Bevezetés
Amikor a számítógépek megjelentek, azokat önálló feladatvégrehajtásra tervezték. Ha a gépeknek egymás adataira volt szükségük, akkor azt körülményesen lehetett csak megoldani. A technika fejlõdésével a számítógépek is egyre inkább elterjedtek. Az IBM cég elkészítette az elsõ olyan számítógépét, amely a magánszemélyek körében vált népszerûvé. Ennek a neve volt a PC (Personal Computer, személyi számítógép), amely az önálló mûködést sejteti. A szerkezet annyira elterjedt az idõ folyamán, hogy már a vállalatok számítástechnikai igényeit is ezek látták és látják el. A klasszikus PC és sokáig még az utódainál is a független mûködésmódot tartották szem elõtt. Ez magával vonta a folyamatok kimeneti és bemeneti adatainak a nehézkes áramlását olyan helyeken, ahol a feladatmegoldást több számítógép végezte el. Felmerült az igény arra, hogy a számítógépek össze legyenek kötve. Ez vonta maga után a számítógéphálózatoknak a létrejöttét, rövid idõn belül pedig az elterjedését.
A számítógéphálózat fogalma alatt az egymással kapcsolatban álló számítógépeket és az azokat összekapcsoló közeget értjük.
A számítógépek hálózatba kapcsolásának elõnyei:
Lehetõvé teszi, hogy a hálózatba bekapcsolt eszközöket, programokat, adatokat minden számítógép elérhesse. Ezt nevezzük erõforrásmegosztásnak, ami lehetõvé teszi, hogy ezek a tényleges fizikai elhelyezkedésüktõl függetlenül elérhetõk legyenek.
Az elõzõ pontban leírt elõnybõl származik a következõ is. Mivel az erõforrásokat minden összekapcsolt számítógép igénybe veheti, ezért lehetõség van az egyenletesebb teljesítménymegosztásra, vagyis a hálózat homogénebbé tehetõ.
Lehetõségünk van a költségek csökkentésére is. A drága eszközöket, mint például nyomtató, nem kell annyi példányban megvásárolni, mint amennyi számítógéprõl nyomtatni szeretnénk. Figyelembe kell venni azt is, hogy a hálózat kialakítása is költségvonzattal jár, a két értéket egymással szembeállítva kell eldönteni, hogy megtérül-e a hálózat kialakítása.
Ha a mûködés szempontjából kritikus eszközökbõl többet kapcsolunk a hálózatba, akkor az egyik leállásakor nem akad el a mûködés, a többi eszköz képes ennek a feladatait is átvenni. Ezzel a megoldással nagyobb mûködési megbízhatóságot érhetünk el.
Az egyik leggyakoribb ok, ami miatt számítógéphálózatok kerülnek kialakításra, a központi adatbázisok használatának a lehetõsége, amely minden géprõl elérhetõ, sõt módosítható.
Könnyen használható a számítógéphálózat, mint kommunikációs közeg. Ebben az esetben a rendszer használói egymásnak üzeneteket, adatokat továbbíthatnak. A struktúra miatt nagy kiterjedésû vállalatok esetén sokkal gyorsabb információáramlást tesz lehetõvé, mint a hagyományos kommunikációs közegek, amellet költségek is csökkenthetõk ezáltal.
A sok elõny mellett azért hátránya is van a gépek összekapcsolásának. Amíg a számítógépek nincsenek összekapcsolva, a hibabehatárolás az esetek többségében viszonylag egyszerûen elvégezhetõ. A számítógéphálózatoknál ez a folyamat sokkal bonyolultabb, mivel a gépek egymásra is kihatással vannak. A másik hátrány, hogy a kialakítás költségvonzattal jár.
Az, hogy megéri-e a hálózatokat kialakítani, egy hosszas elõkészítõ munkának az eredménye határozhatja meg. Általában igaz, hogy az ötnél több számítógép esetében már megtérül a kialakítás költsége.
Alapfogalmak
Számítógéphálózat struktúrák
A számítógéphálózatokat két nagy funkcionális részre bonthatjuk a tényleges kilakítástól függetlenül. Azokat a gépeket, amelyeket összekapcsoljuk, hálózati végpontoknak (Host) nevezzük. Ezeken futnak a felhasználói programok, a felhasználónak ezekrõl van lehetõsége beavatkozni a rendszer mûködésébe. A hosztokat össze kell kapcsolni, amelyet a kommunikációs alhálózatok valósítanak meg. Általánosságban elmondható, hogy az alhálózatok is két funkcionális részbõl állnak. A tényleges adattovábbító közeget nevezzük csatornának, míg az adatok megfelelõ csatornába juttatásáért a hálózati kapcsolópontok (Internal Network Switching Node) vagy más néven az IMP-ek (Interface Message Processzor, interfész üzenet feldolgozó) a felelõsek. A hálózatok vázlatos felépítését mutatja az 1. ábra.
1. ábra. A számítógéphálózatok felépítése
A hálózatok tárgyalásakor meg kell ismerkednünk két, egymáshoz nagyon hasonlító, fontos fogalommal. Az egyik a topológia, a másik pedig a topográfia.
A topológia meghatározza a számítógépek összekapcsolási módját, vagyis a kommunikációs alhálózaok felépítését.
A topográfia a számítógépek fizikai elrendezését határozza meg, vagyis ebben a fogalomban nincsen szerepe a kommunikációs alhálózatok kialakításának.
A hálózatok csoportosítása
A számítógéphálózatokat a kialakításuknak megfelelõen többféle szempont szerint csoportosíthatjuk. A két legfontosabb a kommunikációs alhálózatok kialakítása és a hosztok egymáshoz való viszonya szerinti csoportosítás.
A kommunikációs alhálózatokat két nagy, a pont-pont és a multipont csoportra oszthatjuk. A pont-pont összeköttetést nevezi a szakirodalom két pont közötti csatornával rendelkezõ alhálózatnak is. Ebben az esetben a két, egymással kommunikáló hálózati végpont egymással kapcsolatban van valamilyen átviteli közeg felhasználásával. Az információs csomagok ezen az összeköttetésen keresztül kerül továbbításra. Abban az esetben, ha a vevõ nem neki szóló üzenetet vesz, azt továbbküldi a következõ állomásnak. A kommunikációs kapcsolat mindig csak két hoszt között alakul ki. A megoldás elõnye, hogy a hibabehatárolás viszonylag egyszerû, mivel a kapcsolat mindig két hoszt között valósul meg. A hátránya is ezzel kapcsolatos, ugyanis a több végzõdést tartalmazó alhálózatokban csak több végzõdés beiktatásával alakulhat ki a kapcsolat. A több pont-pont kapcsolatú végzõdés összeköttetésére számos lehetõségünk van, a legelterjedtebbek a csillag, a gyûrû és a fa. Ahhoz, hogy minden hoszt közvetlenül képes legyen bármely hoszttal kommunikálni, egyí N végzõdést tartalmazó hálózatban összesen N*(N-1)/2 darab vezeték szükséges. A különbözõ pont-pont topológiákat mutatja a 2. ábra.
2. ábra. A pont-pont és a multipont topológia különbözõ kialakítási formái
A multipont összeköttetést nevezi a szakirodalom üzenetszórásos csatornának is. Az ilyen típusú alhálózatoknál ténylegesen csak egy átviteli csatorna van, ezen osztozik az összes hoszt. Az elküldött információs csomagokat minden hoszt veszi, annak érdekében, hogy azonosítani lehessen, hogy kinek szól az üzenet, egy címmezõvel kell azt ellátni. Ennek megfelelõen csak olyan mértékben kell minden hosztnak az üzenetet feldolgoznia, hogy a címmezõt képes legyen értelmezni. Ha nem neki szól, akkor azt eldobja. A topológia lehetõséget ad arra, hogy egyszerre több hosztnak küldjünk információt. Ebben az esetben csoportcímzés használata válik szükségessé. Az üzenetszórásos csatornával rendelkezõ, vezetékes átviteli közeget használó alhálózatoknak két típusa van, a sín és a gyûrû. Bizonyos szempontból ebbe a csoportba sorolható a rádiós adatátvitel is. A megoldás megnehezíti a csatornához való hozzáférés vezérlése. Mivel csak egy csatorna van, abban az esetben, ha egyszerre többen szeretnének adni, akkor annak ütközés az eredménye. Ennek a megakadályozására több módszer ismeretes, ezekrõl a késõbbiekben még lesz szó.
A hozstok kapcsolata szerinti csoportosításban beszélhetünk egyenrangú (peer-to-peer) és alá-fölérendelt (server-klient, szerver-kliens) hálózatokról. Az egyenrangú hálózatokban minden résztvevõ ugyanazokkal a jogokkal rendelkezik, a hálózat vezérlését, karbantartását elvileg bármelyik hoszt elvégezheti. Az ilyen hálózatok esetében a kialakítás egyszerû, azonban öt gépnél többet tartalmazó hálózatban az ilyen jellegû kialakítás már nem célszerû. A kapcsolat megvalósításához vagy ezt támogató operációs rendszert, vagy speciális programokat kell használni. A Microsoft elterjedt, operációs rendszernek nevezett Windows 95/98/Me rendszerei kivétel nélkül támogatják az egyenrangú hálózat kezelését. Fontos, hogy az ilyen hálózatokban a maximális sebességet a leglassabb hoszt fogja meghatározni. A hatékony használathoz célszerû közel azonos teljesítményû számítógépeket összekapcsolni.
Az alárendelt hálózatokban van egy kitüntetett szerepû számítógép, a szerver, amely az összes, a hálózattal összefüggõ folyamat vezérlését képes ellátni. A szerver egy nagyteljesítményû számítógép, amely egyszerûbb esetben egy jobban kiépített PC, de általában speciálisan erre a célra készített számítógép. A szerver képes szinte minden erõforrását megosztani a rákapcsolódó kliensek között. Ebbõl következik, hogy a kliensgépek gyengébb teljesítményûek is lehetnek. Lehetõség van a programok és az adatok egy helyen, a szerveren való tárolására. A kliensgépek futtathatnak is a szerveren programokat, az adatok pedig minden arra jogosult helyen elérhetõk. Az ilyen típusú hálózatokat akkor célszerû alkalmazni, ha a gépek száma nagy, vagy azok egyszerûbb kialakításuk miatt nem képesek azokat a programokat futtatni, amelyekre szükség van. A szerver-kliens felépítést speciális, hálózati operációs rendszerekkel valósítják meg. Ilyen operációs rendszer a Novell IntaNetWare, a Microsoft Windows NT/2000, a Unix, a Linux, hogy csak a PC-ken használható rendszereket említsük. Ezekrõl még lesz szó a továbbiakban.
A hálózatok felépítése
Mint az élet minden területén, a hálózattervezésben is a strukturált módszereket használják. Ahhoz, hogy erre lehetõség legyen, valamilyen egységes kezelést kell bevezetni. A megoldást a rétegek (layer) bevezetése jelenti. A hálózat egyes részeit rétegekbe sorolják. Minden réteg az elõzõre épül, kapcsolat esetén minden réteg a másik hoszt azonos rétegével létesít kapcsolatot. Minden réteg vezérlõinformációkat és adatokat ad át az alatta lévõ rétegeknek, egészen a legalsó szintig, ahol már a fizikai kommunikáció valósul meg. Természetesen a kapcsolatban résztvevõk között az üzenettovábbítás csak megadott szabályok szerint valósulhat meg. A használt szabályok és megállapodások összességét nevezzük protokollnak (protocol).
A rétegstruktúrában fontos, hogy csak a szomszédos rétegek közötti alakulhat ki kapcsolat és így kommunikáció. A kapcsolatot speciális csatoló, a réteginterfész valósítja meg. A hálózat strukturális kialakítása miatt fontos, hogy a rétegek egyértelmûen meghatározott funkcióhalmazból álljanak. A rétegek és az általuk használt rétegprotokollok összességét nevezzük hálózati architektúrának.
Amikor kialakítják az architektúrát, fontos, hogy a rétegeket megfelelõ módon határozzák meg.
Minden rétegnek rendelkeznie kell olyan eljárásokkal, amelyek képesek a kapcsolatot létrehozni, illetve lebontani.
Meg kell határozni, hogy milyen legyen az adatátvitel. Itt választhatunk a csak egyirányú (szimplex), a váltakozva kétirányú (fél duplex) vagy a teljesen kétirányú (duplex) kapcsolat között.
Meg kell határozni azokat a módszereket, amelyek fontosak az eltérõ sebességû perifériák összeszinkronizálásához.
El kell dönteni, hogy milyen hibavédelem, illetve hibajelzés kerüljön felhasználásra.
Van-e lehetõség korlátlan hosszúságú üzenetek küldésére. Amennyiben nics, biztosítani kell azok feldarabolását, valamint a vevõoldalon a megfelelõ összeillesztést. Azt is meg kell vizsgálni, hogy biztosítható-e a darabok sorrendhelyes vétele.
Abban az esetben, ha a két, kommunikációban résztvevõ hoszt között több útvonal is kialakítható, meg kell határozni az optimális útvonalat.
A fentiekbõl látható, hogy nem egyszerû, sõt nem is lehet minden követelménynek optimálisan megfelelni. A kompromisszumok miatt a gyakorlatban számos hálózati megoldás alakult ki.
Az OSI modell
Az elõzõekben leírtaknak megfelelõen már látható, hogy a számítógéphálózatok rétegzett struktúraként írhatók le. Annak érdekében, hogy a rétegstruktúra széles körben használható, valamint egységes legyen, szabványosításra lenne szükség. A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (International Standard Organization, ISO) kidolgozott egy ajánlást, amelyet ma már minden hálózat kialakításánál követnek. Az ajánlás a Nyílt Rendszerek Összekapcsolása nevet viseli, amelyet az angol Open System Interconnect kifejezésbõl alkotott betûszóval OSI modellnek neveznek.
Az OSI modell hét rétegbõl épül fel, amelyeknek a kialakításánál három fontos szempontot vettek figyelembe:
Minden réteg jól definiált legyen, a feladatai pontosan legyenek rögzítve.
A rétegek között az információcsere minimális legyen, a réteghatárokat ennek megfelelõen kell kialakítani.
Annak érdekében, hogy a feladatok jól elkülöníthetõek legyenek, elegendõ réteget kell definiálni.
Az OSI modell felépítése a 3. ábrán vehetõ szemügyre. Az alsó három réteg a hálózat kialakításától függ, míg a felsõbb négy réteg alkalmazásfüggõ.
3. ábra. Az OSI modell felépítése
Az OSI modell felépítésének ismerete nagyon fontos mindazok számára, akik szeretnének a számítógéphálózatok mûködésével megismerkedni. A továbbiakban összefoglaljuk az egyes rétegek funkcióit, majd részletesen is ismertetjük azokat.
A fizikai réteg (physical layer) feladata a tényleges kommunikáció lefolytatása. Biteket juttat az átviteli közegbe, az érkezõ információkat pedig veszi. Fontos, hogy a vevõ az digitális adatot ugyanúgy értelmezze, mint ahogy az adó. A fizikai átviteli közeg, valamint az átvitel módja sokféle lehet, ezekrõl bõvebben a réteg részletes ismertetésénél olvashatunk.
Az adatkapcsolati réteg (data link layer) hivatott az adó és a vevõ közötti adatforgalom biztonságát garantálni. A réteg szempontjából minden átvitel pont-pont kapcsolatnak tekinthetõ, függetlenül a hálózat topológiájától.
A hálózati réteg (network layer) a kommunikációs alhálózatok mûködését vezérli. Ez a réteg dönt az esetleges útvonalválasztásról is.
A szállítási réteg (transport layar) feladata a nagy mértékben hasonlít az adatkapcsolati rétegéhez. Az információt szükség esetén kisebb darabokra bontja és így adja át a hálózati rétegnek. Fontos feladata a címzések kezelése
Az együttmûködési réteg (session layer), vagy más néven a viszonyréteg feladata a hosztok közötti viszonyok kezelése.
A megjelenítési réteg (presetation layer) nagyon fontos az alsóbb rétegek számára. Ebben a rétegben kell elrejteni a küldendõ adatok tényleges megjelenési formáját. Az alsóbb rétegek nem tudják, hogy a felhasználó milyen típusú adatokat szeretne elküldeni a hálózaton keresztül, ezért szükség van ezeknek egy egységes leírásmódjára. Ez a folyamat tulajdonképpen a kódolás.
A legfelsõ réteg az alkalmazási réteg (application layer). Ezzel a réteggel kerül a felhasználó a legszorosabban kapcsolatba. Itt kell megoldani a felhasználói kapcsolatok megvalósítását. Annak érdekében, hogy a hálózati alkalmazások készítõinek ne kelljen ismerniük a hálózat tényleges megvalósítását, az alkalmazási réteg egy virtuális terminált határoz meg. Az alkalmazások ezt a terminált érik el, a réteg feladata ennek a tényleges termináltípusra való lefordítása.
A fentiekbõl már látható, hogy az OSI modell a látszólagos egyszerûsége mellett meglehetõsen bonyolult.
Mielõtt megismerkednénk bõvebben is a rétegek funkcióival, egy nagyon fontos és kényes kérdést szeretnénk bemutatni. A következõ pont alatt azt vizsgáljuk, hogy hogyan lehet felismerni, illetve lekezelni azt az eseményt, ami akkor lép fel, ha egyszerre több állomás próbálkozik meg az üzenet küldésével ugyanazon az átviteli közegen keresztül.
A fizikai réteg és az adatkapcsolati réteg, MAC alréteg.
Fizikai réteg - Hardverorientált réteg.
Ez a réteg foglalkozik az átviteli közegen keresztül a jelek fizikai átvitelével. Definiálják a különbözõ típusú kábeleket, csatlakozódugókat és aljzatokat. Az IEEE 802-es három olyan fizikai közeget szabványosított, amelyeket az architektúra fizikai rétegében használhatnak:
a sodrott érpárt,
a koaxiális kábelt (alap és szélessávút) és az
optikai kábelt.
A fizikai szabvány így megadja a kábel és az átvitel típusára, a kódolás módjára és az adat sebességére vonatkozó elõírásokat. A fizikai réteg felelõs a két berendezés közötti fizikai összeköttetés létesítéséért és megszüntetéséért, valamint az átviteli közegen keresztül bitek átviteléért. Meghatározza még átvitelre alkalmas formában az adatkódolást és dekódolást, vezérli az eszközök idõzítését, hogy azokat az adott és vett jelek szinkronizálják.
Az adatkapcsolati rétegtõl kapott bitsorozatot fizikai jelekké konvertálja és továbbítja a másik réteg fizikai rétegeszámára.
A másik rétegtõl kapott fizikai jeleket bitsorozattá konvertálja és továbbítja az adatkapcsolati rétegnek.
Adatkapcsolati réteg
Keretképzés (idõszinmkronizáció hiányában keretezõ bitminták kialakítása)
Megbízható pont-pont kapcsolat kialakítása (címzett megtalálása, bit- és blokkhibák kiküszöbölése)
A fizikai hálózat (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet stb.) jellemzõ paraméterei:
átviteli közeg (koax, UTP, optika stb.)
adatátviteli sebesség (10 Mbit/s, 100 Mbit/s stb.)
kódolási mechanizmus
a csatonához történõ hozzáférés szabályozásának módja
keretek típusa (keretek mérete, belsõ felépítése, fejrész specifikációja) (pl. Ethernet_802.2, Ethernet_II stb.)
Közeghozzáférés-vezérlési (MAC) alréteg
A lokális hálózatban lévõ eszközök mindegyike a közös fizikai csatornán való hozzáférésért verseng. Mivel a LAN kialakításokban ezen a szinten számos ozzáférés-vezérlési módszert használnak ütközésest és ütközés mentest egyaránt, a bizottság ezek közül - ahogy ezt már az elõbbiekben is leírtuk - a CSMA/CD, a vezérjel-busz és a vezérjel-gyûrû hozzáférés módszereket választotta ki szabványosításra. A közeghozzáférés-vezérlési alréteg szabványa négy funkciót határoz meg:
Közeghozzáférés-irányítás A hálózati állomások szabályokat ill. eljárásokat használnak, hogy vezéreljék a fizikai csatorna megosztását.
Keretezés Kezdeti és záró információ jelzés hozzáadására van szükség ahhoz, hogy azonosítani lehessen az üzenetek elejét és végét, hogy az adó és a vevõ szinkronizálódjon, és felismerjék a hibákat.
Címzés A hálózat címzést használ, hogy azonosítani tudja az üzenet adásában és vételében résztvevõ eszközöket.
Hibafelismerés Célja a helyes üzenetadás és vétel ellenõrzése.
MAC: Az IEEE 802.2-es szabvány az adatkapcsolati réteg felsõ részét, az ún. LLC (Logical Link Control - logikai kapcsolatvezérlés) alréteget definiálja. Sokáig vita volt arról, hogy az eltérõ közeg-hozzáférési módszerek miatt hová tartozzon a közeghozzáférés: a fizikai réteghez, vagy az adatkapcsolati réteghez. A vita lezárásaként az adatkapcsolati réteget osztották két részre: a közeg-hozzáférési alrétegre (MAC - Media Access Control - közegelérés vezérlés) és az LLC-re.
Amikor a számítógépek megjelentek, azokat önálló feladatvégrehajtásra tervezték. Ha a gépeknek egymás adataira volt szükségük, akkor azt körülményesen lehetett csak megoldani. A technika fejlõdésével a számítógépek is egyre inkább elterjedtek. Az IBM cég elkészítette az elsõ olyan számítógépét, amely a magánszemélyek körében vált népszerûvé. Ennek a neve volt a PC (Personal Computer, személyi számítógép), amely az önálló mûködést sejteti. A szerkezet annyira elterjedt az idõ folyamán, hogy már a vállalatok számítástechnikai igényeit is ezek látták és látják el. A klasszikus PC és sokáig még az utódainál is a független mûködésmódot tartották szem elõtt. Ez magával vonta a folyamatok kimeneti és bemeneti adatainak a nehézkes áramlását olyan helyeken, ahol a feladatmegoldást több számítógép végezte el. Felmerült az igény arra, hogy a számítógépek össze legyenek kötve. Ez vonta maga után a számítógéphálózatoknak a létrejöttét, rövid idõn belül pedig az elterjedését.
A számítógéphálózat fogalma alatt az egymással kapcsolatban álló számítógépeket és az azokat összekapcsoló közeget értjük.
A számítógépek hálózatba kapcsolásának elõnyei:
Lehetõvé teszi, hogy a hálózatba bekapcsolt eszközöket, programokat, adatokat minden számítógép elérhesse. Ezt nevezzük erõforrásmegosztásnak, ami lehetõvé teszi, hogy ezek a tényleges fizikai elhelyezkedésüktõl függetlenül elérhetõk legyenek.
Az elõzõ pontban leírt elõnybõl származik a következõ is. Mivel az erõforrásokat minden összekapcsolt számítógép igénybe veheti, ezért lehetõség van az egyenletesebb teljesítménymegosztásra, vagyis a hálózat homogénebbé tehetõ.
Lehetõségünk van a költségek csökkentésére is. A drága eszközöket, mint például nyomtató, nem kell annyi példányban megvásárolni, mint amennyi számítógéprõl nyomtatni szeretnénk. Figyelembe kell venni azt is, hogy a hálózat kialakítása is költségvonzattal jár, a két értéket egymással szembeállítva kell eldönteni, hogy megtérül-e a hálózat kialakítása.
Ha a mûködés szempontjából kritikus eszközökbõl többet kapcsolunk a hálózatba, akkor az egyik leállásakor nem akad el a mûködés, a többi eszköz képes ennek a feladatait is átvenni. Ezzel a megoldással nagyobb mûködési megbízhatóságot érhetünk el.
Az egyik leggyakoribb ok, ami miatt számítógéphálózatok kerülnek kialakításra, a központi adatbázisok használatának a lehetõsége, amely minden géprõl elérhetõ, sõt módosítható.
Könnyen használható a számítógéphálózat, mint kommunikációs közeg. Ebben az esetben a rendszer használói egymásnak üzeneteket, adatokat továbbíthatnak. A struktúra miatt nagy kiterjedésû vállalatok esetén sokkal gyorsabb információáramlást tesz lehetõvé, mint a hagyományos kommunikációs közegek, amellet költségek is csökkenthetõk ezáltal.
A sok elõny mellett azért hátránya is van a gépek összekapcsolásának. Amíg a számítógépek nincsenek összekapcsolva, a hibabehatárolás az esetek többségében viszonylag egyszerûen elvégezhetõ. A számítógéphálózatoknál ez a folyamat sokkal bonyolultabb, mivel a gépek egymásra is kihatással vannak. A másik hátrány, hogy a kialakítás költségvonzattal jár.
Az, hogy megéri-e a hálózatokat kialakítani, egy hosszas elõkészítõ munkának az eredménye határozhatja meg. Általában igaz, hogy az ötnél több számítógép esetében már megtérül a kialakítás költsége.
Alapfogalmak
Számítógéphálózat struktúrák
A számítógéphálózatokat két nagy funkcionális részre bonthatjuk a tényleges kilakítástól függetlenül. Azokat a gépeket, amelyeket összekapcsoljuk, hálózati végpontoknak (Host) nevezzük. Ezeken futnak a felhasználói programok, a felhasználónak ezekrõl van lehetõsége beavatkozni a rendszer mûködésébe. A hosztokat össze kell kapcsolni, amelyet a kommunikációs alhálózatok valósítanak meg. Általánosságban elmondható, hogy az alhálózatok is két funkcionális részbõl állnak. A tényleges adattovábbító közeget nevezzük csatornának, míg az adatok megfelelõ csatornába juttatásáért a hálózati kapcsolópontok (Internal Network Switching Node) vagy más néven az IMP-ek (Interface Message Processzor, interfész üzenet feldolgozó) a felelõsek. A hálózatok vázlatos felépítését mutatja az 1. ábra.
1. ábra. A számítógéphálózatok felépítése
A hálózatok tárgyalásakor meg kell ismerkednünk két, egymáshoz nagyon hasonlító, fontos fogalommal. Az egyik a topológia, a másik pedig a topográfia.
A topológia meghatározza a számítógépek összekapcsolási módját, vagyis a kommunikációs alhálózaok felépítését.
A topográfia a számítógépek fizikai elrendezését határozza meg, vagyis ebben a fogalomban nincsen szerepe a kommunikációs alhálózatok kialakításának.
A hálózatok csoportosítása
A számítógéphálózatokat a kialakításuknak megfelelõen többféle szempont szerint csoportosíthatjuk. A két legfontosabb a kommunikációs alhálózatok kialakítása és a hosztok egymáshoz való viszonya szerinti csoportosítás.
A kommunikációs alhálózatokat két nagy, a pont-pont és a multipont csoportra oszthatjuk. A pont-pont összeköttetést nevezi a szakirodalom két pont közötti csatornával rendelkezõ alhálózatnak is. Ebben az esetben a két, egymással kommunikáló hálózati végpont egymással kapcsolatban van valamilyen átviteli közeg felhasználásával. Az információs csomagok ezen az összeköttetésen keresztül kerül továbbításra. Abban az esetben, ha a vevõ nem neki szóló üzenetet vesz, azt továbbküldi a következõ állomásnak. A kommunikációs kapcsolat mindig csak két hoszt között alakul ki. A megoldás elõnye, hogy a hibabehatárolás viszonylag egyszerû, mivel a kapcsolat mindig két hoszt között valósul meg. A hátránya is ezzel kapcsolatos, ugyanis a több végzõdést tartalmazó alhálózatokban csak több végzõdés beiktatásával alakulhat ki a kapcsolat. A több pont-pont kapcsolatú végzõdés összeköttetésére számos lehetõségünk van, a legelterjedtebbek a csillag, a gyûrû és a fa. Ahhoz, hogy minden hoszt közvetlenül képes legyen bármely hoszttal kommunikálni, egyí N végzõdést tartalmazó hálózatban összesen N*(N-1)/2 darab vezeték szükséges. A különbözõ pont-pont topológiákat mutatja a 2. ábra.
2. ábra. A pont-pont és a multipont topológia különbözõ kialakítási formái
A multipont összeköttetést nevezi a szakirodalom üzenetszórásos csatornának is. Az ilyen típusú alhálózatoknál ténylegesen csak egy átviteli csatorna van, ezen osztozik az összes hoszt. Az elküldött információs csomagokat minden hoszt veszi, annak érdekében, hogy azonosítani lehessen, hogy kinek szól az üzenet, egy címmezõvel kell azt ellátni. Ennek megfelelõen csak olyan mértékben kell minden hosztnak az üzenetet feldolgoznia, hogy a címmezõt képes legyen értelmezni. Ha nem neki szól, akkor azt eldobja. A topológia lehetõséget ad arra, hogy egyszerre több hosztnak küldjünk információt. Ebben az esetben csoportcímzés használata válik szükségessé. Az üzenetszórásos csatornával rendelkezõ, vezetékes átviteli közeget használó alhálózatoknak két típusa van, a sín és a gyûrû. Bizonyos szempontból ebbe a csoportba sorolható a rádiós adatátvitel is. A megoldás megnehezíti a csatornához való hozzáférés vezérlése. Mivel csak egy csatorna van, abban az esetben, ha egyszerre többen szeretnének adni, akkor annak ütközés az eredménye. Ennek a megakadályozására több módszer ismeretes, ezekrõl a késõbbiekben még lesz szó.
A hozstok kapcsolata szerinti csoportosításban beszélhetünk egyenrangú (peer-to-peer) és alá-fölérendelt (server-klient, szerver-kliens) hálózatokról. Az egyenrangú hálózatokban minden résztvevõ ugyanazokkal a jogokkal rendelkezik, a hálózat vezérlését, karbantartását elvileg bármelyik hoszt elvégezheti. Az ilyen hálózatok esetében a kialakítás egyszerû, azonban öt gépnél többet tartalmazó hálózatban az ilyen jellegû kialakítás már nem célszerû. A kapcsolat megvalósításához vagy ezt támogató operációs rendszert, vagy speciális programokat kell használni. A Microsoft elterjedt, operációs rendszernek nevezett Windows 95/98/Me rendszerei kivétel nélkül támogatják az egyenrangú hálózat kezelését. Fontos, hogy az ilyen hálózatokban a maximális sebességet a leglassabb hoszt fogja meghatározni. A hatékony használathoz célszerû közel azonos teljesítményû számítógépeket összekapcsolni.
Az alárendelt hálózatokban van egy kitüntetett szerepû számítógép, a szerver, amely az összes, a hálózattal összefüggõ folyamat vezérlését képes ellátni. A szerver egy nagyteljesítményû számítógép, amely egyszerûbb esetben egy jobban kiépített PC, de általában speciálisan erre a célra készített számítógép. A szerver képes szinte minden erõforrását megosztani a rákapcsolódó kliensek között. Ebbõl következik, hogy a kliensgépek gyengébb teljesítményûek is lehetnek. Lehetõség van a programok és az adatok egy helyen, a szerveren való tárolására. A kliensgépek futtathatnak is a szerveren programokat, az adatok pedig minden arra jogosult helyen elérhetõk. Az ilyen típusú hálózatokat akkor célszerû alkalmazni, ha a gépek száma nagy, vagy azok egyszerûbb kialakításuk miatt nem képesek azokat a programokat futtatni, amelyekre szükség van. A szerver-kliens felépítést speciális, hálózati operációs rendszerekkel valósítják meg. Ilyen operációs rendszer a Novell IntaNetWare, a Microsoft Windows NT/2000, a Unix, a Linux, hogy csak a PC-ken használható rendszereket említsük. Ezekrõl még lesz szó a továbbiakban.
A hálózatok felépítése
Mint az élet minden területén, a hálózattervezésben is a strukturált módszereket használják. Ahhoz, hogy erre lehetõség legyen, valamilyen egységes kezelést kell bevezetni. A megoldást a rétegek (layer) bevezetése jelenti. A hálózat egyes részeit rétegekbe sorolják. Minden réteg az elõzõre épül, kapcsolat esetén minden réteg a másik hoszt azonos rétegével létesít kapcsolatot. Minden réteg vezérlõinformációkat és adatokat ad át az alatta lévõ rétegeknek, egészen a legalsó szintig, ahol már a fizikai kommunikáció valósul meg. Természetesen a kapcsolatban résztvevõk között az üzenettovábbítás csak megadott szabályok szerint valósulhat meg. A használt szabályok és megállapodások összességét nevezzük protokollnak (protocol).
A rétegstruktúrában fontos, hogy csak a szomszédos rétegek közötti alakulhat ki kapcsolat és így kommunikáció. A kapcsolatot speciális csatoló, a réteginterfész valósítja meg. A hálózat strukturális kialakítása miatt fontos, hogy a rétegek egyértelmûen meghatározott funkcióhalmazból álljanak. A rétegek és az általuk használt rétegprotokollok összességét nevezzük hálózati architektúrának.
Amikor kialakítják az architektúrát, fontos, hogy a rétegeket megfelelõ módon határozzák meg.
Minden rétegnek rendelkeznie kell olyan eljárásokkal, amelyek képesek a kapcsolatot létrehozni, illetve lebontani.
Meg kell határozni, hogy milyen legyen az adatátvitel. Itt választhatunk a csak egyirányú (szimplex), a váltakozva kétirányú (fél duplex) vagy a teljesen kétirányú (duplex) kapcsolat között.
Meg kell határozni azokat a módszereket, amelyek fontosak az eltérõ sebességû perifériák összeszinkronizálásához.
El kell dönteni, hogy milyen hibavédelem, illetve hibajelzés kerüljön felhasználásra.
Van-e lehetõség korlátlan hosszúságú üzenetek küldésére. Amennyiben nics, biztosítani kell azok feldarabolását, valamint a vevõoldalon a megfelelõ összeillesztést. Azt is meg kell vizsgálni, hogy biztosítható-e a darabok sorrendhelyes vétele.
Abban az esetben, ha a két, kommunikációban résztvevõ hoszt között több útvonal is kialakítható, meg kell határozni az optimális útvonalat.
A fentiekbõl látható, hogy nem egyszerû, sõt nem is lehet minden követelménynek optimálisan megfelelni. A kompromisszumok miatt a gyakorlatban számos hálózati megoldás alakult ki.
Az OSI modell
Az elõzõekben leírtaknak megfelelõen már látható, hogy a számítógéphálózatok rétegzett struktúraként írhatók le. Annak érdekében, hogy a rétegstruktúra széles körben használható, valamint egységes legyen, szabványosításra lenne szükség. A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (International Standard Organization, ISO) kidolgozott egy ajánlást, amelyet ma már minden hálózat kialakításánál követnek. Az ajánlás a Nyílt Rendszerek Összekapcsolása nevet viseli, amelyet az angol Open System Interconnect kifejezésbõl alkotott betûszóval OSI modellnek neveznek.
Az OSI modell hét rétegbõl épül fel, amelyeknek a kialakításánál három fontos szempontot vettek figyelembe:
Minden réteg jól definiált legyen, a feladatai pontosan legyenek rögzítve.
A rétegek között az információcsere minimális legyen, a réteghatárokat ennek megfelelõen kell kialakítani.
Annak érdekében, hogy a feladatok jól elkülöníthetõek legyenek, elegendõ réteget kell definiálni.
Az OSI modell felépítése a 3. ábrán vehetõ szemügyre. Az alsó három réteg a hálózat kialakításától függ, míg a felsõbb négy réteg alkalmazásfüggõ.
3. ábra. Az OSI modell felépítése
Az OSI modell felépítésének ismerete nagyon fontos mindazok számára, akik szeretnének a számítógéphálózatok mûködésével megismerkedni. A továbbiakban összefoglaljuk az egyes rétegek funkcióit, majd részletesen is ismertetjük azokat.
A fizikai réteg (physical layer) feladata a tényleges kommunikáció lefolytatása. Biteket juttat az átviteli közegbe, az érkezõ információkat pedig veszi. Fontos, hogy a vevõ az digitális adatot ugyanúgy értelmezze, mint ahogy az adó. A fizikai átviteli közeg, valamint az átvitel módja sokféle lehet, ezekrõl bõvebben a réteg részletes ismertetésénél olvashatunk.
Az adatkapcsolati réteg (data link layer) hivatott az adó és a vevõ közötti adatforgalom biztonságát garantálni. A réteg szempontjából minden átvitel pont-pont kapcsolatnak tekinthetõ, függetlenül a hálózat topológiájától.
A hálózati réteg (network layer) a kommunikációs alhálózatok mûködését vezérli. Ez a réteg dönt az esetleges útvonalválasztásról is.
A szállítási réteg (transport layar) feladata a nagy mértékben hasonlít az adatkapcsolati rétegéhez. Az információt szükség esetén kisebb darabokra bontja és így adja át a hálózati rétegnek. Fontos feladata a címzések kezelése
Az együttmûködési réteg (session layer), vagy más néven a viszonyréteg feladata a hosztok közötti viszonyok kezelése.
A megjelenítési réteg (presetation layer) nagyon fontos az alsóbb rétegek számára. Ebben a rétegben kell elrejteni a küldendõ adatok tényleges megjelenési formáját. Az alsóbb rétegek nem tudják, hogy a felhasználó milyen típusú adatokat szeretne elküldeni a hálózaton keresztül, ezért szükség van ezeknek egy egységes leírásmódjára. Ez a folyamat tulajdonképpen a kódolás.
A legfelsõ réteg az alkalmazási réteg (application layer). Ezzel a réteggel kerül a felhasználó a legszorosabban kapcsolatba. Itt kell megoldani a felhasználói kapcsolatok megvalósítását. Annak érdekében, hogy a hálózati alkalmazások készítõinek ne kelljen ismerniük a hálózat tényleges megvalósítását, az alkalmazási réteg egy virtuális terminált határoz meg. Az alkalmazások ezt a terminált érik el, a réteg feladata ennek a tényleges termináltípusra való lefordítása.
A fentiekbõl már látható, hogy az OSI modell a látszólagos egyszerûsége mellett meglehetõsen bonyolult.
Mielõtt megismerkednénk bõvebben is a rétegek funkcióival, egy nagyon fontos és kényes kérdést szeretnénk bemutatni. A következõ pont alatt azt vizsgáljuk, hogy hogyan lehet felismerni, illetve lekezelni azt az eseményt, ami akkor lép fel, ha egyszerre több állomás próbálkozik meg az üzenet küldésével ugyanazon az átviteli közegen keresztül.
A fizikai réteg és az adatkapcsolati réteg, MAC alréteg.
Fizikai réteg - Hardverorientált réteg.
Ez a réteg foglalkozik az átviteli közegen keresztül a jelek fizikai átvitelével. Definiálják a különbözõ típusú kábeleket, csatlakozódugókat és aljzatokat. Az IEEE 802-es három olyan fizikai közeget szabványosított, amelyeket az architektúra fizikai rétegében használhatnak:
a sodrott érpárt,
a koaxiális kábelt (alap és szélessávút) és az
optikai kábelt.
A fizikai szabvány így megadja a kábel és az átvitel típusára, a kódolás módjára és az adat sebességére vonatkozó elõírásokat. A fizikai réteg felelõs a két berendezés közötti fizikai összeköttetés létesítéséért és megszüntetéséért, valamint az átviteli közegen keresztül bitek átviteléért. Meghatározza még átvitelre alkalmas formában az adatkódolást és dekódolást, vezérli az eszközök idõzítését, hogy azokat az adott és vett jelek szinkronizálják.
Az adatkapcsolati rétegtõl kapott bitsorozatot fizikai jelekké konvertálja és továbbítja a másik réteg fizikai rétegeszámára.
A másik rétegtõl kapott fizikai jeleket bitsorozattá konvertálja és továbbítja az adatkapcsolati rétegnek.
Adatkapcsolati réteg
Keretképzés (idõszinmkronizáció hiányában keretezõ bitminták kialakítása)
Megbízható pont-pont kapcsolat kialakítása (címzett megtalálása, bit- és blokkhibák kiküszöbölése)
A fizikai hálózat (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet stb.) jellemzõ paraméterei:
átviteli közeg (koax, UTP, optika stb.)
adatátviteli sebesség (10 Mbit/s, 100 Mbit/s stb.)
kódolási mechanizmus
a csatonához történõ hozzáférés szabályozásának módja
keretek típusa (keretek mérete, belsõ felépítése, fejrész specifikációja) (pl. Ethernet_802.2, Ethernet_II stb.)
Közeghozzáférés-vezérlési (MAC) alréteg
A lokális hálózatban lévõ eszközök mindegyike a közös fizikai csatornán való hozzáférésért verseng. Mivel a LAN kialakításokban ezen a szinten számos ozzáférés-vezérlési módszert használnak ütközésest és ütközés mentest egyaránt, a bizottság ezek közül - ahogy ezt már az elõbbiekben is leírtuk - a CSMA/CD, a vezérjel-busz és a vezérjel-gyûrû hozzáférés módszereket választotta ki szabványosításra. A közeghozzáférés-vezérlési alréteg szabványa négy funkciót határoz meg:
Közeghozzáférés-irányítás A hálózati állomások szabályokat ill. eljárásokat használnak, hogy vezéreljék a fizikai csatorna megosztását.
Keretezés Kezdeti és záró információ jelzés hozzáadására van szükség ahhoz, hogy azonosítani lehessen az üzenetek elejét és végét, hogy az adó és a vevõ szinkronizálódjon, és felismerjék a hibákat.
Címzés A hálózat címzést használ, hogy azonosítani tudja az üzenet adásában és vételében résztvevõ eszközöket.
Hibafelismerés Célja a helyes üzenetadás és vétel ellenõrzése.
MAC: Az IEEE 802.2-es szabvány az adatkapcsolati réteg felsõ részét, az ún. LLC (Logical Link Control - logikai kapcsolatvezérlés) alréteget definiálja. Sokáig vita volt arról, hogy az eltérõ közeg-hozzáférési módszerek miatt hová tartozzon a közeghozzáférés: a fizikai réteghez, vagy az adatkapcsolati réteghez. A vita lezárásaként az adatkapcsolati réteget osztották két részre: a közeg-hozzáférési alrétegre (MAC - Media Access Control - közegelérés vezérlés) és az LLC-re.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése