Tīklu komunikācijas teorijas pamati, drošība un aktuālās tendences

Šo darbu ir pārbaudījis mūsu skolotājs: 16.01.2026 plkst. 20:02

Uzdevuma veids: Referāts

Pievienots: 16.01.2026 plkst. 19:26

Kopsavilkums:

Referāts par tīklu komunikācijas teoriju: jēdzieni, slāņu modeļi, mediji, protokoli, drošība, rīki un tendences Latvijā. 🌐

Ievads tīklu komunikācijas teorijā

Ievads

Mūsdienu sabiedrības pastāvēšana kļūst aizvien ciešāk saistīta ar informācijas apriti starp dažādiem cilvēkiem, organizācijām un ierīcēm. Tīklu komunikācija kļūst par pamatu ne vien digitālajai pasaules infrastruktūrai, bet arī ietekmē mūsu ikdienas praktiskos paradumus – sākot ar darba organizāciju, attālināto izglītību, līdz pat vienkāršam videozvanam draugiem. Tēmas aktualitāti paspilgtina arī pandēmijas pieredze, kad tīkli ļāva turpināt mācības attālināti. Šajā darbā pētīšu, kā tīklu komunikācijas teorija skaidro informācijas apriti un kontroli, kādi ir galvenie teorētiskie pamati, kā šie modeli tiek īstenoti praksē, kādi mērinstrumenti un rīki atspoguļo tīkla “veselību”, kādas ir drošības un ētiskās problēmas, un kādas mūsdienu tendences nosaka šīs jomas attīstību. Esejā saskatīsim, kā teorija pārtop praksē un kā inženiertehniskie lēmumi ietekmē Latvijas sabiedrību kopumā.

Teorētiskie pamati un terminoloģija

Galvenie jēdzieni

Lai izprastu tīkla komunikāciju, svarīgi ir vispirms precizēt pamatjēdzienus:

- Bits: Mazākā informācijas vienība, kas var būt 0 vai 1. - Baits: 8 biti; bieži tiek izmantots, lai skaitītu datus (piemēram, 1MB = 1 048 576 baiti). - Pakete: Mazs datu bloks, ko tīkls pārsūta “gabaliņos”. - Kadrs: Zemākā līmeņa “ietvars” datiem, bieži attiecināms uz fizisko tīklu. - Kanāls: Veids vai ceļš, pa kuru dati tiek pārraidīti. - Joslas platums (bandwidth): Maksimālais datu daudzums, ko var pārraidīt laika vienībā (piem., Mbps). - Latentce (latency): Aizkave jeb laika periods, cik ilgi datiem nepieciešams, lai nokļūtu no punkta A līdz B. - RTT (Round Trip Time): Laiks, kas paiet, datiem aizceļojot uz mērķi un atpakaļ. - Zaudējumi (packet loss): Procentuāli, cik datu vienības “pazūd” pārraides laikā. - Caurlaidspēja (throughput): Faktiskais datu apjoms, ko var nosūtīt tīklā noteiktā laikā.

Rozīgojot šor vārdu krājumu, iespējams izvairīties no bieži sastopamām studentu kļūdām, kad, piemēram, tiek jaukta pēdējā latentce ar caurlaidspēju. Kā savulaik atzīmēja informātikas skolotājs Jānis no Rīgas Valsts 1. ģimnāzijas, tikai precīza terminoloģija ļauj saprast tīkla uzvedību.

Datu līmeņi

Svarīgi atšķirt baitus (datu daudzums) no bitiem (informācijas vienība) un simboliem (kodolīgākā koda vienība elektrosignālu kontekstā) no signāla, kas apzīmē fizisko impulsu.

Slāņu modeļi: Tīkla arhitektūras pamats

OSI modelis

OSI (Open Systems Interconnection) modelis apraksta tīkla procesu kā septiņus slāņus: 1. Fiziskais 2. Datu saišu 3. Tīkla 4. Transporta 5. Sesiju 6. Prezentācijas 7. Lietojumprogrammu slānis

Katrs no šiem slāņiem atbild par noteiktiem uzdevumiem. Piemēram, fiziskais slānis nodrošina signāla pārraidi, kamēr lietojumprogrammu slānis rūpējas, piemēram, par tīmekļa pārlūku darbību.

TCP/IP modelis

Reālajā dzīvē biežāk tik lietots TCP/IP (interneta protokolu) četru slāņu modelis: - Tīkla piekļuves (link) - Interneta (network) - Transporta - Lietojumprogrammu slānis

Atšķirībā no OSI, šeit lietojumprogrammas un prezentācijas/slāņi ir apvienoti. Piemērs: Kad, izmantojot pārlūku, atveram www.lu.lv, mūsu pieprasījums nonāk no HTTP slāņa līdz lejai – fiziskajam kabelim, šķērsojot visu slāņu virkni.

*Attēls*: Vienkāršota slāņu diagramma (no augšas uz leju: HTTP → TCP → IP → Ethernet).

Fiziskie mediji un signāli

Sāksim ar pašu “miesu” tīkliem. Fiziskajā slānī tiek izmantoti dažādi pārraides līdzekļi – vadu kabeļi (piemēram, UTP “cat6” Ethernet, optiskās šķiedras), bezvadu tehnoloģijas (Wi-Fi, LTE/5G, satelīti). Šeit spēkā stājas jautājumi par modulāciju (informācijas “iekodēšanu” viļņos), multiplexing (piemēram, TDM – laika dalīta, FDM – frekvences dalīta, WDM – viļņgaruma dalīta pārraide), kā arī traucējumu ietekmi.

Praktisks piemērs: BDP aprēķins. Pieņemsim, ka mūsu interneta savienojumam ir 100 Mbps joslas platums un RTT ir 50 ms (0,05 s). BDP = 100 000 000 biti/s × 0,05 s = 5 000 000 biti jeb 625 000 baiti (ap 610 KB) – tas nozīmē, ka tik daudz datu var būt “ceļā” vienlaikus, lai pilnībā izmantotu joslas platumu.

Komutācija un maršrutēšana

Tīkli var nodrošināt vai nu pastāvīgus savienojumus (“circuit switching”, piemēram, klasiskais telefona tīkls), vai balstīties uz “paketes komutāciju”. Internets darbojas ar pēdējo pieeju, kur katra pakete var sekot savam ceļam.

Maršrutēšanas algoritmi, piemēram, distance-vector (RIP protokols) un link-state (OSPF protokols), palīdz izvairīties no lokāliem “sastrēgumiem” un nevajadzīga līkloču ceļa.

Interneta maršrutēšana notiek starp autonomām sistēmām (piem., LMT, Tet). Šeit darbojas BGP (Border Gateway Protocol), kas ļauj pārvadīt datus arī tad, ja kāds interneta fragments uz laiku kļūst nepieejams.

Konverģences nozīme – tas ir brīdis, kad visi maršrutētāji “vienojas”, kāds ir labākais ceļš. Pie bojājumiem kavēšanās šajā procesā var izraisīt nepieejamus pakalpojumus, kā to 2019. gadā piedzīvoja daudzi Rīgas uzņēmumi pēc maršrutētāja atteices.

Transporta slānis: TCP un UDP

TCP nodrošina uzticamu, savienojuma orientētu pārraidi: trīs soļu “rokasspiediens” (SYN, SYN-ACK, ACK), plūsmas vadība ar “loga” lielumu, sastrēgumu kontrole.

UDP, savukārt, ir “viegls”, bez pārbaudes – piemērots reāllaika lietojumprogrammas (piem., Straume, Zoom, spēles).

Eksperiments: Izmantojot `iperf3`, var pamanīt, kā TCP caurlaidspēja samazinās, ja palielinās RTT – BDP ierobežo veiklību.

| Parametrs | TCP | UDP | |---|---|---| | Savienojums | Jā | Nē | | Aizkaves | Lielākas | Mazākas | | Drošums | Augsts | Mazs | | Pielietojums | WWW, e-pasts | Straumēšana, spēles |

Lietojumprogrammu protokoli un servisi

DNS — “Interneta katalogs”, kas pārtulko simboliskās adreses (lu.lv) uz IP adresēm. Izšķiroša ir kešatmiņas (cache) izmantošana, lai novērstu liekus pieprasījumus.

HTTP/HTTPS – Globālā tīmekļa “asinsrite”. TLS šifrēšana aizsargā lietotāja datus pret noklausīšanos, izmantojot sertifikātus un publiskās atslēgas kriptogrāfiju.

Citas protokolu piemēri: SMTP (e-pasts), FTP (failu pārsūtīšana), SSH (attālināta kontrole). Katram ir savas drošības prasības; piemēram, SSH ļauj, izmantojot tikai vienu portu, droši pieslēgties serverim pat no Rīgas līdz Daugavpilij.

Protokolu darbības secība: Klients → DNS resolveris → autoritatīvais serveris → atpakaļ pieprasītājam

Tīklu drošība

Arvien aktuālāki kļūst drošības jautājumi: MITM (man-in-the-middle) – uzbrucējs pārtver saziņu; DDoS uzbrukumi – tīkla pārslodze; Parazitāra noklausīšanās (snooping).

Aizsardzībai jāizmanto šifrēšana (TLS, IPsec), autentifikācija, ugunsmūri (firewall), VPN un IDS/IPS sistēmas. Gadījuma analīze: Kā TLS palīdz – visas ziņas starp pārlūku un serveri tiek šifrētas, tāpēc pat ja neviens pa vidu redz datu plūsmu, viņš to nevar atšifrēt un izmantot.

Mērījumi, metrika un rīki

Visizplatītākie tīkla rīki — ping (mēra latentci, RTT, paketju zudumus), traceroute (parāda “ceļu” līdz galamērķim), iperf3 (caurlaidspēja), tcpdump un Wireshark (trafika analīzei).

Eksperiments: - Izmantojiet `ping` 10 reižu pret universitātes serveri. Fiksējiet RTT, apkopo rezultātu tabulā. - Ar `iperf3` izmēriet TCP caurlaidspēju dažādos laikos, piemēram, no Daugavpils līdz Rīgai. - Ar Wireshark uztveriet HTTP trafiku, meklējiet SYN paketes – redzēsiet TCP savienojuma sākšanās brīdi.

Komunikācijas paradigmas un arhitektūras stili

Client-server – Piemēram, universitātes e-pasts: students pieprasa ziņu, serveris atbild.

Peer-to-peer – BitTorrent, koplietošana, kur visi ir gan sūtītāji, gan saņēmēji (Latvijā to bieži izmanto mūzikas/failu apmaiņai).

Event-driven (MQTT sistēmas lauksaimniecības sensoru tīklos) un mobilie ad-hoc tīkli (krīžu situācijās, kad nav klasiskā tīkla pārklājuma: piemēram, ugunsgrēku laikā mežos Ziemeļlatvijā).

| Paradigma | Piemērs | Priekšrocība | Ierobežojums | |-----------|---------|--------------|--------------| | Client-server | E-klase, LU e-pasts | Ērta kontrole | Vienstiklošanas punkts, skaitļos | | P2P | BitTorrent | Decentralizācija | Drošības risks |

Mūsdienu attīstības virzieni un tehnoloģijas

SDN un NFV ļauj centralizēti pārvaldīt tīklojumus programmatūras līmenī, padarot infrastruktūru elastīgu.

5G, Edge computing un IoT – nozīmē daudz vairāk ierīču tīklā (no viedajām Saldus mājām līdz Jelgavas “gudrajiem” luksoforiem), kā arī ļoti zemu latentci.

Kvantu komunikācijas (pagaidām vairāk teorētiska – bet Latvijas Universitātē notiek pirmie eksperimenti ar kvantu atslēgu sadali).

| Tehnoloģija | Priekšrocības | Ierobežojumi | |---|---|---| | SDN | Elastība, automatizācija | Sākotnējā ieviešanas sarežģītība | | 5G | Lielākas jaudas, zema latentce | Augstas izmaksas |

Sabiedriskie un ētiskie aspekti

Tīklu dizaina un komunikācijas lēmumi spēcīgi ietekmē sabiedrību:

- Privātums, datu aizsardzība – GDPR ieviešana piespieda daudzus Latvijas uzņēmumus mainīt datu apstrādes politiku. - Net neutrunality – jānodrošina, ka visi var izmantot internetu vienādi, neatkarīgi no ienākumiem vai dzīves vietas. - Ilgtspējība – dati tiek glabāti datu centros, kas patērē daudz elektroenerģijas. Latvijā pastāv projekti datu centru efektivizēšanai (piemēram, “Baltic Servers”).

Secinājumi

Tīklu komunikācijas teorija, lai arī sākas ar relatīvi formāliem modeļiem un jēdzieniem, ir cieši savīts ar praktisko dzīvi, ekonomiku un pat kultūras attīstību Latvijā. Esam redzējuši, kā no signāliem vados līdz sarežģītiem lietojumprogrammu protokoliem mēs nodrošinām informācijas nepārtrauktu plūsmu. Drošības un ētikas jautājumi kļūst aizvien centrālāki, savukārt nākamo desmitgadu izaicinājumi būs saistīti ar masveida sakaru, automatizācijas un jaunu paradigmu ienākšanu. Turpmāka pētījumu joma Latvijā – kā mākslīgais intelekts palīdzēs prognozēt un optimizēt tīkla plūsmas, kā kvantu drošības risinājumi tiks ieviesti reālos datu centra uzdevumos. Tādējādi tīklu komunikācijas teorija – tā nav tikai matemātika un elektronika, tā ir sabiedrības mugurkauls, kas prasa apdomu, inovāciju un atbildību.

---

Vārdnīca

| Termins | Definīcija | |---|---| | Bits | Mazākā informācijas vienība (0 vai 1) | | Baits | 8 biti | | Kadrs | Fiziskā līmeņa datu iepakojums | | Pakete | Tīkla līmeņa datu vienība | | Kanāls | Datu pārraides ceļš | | Joslas platums | Maks. pārraidāmie dati laika vienībā | | Latentce | Kavējums pārraides laikā | | RTT | Laiks “turp un atpakaļ” | | Caurlaidspēja | Faktski pārraidīto datu apjoms | | Paketju zudums | Procentuāli "pazudušās" paketes | | TCP | Savienojuma orientēts transports | | UDP | Bezsavienojuma transports | | HTTP | Hiperteksta pārneses protokols | | DNS | Domēnu vārdu sistēma | | TLS | Transporta līmeņa šifrēšana | | VPN | Virtuālais privātais tīkls | | SDN | Programmatūras definēts tīkls |

Praktiskais uzdevums: Ping un iperf3 tests

1. Solis: ``` ping -c 10 www.lu.lv ``` Gaidāmais rezultāts: Vidējais RTT ~20-50 ms, ja tiek izmantots LU serveris Latvijā. Paketju zudums tuvu 0%.

2. Solis: ``` iperf3 -s

uz servera

iperf3 -c serveris

uz klienta

``` Salīdziniet rezultātus dažādos laikos, un atzīmējiet caurlaidspējas izmaiņas (piem., vakara stundās var būt zemāka).

Literatūra

- “Datortīkli: Mācību grāmata augstskolām”, Rīgas Tehniskā universitāte, 2020. - RFC 791: Internet Protocol - RFC 793: Transmission Control Protocol - Wireshark dokumentācija

---

Noslēgums

Efektīvu un drošu tīklu komunikāciju nodrošināšana ir viena no sarežģītākajām, taču arī svarīgākajām mūsdienu inženierijas un sabiedrības problēmām. Tīklu teorijas izpratne palīdz gan IT profesionāļiem, gan sabiedrībai prognozēt, optimizēt un pasargāt savu digitālo telpu. Latvijā, kur tehnoloģijas kļūst arvien integrētākas ikdienā, šīs zināšanas ir prioritāte. Tādēļ – ne vien teorija, bet arī prakse, eksperimenti un kritiska domāšana padara tīklu komunikācijas nozari par pamatu nākotnes attīstībai.

---

Komandu piemēri (pielikums):

- `ping -c 10 host` - `traceroute host` - `iperf3 -s // -c` - `tcpdump -i eth0 'port 80'` - Wireshark filtri: `http`, `tcp.flags.syn==1`

Piemēra jautājumi

Atbildes ir sagatavojis mūsu skolotājs

Kādi ir tīklu komunikācijas teorijas pamati un galvenie jēdzieni?

Tīklu komunikācijas teorijas pamati ietver tādus jēdzienus kā bits, baits, pakete, kanāls, joslas platums un latentce. Izpratne par šiem terminiem ir būtiska, lai pareizi analizētu tīklu uzvedību.

Kas ir OSI un TCP/IP modeļi tīklu komunikācijas teorijas kontekstā?

OSI ir septiņu slāņu, bet TCP/IP četru slāņu modelis, kas strukturē datu plūsmu tīklā. OSI modelis biežāk tiek izmantots teorijā, savukārt TCP/IP dominē praksē.

Kādas ir galvenās drošības problēmas tīklu komunikācijas teorijā?

Galvenās drošības problēmas ir MITM uzbrukumi, DDoS uzbrukumi un datu noklausīšanās. Lai aizsargātu tīklu, tiek izmantota šifrēšana, autentifikācija, ugunsmūri un VPN.

Kādas ir aktuālās tendences tīklu komunikācijas teorijas attīstībā?

Aktuālās tendences ir SDN, NFV, 5G, Edge computing, IoT un kvantu komunikācijas. Tās nodrošina lielāku elastību, zemu latentci un jaunas datu aizsardzības iespējas.

Kāda ir tīklu komunikācijas teorijas nozīme Latvijas sabiedrībā?

Tīklu komunikācijas teorija ir pamats digitālo pakalpojumu un attālinātas izglītības nodrošināšanai Latvijā. Tā veido pamatu inovācijai, drošībai un ekonomiskajai attīstībai.

Uzraksti manā vietā referātu

Tagi:#komunikācijuteorija #tīkludrošība #aktuālāstendences