Computersystemen/Netwerkbegrippen

Doelstellingen

Voor de verschillende onderdelen van een netwerk worden verschillende begrippen gebruikt, bv. nodes, hosts of (netwerk)componenten. Strikt gezien zijn het geen synoniemen, maar bij deze inleiding op netwerken gebruiken we ze vaak door elkaar.

Onderstaande doelstellingen komen in meer of mindere mate aan bod. De grijze doelstellingen komen hier niet aan bod. Dat zijn bv. praktijkoefeningen die aansluiten bij deze theorie, maar die in dit Wikibook niet behandeld worden. Of bv. theorie die in een ander hoofdstuk wordt behandeld.

Uit het leerplan D/2023/13.758/ van Applicatie- en Databeheer, een deel van leerplandoel 26 en 27:

• LPD 26: De leerlingen lichten de opbouw en werking van een netwerksysteem met zijn componenten en transportmedia toe.
  • netwerkdiensten, clouddiensten
  • routing
  • virtualisatie
• Lexicon. De componenten van een netwerk zijn onder meer werkstation, server, access point, switch, router, gateway, firewall, noodbatterij, backbone, SAN, NAS.
• Lexicon. De transportmedia zijn de soorten bekabeling in een netwerk, wifi, bluetooth …
• Lexicon. De basis clouddiensten zijn: IaaS, PaaS en SaaS.

• LPD 27: De leerlingen lichten een lagenmodel voor datacommunicatie en de functie en werking van communicatieprotocollen in een netwerk toe.
  • Adressering
• Duiding. Bij adressering worden IPv4 en IPv6 behandeld.
• Wenk. Het OSI-model wordt gebruikt als theoretisch lagenmodel. De leerlingen kunnen aan de hand van het OSI-model problemen binnen een netwerk stapsgewijs oplossen.
• Wenk. Volgende protocollen komen aan bod: TCP/IP, UDP, ethernet-protocol.
• Wenk. Bij de adressering wordt aandacht besteed aan subnet en subnetmasker. Je leert de leerlingen getallen omzetten van het decimaal talstelsel naar het binair en hexadecimaal talstelsel en omgekeerd.

Uit het leerplan Informatica- en communicatiewetenschappen (D/2023/13.758/), een deel van leerplandoel 17:

• LPD 17: De leerlingen lichten de opbouw, de werking en de samenwerking toe van datacommunicatie en van een netwerk met zijn componenten en transportmedia.
  • OSI-referentiemodel
  • Communicatieprotocol
  • Adressering
• Wenk. Het is belangrijk dat de leerlingen inzicht krijgen in het OSI-referentiemodel. Alles vertrekt van hieruit. Er worden meerdere communicatieprotocollen besproken, telkens komt het principe en de specifieke implementatie ervan aan bod. Bij adressering wordt zeker ingegaan op IP-adressering en subnetting voor IPv4 en IPv6. Enkel actuele netwerkcomponenten worden besproken.
• Wenk. Je kan volgende communicatieprotocollen aan bod laten komen: TCP/IP, seriële communicatie tussen controllers of tussen controllers en sensoren/actuatoren (I2C, SPI, Asynchroon), communicatie tussen controllers en computersystemen (USB, Bluetooth, Wifi, Lora, 4G, 5G …).

Uit het leerplan Toegepaste Informatica van de richting Informaticabeheer:

• 3.1.2 Het principe van client/server toelichten.
• 3.1.3 Een lagenmodel hanteren als referentiekader bij het toelichten van communicatie tussen knooppunten.
• 3.1.5 Kenmerken van een actuele netwerkarchitectuur toelichten.
• 3.1.6 Actuele fysische en logische netwerktopologieën toelichten.
• 3.1.7 Enkele begrippen met betrekking tot de omvang van netwerken toelichten, onder meer LAN, WAN.
• 3.1.9 De functie van een communicatieprotocol toelichten.

Netwerklagenmodel

ARPA Network, 1973

In 1973 bestond het volledige internet (toen gekend als ARPANET) uit 42 hosts en 36 nodes, waarbij het Internetschema nog paste op één kaart. Stelselmatig groeide dat internet, met ongekende toepassingen, zoals blijkt uit onderstaand citaat.

	« The most compelling reason for most people to buy a computer for the home will be to link it to a nationwide communications network. We're just in the beginning stages of what will be a truly remarkable breakthrough for most people - as remarkable as the telephone.  »
	(Steve Jobs, 1985 )

Zoveel jaren later kunnen we zijn uitspraak alleen maar beamen. We zijn er zelfs heel erg afhankelijk van geworden, wat we vooral merken als het fout gaat. Als een digibeet een diagnose moet stellen, dan is het vaak "het internet werkt" of "het internet werkt niet". Iemand die al wat meer informatie heeft opgezocht zal zaken tegenkomen zoals LAN, WAN, SAN, NAS, VPN, coax, utp, stp, glasvezelkabel, datatransport over het elektriciteitsnet, draadloze connectie, access point, switch, router, gateway, transportmedium of interfaces. Dan blijkt het toch plots een stuk complexer om een goede diagnose te stellen. Er moeten dus wel afspraken zijn tussen ontwerpers van apparatuur zoals netwerkkaarten, bekabeling, routers, enz. Om het geheel beheersbaar te houden werkt men bij toegenomen complexiteit met een lagenmodel.

TCP/IP-model

TCP/IP is als internet protocol suite een verzamelnaam voor de reeks netwerkprotocollen die voor een grote meerderheid van de netwerkcommunicatie tussen computers instaan. Het internet is het grootste en bekendste TCP/IP-netwerk. De naam TCP/IP is een samentrekking van de twee bekendste protocollen die deel uit maken van de TCP/IP-protocolstack (= protocolstapel): het Transmission Control Protocol (TCP) en het internetprotocol (IP). TCP/IP wordt uitgesproken als "TCP over IP" of meestal "tiesiepie ajpie".

De TCP/IP-protocolstack wordt officieel onderverdeeld in vijf lagen, met elk een eigen functionaliteit.

#	Laag	Omschrijving	Protocol	Hardware
5	Applicatielaag	De kans is groot dat je deze laag al bent “tegengekomen”, omdat deze het “dichtst” bij de applicaties zit. Zo merk je http(s):// bij het gebruik van je browser en moet je IMAP en SMTP-instellingen invullen als je een e-mail programma instelt.	HTTP, FTP, DNS, DHCP, IMAP, SMTP, SSH
4	Transportlaag	Protocollen in deze laag moeten beslissen wat er bijvoorbeeld gebeurt als er data verloren gaat: opnieuw sturen (TCP) of negeren (UDP). Het protocol 'Quick UDP Internet Connections' (QUIC) combineert UDP, met de voordelen van TCP.	TCP, UDP, QUIC
3	Internetlaag	De bekendste toepassing is het adresseren (IP) en het routeren (router) van de data, ongeacht het type data.	IP, ICMP	router
2	Linklaag	Ook hier is een vorm van adresseren, nl. via het MAC-adres.	Ethernet, wifi, MAC, ARP	switch
1	Fysieke laag	Deze laag maakt de fysieke connectie tussen de netwerken mogelijk en is de “domste” laag, daar de signalen over bv. een UTP-kabel strikt gezien gewoon elektrische stroompjes zijn.		twisted pair (bv. UTP, telefoonlijn), glasvezel, ether, coaxkabel, hub, repeater

Het OSI-model is gelijkaardig aan het TCP/IP-model, maar omdat de datacommunicatie­wereld nu eenmaal de facto gestandaardiseerd geraakt is op Ethernet als netwerktopologie en TCP/IP als communicatieprotocol bespreken we het OSI-model hier niet.

Inkapseling

Een brief kan je niet zomaar schrijven, bij de post binnenbrengen en dan maar hopen dat die aankomt. Er zal al minstens een ontvangersadres nodig zijn (en als je graag een antwoord terug wil krijgen, ook een verzenderadres). De brief (de "echte" data) moet worden "ingekapseld" in een enveloppe met daarop adresinformatie (de "header"). De postbode gebruikt deze "header" om de brief op de bestemming te krijgen. Zelf moet hij zich niets aantrekken van de inhoud van de brief. Hij hoeft er zelfs niets van te begrijpen, want dat behoort niet tot zijn taak.

Bij een netwerk is dat gelijkaardig: de computer kan niet zomaar de data zélf op het internet zetten, zonder dat daar oa. een ontvangersadres bij hoort. Tussenliggende hard- of software moet niet álles begrijpen, maar enkel die zaken die voor zichzelf van toepassing zijn.

Door het lagenmodel zal er per laag informatie worden toegevoegd, zoals je bij de afbeelding kan zien. Bij de "echte" data uit de applicatielaag, wordt in de transportlaag een header toegevoegd. Dat stuk wordt dan "ingekapseld" en doorgegeven aan de internetlaag, die er terug een header aan toevoegt (oa. met IP-adressen). Tenslotte voegt de linklaag er nog een header en footer aan toe. Uiteindelijk komt dit terecht op de fysieke laag (niet getekend), bv. een UTP-kabel. Deze snapt al helemaal niet wat hij precies verstuurt: hij kent niets van adressen, protocollen, verzender en ontvanger. Voor hem zijn het gewoon "nietszeggende" elektrische signalen.

Bij de ontvanger gebeurt net het omgekeerde: daar worden headers en footers op de onderste laag uitgelezen, geïnterpreteerd (om te weten wat te doen) en verwijderd. De resterende bits en bytes worden doorgegeven aan de bovenliggende laag en dit proces herhaalt zich, totdat de oorspronkelijke data terechtkomt bij de juiste applicatie.

Communicatie

Een communicatieprotocol is het volgen van vaste afspraken zodat een systeem informatie kan wisselen. Enkele voorbeelden van mogelijke afspraken:

• Representatie van data: hoe kan een protocol een online gesprek vertalen naar 'data' om door te sturen over een netwerk?
• Signalering: hoe kan je bv. aangeven dat je iets correct hebt ontvangen?
• Adressering: hoe zal je bron en bestemming adresseren?
• Authenticatie: is de andere wel echt wie hij zegt te zijn?
• Encryptie: hoe kan ik zorgen dat als mijn communicatie onderschept wordt, ze toch niet kunnen meelezen?
• Foutdetectie: kan het communicatieprotocol fouten detecteren? Zo ja, kan het communicatieprotocol ze zelf corrigeren? Zo nee, breng ik de andere op de hoogte?

Netwerkcommunicatie kan je bekijken als horizontale communicatie, in bovenstaande tekening de rode pijl (process to process, bv. browser-webserver), de blauwe pijl (host to host, bv. pc A-pc B), de groene pijl (bv. pc A-router I-router II-pc B) en de gele pijl (communicatie tussen hosts en switches). Als we zeggen dat een browser via HTTP een webpagina ophaalt van een webserver, dan hebben we het over horizontale communicatie. De "échte, fysieke" communicatie gebeurt niet horizontaal, maar verticaal.

Netwerkcommunicatie kan ook bekeken worden als verticale communicatie, d.i. de protocolstack. Zo kan een browser niet zonder een transportprotocol (nl. TCP), een adresseringsprotocol (nl. IP) en een fysische laag (nl. het LAN-netwerk) om communicatie mogelijk te maken. In dit geval moeten een laag kunnen communiceren met de onderliggende en bovenliggende laag. De ene laag levert dan een dienst aan de andere laag.

Netwerktopologie

De indeling en koppelingen van bijvoorbeeld computers binnen een netwerk noemt men de netwerktopologie. Dit is dus de manier waarop de computers onderling met elkaar verbonden zijn. Je kan een onderscheid maken tussen:

• De fysische topologie: hoe de verschillende componenten fysisch worden geplaatst.
• De logische topologie: hoe de data in een netwerk loopt, los van het fysieke ontwerp.

Fysische topologie

Bij computers in een LAN is de stertopologie de meest gebruikte fysische, bekabelde topologie op dit moment voor internet. Alle computers (of andere apparaten of eventueel 'nodes') worden aangesloten op een centraal punt, meestal een switch. Een voordeel is dat je relatief gemakkelijk het netwerk kan uitbreiden, maar een nadeel is dat er zo een single point of failure ontstaat. Voorbeeld: UTP.

Bij een bustopologie communiceren alle computers met elkaar via een enkele verbinding, de zogeheten backbone. Bij netwerkbekabeling is er zo weinig kabel nodig, maar als de kabel defect geraakt, heb je een single point of failure. Voorbeelden: coaxiaal Ethernet (vandaag niet meer toegepast), Power Line Communication, Wi-Fi.

Bij een boomstructuur is er sprake van een bepaalde hiërarchie in de manier waarop groepen nodes aan elkaar gekoppeld zijn. Deze structuur kan ontstaan bij een samenvoeging van andere topologieën. Als men bijvoorbeeld de centrale punten uit twee of meer sternetwerken aan elkaar hangt, kan er een boomstructuur ontstaan.

Naast ster, bus en hiërarchisch bestaan er nog andere topologieën zoals een maas- of ringnetwerk, maar deze bespreken we hier niet.

Logische topologie

Algemene voorstelling van casten

Bij het adresseren van hosts zijn er enkele mogelijkheden: één-op-één, één-op-veel, één-op-sommige,... Welke termen worden er bij netwerken gebruikt?

• Bij unicast verzend je een datapakket van één bronapparaat naar één enkele bestemming (host).
  Bv. het surfen naar een website, het pingen van de router,... Bij de protocollen http, smtp, telnet, ssh en POP3 is dit het geval.
• Bij broadcast zal een verzonden datapakket (in principe) door elk aangesloten apparaat op het eigen (!) netwerk worden ontvangen.
  Zo wil je bij het protocol DHCP of ARP álle computers van een (lokaal) netwerk bereiken.
• Bij multicast verzend je een datapakket naar meerdere, maar niet noodzakelijk naar alle hosts binnen je netwerk. Het zit dus a.h.w. tussen unicast en multicast in. Geïnteresseerde hosts moeten zich dan inschrijven in een multicastgroep.
• Anycast lijkt op de tekening goed op multicast, maar er is een belangrijk verschil. Hier wil een host gegevens versturen naar een andere host van een bepaald type, maar het maakt daarbij niet uit welke host specifiek de gegevens ontvangt.
  Dit kan bv. worden toegepast voor DNS. Voor het omzetten van een domeinnaam naar een IP-adres maakt het nl. niet uit welke DNS-server antwoordt: de snelste met het juiste antwoord is de beste.

• 
  Unicast
• 
  Broadcast
• 
  Multicast
• 
  Anycast

Netwerkdiensten

Via een netwerk kan je bepaalde diensten aanbieden aan gebruikers, computersystemen of andere netwerken. Denk aan websites, e-mail, bestandsopslag, gaming, beveiliging, authenticatie, monitoring, ... Dit kan voordelen hebben, zoals het vergroten van de toegankelijkheid, efficiëntie, veiligheid of schaalbaarheid. Dit kan ook nadelen hebben, zoals het vereisen van een netwerkverbinding, het blootstellen aan cyberaanvallen, het verlies van controle of privacy over gegevens, of het afhankelijk zijn van de kwaliteit of beschikbaarheid van de netwerkleverancier.

Google: probleem met verdwenen Drive-bestanden ligt aan desktop app

Grote bedrijven hebben ook een grote reputatie hoog te houden. Ze zullen er dan ook veel aan doen om dataverlies te vermijden, maar t.o.v. een zelf gehoste oplossing ben je er toch niet hélemaal vrij van. Google Drive, OneDrive, ... zijn dan ook niet helemaal bedoeld als een sluitende oplossing voor back-up. Zo meldden enkele gebruikers de afgelopen weken op Googles hulpforum dat ze maanden aan Drive-bestanden waren kwijtgeraakt. Zo schreef iemand dat alle bestanden die sinds mei dit jaar waren geüpload, opeens weg waren. Dit zou liggen aan bepaalde versies van de Drive-desktop app'.

(nl) Google: probleem met verdwenen Drive-bestanden ligt aan desktopapp. Tweakers.net (2023-11-28).

Komt er een revival van de fysieke drager?

Verzamelaars van dvd’s en blu-rays zijn ‘de behoeders van die films voor volgende generaties’, vinden regisseurs als Guillermo Del Toro en Christopher Nolan. Welke plaats is er nog voor fysieke dragers, nu streamingplatformen als Netflix en Disney+ veelal het filmaanbod bepalen? Wat als een cloudplatform beslist om jouw favoriete film of serie niet meer aan te bieden?

(nl) Komt er een revival van de fysieke drager?. De Morgen (2023-12-04).

Er zijn verschillende manieren om een specifieke netwerkdienst aan te bieden, elk met een gevolg op voor- en nadelen. We bespreken er enkele.

Client-server, peer-to-peer en cloud

• 
  Logische topologie client-server
• 
  Logische topologie p2p. De fysieke topologie kan alsnog een ster zijn!
• 
  Animatievoorstelling van BitTorrent.
• 
  Cloud computing

Bij client-server heb je een situatie waarbij 'kant A' gebruikmaakt van een dienst van 'kant B': A is dan de client is en B de server. Als je surft op het internet naar https://nl.wikibooks.org met jouw browser, dan wordt jouw computer/browser de client genoemd. Aan de andere kant heb je de webserver die draait "op" nl.wikibooks.org en dus wordt deze de server genoemd (bv. met de webserver Apache).

Bij peer-to-peer (p2p) is deze scheiding niet zo aanwezig. Stel dat je pc's A, B en C hebt die elk een stuk van een bestand hebben en dat ze met elkaar communiceren om allemaal het volledige bestand te hebben. Je kan dan niet spreken over 'client' en 'server', daar ze allemaal gelijkwaardig zijn. In dat geval heeft men het over peer-to-peer, net omwille van deze gelijkwaardigheid (zoals een peergroup). Dit is bv. het geval bij BitTorrent. Zo kan het downloaden van een Linuxdistributie via een torrent efficiënter gebeuren, dan in een klassieke client-server-architectuur.

PeerTube, een opensource en decentraal videoplatform

PeerTube is een gratis en open-source, gedecentraliseerd ActivityPub-federatief videoplatform, mogelijk gemaakt door WebTorrent, dat peer-to-peer-technologie gebruikt om de belasting van individuele servers bij het bekijken van video's te verminderen.

Het Nederlands Instituut voor Beeld & Geluid (afgekort Beeld & Geluid) is een audiovisueel archief met museale functies gevestigd in de Noord-Hollandse plaats Hilversum. Ze hebben een PeerTube-instantie op peertube.beeldengeluid.nl.

(nl) Komt er een revival van de fysieke drager?. PeerTube (n.v.t.).

Cloud computing lijkt een beetje op client-server, maar de eindgebruiker weet niet op hoeveel of welke server(s) de software draait of waar die servers precies staan. Deze eindgebruiker kan een gewone gebruiker zijn (die bv. gebruikt maakt van diensten van Microsoft, Google, Facebook, ...), maar ook een IT'er (die bv. 'ergens' webruimte gebruikt). Heel kenmerkend is dat deze clouddiensten erg schaalbaar gemaakt kunnen worden: als er plots extra verkeer is voor een website, dan kunnen snel extra resources toegekend worden.

Grote spelers zijn bv. Microsoft Azure of Amazon Web Services (AWS). Hoe je gebruikt maakt van hun clouddiensten wordt bepaald door een lagenmodel:

• Cloudapplicaties
  • Software as a service (SaaS)
  • Bv. e-mail, klantenbeheer, personeelsbeheer, videoapplicaties
  • Bv. Adobe Creative Cloud, Microsoft 365
• Cloudplatforms
  • Platform as a service (PaaS)
  • Bv. databank, web server, toegangsbeheer, identiteitenbeheer
  • Bv. Azure SQL Database
• Cloud Infrastructure: infrastructure as a service (IaaS)
  • Bv. servers, opslag, netwerken
  • Bv. Azure Virtual Machines, Azure Storage, Amazon Simple Storage Service (S3), Google Cloud Storage

Belangrijke vragen zijn waar de data staat en wat er met die data gebeurt (bv. Europees bedrijf met de data op een ander continent). De verschillende lagen werken samen: zo wordt Adobe Creative Cloud aangeboden als Software as a Service, en wordt gehost op het Microsoft Azure cloudplatform.

PAN, LAN, WAN, WLAN, IoT

• 
  Soorten
• 
  LAN vs WAN
• 
  WLAN
• 
  IoT

Een PAN (Personal Area Network) is een netwerk dat gebruikt wordt voor communicatie tussen computerapparaten dicht bij één enkele persoon. Het bereik is dus meestal maar enkele meters. Ze kunnen fysiek verbonden zijn met bussen (bv. USB) of draadloos (bv. infrarood, Bluetooth). Denk bv. aan draadloze projectie (via Miracast d.m.v. Wi-Fi Direct) of een draadloze muis (via 2.4 GHz of Bluetooth).

Een LAN (Local Area Network) is een netwerk dat computers en andere toestellen die zich in een lokaal beperkt gebied bevinden, met elkaar verbindt zodanig dat deze met elkaar kunnen communiceren. Je vindt ze typisch bij lokale afdelingen van bedrijven, scholen, alsook bij particulieren.

Een WLAN (WLAN) is een draadloos LAN dat vaak ook toegang geeft tot internet.

Een WAN (Wide Area Network) kan verspreid zijn over een redelijk groot oppervlak zoals een land of een continent. Het grootste WAN is het internet, maar ook cellulaire netwerken (bv. GSM) zijn een voorbeeld van een WAN.

Bij IoT (Internet of Things) is de visie dat alledaagse voorwerpen in de toekomst meer en meer data zullen verzamelen (via bv. sensoren voor beeld, temperatuur, gewicht,...) om hun omgeving op te nemen. Via netwerktechnologie kunnen ze onderling, met netwerkdiensten en met mensen interageren. Belangrijke aspecten zullen o.a. veiligheid en privacy zijn. Gekscherend wordt al eens gezegd: the 's' in IoT stands for security. Toepassingen zijn te vinden in de slimme stad (bv. de slimme afvalcontainer), domotica, sport, gezondheid,...

De slimme gazondolk

CurieuzeNeuzen is een burgerwetenschapsproject dat aan burgers de kans geeft om bv. te kijken hoe het zit met de impact van weersextremen en de toenemende droogte via een grootschalig netwerk van duizenden ‘mini-weerstationnetjes’. In de zogenaamde 'gazondolken' zitten slimme sensoren die temperatuur en vochtigheid meten. Het doel is om in 5000 Vlaamse tuinen, parken, landbouw- en natuurgebieden voldoende data te verzamelen en direct door te sturen via een IoT-netwerk. Onderzoekers kunnen zo korter op de bal spelen en hebben door de vele gazondolken een breed beeld.

(nl) Waarom de slimme gazondolk een gouden wapen is voor de wetenschap. standaard.be (2021-01-25).

Netwerksnelheid

Alhoewel bandbreedte het meest gebruikt is als simpel getal om de snelheid van een netwerk aan te geven, is interpretatie hiervan helemaal zo simpel niet. Afhankelijk van de context kan je de ene snelheid niet zomaar vergelijken met de andere. Het moet duidelijk zijn welke begrippen precies gebruikt worden.

Bandbreedte: theoretisch maximum, toegelaten en gebruikt

De bekendste term i.v.m. snelheid bij datacommunicatie is wellicht bandbreedte (en:bandwidth): hiermee wordt aangegeven hoeveel data per seconde door een verbinding verstuurd kan worden. Toch ontstaat hier al een eerste verwarring, omdat bij bandbreedte volgende zaken bedoeld kunnen worden:

• de theoretische maximum bandbreedte of de kanaalcapaciteit (en:channel capacity): de absolute bovengrens voor de snelheid waarmee informatie over een kanaal kan worden overgedragen.
• de toegelaten bandbreedte: het kan zijn dat bij het gebruik van een glasvezel de ISP toch niet de volledig maximum bandbreedte aan de klant toekent (tenzij je meer zou betalen).
• de gebruikte bandbreedte: als je bv. een klein bestand downloadt, dan gebruik je maar een stukje van de bandbreedte die je hebt.

Het zou kunnen dat een glasvezelprovider van de beschikbare bandbreedte van 10 Gbit/s, maar 5 Gbit/s door de klant maximum laat gebruiken, waarbij hij er op een bepaald moment misschien maar 3 Gbit/s gebruikt. De theoretische maximum bandbreedte (=kanaalcapaciteit), de toegelaten bandbreedte en de gebruikte bandbreedte zijn dus drie verschillende zaken.

Transmissiesnelheid versus lengte medium

De gebruikte bandbreedte is dus kleiner of gelijk aan de toegelaten bandbreedte en op zijn beurt bijna altijd kleiner dan de theoretisch maximum bandbreedte. De gebruikte bandbreedte wordt beïnvloed door:

• de grootte van de verzonden/ontvangen data
• de signaalsterkte
• interferentie, bv. elektromagnetische storing
• de standvastigheid van de verbinding
• gebruik van kabels of draadloze toepassingen
• de aard van de gebruikte kabels (coax-kabel, twisted pair, glasvezel, enz.)
• de gebruikte communicatieprotocollen: bv. UDP (best-effort) versus TCP (data moet correct aankomen)
• het gebruik van datacompressiealgoritmes
• de afstand en de nodige repeaters (signaalversterkers) om die afstand te overbruggen.
• de mate van gebruik van het netwerk.

Communicatie met satellieten

Juno is een Amerikaanse onbemande ruimtevlucht naar de planeet Jupiter, gelanceerd in 2011. Via het Deep Space Network (een wereldwijd netwerk van zeer krachtige radiozenders en -ontvangers) kan gecommuniceerd worden. Op DSN Now kan je lezen dat het downsignaal aan een snelheid van 119,56 kb/sec werkt. Best knap als je weet dat Juno op een afstand van 953,28 miljoen kilometer van ons is verwijderd.

(nl) Juno-sonde op zonne-energie stuurt eerste kiekje door van Jupiter. tweakers.net (2016-06-28).

Bandbreedte en latency

De termen bandbreedte en latency zijn weliswaar bepalend voor de snelheid van een netwerk, maar zijn toch geen synoniemen of antoniemen.

• De latency in een netwerk is een vertraging in het netwerk. Om dit te meten wordt vaak ping gebruikt, dat een uitkomst in milliseconden geeft. Dit zal zorgen dat een klein pakket aan data, bv. 32 bytes, naar een doelhost wordt gestuurd, waarbij de Round Trip Time wordt gemeten. Deze RTT meet hoelang het duurt voordat pakketje om de doelhost te bereiken en terug te keren naar de bronhost. Hoe lager de uitkomst, hoe beter. Van invloed is onder andere de afstand, waardoor een ping van 0,684 ms in een lokaal netwerk als normaal wordt beschouwd, maar naar een satelliet wel héél snel zou zijn.

• De bandbreedte verwijst naar de hoeveelheid data dat per seconde kan worden getransfereerd.

Het zou kunnen dat de bandbreedte heel hoog ligt, maar dat je toch een traag gevoel krijgt van snelheid. Stel je volgende situatie voor, waarbij je een hoge bandbreedte hebt, maar helaas ook een hoge latency:

• Je wil de laatste iso van Ubuntu downloaden en je merkt dat het downloadvenster lang op zich laat wachten. Jouw aanvraag voor dit iso-bestand is héél weinig informatie die over het netwerk moet verstuurd worden: hoge bandbreedte doet er dan niet veel toe, maar wel de hoge latency! Als dit grote bestand naar jouw computer wordt verstuurd is de hoge bandbreedte wel heel belangrijk. Eens de download is begonnen staan de honderden megabytes in een mum van tijd op je opslagmedium. Je bent tevreden over de snelheid. In deze situatie speelt de hoge latency weinig rol.
• Ondertussen ben je ook aan het audiochatten met iemand. Om goed te werken moeten vele kleine audiopakketjes snel heen-en-weer kunnen gestuurd worden. Een hoge bandbreedte is hier niet zo belangrijk, omdat het om kleine pakketjes gaat. Doordat de latency echter ook hoog is, zijn de pakketjes te lang onderweg. Je merkt dat je bijna in walkie-talkie modus moet communiceren, omdat het te lang duurt voordat jouw audio de andere kant heeft bereikt en vice versa. Je bent ontevreden over de snelheid, omdat de hoge latency hier wel een grote rol speelt. Ook gamers zullen zich herkennen in deze situatie en willen graag een lage latency/ping. Hebben ze die niet, dan zal het spel "laggen".

In een niet-netwerkvoorbeeld zou je een 'vrachtschip' en een 'fiets' qua snelheid kunnen vergelijken. Je kan niet zomaar zeggen welke de snelste is, als je de context niet kent:

• Een kleine doos met enkele belangrijke onderdelen moet zo snel als mogelijk drie kilometer stroomafwaarts worden gebracht. De fiets zal langs het jaagpad winnen van het vrachtschip.
• Drie ton zand moet ook drie kilometer stroomafwaarts worden gebracht. Daarnet was de fiets de snelste, maar nu zal hij vele keren heen en weer moeten fietsen om drie ton zand te verplaatsen. Hier zal het vrachtschip het snelst klaar zijn: hij kan in één keer het zand ter plaatse brengen.

In netwerktermen zouden we zeggen dat het vrachtschip een hoge bandbreedte (=goed) heeft, maar ook een hoge latency (=slecht). De fiets heeft een lage bandbreedte (=slecht), maar ook een lage latency (=goed).

Duif is sneller dan internet in Zuid-Afrika

Winston is een elf maanden oude duif. Hij had één uur en acht minuten nodig om een afstand van 80 kilometer af te leggen met 4 GB data aan zijn poot. Inclusief het downloaden duurde de transfer per duif twee uur, zes minuten en 57 seconden. Dat was zelfs geen nipte overwinning voor Winston, want via internet was op die tijd amper vier procent van de gegevens overgebracht. Met deze vreemde wedstrijd wou het Zuid-Afrikaans technologiebedrijf in 2009 benadrukken dat internet in Zuid-Afrika toen veel te traag was.

(nl) Duif is sneller dan internet in Zuid-Afrika. Het Laatste Nieuws (2009-09-09).

Al in 1989 werd het verschil tussen bandbreedte en latency opgemerkt:

(en) « Never underestimate the bandwidth of a station wagon full of tapes hurtling down the highway.  »	(nl) « Onderschat nooit de bandbreedte van een stationwagen vol met tapes die via de autostrade dendert  »
(Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, 1989, page 57, isbn 0-13-166836-6 )

Alhoewel tapes vandaag de dag oubollig aandoen, blijft de uitspraak van Tanenbaum geldig. Stel dat er op enkele honderden kilometers van jou terabytes van data op tapes staat en dat je de keuze hebt om die via het internet te downloaden, of om die allemaal in een stationwagen/break te laden en te vervoeren (soms aangegeven als sneakernet of pigeonnet). De stationwagen heeft duidelijk een hoge latency, maar mogelijks is deze toch sneller dan het internet, door zijn hoge bandbreedte.

Throughput en goodput

Afhankelijk van de plaats waar de bandbreedte gemeten wordt, kan je verschillende waarden bekomen, voor eenzelfde situatie:

• De doorvoersnelheid (en:throughput) is een snelheid die gemeten wordt aan de fysieke laag. De lagen erboven of de manier van werken kunnen complexiteit toevoegen, waardoor de eindgebruiker een lagere snelheid ervaart (cfr. netwerklagenmodel).
• De goodput wordt gemeten aan de applicatielaag. Bij een bestand dat wordt verstuurd is de goodput voor de eindgebruiker gelijk aan de bestandsgrootte, gedeeld door de transfertijd.

Enkele voorbeelden om het verschil duidelijker te maken:

• Bij half-duplex communicatie, kan er niet gelijktijdig verzenden en ontvangen worden. In dat geval kan de throughput hoog liggen, maar de goodput is eigenlijk een stuk lager.
• Een draadloos apparaat kan een throughput hebben dat te vergelijken is met een bekabeld netwerk, maar waarbij de goodput een pak lager uitvalt.
• Stel dat een netwerkapplicatie iedere byte dubbel verstuurt, om zeker te zijn dat de info aankomt. Als de throughput dan 1000 Mbit/s is, dan is de goodput eigenlijk maar 500 Mbit/s. Een bestand van 20 MB zal dan namelijk op de fysieke laag verstuurd worden als minstens 40 MB. Het zal minstens 40 MB zijn, omdat iedere laag van het netwerklagenmodel sowieso extra informatie in de vorm van headers toevoegt.

Upload en download

Bij een consumentencontract met de ISP blijkt vaak dat de maximale uploadsnelheid een pak lager ligt dan de maximale downloadsnelheid. Dat is logisch daar consumenten vaker zullen downloaden (bv. streaming video) dan uploaden (bv. een mail versturen). Voor bedrijven of scholen kan er nood zijn aan een ander contract, waar de uploadsnelheid hoger ligt. Bv. scholieren die gebruikmaken van een externe elektronische leeromgeving, waar ze hun taken (documenten, filmpjes,...) moeten uploaden. Als de up- en downloadsnelheid gelijk is, spreekt men van een symmetrische snelheden.

Netwerkvolume

Bij een contract met een internet serviceprovider (ISP) zal er bij sommige abonnementen sprake zijn van volumes. Als onderdeel van je abonnement heb je dan een basisvolume, vaak per maand. Is dit a.h.w. opgebruikt, dan kan je vaak nog verder "internetten", maar aan een veel lagere snelheid. Wil je terug sneller werken, dan moet je volumeblokken bijkopen.

Andere abonnementen werken in hun advertenties met "onbeperkt surfen", wat in de praktijk neerkomt op een zogenaamde fair-use-policy. Dit houdt in dat men in redelijkheid gebruik mag maken van de functies, maar echter niet moet overdrijven. Als deze grens niet duidelijk is, is dit vaak een punt van discussie. Een provider doet er goed aan dit "onbeperkt surfen" duidelijk te omschrijven, waardoor je weet vanaf welk moment je een te intensieve gebruiker bent.