Det finns många olika typer av datornät. I den enklaste formen består ett datornät av två datorer, eller noder, som är direkt sammankopplade via en kabel. Något mer komplicerat blir det när fler än två noder behöver kopplas samman. Det finns olika sätt att göra detta. Ett sätt är att anslutna dem till en gemensam kanal, se figur 13.
Figur 13: Ett multiple-access-system.
Kanalen kan till exempel vara en kabel eller en radiokanal, om nätverket är trådlöst. I ett sådant, så kallat multiple-access-system, kan inte alla noder kommunicera samtidigt. Istället tillåts endast en nod i taget sända. Vilken nod som får sända bestäms på olika sätt i olika typer av system.
Villkoret att bara en nod i taget får sända medför att multiple-access-system är begrän- sade i storlek, både fysiskt och vad gäller antal noder. För att ett större antal datorer ska
kunna kopplas samman inses att en direkt kabel inte kan dras mellan alla datorer. Istället skapas ett så kallat switchat nätverk, se figur 14.
Figur 14: Ett switchat nätverk.
Det karaktäristiska för ett switchat nätverk är att en eller flera noder har fler än en anslutning. Dessa noder måste vara kapabla att vidarebefordra data från en nod till en annan.
De två vanligaste typerna av switchade nätverk är kretskopplade och paketbaserade. I ett kretskopplat nätverk skapas först en förbindelse mellan de två noder som vill kommunicera. Denna förbindelse upprätthålls så länge det finns data att skicka och sedan kopplas den ned. Eftersom kapaciteten över en förbindelse är begränsad innebär det att ett begränsat antal noder kan kommunicera. De som skapat en förbindelse har dock en förbindelse med garanterad kapacitet. På detta sätt fungerar till exempel dagens tråd- bundna telefonsystem.
I det paketswitchade nätverket, som är den vanligaste typen av datornät, delas den data som en nod ska skicka upp i diskreta delar, ofta benämnda paket. Dessa paket markeras med mottagarens adress och skickas till nästa nod. Noderna använder normalt en strategi som kallas store-and-forward. Detta innebär att när en nod får in ett paket sparar den paketet i internminnet och vidarebefordrar sedan paketet till nästa nod. Detta förfarande fortsätter till paketet nått mottagaren. Paketswitchade nätverk behandlas mer utförligt i avsnitt 4.3.
Nätverk som har en fysisk utsträckning på mindre än en kilometer kallas typiskt för
local area network, LAN, och de med större utsträckning för wide area network, WAN.
För att underlätta nätverksdesign införs ofta abstraktionsnivåer som kallas lager. Dessa lager, och hur de används, beskrivs i efterföljande avsnitt.
4.2.1 Lager och protokoll
För att hantera komplexa nätverk används ofta en abstrakt modell där funktionaliteten delas upp i lager. Fördelen med en modell uppdelad i lager är att problemen delas upp i mindre delar som är lättare att implementera. Det ger även en modulär design vilket gör det lätt att lägga till eller ta bort funktionalitet. En modulär design blir också lättare att överskåda.
Modellen skapas genom att de tjänster som den underliggande hårdvaran erbjuder stu- deras. Utifrån detta skapas en rad ovanliggande lager med abstrakta tjänster. Ett lager på
Datornät
MPEG-4-kompatibel settop-box för IP-nät baserad på öppna standarder 29 en viss nivå implementeras med hjälp av de tjänster som de underliggande lagren erbjuder.
Funktionaliteten i varje lager implementeras i ett eller flera protokoll. Ett protokoll erbjuder alltså tjänster åt ovanliggande protokoll. Det definierar även ett gränssnitt för formen på den data som utbyts mellan två protokoll på samma nivå, men i olika noder, se figur 15.
Figur 15: Gränssnitt för ett protokoll [2].
När protokollet får data från ett ovanliggande lager lägger det till information i form av en header. Denna innehåller olika information beroende på vilken typ av protokoll det är men några exempel är adress, id-nummer och kontrollsumma. Efter detta används under- liggande protokolls tjänster för att skicka data vidare.
När ett protokoll får data från ett underliggande protokoll används informationen i headern för att avgöra var data ska ta vägen.
Denna struktur för protokoll, som skapas med en modell uppdelad i lager, kallas ofta för protokollstack. Host 1 Host 2 High-level object Protocol High-level object Protocol Peer-to-peer interface Service interface
4.2.2 OSI-modellen
1984 standardiserade ISO en modell för nätverk, se figur 16. Denna modell är uppdelad i sju olika lager och kallas Open Systems Interchange, OSI.
Figur 16: OSI-modellen.
Physical layer hanterar den egentliga transmissionen av bitar över den aktuella kanalen.
För ovanstående lager erbjuder det en möjlighet att skicka bitar över nätverket. Data link
layer koordinerar tillgången till kanalen med hjälp av olika accessmetoder. Det abstra-
herar också bort utseendet på kanalen för ovanliggande protokoll. Tre vanliga standarder för dessa två nedersta lager är Ethernet, FDDI och ATM [2].
Network layer hanterar routing i nätverket. Dessa tre nedersta lager implementeras
normalt i samtliga noder i ett nätverk. Lagren ovanför är till stor del applikationsbero- ende och behöver endast implementeras i start- och slutnoder. Transport layer och
session layer hanterar bland annat tillförlitlig överföring respektive sessionshantering. Presentation layer ansvarar för att data presenteras på rätt sätt beroende på vilken
datorarkitektur som används. Det kan även hantera viss kryptering. Överst i modellen finns application layer som är applikationsspecifikt.
4.2.3 Bandbredd och fördröjning
För att mäta kapacitet och prestanda i ett nätverk används en rad olika begrepp och definitioner. Två av de mest användbara begreppen är bandbredd och fördröjning. I sam- band med datornät definieras bandbredd som det antal bitar som kan överföras under en viss tid. En förbindelse med en bandbredd på 10 Mbps kan således överföra 10 miljoner bitar varje sekund. Det är viktigt att skilja på kapaciteten över en viss förbindelse och på kapaciteten i hela nätverket. Även om en viss förbindelse har en viss bandbredd så behö- ver inte hela nätverket ha samma bandbredd.
Det andra viktiga måttet är fördröjning. Detta är ett mått på hur lång tid det tar för ett meddelande att färdas från en del av nätverket till ett annat. Även här kan fördröjningen gälla en viss förbindelse eller ett helt nätverk. Ofta är det mer intressant att veta hur lång tid det tar för ett meddelande att färdas både fram och tillbaka. Detta kallas för round-trip
Datornät
MPEG-4-kompatibel settop-box för IP-nät baserad på öppna standarder 31 Fördröjningen består huvudsakligen av tre komponenter; tiden för signalöverföring som är begränsad av ljusets hastighet, den tid det tar att sända data samt den köbildning som kan uppstå i nätet, se avsnitt 4.3.