Computernetwerk

Netwerkmodellen

Het zou moeilijk zijn om de netwerkcommunicatietechnologie als één groot model te implementeren. Daarom splitsen we verschillende onderdelen van het netwerk op in kleinere modules of lagen. Het standaardmodel van een netwerk is het Open Systems Interconnection (OSI) model dat door de International Organization Standard (ISO) is vastgesteld. Er bestaan ook andere netwerkmodellen, maar die zijn allemaal opgesplitst in vergelijkbare lagen. Elke laag maakt gebruik van de services die de laag eronder levert, terwijl de laag erboven services levert voor de laag erboven. Elke laag kan alleen communiceren met dezelfde laag op het doelapparaat.

Voorbeeld van communicatie in netwerkmodel

OSI-model

OSI (Open Systems Interconnection) is een 7-laags netwerkmodel dat door de ISO-norm (International Organization for Standardization) wordt gespecificeerd en wereldwijd op grote schaal wordt gebruikt. Het concept van een 7-lagenmodel is ontwikkeld door het werk van Charles Bachman, Honeywell Information Services. Verschillende aspecten van het OSI-ontwerp zijn voortgekomen uit de ervaringen met de ARPANET-, NPLNET-, EIN- en CYCLADES-netwerken en het werk in IFIP WG6.1.

Gegevenseenheid	Laag	Functie
Gegevens	Toepassing	Netwerkproces naar toepassing
	Presentatie	Encryptie, decryptie en dataconversie
	Sessie	Beheer van de sessies tussen de aanvragen
Segmenten	Transport	End-to-end verbinding en betrouwbaarheid
Pakketten (datagrammen)	Netwerk	Bepaling van het pad en logische adressering
Frame	Datalink	Fysieke adressering
Bit	Fysiek	Signaal- en binaire overdracht

Laag 1

De fysieke laag definieert de elektrische en fysieke specificaties voor apparaten. Het specificeert ook gemoduleerde en basisbandtransmissie.

Baseband

Baseband is digitale data in hun ruwe vorm (1001 1101 1010 0011). Dit maakt een zeer snelle en betrouwbare transmissie over korte afstanden mogelijk; de media hebben echter de neiging om de bits met elkaar te laten interfereren, het bereik van de baseband transmissie is zeer beperkt. Het wordt nog erger met toenemende snelheid. Basebandtechnologie wordt vaak gebruikt op LAN.

• UTP-kabel - max. 100 m op 100 Mbit/s snelheid zonder repeater
• Optische vezel - max. 1 km op 100 Mbit/s snelheid zonder repeater

Typische technologie: Ethernet

Gemoduleerde transmissie

In de telecommunicatie is modulatie het proces van het overbrengen van een berichtsignaal, bijvoorbeeld een digitale bitstream of een analoog audiosignaal, binnen een ander signaal dat fysiek kan worden verzonden. Het apparaat dat zorgt voor modulatie van het basisbandsignaal wordt een modulator genoemd, en het apparaat dat zorgt voor demodulatie van het gemoduleerde signaal terug naar de basisband wordt een demodulator genoemd. Tegenwoordig zijn de modulator en demodulator geïntegreerd in één apparaat dat Modem (modulator-demodulator) wordt genoemd. Vaak gebruikt op WAN, WLAN, WWAN.
Typische technologie: WI-FI, ADSL, kabel-tv-aansluiting (CATV)

Laag 2

De datalinklaag biedt de functionele en procedurele middelen om gegevens tussen netwerkentiteiten over te dragen en om eventuele fouten in de fysieke laag op te sporen en te corrigeren.

Laag 3

De netwerklaag biedt de functionele en procedurele manier om gegevensreeksen van variabele lengte over te brengen van een bronhost op een netwerk naar een bestemmingshost op een ander netwerk met behulp van het IP-adres.

IP-adres

Een Internet Protocol-adres (IP-adres) is een numeriek label dat is toegewezen aan elk apparaat (bijv. computer, printer) dat deelneemt aan een computernetwerk dat het Internet Protocol gebruikt voor communicatie. Op dit moment zijn er twee versies van protocollen in gebruik - IPv4 en IPv6.

• IPv4 maakt gebruik van 32-bits adressering die de adresruimte beperkt tot 4294967296 (232) mogelijke unieke adressen.

Voorbeeld: IP-192.168.0.1 masker-255.255.255.0 betekent dat het netwerkadres 192.168.0.0 is en het apparaatadres 192.168.0.1 is.

• IPv6 maakt gebruik van 128-bits adressering die de adresruimte beperkt tot 2128 mogelijke adressen. Het wordt voldoende geacht voor de nabije toekomst. De volledige IPv6-ondersteuning bevindt zich nog in de implementatiefase.

Laag 4

De transportlaag zorgt voor een transparante overdracht van gegevens tussen eindgebruikers, waardoor betrouwbare gegevensoverdracht naar de bovenste lagen mogelijk is. Het Transmission Control Protocol (TCP) en het User Datagram Protocol (UDP) van de Internet Protocol Suite worden gewoonlijk gecategoriseerd als laag-4 protocollen binnen OSI.

• TCP (transmission control protocol) zorgt voor een betrouwbare, bestelde levering van een stroom van bytes van een programma op de ene computer naar een ander programma op een andere computer. TCP wordt gebruikt voor toepassingen die een betrouwbare overdracht vereisen (e-mail, WWW, bestandsoverdracht (FTP), ...).
• UDP (user datagram protocol) maakt gebruik van een eenvoudig overdrachtsmodel zonder impliciete handshaking dialogen voor het bieden van betrouwbaarheid, ordening of gegevensintegriteit. UDP wordt gebruikt in toepassingen waar we minder vertraging nodig hebben dan betrouwbaarheid (stream video's, VOIP, online games,...).

Lagen 5-7

Het belangrijkste doel van dit systeem, dat in vereenvoudigde netwerkmodellen is verenigd in één laag, is de interactie met toepassingen, het versleutelen en indien nodig het tot stand brengen van speciale verbindingen.

Digitale modulatie: 16-QAM met voorbeeldconstellatiepunten.


Analoge modulatie: AM - amplitudeFM - frequentie

Netwerkbegrippen

Latency

Latency, ten onrechte ping genoemd, is een waarde die meet hoeveel tijd pakketten moeten reizen naar hun bestemming. Het wordt gemeten in miliseconden (ms). Het gereedschap dat de latency meet heet ping, meestal met behulp van speciale ICMP-pakketten die kleiner zijn dan de standaard datapakketten, zodat ze het netwerk niet verzwaren door hun aanwezigheid.

• Onmiddellijke vertraging wordt elke X seconden gemeten en onmiddellijk weergegeven. De waarde ervan verandert voortdurend door de natuurlijke eigenschappen van de packet-switching netwerktechnologie. Hoge latentiepieken hebben negatieve effecten op de meeste netwerktoepassingen die zich kunnen aanpassen aan de gemiddelde latentie door de overeenkomstige grootte van het geheugen als buffer toe te wijzen. Hoge latentiepieken leiden tot het leegmaken van deze buffer en tot het tijdelijk bevriezen van applicaties. Deze bevriezing wordt gewoonlijk lag genoemd.
• De gemiddelde latentie is de som van de directe latentie gemeten Y maal elke X seconden gedeeld door Y. De gemiddelde latentie wordt gebruikt om de grootte van de buffer in te schatten, voornamelijk omdat deze niet zo vaak verandert. Buffer maakt het mogelijk om sommige toepassingen zoals stream video's soepel te laten lopen, zelfs met een hoge gemiddelde latentie, maar het kan ons niet beschermen tegen hoge latentiepieken.

Capaciteit (bandbreedte)

Capaciteit is een maat voor de overdrachtscapaciteit van een netwerk en wordt gemeten in bits per seconde (bps of b/s), tegenwoordig meestal Mbps of Mb/s. Het toont ons hoeveel data-eenheden per seconde worden overgedragen. Op dit moment is de gemiddelde bandbreedte veel hoger dan nodig is en het is in de meeste gevallen geen beperkende factor.

• Uplink is hoeveel bandbreedte wordt gebruikt voor de overdracht van gegevens van de gebruiker naar de server (meestal lager voor eindgebruikers).
• Downlink is hoeveel bandbreedte wordt gebruikt voor de overdracht van gegevens van de server naar de gebruiker (meestal hoger voor eindgebruikers).

Uitzending

Broadcast is een speciale transmissie die niet bedoeld is voor één enkel apparaat, maar gericht is op alle apparaten in een specifiek netwerk. Het wordt meestal gebruikt om automatisch IP-adressen uit te geven aan apparaten door een DHCP-server en om een ARP-tabel te maken die het netwerk in kaart brengt en het verkeer versnelt.

ADSL-frequentieplan. Upstream + downstream = netwerkbandbreedte