7.1 Datanettverkenes oppbygging

Datanettverkenes oppbygging

Tenk deg ein vanleg skuledag: Du koplar deg til skulens Wi-Fi med mobilen, sender ei melding til ein ven, lastar opp ei fil til læringsplattforma og strøymer musikk i friminuttet. Alt dette er mogleg takka vere datanettverk – system av samankopla einingar som kan utveksle informasjon med kvarandre.

Eit datanettverk er to eller fleire datamaskiner eller einingar som er kopla saman slik at dei kan kommunisere og dele ressursar. Nettverket kan vere lite, som to datamaskiner kopla saman med ein kabel heime, eller enormt, som internett som koplar saman milliardar av einingar over heile verda. For å forstå korleis moderne nettverk fungerer, må vi kjenne til grunnleggjande omgrep som nettverkstypar, topologiar og nettverkskomponentar.

Datanettverk blir klassifiserte etter storleik og geografisk utstrekning. Dei to viktigaste typane er LAN og WAN, men det finst òg mellomvariantar.

LAN – Local Area Network

Eit LAN (Local Area Network) er eit nettverk som dekkjer eit avgrensa område, typisk ein bygning eller eit campus. Døme på LAN er:

- Heimenettverket ditt med rutar, PC, mobil og smart-TV
- Nettverket i eit klasserom med lærar-PC og elevmaskiner
- Kontornettverket i ei bedrift

LAN-nettverk er kjenneteikna av høg fart (typisk 100 Mbps til 10 Gbps), låg forseinking og at dei blir eigde og administrerte av organisasjonen eller personen som brukar dei. Den vanlegaste kabla teknologien for LAN er Ethernet (IEEE 802.3), medan Wi-Fi (IEEE 802.11) blir brukt for trådlaus tilkopling.

WAN – Wide Area Network

Eit WAN (Wide Area Network) dekkjer eit stort geografisk område og koplar saman fleire LAN-nettverk over lange avstandar. Internett er verdas største WAN. Andre døme er:

- Nettverket til eit selskap som koplar saman kontor i Oslo, Bergen og Tromsø
- Nettverket til eit universitet som bind saman fleire campus
- UNINETT, som koplar saman norske universitet og høgskular

WAN-nettverk brukar infrastruktur som fiberoptiske kablar, leigde linjer og satellittsamband. Dei har generelt lågare fart og høgare forseinking enn LAN.

Andre nettverkstypar

- MAN (Metropolitan Area Network): Dekkjer ein by eller eit storbyområde, til dømes eit kommunalt fibernett
- PAN (Personal Area Network): Eit svært lite nettverk rundt éin person, til dømes Bluetooth-sambandet mellom mobil og trådlause øyreproppar
- WLAN (Wireless LAN): Eit trådlaust lokalt nettverk, teknisk sett ein trådlaus variant av LAN som brukar Wi-Fi

Stjernetopologi

I ein stjernetopologi er alle einingar kopla til ei sentral eining, vanlegvis ein svitsj eller rutar. All kommunikasjon går gjennom det sentrale punktet.

Fordelar:
- Enkel å setje opp og utvide med nye einingar
- Viss éi eining sviktar, blir resten av nettverket ikkje påverka
- Lett å feilsøkje problem

Ulemper:
- Den sentrale eininga er eit enkelt feilpunkt – viss ho sviktar, mistar alle sambandet
- Krev meir kabling enn bustopologi

Stjernetopologi er den klart vanlegaste topologien i moderne nettverk, både i heime- og bedriftsnettverk.

Bustopologi

I ein bustopologi er alle einingar kopla til éin felles kabel (bussen). Data blir sende langs kabelen og motteke av alle einingar, men berre mottakaren behandlar dataa.

Fordelar:
- Enkel og billeg – krev lite kabling
- Lett å setje opp for små nettverk

Ulemper:
- Viss hovudkabelen ryk, fell heile nettverket
- Vanskeleg å feilsøkje
- Ytinga søkk med mange einingar (kollisjonar)

Bustopologi var vanleg i eldre Ethernet-nettverk (10BASE2, 10BASE5), men blir sjeldan brukt i dag.

Ringtopologi

I ein ringtopologi er einingar kopla i ein lukka krins der data blir sende i éi retning rundt ringen. Kvar eining tek imot data frå førre og sender vidare til neste.

Fordelar:
- Føreseieleg yting – ingen kollisjonar
- Alle einingar har lik tilgang til nettverket

Ulemper:
- Viss éi eining eller kabel sviktar, kan heile ringen bryte saman
- Vanskeleg å leggje til nye einingar utan å stoppe nettverket

Ringtopologi vart brukt i Token Ring-nettverk (IBM), men er i dag stort sett erstatta av stjernetopologi.

Meshetopologi

I ein meshetopologi er einingar kopla til fleire andre einingar, noko som gir redundante samband. I ein full mesh er kvar eining kopla til alle andre. I ein partiell mesh har berre nokre einingar fleire samband.

Fordelar:
- Svært påliteleg – viss eitt samband sviktar, finst alternative vegar
- God yting ved å fordele trafikk over fleire vegar

Ulemper:
- Dyrt og komplekst å setje opp
- Krev mykje kabling eller trådlause samband

Meshetopologi blir brukt i ryggradsnettverk (backbone) på internett og i trådlause mesh-nettverk for å dekkje store område.

Eit nettverk består av fleire komponentar som samarbeider for å flytte data mellom einingar. Her er dei viktigaste:

Svitsj (Switch)

Ein svitsj er hjartet i eit LAN. Han koplar saman einingar i nettverket og sender datapakkar vidare til rett mottakar basert på MAC-adresser. Svitsjen byggjer opp ein tabell over kva MAC-adresser som er tilkopla kva portar, og brukar denne tabellen til å sende data direkte til mottakaren i staden for å kringkaste til alle.

Moderne svitsjar støttar funksjonar som:
- VLAN (Virtual LAN) – deler eit fysisk nettverk i fleire logiske nettverk
- PoE (Power over Ethernet) – leverer straum gjennom nettverkskabelen til einingar som IP-kamera og aksesspunkt
- Link Aggregation – kombinerer fleire portar for høgare fart

Ruter (Router)

Ein rutar sender datapakkar vidare mellom ulike nettverk. Medan svitsjen jobbar innanfor eitt nettverk (LAN), koplar rutaren saman fleire nettverk – til dømes ditt LAN med nettverket til internettleverandøren.

Rutaren brukar IP-adresser og rutingtabellar for å avgjere beste veg for kvar datapakke. Viktige funksjonar:
- NAT (Network Address Translation) – lèt fleire einingar dele éi offentleg IP-adresse
- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) – tildeler automatisk IP-adresser til einingar
- Brannmur – filtrerer trafikk for å verne nettverket

Aksesspunkt (Access Point)

Eit trådlaust aksesspunkt lèt einingar kople seg til nettverket via Wi-Fi. Det fungerer som ei bru mellom det trådlause og det kabla nettverket. I heimenettverk er aksesspunktet vanlegvis integrert i rutaren, medan bedrifter brukar dedikerte aksesspunkt for betre dekning.

Modem

Eit modem (modulator-demodulator) konverterer digitale signal til analoge signal og omvendt. Det blir brukt for å kople eit lokalt nettverk til internett via ei breibandslinje, til dømes DSL, kabel-TV-nett eller fiber. Mange moderne einingar kombinerer modem og rutar i éin boks.

Brannmur (Firewall)

Ein brannmur er ein tryggleiksmekanisme som overvakar og kontrollerer nettverkstrafikk basert på førehandsdefinerte reglar. Han kan vere maskinvarebasert (ei eiga eining) eller programvarebasert (eit program på datamaskina). Brannmuren vernar nettverket ved å blokkere uønskt trafikk og tillate godkjend kommunikasjon.

Nettverkskablar

Dei vanlegaste kabeltypane i nettverk er:
- Ethernet-kabel (UTP/STP): Tvinna parkabel, vanlegvis med RJ-45-kontakt. Kategoriar som Cat5e (1 Gbps), Cat6 (10 Gbps over korte avstandar) og Cat6a (10 Gbps over 100 m)
- Fiberoptisk kabel: Brukar lys til å overføre data over lange avstandar med svært høg fart. Blir brukt i ryggradsnettverk og for breibandstilkopling
- Koaksialkabel: Eldre kabeltype som framleis blir brukt i kabel-TV-nettverk

For at einingar i eit nettverk skal kunne kommunisere, treng dei unike adresser. I datanettverk blir to typar adresser brukte:

MAC-adresser (fysiske adresser)

Kvar nettverkseining har ei unik MAC-adresse som er brend inn i nettverkskortet ved produksjon. MAC-adressa er 48 bit lang og blir skriven som seks grupper med heksadesimale tal, til dømes AA:BB:CC:11:22:33. MAC-adresser blir brukte på lag 2 (datalink-laget) i nettverksmodellen for å identifisere einingar innanfor eit lokalt nettverk.

IP-adresser (logiske adresser)

IP-adresser er logiske adresser som blir tildelte einingar for kommunikasjon over nettverk. Det finst to versjonar:

- IPv4: Brukar 32-bits adresser, skrivne som fire talgrupper frå 0 til 255, til dømes 192.168.1.100. IPv4 gir plass til ca. 4,3 milliardar unike adresser, noko som ikkje lenger er nok for alle einingar i verda.
- IPv6: Brukar 128-bits adresser, skrivne som åtte grupper med heksadesimale tal, til dømes 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334. IPv6 gir eit nesten uendeleg tal adresser.

IP-adresser blir delte inn i offentlege og private adresser:
- Offentlege IP-adresser er unike på internett og blir tildelte av internettleverandøren
- Private IP-adresser blir brukte innanfor LAN og er ikkje tilgjengelege direkte frå internett. Vanlege private adresseområde er 192.168.x.x, 10.x.x.x og 172.16.x.x–172.31.x.x

Rutaren brukar NAT for å omsetje mellom private og offentlege adresser, slik at mange einingar kan dele éi offentleg IP-adresse.

Oppsummering

I dette kapittelet har du lært:

- Datanettverk: einingar kopla saman for å dele ressursar.
- LAN og WAN: lokalt mot stort geografisk nettverk.
- Topologiar: stjerne, buss, ring og mesh.
- Komponentar: svitsj, rutar, aksesspunkt, modem og brannmur.
- MAC- og IP-adresser: fysiske og logiske adresser.

Nøkkelomgrep