Hálózatok Oktatási segédlet.
A számítógép hálózat: A számítógép hálózat olyan függőségben lévő vagy független számítógépek egymással összekapcsolt együttese, melyek abból a célból kommunikálnak egymással, hogy bizonyos erőforrásokon osztozhassanak, egymásnak adatokat küldhessenek, illetve terhelésmegosztást vagy megbízhatóság növekedést érjenek el.
Hálózatok előnyei Erőforrás megosztás: Ez az egyik legfontosabb tulajdonsága a hálózatkezelésnek, mivel közös tároló helyek kialakítására van lehetőség. Előnye a drága hardver elemek használatának megosztása (nyomtató, merevlemez). Kommunikációs eszköz:
Távoli gépekkel, személyekkel való kapcsolattartás és információáramlás (Internet,e-mail).
Egyéb fontos dolgok: Nagyobb megbízhatóság elérése (központi felügyel-hetőség). Egy hardware elem, vagy számítógép meghibásodásakor könnyű és gyors a helyettesítésük, egy másik hálózatban lévő géppel. Terheléselosztási funkció, alkalmazások illetve adatbázisok más gépre kerülnek át, illetve fejlettebb hálózatoknál a processzorok megoszthatják egymás között a munkát. Rendszerteljesítmény fokozatos növelése Régen, ha egy számítógép már nem tudta ellátni a kívánt feladatot, akkor az egész számítógépet lekellett cserélni, ha van hálózatunk, akkor régi gépünk mellé beállíthatunk egy másikat, amely átveszi a feladatok egy részét.
Hálózatok csoportosítása Területi kiterjedés alapján: LAN (Local Area Network), kis kiterjedésű helyi hálózat. Jellemzője egyedi kábelezés, gyors adatátvitel. Mérete: 1 szobától kezdve néhány km. MAN (Metropolitan Area Network), városi méretű hálózat. Jellemzője a világhálózatok kiinduló pontjaihoz való belépések biztosítása.
WAN (Wide Area Network), nagytávolságú hálózat. Tipikus adatátviteli eszközei a távközlési vállalatok által nyújtott eszközök: telefonvonal, műhold, mikrohullám, stb. Topológia alapján: Bus (sín), a gépek egy közös átviteli közegre csatlakoznak. Ethernet alapú hálózati kártyák alkalmazásával létrehozható hálózat, melyen a számítógépek egy sínen lógnak, elágazásokat nem lehet létrehozni. Gyűrű, a gépek egy gyűrűre vannak felfűzve. A szakneve Token Ring hálózat, ez a topológia hasonlít a bus topológiára, csak itt a kábel indulási pontjába csatlakozik a kábel végpontja. Fa, bármely két összekötött géppel egy és csak egy út van, ezt a típust a fa ágaival és leveleivel lehet szimbolizálni. Ha a levelek a számítógépek és az ágak pedig az őket összekötő hálózati kábelek, akkor, ha egy számítógéptől elindulunk, akkor csak egy útvonalon keresztül érhetünk el egy másik számítógéphez. Csillag, minden gép csak a központi géppel van összekötve. A hálózati kábelek egy közös pontba futnak össze, így minden gépet minden honnan a központi gépen keresztül érhetünk el. Teljesen összefüggő, minden gép minden géppel egyedileg össze van kötve. Részben összefüggő, a teljes összefüggőből elhagyunk néhány ágat. Átviteli sebesség alapján:
lassú (~30 kbit/sec), általában telefon vonalak átviteli sebességére jellemző. közepes (~1-20 Mbit/sec), ide tartozik a legtöbb lokális hálózat sebessége (Ethernet: 10 Mbit/sec). nagy (50 Mbit/sec fölött), speciális hálózatok, de mára már a 100 Mbit/sec –os lokális hálózatok robbanásszerűen terjednek el.
Átviteli módszer alapján:
Alapsávú (baseband), az átviteli közegben haladó jel frekvenciája közel azonos a bitsorozat frekvenciájával. Jellemzői: olcsó, egyszerű, ilyen szinte az összes LAN hálózat. Szélessávú (broadband), a vivő frekvencia jóval nagyobb, mint a bitsorozat frekvenciája. Általában az átviteli sávot több csatornára osztják (kábel TV)
Kommunikáció irány alapján:
Szimplex (egyirányú), egyik állomás csak adó, a másik csak vevő. Half duplex (váltakozó irányú), mindkét irányú átvitel megengedett, de egy időben csak az egyik irány élhet. Duplex (kétirányú),, mindkét állomás egyszerre adhat és vehet.
A ISO-OSI modell A számítógép hálózatokat – a megvalósításuk bonyolultsága miatt – rétegekre osztjuk. A Pcálózatok kezdete elött az IBM megalkotta saját hálózati rétegrendszerét, de olyan szabványra lett volna szükség amely mindenki által elfogadott. Ezért a feladat az ISO-ra hárult, mely 1980-ban megalkotta az OSI (Open System Interconnection) rétegmodellt. Az OSI nem szabvány, nem határoz meg interface-eket és protokollokat, mindössze azt mondja meg, hogy milyen rétegekre kellene osztani egy hálózatot és ezen rétegeknek mi legyen a feladatuk. Az OSI-t nem kötelező betartani, de segít megmutatni a hálózati rendszer működését.Az OSI referencia modell szerint egy hálózatot 7 rétegre osztunk: 7. Alkalmazói
„Prezentációs rétegek”
6. Megjelenítési
logikai összeköttetéssel
5. Viszony (együttműködési)
Foglalkoznak
4. Szállítási (átviteli) 3. Hálózati 2. Adatkapcsolati
„Transzport rétegek” Adatátvitellel foglalkoznak
1. Fizikai
Az egyes OSI rétegek feladatai Adatátvitellel foglalkozó rétegek: A fizikai réteg (physical layer) a bitek kommunikációs csatornára való kibocsátásáért felelős. Ide tartozik a csatlakozások elektromos és mechanikai definiálása, átviteli irányok megválasztása. Az adatkapcsolati réteg (data link layer) feladata egy hibátlan adatátviteli vonal biztosítása a „szomszéd” gépek között. Az adatokat adatkeretekké tördeli, továbbítja, valamint fogadja a nyugtát, hibajavítást és forgalomszabályozást végez. A szállítási réteg (transport layer) feladata a végpontok közötti hibamentes átvitel biztosítása. Már nem tud a hálózati topológiáról, csak a két végpontban van rá szükség. Feladata lehet például az összeköttetések felépítése és bontása, csomagok sorrendhelyes elrendezése. Logikai összeköttetéssel kapcsolatos rétegek: A viszonyréteg (session layer) lehetővé teszi, hogy mindkét számítógép felhasználói kapcsolatot létesítsenek egymással. Jellegzetes feladata a logikai kapcsolat felépítése és bontása, párbeszéd szervezés (pl. félduplex csatornán). Elláthat szinkronizációs funkciót ellenőrzési pontok beépítésével. A megjelenítési réteg (presentation layer) az egyetlen, amelyik megváltoztathatja az üzenet tartalmát. Tömörítést, rejtjelezést, kódcserét végezhet.
Fontosabb LAN szabványok 802.3 CSMA/CD:
1980-banDEC, Intel, Xerox együttműködésére létrejött Ethernet szabvány alapján készült. Az 802.3 szabvány 1-20 Mbit/sec átviteli sebességű bus topológiájú hálózatot definiál. Tipikus képviselője az Ethernet.
802.4 Token Bus:
General Motors és támogatói vezették be. A szabvány 1-10 Mbit/sec átvitelű bus topológiájú hálózatot engedélyez. Az átvivő közeg 75 Ohm-os koaxilás kábel, az átvitel szélessávú, maximális csomagméret 8191 byte.
802.5 Token Ring: IBM saját LAN-ját szabványosította. 1-4-16 Mbit/sec sebességű gyűrű topológiájú hálózatot határoz meg. Az átvivő közeg sodort érpár vagy optika. 100 Mbit/sec Fast Ethernet (100BASE-T): 802.3-es szabvány kibővítéseként definiálták. Átviteli közege lehet csavart érpár vagy optikai kábel.
Az átvivőközeg Koaxiális kábel: Szabványos hullámimpedanciák 50,75,93 Ohm. Lehet alapsávú és szélessávú átvitelre is használni. Számítógépeknél általában a megcsapolás T elosztóval történik. Előnye: nagy sávszélesség, nagy távolság, zajérzéketlenség.
Sodort érpár: Két szigetelt, egymással összecsavart rézhuzalból áll. Lehet árnyékolatlan( UTP) illetve árnyékolt (STP) felépítésű. Előnye könnyű szerelhetőség, struktúráltsága, egyszerű bővíthetősége. Hátránya zajérzékenysége, limitált sávszélesség.
Strukturált kábelezés Elemei: Passziv elemek: Csavart érpáras kábelek, amelyeket minden leendő és már kiépített munkahelyhez a „falban” el kell vezetni. Üvegszálas kábelek, amelyek a központi helyiségek közötti nagysebességű gerinchálózatot adják. Fali csatlakozók, amelyek a munkahelyeknél biztosítják a hálózatra való kapcsolódást. Patch panelek, amelyek a sodort érpárak végei illetve az optika csatlakozik. Patch kábelek, amelyek a patch panelek és az aktív elemek, illetve a fali csatlakozók és a számítógépek közötti összeköttetést adják. Aktív elemek: Aktív „HUB”, média konverter a központi helyiségekben találhatók. Jellemzése: Előnyei:
A rendszerek bármikor könnyen átkonfigurálhatók. A csillag struktúra minden számítógéphez külön kábel csatlakozik. Központi hálózat felügyelet könnyen lehet alkalmazni.
Hátrányai:
Rengeteg jó minőségű kábelt követel, plusz fali dobozok patch panelek, kábelek.
Az Ethernet
Kialakításának alapelvei: Az Ethernet szervezési alapegysége a szegmens. A különböző szegmenseket repeaterek kötik össze, így alakul ki a teljes hálózat. Sebessége 10 Mbit/sec, alapsávi átvitelű, 1024 állomás csatlakozhat maximum hozzá. A rendszer bus topológiájú. A csatolók címei 6 byte hosszúak, bármely két Ethernet kártya esetén egyediek. Az első 3 byte-ot a Xerox adja központilag (gyár azonosító), a második 3 byte-ot pedig a gyártó határozza meg. Két legtávolabbi állomás közötti távolság nem lehet több, mint 22.5 ms, azaz a körülfordulási idő nem lehet több 45 ms-nél.
Szegmenstípusai: Thick Ethernet (vastag Ethernet, 10BASE5, sárga Ethernet) Speciális, 50 ohmos hullámimpedanciájú, általában sárga köpenyű 0.4 inch átmérőjű koaxiális kábel alapú szegmens. Hossza max 500 méter, állomásszám max 100, egymástól minimum 2,5 méterre. A kábelre való csatlakozást a koaxra szerelhető transceiver nevű készülék biztosítja, amely lényegében egy adó-vevő. Thin Ethernet (vékony Ethernet, 10BASE2, thin koax) Ennél a típusnál a gyártók egy lényegesen vékonyabb kábeles szegmenst definiáltak, és az adó-vevőt pedig a hálózati kártyára integrálták. Viszont a vékony kábel a távolság rovására ment, de ez a hálózati rendszer a legolcsóbb. Jellemzése: RG58 típusú, 50 Ohmos hullámimpedanciájú, 0.2 inch átmérőjű koaxiális kábel alapú szegmens. A szegmensre való kapcsolódást T elosztókon keresztül történik. Csavart érpár (twisted pair, 10BASE-T) A struktúrált kábelezésnél említett előnyök miatt jött létre. Hátránya, hogy mindenképp szükséges koncentrátor jelentősen drágítja. 8 eres, csavart érpáras vezetéken alapuló, RJ45 csatlakozós, csillag topológiájú struktúra. A koncentrátorból kiinduló kábel maximum 100 méter lehet.
Üvegszálas kábel (Fiber-Optic, 10BASE-FL) Több eres, üvegszálas kábelen alapuló szegmens. A vezető szál átmérője általában 50/125 illetve 62.5/125 mikron, egy szegmenshez két ér szükséges. A szabvány szerinti maximális hossz 2 km. Bonyolult szerelhetőséde miatt csak hosszabító szegmensként használatos. Szélessávú Ethernet (10BROAD36) Szélessávú átvitelű, 75 Ohm-os koaxiális kábeles alapú szegmens, maximális hossza 3600 méter. Szinte csak elméletben létezik.
Szegmensek összekapcsolása: A szegmenseket repeaterekkel kapcsoljuk össze. Ezek elvégzik a jelek újradigitalizálását és a szegmenstípus váltást is. A két legtávolabbi állomás között maximum négy repeater lehet.
Keretformátuma: Csomagkapcsolású hálózat, a csomagok datagramként jutnak el a címzetthez. A csomagokat az Ethernet frame-nek (keret) nevezi, minimális hossza 64 byte, maximális hossza 1518 byte. Felépítése: Előtag
Cél címe
8 byte
6 byte
Forrás címe
Típus mező
6 byte
2 byte
Adatmező
CRC
46-1500 byte
4 byte
Nagy kiterjedésű hálózatok (WAN) hardware elemei Két legfontosabb fogalom a router és a modem. A router egy hálózatokat összekötő eszköz, amelyet sok gyártótól beszerezhetünk. Ha egy serverbe több (max 4) hálózati kártyát építünk, akkor ezek összekapcsolásakor a server routerként viselkedik. Ennek előnyei: olcsó, gyors, könnyű kábelezés, biztonság növekedés. A modem az az eszköz, amelynek segítségével az analóg távközlési vonalakra csatlakozhatunk. Használhatjuk az Internetre valaó csatlakozásra, hálózat távoli felügyeletére, routerek összekötésére.
Hálózatok összekapcsolása Repeater (jelismétlő) egyszerű jelerősítést végez, azaz a fizikai méretkorlátok átlépését oldja meg. Az OSI modell 1. Rétegében (fizikai) működik. Bridge (híd) egy tárolva továbbító eszköz. Beolvassa a teljes keretet, ellenőrzi a CRC-t, majd a célállomás címe alapján továbbítja a megfelelő alhálózatba. Hozzáfér a címinformációhoz, tehát az OSI 2. Szintjén (adatkapcsolati réteg) dolgozik. Szelektív, megosztja az adatforgalmat, mert csak az a keretet engedi át a másik hálózatba, amelyik oda tartozik. Nincsen hálózati címe, feloldja az időlimitet is (csomag újraindítás), csak azonos hálózatok köthetők össze vele. Router (forgalomirányító) ellátja a bridge funkcióit, emellett azonban útvonal kiválasztást is végez. Ez az OSI 3. Rétegének (hálózat) feladata, a router itt dolgozik. A 2. réteg információkat le kell tehát vennie, majd újra kell generálnia. Emiatt képes eltérő címzésmódú hálózatokat is összekötni. Fel kell ismernie a 3. Réteg protokolljait, emiatt protokolfüggővé válik a 3 rétegű protokolra nézve. Megoldható vele a LAN-WAN kapcsolat. Van saját címe, és a routerek egymás közötti társalgására saját protokollok léteznek. Gateway (átjáró) tulajdonképpen egy protokoll átalakító. Az egyik hálózat valamelyik szintjén lévő protokollt értelmezi, majd átalakítja úgy, hogy a másik hálózat ugyenezen a szintje ezt megértse. A gateway egy teljesen általános fogalom, hiszen a router is gateway a 2es OSI szintre. Modemek Analóg csatornán való átvitelhez a digitális jelet át kell alakítani analóggá. Ezt az eszközt a modulátor-demodulátor szópáros alapján modem-nek nevezzük. Legfontosabb jellemzője az általa elérhető maximális adatátviteli sebesség (bit/secundum, bps).
Hálózat szoftver oldala Architektúrák: Host-terminál alapú hálózatok: A hálózat magját egy vagy több, egymással összeköttetésben lévő központi számítógép (host) alkotja. Itt futatja az operációs rendszer a felhasználói programokat és működésének egyik integrált része a hálózatkezelés. A központi gépekhez intelligencia nélküli terminálok (buta gépek) csatlakoznak, amelynek egyetlen feladata a billentyűzetről kapott adatok továbbítása és a képernyő adatok fogadása. Előnyei: minimális adatforgalom, az adatbázisok biztonságos kezelése. Hátrányai: drága, komoly központi gép, kevés a képzett ember, drága üzemeltetés. Képviselői: IBM rendszerek, DEC rendszerek, UNIX Egyenrangú hálózatok: A hálózatban lévő bármelyik gép lehet hálózatot kiszolgáló és alkalmazást futtató gép is egyben. Induláskor a gép felajánlja az általunk konfigurált hardware eszközeit a hálózat részére. Ezek a rendszerek kis LAN-ok kialakítására alkalmasak, ahol kevés gép van és a hálózati forgalom is minimális. Előnyei: olcsó és egyszerű Hátrányai: kis kapacitás, védelmi rendszer egyszerű Képviselői: Windows alapú hálózatok. Server - ügyfél alapú hálózatok:
Ehhez ötvözni kell a host-terminal és az egyenrangú hálózatok tulajdonságait. Emeljünk ki néhány számítógépet, amelynek csak a hálózat kiszolgálásával törődik. Ezeket szervernek nevezzük, feladatuk a mindenki által elérni kívánt állományok tárolása, ezek hatékony védelme és a hálózati nyomtatás. Itt fut a hálózati operációs rendszer, amely mindezt megvalósítja. Az alkalmazói programok a ügyfél gépeken futnak, melyeken szinte tetszőleges operációs rendszer futhat. Előnyei: gyors kiszolgáló sebesség, üzemeltetése olcsó, nagy rendszerek biztonságos kialakítása. Hátrányai: nagy az adatforgalom. Képviselői: NOVELL NetWare, Windows NT, LINUX, UNIX.
