võrkudevaheline ühendustee

Jätkukursused

• Kohtvõrgu tehnoloogiad

• Võrguoperatsioonisüsteemid

• Võrgus esinevad vead ja nende vähendamine

• Võrgu haldamine

• Infoturve

• Kohtvõrgu projekteerimine ja realiseerimine

Vahepeal meeldetuletust arvutistslaidid 5-26

Terminid• Infoühikud• PC arvuti• Riistvara – hardware• Tarkvara – software• Operatsioonisüsteem – OS / Võrgu OS / VOS• Kasutajaliides

ArvutiAA-04, EA-04 (36 h)

Midagi kordamiseks

Terminid / mõisted

• IT – infotehnoloogia (information technology) – riistvaralised ja tarkvaralised vahendid digitaalsete andmete tootmiseks, töötlemiseks, salvestamiseks ja edastamiseks

• IKT (ICT) – (sama asi) – informatsiooni ja kommunikatsiooni tehnoloogia

• Andmetöötlus – loomine/tootmine, salvestamine, arvutamine, mastabeerimine, muutmine, kopeerimine, sorteerimine, filtreerimine, (de)kodeerimine, (de)krüpteerimine, (de)kompressioon

Terminid 2

• Info, inf, informatsioon – mistahes andmed, millel kasutaja jaoks on uus tähendus ja mille abil on võimalik vastu võtta uusi otsuseid

• Andmed – korrastatud ja kontrollitud info• Digitaalsed andmed – numbrilisel kujul, mingis

arvsüsteemis esitatud andmed• Teave – inimese jaoks arusaadaval kujul

esitatud andmed/info• Teadmus – inimese ajus tekkiv kujutlus mingist

asjast, millel on teatud kontekstis eritähendus (justified true belief)

Infoühikud

• Bitt (bit) – b - väikseim infoühik (1/0 või yes/no)• Bait (byte) - B = 8 bitti - ühe märgi tähistamiseks

1000 = kilo ≈ 1024 = 210

• Üks kilobitt on 1024 bitti e. siis: 1 kb = 1024 b• Üks kbait on 1024 baiti: 1 kB = 1024 B = 8x1024 b• (mega) 1 MB = 1024 kB = 1048576 B• (giga)1 GB = 1024 MB• (tera) 1 TB = 1024 GB• (peta) 1 PB = 1024 TB• (eksa) 1 EB = 1024 PB

Infoühikud 2

Andmeedastusel arvuti sees kasutatakse:

• Baiti (byte) sekundis

• B/s

• MB/s

• GB/s, nt:– IDE HDD ATA-kõvaketas – 33/66/100 MB/s– IDE SATA – 150/300/600 MB/s

Infoühikud 3

Andmeedastusel võrgus:

• bitti/s = b/s

• kb/s = 1024 bitti/s

• Mb/s = 1024 kb/s, nt:– Ethernet-võrgus 10/100 Mb/s või 1Gb/s– ADSL puhul 256 või 512 kb/s või 1 Mb/s – WiFi - 11 Mb/s või 54Mb/s

Arvutikasutaja oskustunnistus

7 moodulit (EITSi koduleht -> http://www.ao.ee)• AO1 - Infotehnoloogia põhimõisted ja

infoühiskond • AO2 - Arvuti kasutamine ja failihaldus • AO3 - Tekstitöötlus• AO4 - Tabelitöötlus• AO5 - Andmebaasid• AO6 - Esitlus (varem arvutigraafika)• AO7 – Informatsioon ja kommunikatsioon

ECDL / ICDL

In all there are 7 modules:• 1. Basic concepts of Information Technology

2. Using the computer and managing files3. Word processing (using Microsoft Word 2000)4. Spreadsheets (using Microsoft Excel 2000)5. Databases (using Microsoft Access 2000)6. Presentation Software using Microsoft PowerPoint 2000)7. Information network services (Internet, E-mail and the World Wide Web)

Fail (file)

Andmekogum, mida programm käsitleb ühe tervikuna ja mis on kuhugi salvestatud

• Korrastatud andmekogum• Tervik, mis loodud mingi programmiga• Salvestatud

• Faili atribuudid:– Nimi– Suurus– Tüüp– Loomise / modifitseerimise kuupäev

Põhimõisted

• Riistvara - Hardware• Tarkvara – Software• Kasutajad (inimesed) - Humanware• Arvutite tüübid:

– suurarvutid – miniarvutid – võrguarvuti – personaalarvuti (desktop) – sülearvuti (laptop)

Arvuti koostisosad

• Süsteemiblokk

• Kuvar

• Klaviatuur

• Hiir

• Ja kõik muu selle juurde

Klassikaline arvuti

(protsessor)CPUμP

Kontroller

MASSMÄLU(püsimälu,

programm / soft)

Kontroller

S/V-seade

PÕHIMÄLURAM

(progr. protsess)

CPU – Central Processing Unit; μP - mikroprotsessor

Riistvara (hardware)

• andmeid käsitlev / töötlev arvuti- / süsteemiplokk / keskseade, mis omakorda koosneb: – emaplaat (mikroprotsessor, RAM, tugiskeemid)– andmeedastusseade - I/O-liides – salvestus- / mäluseadmed - kõvaketas, CD, DVD,

BlueRay, mälupulgad, magnetlintseade– toiteplokk

• sisestusseadmed: klaviatuur, hiir, CD, DVD...• väljundseadmed (kuvar, printer, plotter).

Arvuti-/süsteemiplokis:

• Emaplaat• Kõvaketas (HDD - hard disk drive) (tavaliselt 1-

2 tk)• Flopi diski seade (floppy disk drive - FDD) • CD- või DVD-seade (CD drive, mälupulk, -kaart)• Toiteplokk (power supply)• Lisakaardid (cards):

– videokaart – helikaart – võrgukaart

• Kaablid (cables) ja • Liidesed (connectors) tagapaneelil (PS/2, USB,

IEEE1394, RJ-45)

Emaplaat (main board)

• protsessor (GHz = 109 Hz)

• RAM-mälu, (Random Access Memory)

• tugiskeemid (northbridge, southbridge)

• videoadapter (adapter / kaart?)

• heliadapter

• BIOS (Basic Input Output System)

• slotid / liidesed lisakaartide jaoks,

• liidesed sisesteks ja välisteks ühendusteks

Sisendseadmed:• klaviatuur (104 / 105 klahviga)• hiir (2 või 3 klahviga) • juhtkuul (trackball), nupp või puuteaken (sülearvutitel)• skanner • digitaator (CAD-programmide jaoks)• juhthoob (joystick), mängupult (game pad)• mikrofonid, kõnesisestusseade (kõneanalüsaator)• magnetkaardi lugeja (maksete sooritamiseks, ID kaart)• (vööt)koodiriba lugeja• digitaalne fotoaparaat ja kaamera• mäluseade (flopi, kõvaketas, magnetlindiseade)• puuteekraaniga monitor • (mobiil)telefon• pihuarvuti - PDA (Personal Digital Assistant) -

personaalne digitaalne abiline• võrgus olev mis tahes sisendseade.

Väljundseadmed:

• kuvar• printer• plotter• kõlarid• lõhnageneraator • simulaatorseadmed• telefon• pihuarvuti (PDA)• võrgus olev mis tahes väljundseade

Tarkvara (software)

1. BIOS-programm, milles on arvuti riistvara haldamissüsteem

2. Operatsioonsüsteemi (OS) programm, mis sobitab arvuti BIOS-i rakendusprogrammiga

3. Rakendusprogrammid (applications)4. Abiprogrammid (accessories) OS juurde5. Ajurid (drivers), (kontrollerid)

Tarkvara (software):(k a s u t a j a l i i d e s )

KASUTAJAPROGRAMMID(applications)

-------------------------------------------

(k a s u t a j a l i i d e s )OPERATSIOONISÜSTEEM (OS)

-------------------------------------------

(k a s u t a j a l i i d e s )BIOS

==========================RIISTVARA

(k a s u t a j a l i i d e s )

Kasutajaliides (user interface)

• Arvutikasutaja seisukohalt võiks arvuti riistvaraline kasutajaliides olla nt:– kuvar / monitor– klaviatuur– hiir

Seega koosneb kasutajaliides nendest seadmetest, mida kasutaja otseselt kasutab andmete ja käskude sisestamiseks ja tulemuse jälgimiseks (ekraanilt).

• Lisaks riistvaralise kasutajaliidese juurde kuulub lahutamatult ka tarkvaraline kasutajaliides ja koos riistvaralise kasutajaliidesega moodustavad siis ühtse kasutajaliidese.

GUI – graphical user interface

Opsüsteem (OS / VOS / NOS)

– haldab arvuti riistvara ja tarkvara (protsessor, mälu, kõvaketta ruumi, sisend-/ väljundseadmed)

– kindlustab kooskõlastatud toimingud rakendusprogrammide ja riistvara vahel

– võtab kasutajaliidese kaudu kasutajalt vastu käsud ja muu info, tõlkides need arvutile mõistetavasse masinkeelde (assembler) ning tagab selle kaudu kasutaja juurdepääsu arvutis olevatele programmidele ja seadmetele (ressurssidele), mis neid siis enda jaoks kasutab.

NOS / VOS 2

• Windows XP, Windows Vista• Windows 2000, 2003• Mac OS X• Mac OS XP• UNIX: AIX, HP-UX, IRIX, FreeBSD jt• Linux: Red Hat (Fedora), SuSE, Mandrake,

SOT Linux, TurboLinux, Connectiva, SCO, Red Flag Linux

• Muud OS-d: BeOS, Amigo...

Algab põhiteema• sisukorra põhjalikum tutvustus

Lokaalvõrku on vaja:

• tööks piiratud maa-alal / territooriumil• võimaldada erinevatest meediatest

juurdepääsu kõrgsagedus-/ lairiba meediale

• kontrollimaks võrgutööd administraatori poolt

• kindlustamaks katkematu juurdepääsu kohalikele teenustele

• ühendamaks kõrvuti paiknevad seadmed

Kaugvõrku on vaja:

• töötamiseks üle kaugete vahemaade• võimaldada juurdepääsu üle järjestikuste

liideste, mis töötavad erinevatel madalatel kiirustel

• kindlustamaks kogu-aja ja osa-aja ühendusi

• ühendamaks seadmeid, mis on paigutatud suurele maa-alale või koguni erinevatele mandritele

Andmesidevõrkude klassifikatsioon:

Geograafiliselt:• Koht-/lähi- e. lokaalvõrk e LAN () • Territoriaalne võrk e MAN ()• Laivõrk e WAN ()• Muud võrgud - GAN, TAN, HAN,

Tehnoloogiliselt:• Ethernet• TokenRing• CDDI, FDDI, ATM• WLAN• Wi-Fi • BlueTooth• iPhone

Kohtvõrgu topoloogiad

Tuleks eristada:• füüsiline• loogiline

Konfiguratsioonilt:• siin• täht• rõngas• hierarhiline• segatopoloogia -> täht-hierarhiline

ISO OSI-kihtmudel

• füüsiline kiht

• (andme)lingitus-/lülitus-/lingikiht kiht

• võrgukiht

• transpordikiht

• seansi-/istungikiht

• esituskiht

• rakenduskiht

Kohtvõrgu standardid

• IEEE 802.1• IEEE 802.2• IEEE 802.3• IEEE 802.4• IEEE 802.5• IEEE 802.6• IEEE 802.7• IEEE 802.8• IEEE 802.9• IEEE 802.10• IEEE 802.11 jne...

Andmeedastusprotokollid

Andmete edastus:• ahellülitus / -kommutatsioon (circuit switch)• pakettlülitus / -kommutatsioon (packet switch)

Protokollid:• ühenduseta protokollid• ühendusega protokollid

• TCP/IP• NetBIOS• NetBEUI• SPX/IPX• AppleTalk• X.25

Võrgu põhiosad

• Server

• Tööjaam

• Võrgukaart

• Kaabeldus

• Jagur / jaotur, kontsentraator e hub / kommutaator e switch

• Võrguoperatsioonisüsteem

Võrgu laiendusosad

• Järgija / järgur/ kordaja - repeater• Kontsentraator - hub• Sild - bridge, • Kommutaator / lüliti - switch• (Mars)ruuter e. router• Brouter = bridge + router• Lüüs - gateway

Võrkudevaheline ühendustee

• Püsiühendused

• ISDN e

• Optikakaabli ühendused

• Pakettvõrk X.25 / Frame Relay

• Ruuteriteenused

• Internet

Kohtvõrgu tehnoloogiad

• Kaabelduse osa

• Ethernet-lülitus(?) või võrk

• Kiire Ethernet

• FDDI/CDDI

• ATM e Asyncronous Transfer Mode

Võrguoperatsioonisüsteemid - VOS

• Unix

• Novell Netware

• Lan Manager / Windows NT

• Linux

• Mac OS X (Panthera)

Võrgu haldamine

• Kasutajate haldamine

• Failihaldus

• Seadmete haldamine

• Võrgu arendamine ja dokumenteerimine

Infoturve

• Tööjaam

• Server

• Kaabeldus

• Välised ühendused

• Viirused

• Z-ware

Võrgus esinevad vead ja nende vähendamine

• Füüsilise taseme vead– Serverid ja tööjaamad– Toitepinge– Kaablivead

• Programmivead

• Välised tegurid

Kohtvõrgu projekteerimine

• Olemasoleva seisu fikseerimine

• Nõuded / pakutavad alternatiivid

• Võrguprojekti realiseerimine

KohtvõrkSissejuhatus ja põhiterminid

03_lan.ppt

Üldist

• Võrgutehnoloogiad peavad kestma aastakümneid (1970 – 1995 - ...)

• Kõik elektroonselt juhitavad seadmed saavad tulevikus olema võrgus

• Uued tehnoloogiad:– Sun Microsystems’i Jini Technology– Microsofti Universal PnP (Plug and Play -

1992)

Põhimõisted• Lokaalvõrgu e kohtvõrgu e lähivõrgu all

mõistetakse üksteisega ühendatud arvuteid ja laiendusseadmeid, mis suudavad omavahel infot vahetada

• Tänapäeval mõistetakse kohtvõrgu (LAN) all ühe firma või organisatsiooni käsutuses olevat võrku

• Esimesed teenused: – infovahetus– elektronposti funktsioon (1970ndate alguses)– meililistid

• Protokoll – tehniline keel, mille abil arvutid ja muud aktiivsed seadmed võrgus suudavad infot vahetada.

Kohtvõrgu teenused: • Andmeedastus• E-post, mail-listid ja muud elektronsõnumid • Seadmeressursside jagamine võrku• Varundamine (back-up)• Printimise juhtimine• Ühised Client/Server -andmebaasid• Tsentraliseeritud ressursside ja kasutajate

haldamine• Rakendusprogrammide kasutamine võrgu kaudu• Töörühmaprogrammid• Ettevõtte sisene koduleht

Kaugvõrk / Globaalvõrk

• USA kaitseministeeriumi programmi raames ARPANET (Advanced Research Project Agency - Network) + MILNET

• kaugvõrguga - tegemist siis, kui loome lokaalvõrgust ühenduse kuskile mujale võrku nt operaatori poolt pakutava:– püsiühenduse, – ISDN, – xDSL, – ATM, – X.25/FrameRelay või – modemi abil nii, et omavahel on ühendus erinevates geograafilistes

kohtades asuvad kohtvõrgud • globaalvõrk – kui vähemalt kahel mandril

Kaugvõrgu teenused:(digitaalne tekst, pilt, hääl, video)

• andmeedastus• e-post, e-pank, e-kauplus jm e-teenused• infootsing ja kogumine andmebaasides• info levitamine, reklaam Internetis• kodu-/veebilehed Internetis (ca 10 miljardit)• raadio, TV, video• e-telefon (Skype, iPhone, VoIP)• e-riik (avalikud teenused)

Analoogia

Inimesed

• asustatud ala / tänavad

• inimeste elukohad

• transpordivahendid (auto, buss, jalgratas)

• liikluseeskirjad

Info

• kohtvõrgu kaabeldus

• võrgus olevad arvutid

• andmepaketid ja edastusprotokollid

• standardid, infoedastuse protokollid

Ettevõtte vood

• inimeste voog (liikumine ühes kohast teise, ka tööjõu vahetusena firmas)

• materjalide voog (sissetulevad materjalid/tooted, väljaminevad materjalid, (pool)tooted)

• rahavoog (materjalide ja toodete kompensatsiooniks majandusturul, raha ei liigu)

• infovoog (mida toodetakse iga üksiku töötaja aga ka firma kui terviku poolt), mille hulk ja osatähtsus tehnoloogia arenguga seoses järjest suureneb. (Meedia ise on paigal.)

10 3

10 6

10 9

b itti/s

10 910 610 310 - 3 10 0

Va he m a a , m

Arvutisise ne

siin

Ko htvõ rg ud LAN

La ivõ rg ud WAN

10 12

Võrkude ulatust (meetrites) ja andmeedastuskiirust (bitti/s)

Laivõrk

Andmeedastusele mõjuvad:

• arvuti töökiirus• serveri kiirus• teiste kasutajate olemasolu kohtvõrgus• ruuteri töö pilves (ruutervõrgus)• ühenduskaablid ja tehnoloogiad• internetitöö-seadmed• kõigi ühendatud võrkude topoloogiad• edastatavate andmete tüübid• edastamise (töö) aeg

Kohtvõrgu komponentid

1. võrgus olevad arvutid, milledest osa võivad olla ka serverid

2. iga arvuti juurde kuuluv võrguadapter või võrgukaart, millega arvuti võrku ühendatakse

3. võrgu kaabeldus / edastusmeedia

4. lülitid / switch’id, järgurid, kontsentraatorid (võrgu jagamiseks segmentideks)

5. võrguoperatsioonisüsteemid (NOS / VOS), võrguprogrammid ja kasutajaprogrammid

Kohtvõrgu teenused 2

• e-post -> nimi@firma.ee / nimi@firma.com• Varundamine (back-up)

– võrgukasutajate failide varundamine serveris – organiseeritud kataloogipuude olemasolu– põhitöö välisel ajal (öösel, automaatselt)

• Printimise juhtimine:– suure efektiivsusega võrguprinterid– juurdepääs paljudest töökohtadest– seisundi jälgimine

Töörühmaprogrammid

• nende abil on võimalik rühma-, temaatika- või projektikohane tööde läbiviimise jälgimine, vajadusel nõupidamine ja otsuste vastuvõtmine

• kergendavad elektrooniliste dokumentide valmistamist, muutmist ja haldamist, koosolekute / nõupidamiste jaoks ruumide kinnipanemist enamusele sobivaks ajaks

Client/Sever -andmebaasid

• Server – programmi põhiosa server-arvutis (deemon, back-end)

• Client – kasutaja programmi osa kasutaja arvutis (front-end)

• Põhiprotsessid sooritatakse serveris, kasutaja saadab vaid oma päringu ja saab vastuseks tulemused

• Võrgus liigub seetõttu suhteliselt vähe infot

Ressursside ja kasutajate haldamine

• võrgu administreerimine (juhtimine, konfigureerimine, analüüs, turve)

• seadmete haldamine:– kõvaketta ruum– printerid– arvutite seisundite kontroll, konfigureerimine

• andmebaasid• ühiskasutusega kasutajaprogrammid• ruumide broneerimine• kasutajate andmebaasid, tunnused, õigused

Kohtvõrkude liigitus

04_.ppt

Liigitus

Infovõrkusid võib klassifitseerida mitmel erineval moel: – kaabelduse territoorium / maa-ala:

• LAN – Local Area Network• MAN – Metropolitan Area Network• WAN – Wide Area Network• TAN – Total Area Network• HAN – Home Area Network

– võrgutopoloogia (siin, rõngas, täht, hierarhia, mesh)– tehnoloogia (CDDI, FDDI, optika, traadita)– andmeedastuse korralduse alusel (skeem, pakett)– võrku ühendatud arvutite võimsuse alusel jm

LAN - Local Area Network

• lokaalvõrk - LAN – ühe ettevõtte, organisatsiooni piires• vaskjuhtmetest valmistatud kaablite baasil:

– vanemad võrgud – koaksiaalkaabel– uuemad - keerdpaari / keerupaarikaablite baasil

• pikemate vahemaade ja eriti suurte andmeedastuse puhul kasutatakse optilist kaablit

• üha enam ka nn traadita (wireless) ühendust eetri kaudu • LANi olulisemad tunnused:

– suur infoedastuse võime– ühe organisatsiooni / ettevõtte valduses– võrguühendused on lülitus-ühendusega / lülituslikud(?), mis

kindlustatake / hoitakse andmesiirdamisprogrammi abil, seejuures kommunikatsioon on (ringhäälingu) broadcast -tüüpi.

MAN - Metropolitan Area Network

• lairibavõrk nii, et selles saab edastada häält, pilti ja andmeid

• võib kasutada ka magistraalvõrguna (backbone)

• ühendus moodustatakse tavaliselt kohaliku telefonifirmade halduses oleva püsiliini kaudu

• realiseeritaks kahekordse rõngana, mis tagab suurema töökindluse

WAN - Wide Area Network

• Laivõrk – WAN• Laivõrk e kaugvõrk, mis on riikliku

tähtsusega või rahvusvaheline infovõrk• On globaalvõrk, kui vähemalt kahel

mandril• Sellisteks on nn pakettvõrgud, mis

omavahel ühendatutena ulatuvad igale poole maailmas, näiteks Datapak ja Digipak

TAN - Total Area Network

• ATM - Asynchronous Transfer Mode

• on esimene infoedastustehnika, mis sobib nii koht- kui ka laivõrgu jaoks

• sobib territoriaalsete tervikvõrkude ehitamiseks

• 53 baidised paketid kogu võrgu ulatuses

• liiga kallis

HAN - Home Area Network

• kodus on tekkinud piisavalt palju erinevaid kasutatavaid seadmeid, mida tuleb ka hallata

• spetsiaalselt koduvõrgus kasutamise jaoks operatsioonisüsteemid puuduvad, kasutatakse arvutivõrkude jaoks mõeldud VOSe

Võrkude liigitamine

Lokaalvõrke võib jagada:

• võrdväärsed võrgud (peer-to-peer network)

• võrgud serveri baasil (server based network, Client/Server e. C/S -võrk)

Võrdväärsed võrgud

– kompuuterite vahel ei ole hierarhiat, need on kõik võrdväärsed, iga arvuti võib esineda nii kliendina kui ka serverina

– kõik kasutajad ise otsustavad, kellel nad lubavad kasutada oma arvuti ressursse

– andmeturvalisus pole kriitiline, kuna väikeses võrgus (ettevõttes) tunnevad kõik kasutajaid üksteist

– arvutid on paigutatud kompaktselt– võrgus on max 10 (5) arvutit (WinXP)

Serveril ehitatud võrgud

• Võrgus on üle 10 arvutit / kasutajat

• võrk on ehitatud Client/Server-printsiibil

• serveriks on võimsam arvuti (mikroProtsessor, RAM)

• ülejäänud arvutid on võrgus klientide rollis

• võrgus võib olla teisigi servereid: maili-server, faili-server, print-server, veebiserver, ftp-server jt

Võrgu koostisosad

• Võrgu topoloogia – iseloomustab arvutite, kaablite ja teiste seadmete füüsilist paigutust võrgus

• Võrgu topoloogia valik sõltub:– võrgus olevatest seadmetest– võrgu laiendamise võimalustest– võrgu haldamise viisidest

• Baastopoloogiad:– siin / bus– täht / star– rõngas / ring– hierarhia / hierarchy– võrk / mesh

Siin / Bus

Terminaatorid

Täht / Star

Switch

Rõngas / Ring

Siin-täht

Hierarhia / hierarchy

Server

Switch

Tööjaam Tööjaam Tööjaam Tööjaam Tööjaam

Switch

Teine segment

Teistesse arvutitesse

Kandesagedusvõrgud(baseband network)

• Kandesagedusvõrgus ei muundata (moduleerita) signaali enne edastamist, vaid signaal saadetakse sellisena nagu see on.

• Signaal võtab kogu siirdamistee ribalaiuse enda alla.

• Baassagedusvõrku võib kasutada vaid suhteliselt lühikeste vahemaade taha, kuna see on suhteliselt tundlik häiretele.

• Praktiliselt on peaaegu kõik ettevõtete ja organisatsioonide kohtvõrgud baas-/kandesagedusvõrgud.

Lairiba ülekanne(broadband)

• andmed kantakse üle analoogsignaalina, st pideva elektromagnetilise või optilise signaalina

• ühe kaabli kaudu võib erinevatel sagedustel üle kanda mitme süsteemi signaale (kaabliTV, andmed)

• et kõik seadmed võiksid andmeid nii saata kui ka vastu võtta, tuleb signaalide edastamise kindlustamiseks luua 2 teed:– kas kasutada 2 kaablit, üks signaali edastamiseks ja

teine signaali vastuvõtmiseks– luua ühes kaablis 2 erineva suunaga kanalit, üks

signaali saatmiseks, teine kanal signaali vastuvõtmiseks

10 MHz aeglaste kanalite jaoks

25 MHz kasutamata55 MHz heli ja

andmeedastuskanalid

75 MHz kasutamata

kiired andmeedastuskanalid

210 MHz videokanalid

240 MHz kasutamata

310 MHz

Laiaribaline koaksiaalkaabel300 MHz

broadband network

Lairibavõrk

ISO OSI-mudelOpen System Interconnection

OSI ISO-mudel

• Rahvusvahelist Standartiseerimisorganisatsiooni (ISO - International Organization for Standardization) loodud OSI-mudelit (Open Systems Interconnection). Selle mudeli loomine algas juba 1979.a.

• Üldisemas plaanis kujutab OSI raammudel (1984) endast standardite ja protokollide kogumit, mille nõudmistest kõik võrguseadmete valmistajad firmad püüavad ja peavadki kinni pidama, et nende seadmed arvutivõrkudes mis tahes muude seadmetega koos oleksid võimelised ilma tõrgeteta funktsioneerima

OSI-mudel• OSI-mudel kujutab endast mitmekihilist süsteemi, mis kirjeldab riist-

ja tarkvara vastastikust tegevust andmepakettide edastamisel võrgus

• Kõik võrgufunktsioonid on ära jaotatud 7 kihi vahel

• Igale kihile vastavad omad võrgutoimingud, seadmed, standardid ja protokollid. Osa nendest hõlmavad siiski mitut OSI-mudeli kihti.

• Igas kihis täidetakse teatud funktsioone, mis on interfeisi / liidese kaudu seotud naaberkihtide funktsioonidega. Nt seansikiht toimib koostöös esituskihi ja transpordikihiga

• Tegelikud tarbeprogrammid (ülalpool 7, rakenduskihti), samuti nagu füüsiline andmeedastusmeedia (allpool 1, füüsilist kihti) jäävad mudelist väljaspoole.

OSI-mudeli kihid

• Alumised kihid 1 ja 2 määratlevad füüsilise keskkonna andmete edastamiseks ja kõigi vastavate toimingute soooritamiseks

• Kõige ülemine (rakendus)kiht määrab, millisel moel rakendusprogrammid pöörduvad võrguteenuste poole

• Iga kiht pakub teatud teenuseid, mis valmistavad pakette ette siirdamiseks järgmisele kihile ja lõpuks üle võrgu teise arvutisse

• Kihid on naaberkihtidest eraldatud interfeisiga / liidesega, mille kaudu toimubki andmevahetus kihtide vahel

• Iga kiht kasutab alumise kihi teenuseid

OSI-mudeli kihid 2

• Iga kiht ühes arvutis suhtleb sama kihiga teises arvutis nii, nagu nende kihtide vahel oleks otseühendus – kujuneb nn virtuaalne ühendus erinevate arvutite samade kihtide vahel

• Tegelikult realiseerub see virtuaalne ühendus allpool paiknevate kihtide ja meedia / kaabli kaudu.

Võrgu töö

Võrgu töö seisneb andmete edastamises ühelt arvutilt teisele. Selles protsessis võib eraldada mitu ülesannet:

• tunda ära õiged andmed• jagada andmed pakettideks• lisada saatja ja saaja aadressid• lisada infot pakettide sünkroniseerimiseks • lisada indot vigade avastamiseks• saata andmed võrku ja suunata need ettenähtud

aadressileVõrgu OS koos muude vastavate programmidega jälgib ja

sooritab rangelt kõiki ettekirjutisi ja protseduure. Neid protseduure nimetataksegi protokollideks, mis siis reglementeerivadki kõiki võrguoperatsioone.

Lihtne andmepakett /-kaader (packet / frame)

Saaja identifikaator

Saatja identifikaator

Juhtinformatsioon

Andmed 512 - 4096 baiti

Kontroll-info

CRC

CRC – Cyclical Redundancy Check

ISO OSI-mudel

a p p lic a tio n

p re se nta tio n

se ssio n

tra nsp o rt

ne two rk

d a ta link

p hysic a l

ne two rk

d a ta link

p hysic a l

ra ke nd uskih t

e situskih t

se a nsikiht

tra nsp o rd ikih t

võ rg ukih t

ling ikih t

füüsiline kih t

k a a b e l k a a b e l

O SI-ra a m m ud e lArvuti 1 Arvuti 2

OSI mudel:

• lihtsustab süsteemi ja selle mõistmist

• standardiseerib liidesed

• võimaldab modulaarset väljatöötlust

• kindlustab vastastikust / interaktiivset tööd

• kiirendab arengut

• kergendab õpetamist ja õppimist

ISO OSI-mudel

a p p lic a tio n

p re se nta tio n

se ssio n

tra nsp o rt

ne two rk

d a ta link

p hysic a l

ne two rk

d a ta link

p hysic a l

ra ke nd uskih t

e situskih t

se a nsikiht

tra nsp o rd ikih t

võ rg ukih t

ling ikih t

füüsiline kih t

k a a b e l k a a b e l

O SI-ra a m m ud e lArvuti 1 Arvuti 2

segments

packets paketid

kaadridframes

bits bitid

andmed

data

OSI-mudel 3

• Tegelikult pole ükski praktiline seade täielikult OSI-mudelile vastavalt küll realiseeritud, kuid mis tahes seade peab oskama mõista kõiki käske erinevatel kihtidel, et andmeid ülatasemelt alla välja (ja ka vastupidi) edastada.

• Seadmete erinevuse tegelikud praktilised põhjused on tingitud tehnika ajaloolisest arengust, sest konkreetsed tehnilised lahendused, Ethernet-võrk, TCP/IP protokollid olid olemas ammu enne OSI-mudelil väljatöötamist ja sellisena kalli infrastruktuurina maailmas laialt kasutusel.

7 - Rakenduskiht (application layer)

• Rakenduskihi protokoll on interfeisiks rakendusprogrammile, mis töötab võrguteenuseid kasutavas arvutis...

• Rakenduskiht määratleb need rakendused, mille jaoks kogu võrk tegelikult loodud on. Nendeks tuntumateks rakendusteks on mh e-post (X.400), kaugterminal (telnet), failiedastus (ftp) ja failiteenused (X.500).

• Rakendusprogrammide liides:– võrguteenused telnet, ftp, http, snmp, smtp, dns, dhcp jm.

• Kuid samas, kasutajate omad rakendused nagu näiteks tekstitöötluse-, tabelarvutuse- või andmebaasiprogramm, ei ole infoedastamisrakendused ja seega ei kuulu selle kihi määratluste piiridesse. Nendesse võidake siiski luua lingid, mille abil nad kasutavad mõne andmeedastusrakenduse ära, kuid eeldusel, et seda tehakse sama rakendusega mõlemas arvutis, millede vahel ühendus on loodud.

6 - Esituskiht (presentation layer)

• Esituskiht määratleb edastamise ajal kasutatava andmeesitusviisi, nagu näiteks andmete krüpteerimise/šifreerimise eest nende kaitsmise eesmärgil või pakkimise / kompressiooni eest nende edastamisaja lühendamiseks enne nende üleandmist seansikihile, ja ka selle, kuidas selles omavahel kokku lepitakse. Nt, lepitakse kokku terminalis kasutatava info formaadi suhtes, et sõnum vastaspool kuvaril nähtav oleks ka siis, kui omavahel vestlevad (rakendus)programmid on erinevad.

• Andmete ühtse vormingu kooskõlastamine ja teisendus:– arvude esitus– kooditabelid– pildi, heli ühtne vorming– krüpteerimine ja pakkimine/kompressioon.

5 - Seansikiht (session layer)• Seansi- /istungikihis pole spetsiaalset ainult selles kihis toimivat

protokolli ja selle kihi funktsioonid on pigem sisse viidud teistesse protokollidesse, mis töötavad esitus- ja rakenduskihtides.

• Selles kihis luuakse võrgus olevate sõlmede vahel ühendus või dialoog, nii et arvutite vahel saab andmeid edastada. Istungikiht määratleb korra, kuidas moodustada võrgus ühendus / kommunikatsioon rakenduste vahel ja kuidas katkestada need, kuidas jagada istungi aeg andmevahetusel sobivateks osadeks ning kui võimalik, hoolitseb juhuslikult katkenud ühenduse taastamise eest.

• Võimaldab hallata ühendust:– dialoogi kontroll, sünkroniseerimine, kiiruse reguleerimine.– loob, hoiab, katkestab ja taastab ühenduse arvutite vahel

4 - Transpordikiht (transport layer)

• Transpordikiht teeb võimalikuks arvutite vahelise kommunikatsiooni, igale sõlmele võrgus on omistatud seda teistest eristav aadress, nii, et paketid võidakse kohale toimetada õigel aadressil.

• Transpordikiht pakub otseühendused erinevate süsteemide vahel ja peidab ära / maskeerib all olevad erinevad edastussüsteemid, jagab andmed / sõnumid teatud suurusega pakettidesse (segmentideks), nummerdab need ja liidab neile aadressid, kuhu nad pärale peavad jõudma.

• Kui paketid saabuvad vales järjekorras, teatab ta sellest seansikihile, mis siis omakorda määrab, mil viisil tekkinud viga parandada. Transpordikihi protokollid pakuvad sageli ka edastatud andmete veaparandust.

• Loob lihtsalt kasutatava ja usaldusväärse kanali:– varjab kõik tehnilised detailid– pakettideks jagamine ja õiges järjestuses kogumine.– multipleksimine– ühendusega või ilma ühenduseta kanal– veakontroll ja -parandus

3 - Võrgukiht (network layer)• Võrgukiht võtab andmed vastu transpordi kihilt ja pakib need nn

datagrammideks, milledel on siis ka oma aadress datagrammi päises.

• Võrgukihi juurde kuuluvad standardid määratlevad võrgus edastatavate andmepakettide (mars)ruutimise korra, mille juurde kuulub marsruutide leidmine ja olemasolevatest parima marsruudi valimine aga ka ummikute vältimine.

• See kiht hoolitseb andmepakettide jaoks optimaalse marsruudi leidmise eest võrgus olevate aktiivsete vahendusseadmete (sõlmede) kaudu ja erinevat tüüpi allvõrkudest koosnevate ühenduste läbi.

• Andmepakettide suunamine toimub andmepakettidesse paigutatud sihtkoha loogiliste aadresside põhjal.

• Loob kanali üle mitme segmendi:– pakettide marsruutimine, fragmenteerimine, optimeerimine– veakontroll– virtuaalne adresseerimine– maksustamine.

2 – Kanali-/ Lingikiht

• Lingikiht määrab ära andmepakettide suuruse, vastutab andmepakettide /-raamide edastamise töökindluse ja usaldusväärsuse eest siirdamismeedias.

• Lingikihis hoolitsetakse ka andmesaatmisel võimalike kokkupõrgete vältimise eest.

• Selle kihi juurde kuuluvad protokollid määratlevad ära veaparanduse toimingud (veaparanduskoodide lisamine ja nende abil vigade avastamine ja/või parandamine) ning lootusetult vigaste pakettide uuestisaatmise.

• Lingikihil on ära määratud ka lähteaadressi ja sihtaadressi füüsilised aadressid, mis kujutavad endast vastavalt saatva ja vastuvõtva arvuti võrgukaardi nn MAC-aadressi ja mille kinnitab võrgukaardile selle valmistaja firma. MAC-aadress antakse 12-kohalise heksadetsimaalarvuna.

Lingi kiht 2

• Usaldatav kanal segmendi piires:– võrgu topoloogia– seadmete füüsilised aadressid– vigadest teavitamine, korrigeerimine– kaadrite formeerimine, edastamine– meediale juurdepääsu kontrollimine, konfliktide vältimine, voo

reguleerimine.

• Etherneti aadress on 48 bitti e. 6 baiti: – nt. 00-50-DA-E1-9F-F1 (MAC- / füüsiline aadress)

• localhost IP aadress:– 127.0.0.1, tagasiside, läbi selle liiguvad kõik IP datagrammid

enda mingile aadressile ja üldaadressile.

1 - Füüsiline kiht (physical layer)

• OSI-mudeli 1. kiht - hoolitseb bitivoo edastamise eest füüsilises meedias. Selle kihi juurde kuuluvad standardid määratlevad ära liidesed, kaablid, toimingute lubatavad väärtused ja nivood.

• Füüsiline kiht määrab ära ka võrgu tüübi. • Füüsiline kiht sisaldab ka signalisatsiooni, modulatsiooni ja

sünkronisatsiooni tüübid. • Sellel tasemel muundatakse ühenduskihilt saadud kaadrid

bitijadaks, sobivaks elektriliseks või optiliseks signaaliks, ja saadetakse andmeedastusmeediasse / kaablivõrku.

• Raua, plastiku, elektri, optika jms spetsifikatsioonid:– pistikute/liideste standardid – võrgukaartide (NIC - Network Interface Card) tüübid– kaablite, juhtmete tüübid, funktsioonid, pikkused– digitaalsignaali (impulsside) või analoogsignaali kuju, sagedus,

amplituud, faas.• Momendil on kohtvõrgu jaoks kõige populaarsemaks füüsilise kihi

standardiks 100Base-T Ethernet.

Andmepaketi osadPäis

Andmed 0,5 - 4 kB

Treiler

Päis sisaldab (on toodud iga kihi lisatud andmed vastavalt kihi numbrile):- andmed selle kohta, mida andmetepaketiga tehtud- lähteaadress- sihtaadress- sünkroniseerimisinfo- vigade avastamise info

Andmed – edastatavad andmed, mis jagatakse mitmeks paketiks, kui andmete hulk ületab edastatava paketi suuruse, päralejõudnud paketid liidetakse kokku.

Treiler / saba – sisaldab CRC–kontrollarvu, mis saadakse paketis sisalduva info matemaatilisel muundamisel. Vastuvõtu poolel vastuvõetud paketile rakendatuna tuleb saada sama CRC-kontrollarv, siis on pakett vigastamata kohale jõudnud.

1 2 3 4 5 6 7

Pakettide edastamine kihtide vahel

• Praktikas toimib OSI-mudel nagu korralik bürokraatiaaparaat, ülesanded jaotatakse ülalt alla kuni konkreetse toimingukihini välja, iga kiht lisab toimingukirjeldusse oma osa, seejärel siirduvad andmed võrgus piki meediat, mis siis vastuvõtvas arvutis lahti tõlgitakse, teostatakse ja siis eemaldakse. Iga kiht näitab ülespoole vaid oma osa ja peidab kõik ülalpool olevate kihtide osatoimingud, kuni need pole vastava kihini jõudnud.

• Kiht võib endast ülal- ja allpool olevale kihile esitada vaid standardiga kindlaksmääratud: – nõudeid (request) või – (tunnus)märke (indication)

• ning millele ise saab vastuseks:– vastuseid (response) või – kinnitusi (confirmation).

• joonis: mingi N-kihi suhe temast ülalpool (N+1) ja allpool (N-1) oleva kihiga.

Andmete siirdumine kihtide vahel

kih t N + 1

kih t N

kih t N -1

p ro to ko ll 1 p ro to ko ll 2

Andmete edastamine võrgus• Andmete kiireks ja usaldusväärseks edastamiseks jagatake need

väiksemateks pakettideks / kaadriteks• Pakett – edastatava informaatsiooni põhiline ühik võrgus

• Pakett sisaldab:– saatja-arvuti aadressi– saaja-arvuti aadressi– edastatavad andmed– instruktsioonid pakettide marsruutimise kohta– info saajale arvutile, kuidas pakettidega tuleb toimida– infot pakettide õigsuse kontrolliks ja parandamiseks

• Saatja-arvuti saadab paketid võrku selle info põhjal, mis paikneb paketi päises

• Saaja-arvuti valib võrgust välja need paketid, mis paketi päises oleva info põhjal on temale määratud.

Kohtvõrgu standardid

Ajalugu

• Kohtvõrgu e. lokaalvõrgu areng sai alguse 70-ndate ja 80-ndate vahetuses.

• Sel ajal loodi ja lasti turule kümneid omavahel võistlevaid võrgutehnikaid, mis standardite puudumisel arenesid väga kaootlisteks.

• Lokaalvõrgu muretsemisel tuli hoolitseda selle eest, et ei hankinud turult midagi varsti kaduvat või sellist, mille puhul võrgulahendus oli teostatav vaid teatud ühe firma seadmetel.

Ajalugu 2

• 1980. aastal käivitus USA-s IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) Projekt 802, mille eesmärgiks oli kohtvõrgu ühtse standardi loomine.

• Üpris pea jagunes projekt erinevateks alamprojektideks vastavalt praktikas kasutatavate võrgutopoloogiate ja andmeedastusmeetodite alusel.

• Projekti käigus stabiliseerusid teatud võrgutehnikad ja omandasid konkreetseid piire ja ettekirjutusi, mis omakorda võimaldasid kogu lokaalvõrgu intensiivse ja laia kasutuselevõtu.

IEEE 802 – esimesed standardid

802 .3M A C-------802 .3füüs.

802 .4M A C-------802 .4füüs.

802 .5M A C-------802 .5füüs.

802 .6M A C-------802 .6füüs.

802 .2 L LC

802 .1 A R H IT EK T U U R

V õrguk ih t

L ing ik ih t

Füüsiline kih t

IEEE 802 -standardid määratlevad kohtvõrgu alumised kihid (võrdluseks on joonisel paremal toodud OSI-mudeli kolm alumist kihti).

Projekt 802

• määratles standardid võrgu selliste füüsiliste komponentide jaoks nagu interfeisid (liidesed) ja kaablid, mis esinevad OSI-mudeli 1 ja 2 kihil

• Standardid kehtivad:– võrgukaartidele– globaalsete võrkude komponentidele– koaksiaal- ja keerupaarikaabli võrkudele

CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - kokkupõrgete avastamisega kandesignaali multijuurdepääs)

Olulisemad standardid

• 802.1 - sisaldab standardi üldise arhitektuuri kirjelduse. – See määratleb muude 802.x ‑standardite omavahelised suhted

ja liidesed võrgukihiga, kuid mitte võrgukihti ennast.• 802.2 - määratleb loogilise kanalikontrolli (LLC - Logical

Link Control)– seejuures ei kata see kogu kanalikihti, osa sellest jäetakse

teistele 802.x -standarditele.• 802.3 - määratleb Ethernet’i CSMA/CD-meetodil toimiva

siinivõrgu• 802.5 - määratleb lubamarkeriga rõngasvõrgu

(TokenRing).• 802.6 - määratleb MAN-võrgu (Metropolitan Area

Network). • 802.7 – üldlevi tehnoloogia (Broadcast TAG)

Olulisemad standardid 2

• 802.8 – optika tehnoloogia (Fiber-Optic TAG)• 802.9 – integreeritud võrk kõne ja andmete

edastamiseks• 802.10 – turvalisus• 802.11 – traadita võrk (wireless network) • 802.12 – prioriteetse juurdepääsuga LAN • 802.15 standardid määratlevad PAN (Personal

Area Network) võrgu ja BlueTooth• 802.32 - 1 Gb/s edastuskiirusega Ethernet’i

IEEE 802.3 versioonid

• IEEE 802.3: • a-1985 (õhuke Ethernet 10Base2) • c-1985 (10 Mbps Repeater Specifications)• d-1987 (Fiber-Optic Inter-Repeater Link (FOIRL))• i-1990 (keerupaarikaabli Ethernet 10Base-T)• j-1993 (keerupaarikaabli Ethernet 10Base-F)• u-1995 (100Base-T Fast Ethernet and Auto-Negation)• x-1997 (full duplex Ethernet)• z-1998 (1000Base-X Gigabit Ethernet)• ab-1999 (1000Base-T)• ac-1998 (Frame Size Extention to 1522 Bytes for VLAN

tag)• ad-2000 (Link Aggregation for Parallel Links)