Computersystemen/Netwerkcomponenten

Uit Wikibooks
Naar navigatie springen Naar zoeken springen

Doelstellingen[bewerken]

Onderstaande doelstellingen komen in meer of mindere mate aan bod. Ze komen uit het leerplan Toegepaste Informatica van de richting informaticabeheer[1]. De cijfers verwijzen naar dit leerplan.

  • 3.1.14 De functie van de belangrijkste componenten van een netwerk toelichten, onder meer werkstation, server, repeater, access point, switch, router, gateway, SAN, NAS.
  • 3.1.15 De begrippen collision domain en broadcast domain toelichten.
  • 3.1.17 Het schema van een actueel computernetwerk tekenen en de belangrijkste componenten aanwijzen.

Netwerkschema[bewerken]

Bij het hoofdstuk over netwerkbekabeling kon je al leren dat afhankelijk van de plaats waar de netwerkkabel wordt gebruikt, deze een specifieke naam krijgt. Dit is samengevat in onderstaand schema, waar zowel de kabels (user cord, horizontal run, patch cord), als de apparatuur (NIC, router, modem, switch, patchpanel), als andere zaken (RJ-45, kabelgoot) vermeld worden.

Er wordt een verschil gemaakt tussen actieve (zoals switch, router, WAP) en passieve (zoals RJ-45, patchpanel, outlet) netwerkapparatuur.

LAN-physicalTopology.png

Dit netwerkschema wordt hier enkel gebruikt om de verschillende fysieke onderdelen aan te duiden. Vaak wordt een netwerkschema gebruikt voor de hogere lagen in het netwerklagenmodel en wordt de fysieke voorstelling niet zo exact weergegeven: de outlet, NIC, kabelgoot en patch panel zou dan niet getekend worden. Vaak zijn functionaliteiten in 1 apparaat geïntegreerd (bv. router en modem) of worden onderdelen weggelaten (bv. patchpanel bij particulieren).

Server en Werkstation[bewerken]

Server[bewerken]

Een server is een computer of een programma dat diensten verleent aan clients.

  • In de eerste betekenis wordt hier de fysieke computer aangeduid waarop een programma draait dat deze diensten verleent. Bv. een fileserver die bestanden deelt in een NAS.
  • In de tweede betekenis is het software: bv. de webserversoftware Apache die een website doorstuurt aan een browser zoals Chrome.

Werkstation[bewerken]

Een werkstation (en:workstation) is een krachtige computer voor professioneel gebruik, die over gespecialiseerde hard- of software beschikt. In moderne werkstations worden technieken gebruikt als SCSI-schijven, processoren die ook in servers gevonden worden, gespecialiseerde videokaarten en grote monitoren om efficiënt te kunnen werken.

Met de steeds krachtigere computers voor thuisgebruik is het verschil tussen de "gewone" PC en het werkstation deels in elkaar overgelopen. Het verschil zit vandaag de dag niet meer in het geheugen, maar meer in de alternatieve hardware, zoals het verschil tussen SCSI en SATA.

NIC, RJ-45 en outlet[bewerken]

NIC[bewerken]

De netwerkkaart (NIC of en:network interface controller) is een hardware-onderdeel in een computer, nodig om die computer deel te laten uitmaken van een computernetwerk. Dit kan in de vorm van on board hardware, een aparte insteekkaart of via een draadloze netwerkadapter.

Wikimedia Commons Meer afbeeldingen over dit onderwerp vindt u in Categorie Ethernet network cards op Wikimedia Commons

RJ-45[bewerken]

Een RJ-45-connector is een 8-polige modulaire connector die vooral gebruikt wordt voor twisted pair ethernetverbindingen.

Wikimedia Commons Meer afbeeldingen over dit onderwerp vindt u in Categorie RJ-45 connectors op Wikimedia Commons

Outlet[bewerken]

De user cord loopt niet rechtstreeks tot aan de actieve hardware maar wordt aangesloten op een wandcontactdoos (outlet). Bij een niet-gebruikte outlet kan je zo de user cord wegnemen. Vaak wordt er gewerkt met een keystone module, in combinatie met een keystone muurplaat om alles proper af te werken. Dit is gestandaardiseerd, waardoor je ook keystone modules kan hebben voor bv. USB, RCA (audio/video) of HDMI.

HUB, switch en patchpanel[bewerken]

HUB[bewerken]

Bij een sternetwerk is er een centrale netwerkcomponent om de verschillende hosts met elkaar te verbinden. Bij een HUB zal deze een binnengekomen datapakketje simpelweg doorsturen naar al zijn poorten. Dit is meteen ook het nadeel van de hub, omdat op deze manier al het netwerkverkeer op alle aangesloten segmenten komt. Het is vergelijkbaar met een zaal vol mensen, van wie er maar één tegelijk aan het woord mag zijn, ook al fluistert hij tegen zijn buurman.

Een HUB heeft geen geheugen om data te bewaren en kan dus enkel werken in half duplex mode: ofwel kan hij verzenden, ofwel kan hij ontvangen. De regel is dat een computer pas begint met zenden op het moment dat het netwerk vrij is. Het kan gebeuren dat twee computers tegelijk beginnen. In dat geval is er sprake van een 'collision' ofwel botsing van datapakketjes. Deze botsing wordt doorgestuurd over het volledige netwerk (wat bovenstaande animatie niet goed weergeeft). De oorspronkelijke datapakketjes zijn verloren en moeten dus opnieuw gestuurd worden.

Door de vele nadelen van een HUB wordt deze al jaren niet meer gebruikt en is deze opgevolgd door de switch. Het principe van een HUB is wel belangrijk om het begrip collision beter te begrijpen.

Switch[bewerken]

switch symbool

In vergelijking met een hub, is een switch een slim apparaat. Een switch stuurt een ontvangen frame dat geadresseerd is aan één bepaald MAC-adres alleen naar de specifieke hardwarepoort van de switch waarop het toestel met dat MAC-adres is aangesloten.

Zo wordt het netwerk minder belast en is er minder kans op botsingen. Bovendien werkt een moderne switch in full-duplex, waardoor hij tezelfdertijd kan verzenden en ontvangen. Zo kunnen botsingen volledig worden uitgesloten.

Er bestaan switches die functionaliteit bezitten van een router, maar dit valt buiten het kader van dit overzicht.

Patchpanel[bewerken]

Een patchpanel is een paneel met een groot aantal aansluitbussen, waarop met kabels (patchkabels) tijdelijke of permanente verbindingen kunnen worden gemaakt. Wil men ergens een telefoon of computer aansluiten en verbinden met apparatuur elders in het gebouw, dan hoeft men enkel een verbinding te maken tussen twee jacks op het patchpanel (het zogenaamde "patchen").

Wikimedia Commons Meer afbeeldingen over dit onderwerp vindt u in Categorie Patch panels op Wikimedia Commons

WAP[bewerken]

Een WAP (en:Wireless Access Point) is een apparaat dat het Wi-Fi-clients mogelijk maakt om verbinding te maken met een draadloos netwerk volgens één van de wifistandaarden (IEEE 802.11).

Zo'n WAP kan publiek, voor thuisgebruik of voor bedrijfsgebruik zijn. Dit heeft zijn invloed op veiligheid, hardware, maximum aantal gebruikers,...

Gezien het draadloos toegangspunt gebruik maakt van een gedeeld medium (nl. de ether) kunnen hier botsingen (collisions) ontstaan.

Modem, router en gateway[bewerken]

Modem[bewerken]

De modem is een netwerkapparaat waarmee informatiesignalen van het netwerk van de ISP (kabel, DSL,...) worden vertaald naar signalen die de router kan begrijpen (en vice versa). Het is vaak geïntegreerd in één apparaat, samen met routerfunctionaliteit.

Router[bewerken]

router symbool

Een router (uitspraak: Brits: [roeter], Amerikaans: [rauter]) is een apparaat dat twee of meer verschillende computernetwerken aan elkaar verbindt, bijvoorbeeld internet en een bedrijfsnetwerk, en pakketten data van het ene naar het andere netwerk verzendt.

Een consumentenrouter (SOHO-router) routeert netwerkverkeer tussen het interne netwerk (LAN) en het Internet (WAN), maar heeft vaak nog enkele extra functies:

  • Modem
  • DHCP-server, zodat computers hun IP-adres van de router krijgen, wat de configuratie van het netwerk vergemakkelijkt.
  • Een aantal beveiligingsfuncties, zoals een firewall (toegang blokkeren) en logging (weten wat er is gebeurd).
  • Ingebouwde switch. Bij een consumentenrouter met vijf poorten lijkt het alsof deze kan routeren tussen vijf verschillende netwerken, maar vaak gaat het slechts om twee netwerken: LAN en WAN. De WAN-poort is dan verbonden met het Internet aan de ene kant en intern in de consumentenrouter aan de ingebouwde switch met vier poorten.
  • Ingebouwde WAP.

SOHO router vs professional setup.svg

Omdat een router en modem vaak in 1 apparaat geïntegreerd zijn, worden de termen door elkaar gebruikt. Strikt gezien is de volgorde pc - switch - router - modem - ISP - Internet. Diegene die meer controle over hun netwerk wensen gebruiken aparte apparaten voor ieder onderdeel. Hun WAP(s) pluggen ze dan in een vrije poort van de switch.

Gateway[bewerken]

Een gateway is een netwerkpunt dat dienst doet als "toegang" tot een ander netwerk. De gateway is dan een netwerkconfiguratie-eigenschap die aangeeft welk netwerkadres de computer mag gebruiken als hij naar een bestemming moet die niet op het lokale netwerk gelegen is.

Een gateway wordt daarom vaak geassocieerd met een router omdat hij wijst naar de router die uiteindelijk verbonden is met buiten.

Repeater[bewerken]

Een repeater is een zend-ontvanginstallatie die een signaal ontvangt en op een andere frequentie, signaalniveau en/of hoger vermogen realtime weer uitzendt/verstuurt. Het doel is een groter bereik te verkrijgen en zo communicatie over grotere afstanden mogelijk te maken. Omdat repeaters werken met het feitelijke fysieke signaal, en geen poging doen om de gegevens te interpreteren die worden verzonden, zijn ze werkzaam op de fysieke laag.

Een repeater kan je niet alleen toepassen bij netwerken, maar ook bij andere technologieën waar een signaal verstuurd moet worden. Dit kan zowel bedraad zijn (bv. HDMI-repeater), als draadloos (bv. een wireless range extender). Er kan een aparte aansluiting voor voeding voorzien zijn, zodat het signaal voldoende versterkt kan worden.

Netwerkopslag[bewerken]

Bij een DAS (en:direct-attached storage) wordt het opslagmedium (bv. SSD of HDD) direct aangesloten op een computersysteem (bv. via USB of SATA-kabel). Welke mogelijkheden heb je nu dankzij een netwerk?

NAS[bewerken]

Een NAS (en:Network-attached storage) is een opslagmedium dat op het netwerk aangesloten is en gebruik maakt van het TCP/IP-netwerklagenmodel voor dataoverdracht. Daardoor kan een NAS door elke machine op datzelfde netwerk geraadpleegd worden, wat hen volwaardige fileservers maakt. Een NAS-systeem vereenvoudigt zo het delen van informatie, vooral tussen verschillende besturingssystemen. Het vergroten van de opslagcapaciteit is meestal eenvoudig: een nieuwe (en/of grotere) harde schijf kopen of NAS-systemen aan elkaar koppelen.

Er zijn verschillende vormen:

  • Vanaf 2006 zijn er NAS-systemen in de handel die qua opbouw nauwelijks verschillen van externe USB-schijven.
  • Met behulp van eenvoudige pc-hardware en een pakket als OpenMediaVault, FreeNAS of NAS4Free kan zelf een NAS-systeem opgebouwd worden. Het voordeel is dat je enkele van de pc-onderdelen mogelijks al hebt liggen, het nadeel is dat ze niet geoptimaliseerd zijn voor een NAS-taak (denk bv. aan energie-verbruik).
  • Grotere NAS-systemen zijn vaak servers die speciaal voor deze taak ontworpen zijn en een voor opslag geoptimaliseerde variant van een besturingssysteem als Windows of Linux draaien. Bekende fabrikanten zijn Synology, QNAP en NETGEAR.

Sommige NAS-systemen hebben ingebouwde extra functies:

  • harde schijven die in een RAID-opstelling geplaatst kunnen worden. Dit zorgt voor een hogere betrouwbaarheid van de opslag van data (maar is geen synoniem voor back-up!).
  • printserver: een centrale printer kan gebruikt worden door alle computers in het netwerk
  • webserver, soms met MySQL- en PHP-mogelijkheden
  • FTP-server, waarmee de opgeslagen bestanden ook van buitenaf via internet toegankelijk zijn
  • streaming media-server zodat de inhoud van de NAS via een externe mediaspeler afgespeeld kan worden
  • back-up-server die automatisch gegevens van elders kan ophalen
  • BitTorrent-client die torrents kan downloaden en vervolgens weer kan delen
  • Cloudopslagfuncties

SAN[bewerken]

SAN (en:Storage Area Network) is een architectuur die dient als koppeling tussen servers en opslagapparaten op zo'n manier dat het voor het besturingssysteem lijkt alsof het opslagapparaat direct is aangesloten. Het heeft dus zowel eigenschappen van DAS, als van NAS.

Omdat de server en opslag fysiek van elkaar losgekoppeld zijn, is het beheer van het opslagsysteem eenvoudig uit te voeren zonder de server uit bedrijf te nemen. Hoewel kosten en complexiteit verminderen, worden SAN's vooral gebruikt in de grotere rekencentra (gemeten naar 2007).

NAS versus SAN [3][bewerken]

Bij NAS wordt het bestandssysteem beheerd vanuit het NAS-systeem zelf, in tegenstelling tot SAN, waarbij het bestandssysteem beheerd wordt door servers.

In tegenstelling tot een SAN maakt een NAS gebruik van bestandsgeoriënteerde protocollen zoals NFS of SMB/CIFS, waar het duidelijk is dat de opslag extern plaatsvindt en de computers een deel van een bestand opvragen in plaats van een blok op een opslagmedium.

De prestaties van NAS ten opzichte van SAN zijn lager doordat de data door tragere netwerkprotocollen verzonden moet worden. Er moeten namelijk hele bestanden in plaats van losse blokken overgestuurd worden. Door het gebruik van een NAS kunnen de LAN-prestaties dalen.

Collision en broadcast domain[bewerken]

Afhankelijk van de gebruikte technologie kunnen er botsingen op een netwerk optreden. Een HUB kan geen botsing detecteren en zal deze botsing dus verder doorsturen op het netwerk. Een NIC, switch of router kan dit wel (en zal dus een botsing niet verder doorsturen op het netwerk). Een collision domain is dan het gedeelte van het netwerk dat een botsing kan bereiken.

Ethernet-broadcast-collision (hub).svg

Een HUB bereikt altijd iedere aangesloten host, zelfs als dat niet nodig is. Een switch is slimmer en zal pakketten afleveren aan de host waarvoor het bestemd is. Toch wil men soms ook in een switch-netwerk álle aangesloten hosts bereiken (bv. bij DHCP): dan stuurt de verzender een broadcastpakket uit. Een broadcast domain is dan het gedeelte van het netwerk dat een broadcast kan bereiken. Zo'n broadcast wordt altijd doorgegeven door HUB en switch, maar zal stoppen aan een router. Eén zo'n pakketje is niet groot, maar bij een groot netwerk kan dit toch behoorlijk je netwerk belasten, waardoor extra segmentering nodig is.

Ethernet-broadcast-collision.svg

Het is duidelijk dat je het collision domein zo klein als mogelijk wenst, wat bij bedrade netwerken veel is verbeterd. Bij draadloze netwerken kan het een probleem blijven als meerdere netwerken hetzelfde kanaal gebruiken om data te versturen (toch bij voldoende sterk signaal, nl. voldoende RSSI). Je kan bekijken of je je eigen WAP niet kan veranderen van kanaal in de instellingen, zodat je geen conflicten hebt met andere draadloze netwerken. Merk op dat het blindelings toevoegen van extra WAPs soms niets uithaalt, daar er gewoon meer botsingen kunnen optreden. De ene moet dan wachten op de andere.[4]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Meer informatie op leerplan D/2015/7841/003
  2. De botsing bij de HUB zal eigenlijk verspreid worden over het netwerk, wat de animatie niet goed weergeeft.
  3. De tekeningen CompSAN.png en CompSAN3.png lijken het grafisch mooi uit te leggen, maar helaas in het Spaans. De bijhorende uitleg is in het Frans.
  4. Bron voor collision domeinen in een draadloos netwerk: Remember what a ‘Collision Domain’ is?.
Informatie afkomstig van http://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.