Datornätverk

Att ansluta datorer till nätverk är idag regel snarare än undantag. Alla nya datorer som säljs kan kompletteras med nätverkskort och de flesta har det som standard redan från början.

I detta kapitel tittar vi närmare på hur ett datornätverk byggs upp, vad topologier är och hur de ser ut och hur man kan sammanbygga flera mindre nät till ett stort.

Inledning

I det förra kapitlet tittade vi på seriell och parallell överföring. Vid sådan kommunikation är det alltid två parter som talar med varandra. I detta kapitel tittar vi lite längre upp ser hur man bygger mer avancerade kommunikationsnät med en mer avancerad struktur där datorer efter givna regler kan kommunicera med varandra. Dessa nät kallar vi kort och gott för datornät.

Ett datornätverk är ett system som består av två eller flera datorer som kopplats ihop så att det kan utbyta data med varandra. Ett litet nätverk kan kopplas ihop med ett annat för att bilda ett större nätverk. Det största nätverket som finns är Internet som består av extremt många nätverk, både stora och små.

LAN, WAN, MAN

Man kallar nätverken för olika saker beroende på hur stort område de sträcker sig över. Det vanligaste är det som kallas för LAN, Local Area Network som är ett nätverk som oftast håller sig inom samma byggnad. Det finns dock inget som hindrar att även ett LAN utbreder sig mellan flera byggnader eller ett campus. På svenska säger vi lokalt nätverk eller just LAN som är den engelska förkortningen. Allt från små hemmanätverk till ganska stora företagsnätverk hör till denna grupp.

Ett nätverk som sträcker sig mellan flera byggnader, inte sällan långt från varandra, eller mellan olika städer kallas för ett WAN, Wide Area Network. Ett WAN består oftast av två eller flera LAN som kopplats ihop till ett större WAN. Ett exempel på ett WAN är Internet.

Storleksmässigt mellan LAN och WAN finns något som kallas för MAN, Metropolitan Area Networks. Ett MAN är större än ett LAN och kopplar ihop LAN inom ett begränsat område, till exempel en stad, med hög kapacitet. I Sverige är stadsnäten exempel på olika MAN. MAN är ett nyare begrepp än de andra två och används inte så ofta. Det är inte fel att säga WAN om ett MAN eftersom ett MAN också består av flera LAN.

Topologier

Ett lokalt datornätverk (LAN) kan byggas på en mängd olika sätt. Både logiskt och fysiskt kan man välja olika lösningar. Hur ett nätverk strukturellt är uppbyggt kallar vi för topologi. En topologi kan beskriva både hur nätet ser ut fysiskt (hur kablar är dragna) och hur det ser ut logiskt. De topologierna som används är: bussnät, stjärnnät och ringnät.

Bussnät

I ett bussnät finns det en kabel till vilken alla datorer är kopplade. Till den gemensamma kabeln (kallas för backbone) kopplas datorerna med så kallade drop-cables. I figur 4-1 visas en schematisk bild av ett bussnät. Överst i bilden är backbone-kabeln med terminatorer i ändarna. Från den går så kallade drop-cables till de olika datorerna på nätverket.

Figur 4-1. Bussnät

Bussnätverk är relativt billiga att installera. Ett problem med dem är att alla delar av nätet är beroende av backbone-kabeln. Bara en dator i taget kan sända ut data på nätet. Detta leder till att nätverket blir långsammare ju fler datorer som ansluts. För att signaler på backbone-kabeln inte skall kunna studsa fram och tillbaka (och så på sätt ockupera nätet längre än nödvändigt) så måste backbone-kabeln ha terminatorer i båda ändarna. Terminatorn är egentligen ett motstånd som dämpar signalen.

Stjärnnät

I ett stjärnnät kopplas alla datorer till en central punkt som kallas för hub. Hub, som brukar försvenskas till hubb, är engelska och betyder nav. I figur 4-2 visas ett stjärnnät. Om man tittar på bilden och jämför hubben med navet på ett hjul så förstår man varför den kallas hubb och varför topologin kallas stjärnnät.

Figur 4-2. Stjärnnät

Stjärnnät är den vanligaste topologin i nyinstallerade nätverk idag. Den är billig att installera och om någon del av nätverket fallerar behöver inte nödvändigtvis hela nätet påverkas. Hubben i mitten fungerar så att en dator sänder och alla andra lyssnar, bara den datorn som meddelandet är avsett för sparar och behandlar meddelandet. Om någon dator faller ur nätverket så spelar det ingen roll för de övriga. Hubbar ersätts idag ofta med switchar. En switch fungerar som en hubb men håller reda på till vilken dator som ett meddelande skall. På så sätt kan flera maskiner utbyta data samtidigt oberoende av varandra. Det gör att nätverkets kapacitet ökar markant.

Ringnät

I både bussnät och stjärnnät så finns det en central del som alltid måste fungera (backbone respektive hubben). I ett ringnät behövs inte detta utan noderna (datorerna) är kopplade till varandra utan någon central enhet. Detta är möjligt eftersom alla datorer har två anslutningar, en från föregående dator och en till nästa dator. När cirkeln av datorer är sluten har man fått en ring, därav namnet ringnät. I figur 4-3 ser vi ett exempel på ett ringnät. Observera att ringen ofta består av en så kallad MAU, Media Access Unit. Denna MAU innehåller en logisk ring och påminner till utseendet om en hubb eller switch. Med en MAU får en ringnät samma fysiska topologi om ett stjärnnät.

Figur 4-3. Ringnät

En nackdel med ringnät är att de är relativt känsliga för störningar. Om cirkeln bryts kommer kommunikationen inte att fungera. Detta försöker man undvika genom att skydda kablarna så mycket som möjligt och ibland drar man även dubbla cirklar. Ringnät är inte speciellt vanliga idag utan idag byggs i huvudsak stjärnnät när man bygger ett nytt nätverk.

Accessmetoder

I alla tre topologier som vi gått igenom måste det finnas regler för vilken dator som får sända när. I inget av näten kan alla datorer prata i munnen på varandra på samma kabel. Det går inte eftersom det inte fysiskt fungerar. För att detta inte skall ske och för att det inte skall bli katastrof om det sker så finns det vissa regler för hur datorerna får tala. Dessa regler kallas för accessmetoder och är i själva verket protokoll som säger vilken dator som för tillfället har rätt att använda det gemensamma mediet (kabeln). Om du skall ringa till din kompis så får du en upptaget-ton om han eller hon talar i telefonen, du får försöka igen lite senare. Det är ett exempel på en relativt enkel accessmetod.

Den vanligaste accessmetoden är en med det krångliga namnet CSMA/CD som betyder: Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection[1]. Vi tar det steg för steg. Carrier Sense innebär att en dator innan den sänder måste känna efter om det är någon som använder nätet. Är det det så måste datorerna vänta tills det blir ledigt. Multiple Access betyder att alla får använda nätet men inte samtidigt. Collision Detection innebär att om två stycken eller flera börjar sända samtidigt så skall detta detekteras och de får sända en i taget. I praktiken så fungerar det så att om en kollision upptäcks så slutar alla inblandade att sända och väntar en slumpvis tidsperiod. På så sätt minimeras risken att de börjar sända samtidigt igen. Naturligtvis gör kollisioner att trafiken i systemet går långsammare. På hubbar brukar det ofta finnas lampor som indikerar att en kollision har inträffat. CSMA/CD används i nätverksprotokollet Ethernet.

En variant på CSMA/CD är CSMA/CA. Alla bokstäver står för samma sak (och samma innebörd) utom då CA som står för Collision Avoidance. Det fungerar så att en dator innan den börjar sända skickar ut ett litet meddelande för att kontrollera att nätverket är ledigt och om det är det skickar ut riktiga data. Det gör att kollisioner inte behöver ske med riktiga data utan bara med de små "provskotten". CSMA/CA används i LocalTalk som är ett nätverksprotokoll från Apple och i de flesta av våra trådlösa nätverk.

CSMA/CD och CSMA/CA passar när nätverket består av ett gemensamt media, till exempel en kabel eller en hubb. I fallet med ringnät passar inte detta eftersom det är olika kablar i de olika delarna av nätverket (studera figur 4-3). I ett ringnät kan man istället använda en accessmetod som heter token passing. Token passing går ut på att en token cirkulerar runt i nätverket ungefär som en stafettpinne. Varje dator får stafettpinnen och skickar den vidare. Det finns bara en stafettpinne och bara den dator som har stafettpinnen får sända data. Dessa data och stafettpinen skickas vidare. Alla datorer skickar vidare och den som aktuella data är avsedd för kopierar dessa data och skickar vidare. När dessa data kommer tillbaka (med stafettpinnen) till avsändaren tar den bort dessa data från nätet och skickar stafettpinnen vidare. Detta gör att kollisioner helt kan undvikas. Token Passing används i nätverksteknologin Token Ring från IBM.

Sammanfattning

I detta kapitel har du lärt dig vad ett datornätverk är. Du har lärt dig de olika topologierna och hur de ser ut och fungerar. Du skall även veta vad accessmetoder är, vad de vanligaste heter och hur de fungerar.