8 Netwerken en Internet

Hoofdstuk 8

8

Netwerken en Internet

119


1 COMMUNICATIE “We must be able to communicate with anyone, at any time, anywhere” De menselijke taal ontstond ergens in de ontwikkeling van de mens. Tussen 300.000 en 100.000 jaar geleden ontwikkelde zich de homo sapiens, die wat anatomie betreft lijkt op de huidige mens. In de tijd van homo sapiens ontwikkelde zich de gesproken taal en daarmee was dit het begin van communicatie. Het doorgeven van kennis gebeurde mondeling en een goed geheugen was daarvoor nodig. De herseninhoud van homo sapiens was ongeveer 3 maal zo groot als die van zijn voorganger, homo erectus. Daarna nam de herseninhoud van de mens niet meer beduidend toe. De ontwikkeling naar geschreven taal, maakte het mogelijk om kennis moeiteloos te kunnen doorgeven en te vermenigvuldigen. Het was niet meer nodig om alles in het menselijk geheugen op te slaan maar dit werd uitbesteed aan een extern en niet biologisch hulpmiddel. En toen kwam de computer…. Op het eerste gezicht zou je zeggen: “Maakt het wat uit of de informatie op papier of digitaal wordt opgeslagen?”. Echter een computer slaat niet alleen de resultaten van een denkproces op, maar kan ook het denkproces zelf eenvoudiger maken, of nadoen. Homo sapiens sapiens is nu bezig het selecteren en analyseren van symbolen aan de computer uit te besteden. Voorbeelden: militaire en medische systemen, die naast een database ook een ‘inference engine’ kennen, een programma dat zélf conclusies trekt uit de binnenkomende data. Op internet kun je bladeren als in een boek, maar de computer doet het veel sneller en kan van zijn gebruik leren. Er zijn slimme zoekmachines die informatie opsporen en in volgorde van belangrijkheid voor je neerzetten en die door ervaring leren wat de gebruikers meer of minder belangrijk vinden. Mens en machine leren over en weer voortdurend van elkaar. Succesvolle zoekacties leiden tot meer kwaliteit van het web. Er ontstaat een soort superbrein, waarvan de gebruikers een onderdeel zijn. Net als toen er een overgang kwam van het mondeling overbrengen van informatie naar een geschreven vorm, bestaat de verwachting dat door de komst van netwerken en internet zich nieuwe vermogens bij de mens zullen ontwikkelen. De hoeveelheid informatie waarover wij kunnen beschikken is ongeveer 1400 maal zo groot geworden (t.o.v. de tijd dat we alleen uit boeken informatie konden halen) en ze groeit met de dag.

ENIGMA

120

Informatieboek

De convergentie van evolutie, humanisme en informatietechnologie Jos de Mul De oplossing die Moravec in Mind Children voorstelt is het 'downloaden' van de menselijke geest in een kunstmatig lichaam dat de beperkingen van het organische lichaam niet bezit. Moravec stelt zich daarbij een procedure voor waarbij een hersenchirurgierobot die uitgerust is met miljarden nanoscopisch kleine elektrische en chemische sensoren laag voor laag de hersenen scant en vervolgens een computersimulatie maakt van alle fysische en chemische processen in het breinweefsel. Dit computerprogramma wordt vervolgens gekopieerd naar het mechanische 'brein' van de robot. Moravec vooronderstelt daarbij dat de geest een (bij)product is van de materie (dat zich voordoet zodra een bepaalde complexiteit wordt bereikt), en dat de identiteit van de geest niet is gelegen in de stof waarvan het brein is gemaakt, maar in de structuur en de processen die zich daar afspelen. Een aanwijzing voor deze 'pattern-identity' zien Moravec in het feit dat in de loop van een mensenleven alle atomen in ons lichaam worden vervangen, maar de structuur, en daarmee de geest, behouden blijft. De zojuist beschreven transmigratie van de menselijke geest maakt de mens volgens Moravec potentieel onsterfelijk. Door het maken van 'back-ups' van de geest, kan namelijk voorkomen worden dat met het verongelukken van ons kunstmatige lichaam ons bewustzijn wordt uitgedoofd. Omdat het aantal aardbewoners hierdoor natuurlijk nog veel sterker zou toenemen dan nu reeds het geval is, zal het noodzakelijk worden het leven op andere planeten voort te zetten. Dat zal echter geen probleem zijn, omdat onze niet-organische lichamen beter aangepast zullen zijn aan de leefomstandigheden op andere planeten dan organische lichamen en we bovendien onze geest razendsnel zullen kunnen verplaatsen via (draadloze) computernetwerken en op de plaats van bestemming 'downloaden' in een ander lichaam.

opdracht 1 - 4

2 COMPUTERNETWERKEN EN TELECOMMUNICATIE Tele is het Griekse woord voor ‘ver’. Het gaat hier dus om communiceren op afstand. In Zeeland heeft men een eigen woord voor een telefoon: een ‘verreluller’. De mens is in het verleden steeds op zoek geweest naar manieren om over langere afstanden berichten te kunnen verzenden. Stel je eens voor in een tijd te leven zonder mobiel, telefoon, post, krant, radio, tv, computer enz. In het verleden gebruikte men rooksignalen, Afrika kende zijn tamtam, een djembé of een dubbele trommel waarmee boodschappen van de ene stam aan de andere werden doorgegeven, door er bepaalde ritmes op te slaan. In de 18e eeuw werd de St. Ann, een schoener uit Newfoundland gebouwd als 'a packet' om berichten over te brengen. Postduiven werden in de Eerste en Tweede wereldoorlog ingezet voor het versturen van berichten. Met flessenpost probeerde bemanning van schepen een noodsignaal uit te zenden.

Hoofdstuk 8


121

Telegrafie bracht in de 19e eeuw grote veranderingen in o.a. het diplomatieke verkeer. In het begin was een draadverbinding nodig tussen begin- en eindstation. Toen radiogolven ontdekt werden, werd draadloze telegrafie mogelijk.

opdracht 5 - 6 Met telecommunicatie bedoelen we alle vormen van informatie (data, voice, televisie, fax enz.) die via verbindingen (kabels, glasvezel, radio, mobiel enz.) op grote afstand kunnen worden overgebracht. Sinds de jaren 90 is het woord ‘de elektronische snelweg’ in zwang geraakt. Om op een betrouwbare manier de informatie van de ene plek naar de andere te krijgen, heb je communicatiekanalen nodig. Computernetwerken zijn groepen computers die onderling met elkaar zijn verbonden en waardoor gebruikers met elkaar kunnen communiceren. Communicatieverbindingen zijn nodig omdat de computers geografisch verspreid liggen. Op grond van deze geografische verspreiding wordt er gesproken van een LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network) en WAN (Wide Area Network). Een LAN is een netwerk binnen één gebouw of bedrijventerrein met een doorsnede van hooguit enkele kilometers. Van een MAN wordt gesproken als het een apart onderdeel is van een WAN voor een stad of stedenagglomeratie. Wanneer twee of meer netwerken met elkaar verbonden worden, ontstaat een internetwerk. Het voor ons meest bekende WAN is het internet. Behalve geografische verspreiding zijn er andere redenen waarom het handig is om computers met elkaar te verbinden. In bedrijven wordt het gebruikt om onderling informatie uit te wisselen of om gezamenlijk dezelfde programma’s of apparaten te kunnen gebruiken. Subnet en LAN Door de komst van internet zijn netwerken behalve voor bedrijven ook steeds belangrijker geworden voor particulieren. Er is toegang tot informatie op afstand, internetbankieren, home shopping en digitale kranten. We kunnen gemakkelijk communiceren via e-mail, waarbij de elektronische post steeds vaker wordt gebruikt voor het verzenden van audio en video. Videoconferencing (virtueel vergaderen) wordt in bedrijven en ziekenhuizen ingezet maar heeft ook in het onderwijs haar intrede gedaan.

122

ENIGMA

Informatieboek

opdracht 7 - 8 De wijze waarop computers aan elkaar gekoppeld worden, is verschillend. Aan een stukje hardware in de computer (de netwerkkaart) wordt een kabel aangesloten die direct of via tussenstations aan andere computers wordt gekoppeld. Vaak hebben computers ingebouwde netwerkkaarten op het moederbord. Zo niet, dan wordt er gebruik gemaakt van een PCI-netwerkkaart die in een PCI-slot wordt geplaatst. Voor draadloze netwerkverbindingen zijn speciale netwerkkaarten op de markt.

Netwerkkaart voor PCI slot

Mobiele netwerkkaart

opdracht 9

3 VERBINDINGEN 3.1 CIRCUITSCHAKELING Wanneer er een verbinding wordt gelegd die blijft bestaan zolang de communicatie voortduurt heet dat circuitschakeling. Zij wordt vooral gebruikt in het telefoonverkeer. Er wordt een verbinding opgezet en een kanaal wordt gereserveerd voor de communicatie. De data worden over dit kanaal verzonden (bijv bij een telefoongesprek). Ook wanneer er niets wordt gezegd, blijft de lijn toch bezet. Tijdens het opzetten van de verbinding wordt de route gekozen en deze route wordt de hele tijd van verbinding gebruikt. De centrales hebben routetabellen die aangeven wat de meest optimale route is en er zijn alternatieve routes voor als er druk communicatieverkeer is of wanneer er met een route iets mis is. Deze manier van verbinden heet ‘verbindingsgericht’.

3.2 PAKKETSCHAKELING Bij pakketschakeling worden de data over kleinere pakketjes verdeeld en elk pakketje krijgt informatie mee over zijn bestemming. Elk pakketje wordt ook afzonderlijk over het netwerk verstuurd, via verschillende routes waarbij de pakketjes ook kunnen verschillen van grootte. Dat betekent dat een bericht in meerdere stukjes wordt geknipt en via verschillende routes bij de ontvanger kan worden bezorgd. Daardoor is pakketschakeling gevoeliger voor fouten. Er kan op deze manier door de gebruiker geen beslag worden gelegd op een transmissielijn. Dat maakt dat pakketschakeling goed bruikbaar is voor interactief verkeer. Het wordt verbindingsloze communicatie genoemd. Het verschil tussen pakketschakeling en circuitschakeling is een klein beetje vergelijkbaar met vervoer per auto of trein. Bij de auto bepaal je zelf het merk, hoe hard je rijdt en welke route je neemt. Bij gebruik van de trein heb je geen keuze in het type trein en evenmin over de route en over de snelheid.

Hoofdstuk 8

123


Eigen pad Beschikbare bandbreedte Mogelijkheid tot verspilling van bandbreedte Store en forward transmissie Elk pakket volgt dezelfde route

Circuitschakeling Ja Vast Ja

Pakketschakeling Nee Dynamisch Nee

Nee Ja

Ja Nee

opdracht 10

3.3 TRANSMISSIE IN HET NETWERK Transmissie betekent dat er data verzonden worden over een netwerk. Het kanaal waarover dit gebeurt wordt het medium genoemd. Daarvoor worden verschillende transportkanalen gebruikt, waarop we later terugkomen (zie transmissiemedia). De meest optimale manier om computers met elkaar te verbinden, is afhankelijk van de grootte van het netwerk en de gebruikte transmissietechniek. Er zijn twee transmissietechnieken: broadcast en point-to-point. Broadcast netwerken hebben één communicatiekanaal dat door alle computers in het netwerk wordt gebruikt. Point-to-point netwerken hebben een groot aantal verbindingen tussen paren machines. Met transmissietijd wordt bedoeld de tijd die nodig is om een bestand of bericht over het netwerk te verzenden. In een LAN is daarvan een goede schatting te maken, omdat een LAN niet zo groot is. Voor grotere netwerken geldt dat niet. Netwerken worden opgebouwd volgens bepaalde patronen die topologieën worden genoemd. opdracht 11 - 12

Wat is een protocol?

Point-to-point netwerk

Broadcast netwerk

124

ENIGMA

Informatieboek

4 PROTOCOLLEN

4.1 WAT IS EEN PROTOCOL? Een Belgisch restaurant heeft het volgende keuken- en tafelprotocol opgesteld voor mannen die een kookcursus willen volgen. ”Er wordt gekookt in een zwarte koksvest. Leden die dit wensen kunnen aan een interessante prijs hun persoonlijke koksvest bekomen met het embleem van L'aile ou la cuisse, afgewerkt met witte bies en unieke knopen! Vanwege de hygiëne wordt u verzocht de handen te wassen alvorens te gaan koken. De chef bespreekt de receptuur vanaf 19h15, de kooksessie start stipt om 19h30. Hij deelt tevens de keukenbrigade in en geeft leiding aan de kookavond. Voor het uitserveren van de gerechten wordt van iedereen acte de présence verwacht Direct na het uitserveren graag uw plaats aan tafel innemen zodat we tijdig en harmonieus van het gerecht kunnen genieten. Per sessie worden drie mensen aangeduid die de ganse avond de afwas voor hun rekening nemen. Op die manier komt iedereen aan de beurt en is men vrij van afwas voor de overige sessies. “ protocol bron: users.telenet.be/bartvauterin/reglement.html Zoals blijkt uit het bovenstaande citaat, is een protocol dus een verzameling regels en afspraken. In de netwerkwereld is een protocol een verzameling regels, die bepalen hoe de communicatie tussen computers via een netwerk plaatsvindt. Protocollen hebben dus alles te maken met netwerken. Computerprotocollen moeten natuurlijk heel strikt zijn. Computers die met elkaar spreken moeten wel hetzelfde protocol gebruiken (dezelfde taal spreken) en daarom is het gebruik van standaardprotocollen zo belangrijk. Protocollen worden ook gebruikt om communicatie zo betrouwbaar mogelijk te maken over verbindingen die gevoelig zijn voor storingen. Een protocol zou bijvoorbeeld kunnen voorschrijven dat een bevestiging wordt gegeven wanneer het bericht goed ontvangen is. Gaat er iets mis, dan wordt het allemaal herhaald. Omdat dit kan leiden tot erg veel heen en weer gepraat, wordt er ook wel extra controle informatie toegevoegd, bijvoorbeeld het aantal enen in de binaire codering van de boodschap. De ontvanger checkt dit en vraagt alleen om een herhaling van de boodschap als het niet klopt. Omdat ook deze verzoeken om herhaling en bevestiging via dezelfde slechte verbinding moeten worden verstuurd, worden protocollen al snel behoorlijk ingewikkeld.

4.2 ETHERNET De meest populaire techniek voor de overdracht van berichten in een busstructuur is Ethernet. Ethernet staat ook wel bekend als IEEE 802. Je kunt Ethernet beschouwen als een soort bestek dat gebruikt wordt in de bouw. Ethernet is een bouwvoorschrift voor computernetwerken. Het voorschrift bepaalt welke soorten kabel er gebruikt mogen wor-

Hoofdstuk 8

125


den, hoe de kabels op elkaar aangesloten moeten worden, hoe computers elkaar via deze kabels informatie kunnen toesturen enz. Een Ethernet-netwerk wordt snel trager als het flink druk wordt. De basis van Ethernet is het CSMA/CD protocol, een toegangsmethode om data te mogen verzenden over het ethernetwerk. ‘Wie het eerst komt, mag als eerste verzenden’ is de achterliggende gedachte bij het verzenden van data over dit type netwerk. Carrier Sense Ieder station (bijv. computer, printer) luistert naar het netwerk en begint met verzenden van data.

Multiple Access Als de lijn vrij is mag elke computer beginnen met zenden. Wanneer een ander station op hetzelfde moment begint met zenden, stoppen beide en wachten een willekeurig tijdsinterval om vervolgens opnieuw te gaan zenden. Collision Detection Het detecteren van botsingen.

CSMA

opdracht

13 - 15

4.3 FOUTDETECTIE EN -CORRECTIE Tijdens het verzenden van data kan er nogal wat fout gaan. Je kunt de fysieke laag voorstellen als een kanaal waar de bits doorheen stromen en deze laag laat ook wel eens een bitje vallen. Stel dat een machine twee blokken data te verzenden heeft. Wanneer ze gewoon achter elkaar verzonden worden, kan het zijn dat de ontvanger niet weet waar het eerste blok eindigt en het tweede blok begint. Bijvoorbeeld: 01010111000111010001 wordt verdeeld in 010101110 en 00111010001. Net als in gewone schrijftaal zijn er ‘hoofdletters' en `punten' nodig om aan te geven waar een zin begint en ophoudt. opdracht 16 Om fouten te detecteren en eventueel te verbeteren, worden codes toegevoegd aan berichten. Vandaar dat op een CD veel minder bestandsruimte overblijft dan de CD aangeeft. De overige ruimte wordt o.a. voor foutdetectie gebruikt. Om te zorgen dat fouten worden ontdekt en gecorrigeerd, zijn er verschillende manieren bedacht. Eén ervan is de Hammingcode, genoemd naar Richard Hamming. opdracht 17 – 18

126

ENIGMA

Informatieboek

5 REFERENTIEMODELLEN Wanneer een netwerk opgezet wordt, loop je tegen problemen zoals: Hoe kunnen de verbindingen worden gemaakt? Hoe krijg ik een boodschap van A naar B en nog wel via de kortste, goedkoopste en snelste route? Wat te doen als er iets fout gaat? 5.1 NETWERKLAGEN Om deze problemen behapbaar te maken, is een netwerk opgedeeld in een aantal lagen. Dit zijn geen echt bestaande lagen. De lagen bestaan uit een verzameling van protocollen, regels en afspraken over het heen en weer sturen van boodschappen. Protocollen in netwerken zijn dus afspraken die zorgen voor een goede uitwisseling van gegevens tussen twee systemen of programma’s in een netwerk. Iedere laag biedt service (daarmee bedoelen we een dienst) aan de bovenliggende laag. Bijvoorbeeld: ‘Stuur een bericht van A naar B. Zorg ervoor dat het bericht goed wordt afgeleverd, ook als er onderweg iets fout gaat’. De verschillende lagen zorgen er dus voor dat de communicatie in een netwerk op een zo goed mogelijke manier verloopt. Om te zorgen dat de protocollen in diverse netwerken elkaar verstaan, is het OSI model ontwikkeld. Het beoogt een standaardisering in open systemen (systemen die open staan voor communicatie met andere systemen). Het OSI model vertelt wat iedere laag moet doen. Het OSI model vind je in bijlage 1. OSI is een theoretisch model. In de praktijk wordt het meest gebruik gemaakt van het TCP/IP protocol. Een vergelijking tussen OSI en TCP/IP, vind je ook in bijlage 1. Elke laag in de modellen probeert een deel van de problemen op te lossen. Elke laag maakt gebruik van de onderliggende laag. In de lagere lagen worden de protocollen vooral door de hardware uitgevoerd. In de hogere lagen gebeurt dit softwarematig. opdracht 19 Arpanet, de voorloper van internet, was oorspronkelijk een onderzoeksnetwerk van het Amerikaanse leger. Uiteindelijk verbond het netwerk honderden universiteiten en overheidsinstellingen via gehuurde telefoonlijnen. Toen er satellietnetwerken werden toegevoegd, leverden die problemen op. De noodzaak ontstond om verschillende netwerken naadloos te kunnen verbinden. De architectuur die ontstond was het TCP/IP referentiemodel, genoemd naar de twee belangrijkste protocollen die erin voorkomen: TCP en IP. TCP/IP verzorgt alle communicatie tussen computers en is het belangrijkste protocol voor datatransport op internet geworden. Een referentiemodel vormt de basis op grond waarvan afspraken worden gemaakt. Wanneer netwerken op elkaar worden aangesloten is het belangrijk dat de deelnemende partijen weten over welke aspecten zij afspraken moeten maken. Standaardisering werd steeds noodzakelijker. De zaken waarover afspraken moeten worden gemaakt zijn vastgelegd in gestandaardiseerde netwerkprotocollen zoals OSI en TCP/IP.

Hoofdstuk 8


127

5.2 TCP/IP REFERENTIEMODEL

TCP/IP applicatie Transportlaag Internetlaag Host-naarnetwerklaag

Protocollen FTP SMTP DNS http POP3 TCP UDP IPv4 IPv6 Ethernet modemprotocollen

Protocollen in het TCP/IP protocol

Bij zowel OSI (zie bijlage) als TCP/IP gaat het om referentiemodellen. Iedere laag levert een dienst aan de erboven liggende laag. Hierin ligt vast wat de laag doet maar niet via welk protocol de laag dit moet doen. Dat maakt niet uit zolang het werk maar gedaan wordt.

5.3 INTERNET PROTOCOL (IP) Het IP, het protocol van de internetlaag, zorgt voor de routering van de boodschap, dat wil zeggen dat geprobeerd wordt om de boodschap op zijn bestemming te krijgen. Voorkomen van opstoppingen is een belangrijke taak daarin. De internetlaag vormt de basis van een pakketschakel netwerk. Pakketten moeten onafhankelijk van elkaar door het netwerk kunnen reizen naar hun bestemming. Het protocol dat wordt gebruikt voor deze laag heet IP (Internet Protocol).

5.4 IP-ADRESSEN Verzending van boodschappen vindt plaats op basis van IP-adressen. Elke computer of server in het internet heeft in principe een eigen IP-adres, vergelijkbaar met telefoonnummers in het telefoonnetwerk. Op basis van dit adres kunnen computers elkaar identificeren. Een IP-adres was tot nu toe in IP versie 4, een 32-bitsgetal (minimaal 0, maximaal 4.294.967.295 4,2 miljard dus). Omdat dit tegenwoordig te weinig bruikbare adressen oplevert, is IP versie 6 ontwikkeld met 128 bitsgetallen. Ipv6 kent 3,4 * 1038 IP-nummers. Ipv6 nummers zijn dus 128 bitsgetallen en worden geschreven als 8 groepen van 4 hexadecimale getallen. De werking van het protocol Ipv6 is niet wezenlijk anders dan van Ipv4. Eén van de belangrijkste voordelen van het nieuwere protocol is de verbetering in routeerbaarheid waardoor het netwerkverkeer efficiënter zal verlopen. Een 32-bits IP-adres wordt genoteerd als vier decimale getallen (bytes) met punten, bijvoorbeeld 195.11.242.167 omdat 32 bits getallen voor de mens niet leesbaar zijn. Ook de decimale getallen zijn voor de mens nog lastig te onthouden en daarvoor is DNS ontwikkeld. Dat komt later in dit hoofdstuk aan de orde. IP-adressen worden hiërarchisch toegewezen. Een reeks bepaalde getallen kan bijvoorbeeld aan één land zijn toegewezen. In dat land worden de adressen dan weer groepsgewijs over bedrijven en ISP’s (Internet Server Provider) verdeeld. Het IP voegt aan elke boodschap een aantal gegevens toe, waaronder het IP-adres van de afzender, het IPadres van de ontvanger, de lengte van de boodschap en de TTL.

128

ENIGMA

Informatieboek

Elke host en elke router heeft een IP-adres. Er zijn geen twee machines met hetzelfde IP-adres. Machines die op meerdere netwerken zijn aangesloten, hebben op elk netwerk een ander IP-adres. Het IP adres is verbonden met een fysieke plaats van de computer in het netwerk. Als de computer naar een ander subnet van het netwerk verplaatst wordt, krijgt hij ook een nieuw IP-adres. Het IP zorgt voor de routering van de boodschap, dat wil zeggen dat geprobeerd wordt om de boodschap op zijn bestemming te krijgen. Daartoe moet elke gateway over voldoende routeringsinformatie beschikken. Computers die zich met routering bezig houden, wisselen voortdurend informatie uit over veranderingen in de structuur van internet. Wanneer van één van de routers enige tijd geen berichten worden ontvangen, gaan de andere routers automatisch routes kiezen die niet langs deze router gaan. 5.5 IP EN TCP IP stuurt dus een boodschap van de ene computer naar de andere. TCP maakt gebruik van IP om een kortere of langere uitwisseling van berichten te verzorgen, tussen een applicatie op de ene computer en een applicatie op een andere. In tegenstelling tot IP zal TCP er alles aan doen om de berichten op de plaats van bestemming te krijgen. Omdat het IP op dit punt kan falen, zet het TCP als het ware een verbinding op tussen de twee applicaties, waarbij onder meer wordt afgesproken hoeveel informatie er verstuurd gaat worden. De aankomst van elke boodschap moet worden bevestigd. Blijft die bevestiging uit, dan wordt de boodschap opnieuw verstuurd. TCP, het protocol van de transportlaag, zorgt dat een bericht van de ene machine foutloos wordt afgeleverd op een andere machine. TCP zorgt er ook voor dat de berichten, die immers verschillende routes kunnen volgen, in de juiste volgorde aan de ontvangende applicatie worden overhandigd. Al met al is TCP een echt communicatieprotocol en tamelijk ingewikkeld.

5.6 PROTOCOLSTAPELING TCP maakt dus bij het uitwisselen van berichten gebruik van IP. IP maakt op zijn beurt gebruik van protocollen als modemprotocollen of het Ethernetprotocol. Anderzijds wordt TCP gebruikt door applicatieprotocollen. De software die een netwerk draaiende houdt, wordt daarom wel beschreven als gelaagd. Het geheel wordt een protocolstack (stapeling) genoemd. De onderste laag verzorgt het verzenden van bits tussen rechtstreeks aan elkaar gekoppelde computers, via een vaste kabel, telefoonlijn, radio- of straalverbinding. Daarboven zit de IP-laag (bij internet) die losse boodschappen verstuurt tussen twee willekeurige computers. Dan komt de TCP-laag die de communicatie verzorgt tussen applicaties. Tenslotte zijn er de applicatieprotocollen, die complete services bieden (browsen, e-mail, file transfer). Bij de aanleg van een netwerk wordt TCP/IP ingesteld door DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). DHCP draait op een router of server en geeft bijvoorbeeld informatie aan de host als: een IP-adres, wat de DNS servers (zie volgende pagina) zijn, hoe groot het netwerk is. DHCP wijst dan dynamisch IP-adressen toe aan de computers in een netwerk. Het is ook mogelijk dat er statische IP-adressen worden toegewezen. Een DHCP server heeft altijd een statisch IP-adres.

Hoofdstuk 8

129


Protocolstapeling

Een server is een computer in een netwerk met een bepaalde dienstverlenende taak. In principe kan elke computer als server optreden, ook de pc die je voor je dagelijks computerwerk gebruikt. Zoals het woord al zegt, verleent een server diensten. Ook programma’s kunnen diensten verlenen en worden dan ook aangeduid met het woord ‘server’, bijvoorbeeld Microsoft MySQL server, Windows Server 2003. 5.7 HOSTNAME EN DNS Elke computer op een TCP/IP netwerk moet een unieke naam hebben. Met de ‘hostname’ wordt ieder apparaat in een netwerk uniek aangeduid. Het apparaat zelf wordt de ‘host’ genoemd en kan een computer zijn maar ook een server of een dataopslagmedium. De hostname is opgebouwd uit een aantal elementen. Het eerste deel is de naam van een computer, het tweede bijvoorbeeld dat van een bepaald LAN (een domein), het laatste dat van een land of een categorie van organisaties of bedrijven (bijv. com, org) Als je op internet een boodschap verstuurt onder een symbolische naam, wordt deze eerst vertaald naar een IP-adres. Dat kan gebeuren aan de hand van een lijstje dat als bestand op je eigen computer aanwezig is, maar meestal wordt een Domain Name Server (DNS) geraadpleegd. Dat is een computer in het internet die over zo’n lijstje beschikt, of op zijn beurt weer anderen DNS’s kan raadplegen. Bij het installeren van internetsoftware moet worden opgegeven welke DNS’s kunnen worden geraadpleegd. Het kan ook zijn dat ze bij inbellen automatisch worden opgegeven. Uiteraard moet je computer de echte IP-adressen van de geraadpleegde DNS’en kennen. IP-header Een IP adres bestaat uit een header en data. In de header staat vermeld naar wie het bericht verzonden moet worden en het adres van de verzender. Ook de TTL en de lengte van het bericht staan vermeld.

130

ENIGMA

Informatieboek

Wanneer je een computer op het internet wilt aansluiten, heb je een ISP nodig. Dit is een Internet Service Provider, bij wie je een abonnement afsluit voor bijv. een ADSL verbinding. De ISP heeft de beschikking over een groot aantal IP-adressen, waarvan jouw computer er één krijgt toegewezen. Internet kent van oudsher 4 belangrijke toepassingen: E-mail, Nieuwsgroepen, remote login (via een account inloggen op een andere machine in het Internet) en File-transfer (met FTP bestanden naar een andere machine copiëren). Tot begin jaren negentig werd het Internet voornamelijk gebruikt door onderzoekers van universiteiten en bedrijven. Bij de komst van het WWW (World Wide Web) kwam daarin verandering. Wanneer je een boodschap wilt verzenden, wordt door het Internet Protocol een aantal gegevens daaraan toegevoegd: adres van de afzender en adres van de ontvanger, de lengte van de boodschap en de TTL. 5.8 TIME TO LIVE Time-To-Live is een voorbeeld van het soort regels in een protocol. De TTL is een getal in het Internet Protocol, die aan een computer die voor het doorsturen van een pakket zorgt, vertelt of een pakket al of niet te lang in het netwerk rondreist. Pakketjes kunnen door fouten te lang (tot eindeloos) in het netwerk rond blijven gaan. Zo’n speciale computer heet een gateway. De oplossing voor het probleem van het rondzwerven van ip-pakketjes is een waarde meegeven aan het pakket (TTL-waarde). Deze TTL-waarde wordt bij de start van verzenden meegegeven. Bij iedere gateway die het pakketje passeert, wordt één van de TTLwaarde afgetrokken. Wanneer deze 0 is geworden en nog niet op de plaats van bestemming is, gooit de gateway het pakket weg en zendt een ICMP-bericht naar de afzender. In het multicast protocol worden de volgende TTL-waarden aangehouden: TTL = 0: verzenden naar dezelfde host TTL = 1: verzenden binnen hetzelfde subnet TTL = 32: verzenden naar dezelfde plaats TTL = 64: verzenden binnen dezelfde regio TTL = 128: verzenden binnen hetzelfde continent TTL = 255: verzenden is niet begrensd

5.9 CACHES EN PROXY’S Omdat TCP/IP tamelijk tijdrovend is, probeert de internetsoftware waar mogelijk tijd te winnen. Zo zal elke gevonden vertaling van een IP-adres voor korte of lange tijd worden bewaard op de harde schijf van een zogenaamde proxyserver (een proxy is een gemachtigde) in een speciaal daarvoor ingerichte map of cache (geheime voorraadplaats). Als een werkstation van een LAN een IP-adres opvraagt, zal eerst in de cache van de proxyserver gekeken worden of de gevraagde gegevens daar beschikbaar zijn. Als dat niet zo is, wordt de aanvraag doorgezonden naar één van de servers op internet. Die stuurt de gegevens dan terug naar de proxyserver die ze vervolgens opslaat in de cache. Dit alles in de veronderstelling dat wat nu wordt geraadpleegd, een meer dan gemiddelde kans maakt zeer binnenkort weer te worden geraadpleegd. Je kunt een dergelijke cache vergelijken met de cache op een processorchip. Doordat daarmee het aantal bustransacties met het geheugen wordt verminderd, geeft zo’n cache een forse versnelling. De proxyserver verzorgt meestal ook de toegang tot internet. Je moet dan ook aan de internetsoftware vertellen welke proxyserver je gebruikt. opdracht 20 – 29

Hoofdstuk 8


131

6 HET WORLD WIDE WEB

CERN Het web is begonnen bij het CERN in Genève, het Europese centrum voor deeltjesfysica. Het eerste idee voor een web van gekoppelde documenten kwam van Tim Berners-Lee. In 1994 werd het World Wide Web Consortium opgericht: een organisatie die het web verder ontwikkelde en protocollen willen standaardiseren. Het web werkt met een client- server model

Op het internet rondsurfen is het opzoeken en bekijken van webpagina’s die al dan niet interactief zijn ontworpen. Om pagina’s te kunnen zien, heb je een browser nodig op je computer. Een browser is een programma waarmee websites bekeken kunnen worden. De meest bekende browsers zijn Internet Explorer, Mozilla Firefox en Opera. De browser stuurt een verzoek naar de webserver, waarop de webpagina staat. Vervolgens krijgt hij een antwoord en maakt hij voor de ontvangst gebruik van http (Hyper Text Transfer Protocol) of https (Hyper Text Transfer Protocol Safe). De opmaaktaal waarin websites wordt vormgegeven heet HTML (Hyper Text Markup Language). Inmiddels is deze taal voor een betere vormgeving aangevuld met Cascading Style Sheet (CSS). Van DHTML (Dynamic HTML) is sprake wanneer een website interactief en dynamisch is gemaakt, waarmee bedoeld wordt dat de bezoeker van de site deels zelf het verloop kan bepalen. Interactief maken van websites gebeurt door code van een scripttaal toe te voegen. Scripttalen die voor het web ontwikkeld zijn onder meer PHP en ASP. Zij draaien uitsluitend op de server en de code van deze talen wordt gelezen op de server waar de website draait. DHTML is geen officiële standaard. De opvolger van HTML is XHTML (Extensible HTML). De toekomst heeft XML (Extended Markup Language). Bij XML hoeft de gebruiker zich niet meer te beperken tot vastgestelde codes; die maakt hij zelf. In XML worden gegevens zowel voor mensen als voor computers leesbaar gemaakt. Bovendien worden documenten veel beter doorzoekbaar door XML.

6.1 UNIFORM RESOURCE LOCATOR De naam van een bestand, de naam van de computer waar dat bestand zich bevindt en het tpe applicatie dat er iets mee kan doen, wordt aaneen gesmeed tot een zogenaamde Uniform Resource Locator oftewel de URL. Een URL bestaat in pricipe uit achtereenvolgens de naam van een protocol ter aanduiding van een ‘aanbevolen manier om met dat bestand om te gaan’, de hostname van een computer en de naam van een bestand op die computer. Je kunt dus elk bestand van elke computer die aan het internet is gekoppeld, opvragen (mits je toestemming krijgt om het bestand te lezen)

ENIGMA

132

Informatieboek

6.2 E-MAIL E-mail werkt met adressen die in principe bestaan uit de naam van een computer, voorafgegaan door de naam van een gebruiker van die computer, met een @ ertussen. Dit teken is het ‘at-sign’ en je spreekt het dan ook uit als ‘at’. Omdat pc’s vaak geen continue verbinding hebben met internet, werkt e-mail met servers. Wie e-mailberichten wil versturen of ontvangen, kan dat doen via een speciale applicatie op de eigen computer. Veel gebruikte applicaties hiervoor zijn Outlook en Eudora. Met webmail wordt bedoeld wanneer je e-mail gebruikt via een webapplicatie. Het is zo mogelijk om overal ter wereld van e-mail gebruik te maken zonder een apart programma daarvoor te installeren. Dat laatste is zeker van belang wanneer je de mail vaak leest op andere computers dan je eigen computer. Hotmail en Gmail zijn de meest gebruikte webmaildiensten. Deze aanbieders hebben de laatste jaren steeds meer versies ontwikkeld voor pda’s waardoor webmailservices ook goed leesbaar zijn op kleine handheldcomputers. De twee protocollen die van belang zijn bij het gebruik van e-mail, zijn POP en SMTP. Wanneer je gebruik maakt van een e-mailapplicatie, zorgt het POP ervoor dat de mail wordt overgebracht van de server (mailserver van de provider) naar de cliënt (eigen computer). Met POP3 wordt de versie van het Post Office Protocol aangeduid. De server kan zo worden ingesteld dat de berichten ook daar worden bewaard. Om berichten te verzenden van de eigen computer naar de mailserver, wordt gebruik gemaakt van SMTP. SMTP staat voor Simple Mail Transfer Protocol. Het is het protocol om e-mailberichten mee te verzenden. SMTP zowel als POP draaien in de applicatie (toepassings)laag van TCP/IP. SMTP kan niet werken met binaire bijlagen en gebruikt daarvoor MIME. MIME is een protocol dat het mogelijk maakt om allerlei bestanden (afbeeldingen, geluidsbestanden) als attachments mee te versturen bij een e-mailbericht. opdracht 30 - 34

7 VERBINDINGEN TUSSEN NETWERKEN Wanneer computers met elkaar worden verbonden, heb je apparaten nodig om hen met elkaar tot een netwerk te verbinden. opdracht 35 Het verbinden van computers zorgt voor veel kabels zoals je in de volgende afbeeldingen kunt zien.

patchkast

Hoofdstuk 8

133


Ook in de auto’s komt steeds meer bekabeling voor door de toename van elektronische apparatuur. Om te zorgen dat er geen trossen kabels hoeven te lopen, wordt een techniek toegepast die multiplexing wordt genoemd. Een multiplexer is een speciale schakeling die door het comprimeren van meerdere signaallijnen ervoor zorgt dat er minder lijnen nodig zijn. Het wordt ook veel in vliegtuigen gebruikt. Bij multiplexing worden een aantal informatiesignalen gebundeld tot een samengesteld signaal. Vanuit een enkel punt wordt dit signaal naar meerdere punten gezonden. opdracht 36 - 37 7.1 HARDWARE VOOR NETWERKEN Tussen netwerken staan aparte knopen (kruispunten) die alleen tot doel hebben om boodschappen te routeren d.w.z. een bepaalde route op te sturen. Bij grote netwerken wordt het netwerk vaak in subnetten opgedeeld bijv. per gebouw. Dit o.a. voor de beveiliging. Ook hier wordt gebruik gemaakt van het Internet Protocol. Er zijn verschillende mogelijkheden om het verkeer bij de kruispunten te regelen, wanneer twee netwerken met elkaar worden verbonden: routers, bridges, gateways en brouters. Deze knooppunten in netwerken zijn dus voorzien van speciale apparatuur.

7.2 VERSCHIL TUSSEN EEN HUB EN SWITCH Om de computers binnen een netwerk met elkaar te verbinden, is ook hardware nodig. Hubs en switches zijn voorzien van poorten om UTP kabels in te steken, waardoor je netwerkcomputers met elkaar kunt verbinden. Ze doen hetzelfde maar op een verschillende manier. Een switch is een intelligente hub en stuurt data direct naar de juiste computer door. Als het LAN van de bestemming bezet is, worden datapakketten in het geheugen bewaard. Een hub stuurt de data naar alle computers in een netwerk. De computers bepalen zelf of de data voor hen bestemd zijn of niet. Bij gebruik van switches vinden er minder botsingen plaats en zijn meer verzendingen tegelijkertijd mogelijk. In een thuisnetwerk staat bijvoorbeeld een router tussen het thuisnetwerk en het grootste netwerk ter wereld: het internet. Routeren kan met een hardware router of een software router. Een hardware router is een apparaat dat speciaal gemaakt is om te routeren. Een router is ook vaak voorzien van een switch. Je kunt er direct meerdere netwerkcomputers inpluggen, zonder dat daar nog een aparte switch of hub voor nodig is. Een software router is een computer waarop routerings software draait. De router heeft twee netwerkverbindingen: een met het modem en een naar de computer (of hub of switch). opdracht 38 - 43

switches

134

ENIGMA

Informatieboek

Vanuit LAN’s en WAN’s komen kleinere verbindingslijnen bij elkaar in een groter kanaal. Zo’n kanaal wordt een backbone genoemd. Hieronder zie je een afbeelding van een backbone van Surfnet in Nederland welke een aantal universiteiten verbindt met een groot reken- en netwerkcentrum in Amsterdam.

Vanuit de Surfnet backbone gaan er connecties naar andere delen van de wereld.

De bandbreedte geeft aan hoeveel data per seconde door een verbinding verstuurd kunnen worden, uitgedrukt in kilobits per seconde (Kbps) of megabits (Mbps) of gigabits per seconde (Gbps). De bandbreedte is afhankelijk van het gebruikte medium waarover de bits worden verzonden.

Hoofdstuk 8

135


8 TRANSPORT (TRANSMISSIEMEDIA) Data overbrengen van de ene naar de andere computer kan op veel manieren. Het doel van de fysieke laag is het overbrengen van een bitstroom van de ene computer naar een andere. De bandbreedte hangt af van de dikte van de draad en van de afstand. Met bandbreedte bedoelen we de overdrachtscapaciteit per tijdseenheid van een netwerk. Als de bandbreedte groter wordt, kunnen gegevens sneller getransporteerd worden. Denk aan een vierbaansweg die meer verkeer kan verwerken dan een tweebaansweg. 8.1 UTP Het oudste en meest gebruikte medium is twisted-pair (in elkaar gedraaid) koperdraad. De draaiing zorgt ervoor dat er minder storingen zijn van omliggende draden. Deze kabels kunnen zowel voor analoge (telefoonnet) als digitale transmissie worden gebruikt. Er zijn verschillende soorten twisted-pair, waarvan er twee belangrijk zijn voor computernetwerken (UTP categorie 5E en UTP categorie 6) waarbij UTP staat voor Unshielded Twisted Pair). UTP bekabeling wordt gebruikt in lokale netwerken en in het telefoonsysteem. UTP kabel voor patchkast UTP

0pdracht 44

8.2 GLASVEZEL Optische vezels (glasvezel) zijn gemaakt van glas en dat is weer van zand gemaakt. De grondstof is heel goedkoop en in onbeperkte hoeveelheid verkrijgbaar. Een transportsysteem van glas heeft 3 componenten: de lichtbron, het transmissiemedium (een glasvezel= een fiber) en de detector. Een lichtpuls geeft een 1-bit aan en de afwezigheid van licht geeft een 0-bit weer. De detector genereert een elektrische puls wanneer er licht opvalt. De transmissie van bits verloopt doordat een elektrisch signaal (bitstroom) wordt omgezet in een lichtpuls en aan het einde van de glasvezel door de detector weer wordt omgezet in

glasvezel

136

ENIGMA

Informatieboek

een elektrisch signaal. De lichtstraal kan zich zonder noemenswaardig verlies vele kilometers voortplanten in de vezel. De snelheid is meerdere Gbps over een afstand van 30 km. Op het land worden glasvezelkabels ca. een meter onder de grond gelegd. Het graven is duur. Vlakbij de kust liggen ze in goten ingegraven en in diep water liggen ze gewoon op de bodem. Met breedband wordt bedoeld een internetverbinding via de kabel of via ADSL. Nederland scoort hoog op de ranglijst met het grootste aantal breedbandgebruikers. ADSL is een snelle verbinding over telefoondraad. Kabelbreedband werkt met analoge transmissie over televisiekabels.

glasvezelkabel

8.3 SATELLIETEN Satellieten draaien op ca. 36.000 km hoogte, in banen rond de aarde. Vanuit de aarde gezien staan ze altijd op hetzelfde punt en bereiken een groot gebied. Elke router is voorzien van een antenne om van en naar de satelliet te verzenden en te ontvangen. Er treedt een relatief grote signaalvertraging op.

8.4 DRAADLOOS Tegenwoordig wordt meer en meer gebruik gemaakt van draadloze netwerken. Dit zijn netwerken die niet communiceren via fysieke kabels maar via elektromagnetische straling als radiogolven en licht. Draadloze toepassingen zijn favoriet vanwege hun plaats-onafhankelijkheid. Werknemers zijn in staat om contact te houden met de thuisbasis, ook als ze onderweg zijn en hebben altijd toegang tot de bedrijfsgegevens. Vliegvelden, openbare gebouwen en bedrijfsgebouwen, hebben steeds vaker een draadloos netwerk waar gebruikers via een WiFi verbinding kunnen inloggen (zie draadloze technieken). Dit type verbinding zorgt in tegenstelling tot mobiele telefoons, niet voor interferentie met de apparatuur in het vliegtuig, omdat het op een heel andere frequentie werkt dan mobiele telefoons. Sinds 2005 kunnen ook reizigers van de Thalys, de hogesnelheidstrein tussen Amsterdam en Parijs, draadloos internetten. In elke wagon is een lokaal WiFi-netwerk geïnstalleerd bestaande uit twee toegangspunten (access points). De twee access points zijn gekoppeld aan een draadloos servernetwerk, dat via de satellietantenne op het dak van een treinstel in verbinding staat met de satelliet. De verbinding tussen de trein en satelliet is vergelijkbaar met de snelheid van ADSL+. In 2003 kwam een eerste proef op de markt met het gebruik van draadloos breedband internet in vliegtuigen. Een antenne op het vliegtuig zorgt voor verbinding met een satelliet. Binnenin het vliegtuig kun je niet echt spreken van een draadloze verbinding. In het interieur van de Boeings is ca. 4,5 km kabel getrokken om alle zitplaatsen te voorzien van een aansluiting. Inmiddels wordt er gezocht naar goedkopere oplossingen en is het nog geen realiteit om in ieder willekeurig vliegtuig draadloos te kunnen internetten.

Hoofdstuk 8


137

8.4.1 WIFI (WIRELESS FIDELITY) Wifi wordt meestal gebruikt voor lokale netwerken. Bij Wifi is er een zend/ontvangstation (het access point) dat via een speciale radiofrequentie contact onderhoudt met kleinere zenders/ontvangers die in pc’s, laptops en PDA’s zitten. Mobiele computers als laptops, pda’s, smartphones groeien snel in aantal en kunnen gebruik maken van Wifi. 8.4.2 WAP (WIRELESS APPLICATION PROTOCOL) Onder WAP verstaan we een methode om internetdiensten via de mobiele telefoon aan te bieden. We praten over wappen maar eigenlijk is dit niet helemaal juist omdat met WAP oorspronkelijk het protocol wordt aangeduid dat gebruikt wordt. 8.4.3 BLUETOOTH Bluetooth is de naam voor een radioverbinding welke gebruik maakt van de band van 2,45 GHz in het ‘high frequency’ gebied. Bluetooth wordt gebruikt om elektronische apparatuur als laptops, mobiele telefoons, printers enz. met elkaar te laten communiceren. Gemiddeld is het mogelijk om te ontvangen binnen een straal van 10 m van de zender. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt voor de ontvangst van draadloze headsets van mobiele telefoons. 8.4.4 GSM (GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS) Ook GSM maakt gebruik van een radioverbinding maar op een andere frequentie dan Bluetooth. Grofweg zijn er over de hele wereld 4 typen GSM netwerken:850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz en 1900 Mhz. De meeste mobiele telefoons maken gebruik van het 900 MHz netwerk. Inmiddels is de naam van de verbinding de aanduiding voor het mobieltje geworden. Dualband toestellen kunnen gebruik maken van twee typen GSM netwerken. De meeste mobiele telefoons zijn dual band en geschikt voor 900 en 1800 MHz. Triband toestellen maken meestal gebruik van 900/1800/1900 MHz frequentiebanden, waardoor zij ook in Amerika te gebruiken zijn omdat daar gebruik wordt gemaakt van de 1900 band. Echter, in de US is er geen dekkend netwerk, dus het is zeer afhankelijk van de plaats waar je bent, of een mobiele telefoon te gebruiken is. Quadband: werkt op alle 4 bovenstaande frequenties. 8.4.5 GPRS (GENERAL PACKET RADIO SERVICE ) GPRS is geen nieuwe techniek maar een uitbreiding op het GSM netwerk. 8.4.6 UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM) Voor UMTS moeten aanpassingen aan de infrastructuur van het netwerk worden gedaan. De uitbreiding van UMTS ondervindt vertraging vanwege mogelijke gezondheidsproblemen door de blootstelling aan UMTS-straling.

ENIGMA

138

Informatieboek

UMTS dekking begin 2007 van KPN

8.4.7 HSDPA (HIGH SPEED DOWNLOAD PACKET ACCESS) Dit protocol wordt ook wel 3.5G (of 3½G, of 3G+) genoemd. HSDPA is een pakketgeschakelde communicatiedienst met een transmissiesnelheid tot 10 keer de UMTSsnelheid van 384 kBit/s. Beter dan UMTS moet dit mobiel internet breedbandig maken. De maximale snelheid van HSDPA is ongeveer 1/10 van de maximale snelheid van een kabel- of een ADSL-verbinding. In feite is HSDPA een nieuwe versie van de bestaande standaard, waardoor deze voor operators vrij eenvoudig is toe te passen. Waarschijnlijk zullen alle operators die UMTS gebruiken ook HSDPA aanbieden.

Opdracht 45 – 48

8 Netwerken en Internet

Recommend Documents