Arvutivõrk

Arvutivõrk on kogum erinevatest andmesideseadmetest (sõlmedest ehk kontaktpunktidest), mille kaudu on arvutid, printerid, serverid, nutitelefonid ja teised seadmed andmevahetuse või ressursside jagamise eesmärgil omavahel ühendatud. Sõlmi saab teineteisega ühendada vaskkaabli, kiudoptilise kaabli (valguskaabli) või raadioside abil. Maailma esimene arvutivõrk ARPANET töötati välja 1969. aastal Pentagonis USA-s. Levinud on arvamus, et võrk ehitati juhuks, kui peaks toimuma tuumarünnak, ning nõnda kaasa aitama militaarvaldkonna tegevusele. Kumbki neist väidetest ei ole päris tõene. ARPANET loodi teaduslikul eesmärgil ühendamaks teadusasutusi, et need saaksid omavahel jagada arvutusressurssi, kui kohalikust arvutusvõimsusest ei piisanud või leidus kuskil parem asupaik arvutuste tegemiseks. Selle võrgu loomisel ei olnud esmaseks eesmärgiks inimestevaheline kommunikatsioon, kuid reaalseid tulemusi saavutatigi pigem kommunikatsiooni, andmesideprotokollide ja sidelahenduste valdkondades. Arvutusressursi jagamine jäigi vaid eesmärgiks, sest operatsioonisüsteemid ja programmid omavahel reeglina ei ühildunud ning keegi ei suutnud tol ajal ühtset süsteemi luua. Ethernet ja Wi-Fi (juhtmevaba kohtvõrk) on levinumad tehnoloogiad, mida arvutivõrkude realiseerimisel kasutatakse. Ethernet kasutab seadmete ühendamiseks vasest või kiudoptilisi juhtmeid. Raadiokohtvõrk kasutab sidekanalina raadiolaineid või infrapunakiirgust. Ühendusseadmetena kasutatakse sageli jaotureid, kommutaatoreid, sildu ja ruutereid. Kaabelühendused saab jagada kaheks suuremaks kategooriaks: vaskkaabel ja valguskaabel. Vaskkaabel võib olla koaksiaalkaabel, varjestamata kaabel (varjestamata keerdpaarjuhe) või varjestatud kaabel (varjestatud keerdpaarjuhe). Valguskaablite puhul on levinud üksikrežiimis ja multirežiimis töötavad kiud. Etherneti tehnoloogiat kasutatakse valdavalt kohtvõrkude (lühendiga: LAN-võrkude) loomiseks, kus omavahel suhtlevate arvutite kaugus on üsna väike (sadades meetrites). Etherneti kaabel ja selle elektrilised omadused seavad füüsilise piirangu, kui kaugele saab informatsiooni ilma kadudeta edastada. Tänapäeval on kõige enam kasutuses CAT5- ja CAT6-kategooria kaablid, mille edastuskaugus on vastavalt 100 meetrit ja 215 meetrit. Kaks arvutit on võimalik omavahel ühendada otse ristkaabli abil, kuid rohkem kui kahe arvuti omavaheliseks ühendamiseks on vaja kasutusele võtta lisaseadmed: kommutaatorid, ruuterid, pääsupunktid jm. Kaabelühendused on üldjuhul, kuid mitte alati juhtmevabadest lahendustest kiiremad ning võimaldavad suuremaid andmeedastusmahte. Samuti on Ethernet vähem tundlik erinevatele segavatele füüsilistele teguritele, nagu seda on raadiosidel põhinevad lahendused. Sellest hoolimata tuleb mõista, et Etherneti kaablid kasutavad informatsiooni edastamiseks elektrilisi signaale, mis muudab ka kaablid vastuvõtlikuks elektromagnetilistele toimetele. See sõltub muidugi Etherneti tehnoloogia kasutusvaldkonnast (nt suuremad tööstushooned, kus asub rohkelt elektroonilist aparatuuri) ning sellistes olukordades tuleb kasutada varjestatud kaableid, et vähendada kõikvõimalike häirete teket ja mõju. Valguskaabel koosneb klaaskiududest, mida mööda valgus (informatsioon) liigub, ning kõik kiud on üksteisest isoleeritud. Võrreldes vaskkaabliga suudab valguskaabel edastada andmeid pikemate vahemaade tagant ning võimaldab suuremaid andmeedastusmahte (10 Gbit/s, 40 Gbit/s, 1000 Gbit/s). Suur osa internetist, kaabeltelevisioonist ja telefonisüsteemidest tugineb valguskaablite tehnoloogiale. Informatsiooni edastamine toimub pulseeriva valguse abil, mida genereeritakse kaabli otstes. Põhilisteks kaablitüüpideks on üksikrežiimis töötavad kiud (ingl single mode fiber), kus valgus genereeritakse laserite abil, ja multirežiimsed kiud (ingl multi mode fiber), kus signaal luuakse dioodlampide abil. Kiud on peegelduvast klaasist, et aidata valgusel kergemini levida, vähendada informatsiooni võimalikku kadu ning parandada valguse levikut kaablites, mida on painutatud. Traadita võrguühendused jagunevad alamgruppideksː Wi-Fi, Bluetooth, 3G, 4G, ZigBee, Z-Wave. Wi-Fi on populaarne juhtmevaba kohtvõrgutehnoloogia (IEEE 802.11x), mis kasutab andmete edastamiseks raadiolaineid ning võimaldab võrgus asuvatel arvutitel juurdepääsu teineteisele, lokaalsetele ressrussidele (printerid, serverid) ja internetile. Iga juhtmevaba võrgutehnoloogia nurgakiviks on pääsupunkt, mille peamiseks ülesandeks on endast kõikidele levialas olevatele arvutitele teada anda ning soovi ja/või piisavate õiguste korral lubada neil endaga ühendus luua. Moodsas ühiskonnas on kasutusel palju elektrilisi seadmeid ning meid ümbritsev keskkond on elektromagnetiliselt saastunud (kõik seadmed kiirgavad suuremal või vähemal määral). Selline kiirgus võib teatud tingimustel häirida Wi-Fi-seadmete normaalset tööd. Sellest johtuvalt on ka Wi-Fi- raadioside võrreldes kaabelühendusega kõikvõimalike segajate suhtes tundlikum. Häireid võivad põhjustada kodumasinad, telefonid ja teised sarnased ning samadel sagedustel töötavad seadmed. Lisaks keskkonnas lähtuvale mürale mõjutab Wi-Fi jõudlust ka saatja ja vastuvõtja vaheline kaugus (sobiv on kuni 30 meetrit), ning mida rohkem seadmeid on ühe pääsupunkti külge ühendatud, seda kehvemaks muutub andmeedastuskiirus ja traadita võrguühenduse üldine kvaliteet. Arvutivõrk koosneb erinevatest seadmetest ning igaühel neist on täita oma konkreetne hulk ülesandeid. Ühendades kõik need seadmed kokku saamegi arvutivõrgu. Arvutivõrk ei ole üldjuhul staatiline nähtus, vaid pigem elastne: pidevalt õppiv, muutuv ja ümberkohanduv vastavalt võrgus toimuvale. Ühe või enama sõlmpunkti kadumine ei too kaasa kogu võrgu kokkukukkumist. Andmed suunatakse teiste lähedalasuvate seadmeteni ning kasutaja vaatenurgast jätkub võrguliiklus ootuspäraselt. Võrgukaart (ingl network interface card) on riistvaraline komponent, mis kinnitatakse arvuti emaplaadil asuvale siinile ning võimaldab arvutil ühenduda võrku. Võrgukaarte leidub nii juhtmega kui ka juhtmeta võrkude jaoks. Moodsates arvutites ei ole võrgukaardi olemasolu otseselt vajalik, kuna selle funktsionaalsus on tihti juba emaplaadile integreeritud. Sellegipoolest saab ja võib võrgukaarte arvutitesse vastavalt vajadusele ja võimalustele juurde lisada. Jaotur (ingl hub) võimaldab suhtlust kahe või enama arvuti vahel, mis on jaoturi külge ühendatud. Jaotur saab saatjalt andmed ja suunab need edasi kõikidele teistele seadmetele, kellega tal on ühendus. Korraga saab eetris olla ainult üks arvuti ning ülejäänud on vastuvõtja rollis. Tänaseks on jaoturid oma tähtsuse kaotanud ning nad on asendatud kommutaatoritega. Kommutaator (ingl switch) sarnaneb otstarbe poolest jaoturiga – mõlema ülesandeks on kohtvõrgus mitme arvuti omavahel ühendamine. Erinevus ja ühes sellega pluss jaoturi ees on võimekus toetada mitut paralleelset suhtlust erinevate seadmete vahel. Väga lihtsa kohtvõrgu loomiseks piisabki kommutaatorist. Näiteks saab kommutaatori abil ühendada arvuti, printeri ja serveri ning kohalik jagatud ressursside võrk ongi loodud. Ruuterid (teise nimetusega marsruuter) (ingl router) on kommutaatoritest samm edasi ning nende eesmärgiks on ühendada erinevaid võrke. Tegemist on seadmega, mis vahendab ja suunab (sellest ka seadme nimetus) informatsiooni erinevate võrkude vahel, mis ilma ruuterita ei oskaks ega saaks omavahel suhelda. Ruuter püüab informatsiooni edastamiseks valida kiireima ja lühima teekonna. Käesoleva seadme üheks ülesandeks on aktiivselt analüüsida teda läbivaid andmeid – kust informatsioon tuleb ja kuhu läheb. Vajadusel pakib ruuter informatsiooni ümber teise formaati, et seda saaks edastada teist tüüpi võrgule. Näiteks liigub traadita võrku ühendatud arvutist informatsioon pääsupunkti ning sealt edasi juba Etherneti kohtvõrgus asuvasse seadmesse. Kuna tegemist on kahe erineva tehnoloogiaga, mis realiseerivad erinevaid protokolle, siis tuleb andmed vahepeal ümber pakkida, et erinevatest võrkudest pärit andmed oleksid loetavad. Järgur (teise nimetusega repiiter) (ingl repeater) võtab vastu saabunud signaali, võimendab seda ning saadab seejärel edasi järgmisele seadmele. Signaal, olgu selleks elektriline impulss, raadiolaine vms, kaotab suure kauguse korral aja jooksul võimsust. Suur kadu võib edastatavat informatsiooni moonutada, muuta selle vastuvõtjale loetamatuks või ajapikku üldsegi hääbuda. Järgurite abiga saab andmesidet pidada suurema kauguse tagant. Sild (ingl bridge) võimaldab ühendada eri tüüpi arvutivõrke, mis tavatingimustes ei ole tehnoloogilistest kui ka protokollidest tulenevate erinevuste tõttu võimelised omavahel otsesuhtlust pidama. Tänapäeval on sillad omaette seadmetena vähelevinud ning nende funktsioonid on integreeritud teistesse seadmetesse. Pääsupunkt (ingl access point) on seade, mis võimaldab juhtmevabadel seadmetel (telefonid, sülearvutid jms) ühenduda traadita kohtvõrku ning vajadusel lubab juurdepääsu internetile. Juhtmevaba võrgu olemasolu võimaldab väikese vaevaga lisada uusi seadmeid ning pakub tänapäevases mobiilses keskkonnas rohkelt võimalusi ja paindlikkust, kuna arvutid ei pea olema füüsilise kaabli külge aheldatud. Pääsupunkt on endas sidunud jaoturi, kommutaatori ja ruuteri ülesanded. Arvutivõrgud jagunevad oma topoloogia järgi. Siintopoloogia (ingl bus topology) sõlmed on ühendatud ühe keskse sideliini külge. Sellise sideliini loomine on lihtne, aga see ei suuda toetada üle tosina arvuti ilma, et ühenduse kvaliteedis hakkaksid ilmnema tõrked. Kui peamise sideliiniga peaks midagi juhtuma, toob see kaasa kogu võrgu seiskumise. Seetõttu ei ole selline topoloogia kindel ja tänapäeval enam laialdaselt kasutust ei leia. Tähttopoloogias (ingl star topology) on seadmed ühendatud läbi keskse võrguseadme, milleks on tavaliselt kommutaator. Iga sõlme juurde viiakse eraldi sideliin kesksest võrguseadmest. Kohtvõrkudes on see kõige enam kasutust leidev ühendusviis. Kuna puudub keskne sideliin, siis probleemide korral kaob ühendus suure tõenäosusega ainult tsentraalse seadme ja arvuti vahel, aga see ei mõjuta ülejäänud võrgu tööd. Ringtopoloogias (ingl ring topology) on iga arvuti ühenduses kahe teise arvutiga ning koos loovad nad suure ringi. Kogu liiklus käib ringtopoloogias samasuunaliselt (päri- või vastupäeva). Sarnaselt siintopoloogiaga ei ole see kõige kindlam süsteem, kuna piisab ühe arvuti või sideliini kadumisest ning kogu võrguliiklus seiskub. Puutopoloogias (ingl tree topology) on omavahel kokku ühendatud kaks või enam tähttopoloogiat realiseerivat võrku. Tähttopoloogia kesksed arvutid on omakorda ühenduses peamise sideliiniga (nagu siintopoloogias). Puutopoloogia on tähttopoloogia, mis kasutab omavaheliseks kommunikatsiooniks siintopoloogiat. Võrktopoloogias (ingl mesh topology) on mõned arvutid ühenduses kõikide teiste arvutitega ning üksikud arvutid ühenduses seadmetega, millega nad kõige rohkem informatsiooni vahetavad. Võrktopoloogia tutvustab marsruutimise kontseptsiooni, kus informatsiooni edastamiseks allikast sihtpunkti eksisteerib rohkem kui üks teekond ning selleks püütakse valida kõige efektiivsem ja kiirem variant. Täisvõrktopoloogias (ingl full mesh topology) on kõik seadmed, erinevalt võrktopoloogiast, omavahel ühendatud. Arvutivõrgud jaotatakse ulatuse järgi kohtvõrkudeks ja laivõrkudeks. Arvutivõrgud võivad olla privaatsed, mille kasutajaks on ainult ühe organisatsiooni töötajad. Selliseid võrke kutsutakse intranetiks. Intranet on sisevõrk, milles kasutatakse interneti protokolle ja teenuseid. Mõnikord kutsutakse sellist võrku ka organisatsioonisiseseks veebiks. Arvutivõrgud võivad olla kasutuses ka mitme juriidilise isiku vahel korraga. Selliseid võrke, kus koos on palju arvutivõrke, nimetatakse internetiks ehk ülemaailmseks hajusvõrguks. Võrgu turvalisus tuleneb võrgu administraatorite seatud sätetest ja eeskirjadest, et hoida ära ja jälgida loata sisenemist, võrgu ja seal asuvate andmete väärkasutust ja vältida keelatud modifikatsioonide tegemist. Võrgu turvalisuse üheks osaks on spetsiifilise loaga soovitud andmetele ligipääs, mida kontrollib võrgu administraator. Kasutajatele antakse kasutajatunnus ja parool, mis lubab neil kasutada programme ja andmeid õiguste raames, mis neile antud on. Intranet Ekstranet Demilitariseeritud tsoon Hajusarvutus Peter, Ian. "The Beginnings of the Internet". Mitchell, Bradley (30. september 2017). "Ethernet Cables and How They Work". Lifewire.com. Vaadatud 24. oktoober 2017. Mitchell, Bradley (28. aprill 2017). "Wired vs Wireless Networking". Lifewire.com. Vaadatud 24. oktoober 2017. Bishop, Elli (4. oktoober 2014). "Ethernet vs. Fiber – Everything You Need to Know". Business.org. Vaadatud 24. oktoober 2017. Mitchell, Bradley (16. august 2017). "What is a Fiber Optic Cable?". Lifewire.com. Vaadatud 29. november 2017. Mitchell, Bradley (9. august 2017). "What is Wireless Computer Networking?". Lifewire.com. Vaadatud 29. oktoober 2017. Beal, Vangie. "Wi-Fi (wireless networking)". Webopedia.com. Vaadatud 25. oktoober 2017. Sieber, Tina (10. jaanuar 2014). "Is Electromagnetic Radiation Dangerous? How To Protect Yourself?". Makeuseof.com. Vaadatud 25. oktoober 2017. Technopedia. "Network Interface Card (NIC)". Techopedia.com. Vaadatud 25. oktoober 2017. Mitchell, Bradley (29. september 2017). "Network Interface Cards Explained". Lifewire.com. Vaadatud 24. oktoober 2017. Mitchell, Bradley (18. september 2016). "How Computer Networks Work". Lifewire.com. Vaadatud 25. oktoober 2017. Cisco. "Networking Basics: What You Need To Know". Vaadatud 25. oktoober 2017. Mitchell, Bradley (4. juuli 2017). "Introduction to Computer Network Topology". Lifewire.com. Vaadatud 28. oktoober 2017. Rouse, Margaret (oktoober 2016). "Network Topology". Whatis.com. Vaadatud 28. oktoober 2017.