HÁLÓZATI ALAPISMERETEK

Hálózatok

A hálózat a számítógépek közötti kommunikációs rendszer. A hálózat lehetővé teszi a gépek közötti adatcserét, ezzel megnöveli a hálózatba kapcsolt gépek alkalmazási lehetőségeit. Az erőforrások megosztása lehetővé válik.

A hálózaton az  adatkommunikáció valamely protokoll szerint történik. A protokoll rögzített kommunikációs szabályok összessége. A hálózat egyik fontos jellemzője az adatátviteli sebesség (sávszélesség), egysége a bit/s, illetve a Mbit/s.

Miért is használunk hálózatokat? 

A hálózatok előnyei:

Erőforrás megosztás:

A legfontosabb szempont. Az adatbázisok elérhetővé tehetők több helyről. A drága hardver elemek megoszthatók a felhasználók között. Például: hálózati nyomtató, tárhely

Kommunikációs eszköz:

Fontossága egyre nő. Az egyik közismert példája az elektronikus levelezés.

Nagyobb megbízhatóság elérése:

Központilag figyelemmel kísérhető a hálózat működése, forgalma, a hibák felderítése és elhárítása hatékonyabban elvégezhető. Ezt közös néven hálózat menedzsmentnek hívjuk.

Terheléselosztási funkció:

Megelőzhető az egyes számítógépek túlterhelése alkalmazások, adatbázisok másik számítógépre történő áthelyezésével.

Rendszerteljesítmény fokozatosan növelhető (skálázható):

A meglévő de már elavult számítógépeket nem kell kidobni, hanem melléjük beállíthatók újabbak, amelyek átveszik a feladatok egy részét.

Az ISO/OSI modell

A számítógép hálózatok – a megvalósításuk bonyolultsága miatt – rétegekre osztódnak. Több világcég megalkotta a saját elképzelései alapján a saját hálózati architektúráját, de az eltérések miatt egységesíteni kellett, amit csak nemzetközi szinten lehetett megoldani. Ez a szerep az ISO-ra (International Standards Organization -Nemzetközi Szabványügyi Szervezet) hárult. Ez a szervezet nem csak a számítástechnikában, hanem az élet más területein is igyekszik szabványokat teremteni, mint pl. a csavargyártásban. A hálózatokra vonatkozó rétegmodellt 1980-ban fogalmazta meg OSI (Open System Interconnection) néven. Ez viszont nem szabvány, hanem csak egy ajánlás. Mindössze csak azt mondja meg, hogy milyen rétegekre kell osztani egy hálózatot és ezen rétegeknek mi legyen a feladatuk. Nem kötelezõ betartani. A megvalósított rendszerekben egyes rétegei szinte teljesen üresek, másokat tovább kellett osztani zsúfoltságuk miatt. Sok hiányossága ellenére a mai napig alapnak tekintik a gyártók.

Az OSI referencia modell szerint egy hálózatot 7 rétegre osztunk.

Az adatátvitellel foglalkozó rétegek:

A fizikai réteg (physical layer): Feladata, hogy továbbítsa a biteket a kommunikációs csatornán. Garantálnia kell, hogy az egyik oldalon beadott 1-es bit a másik oldalon is 1-es-ként érkezzen meg. Olyan kérdésekkel foglalkozik, hogy mennyi ideig tart egy bit, tud-e kommunikálni egyszerre mind a két irányba, hány érintkezője van a csatlakozónak, mire lehet használni az egyes érintkezőket.

Az adatkapcsolati réteg (data link layer): Alapvető feladata a hibamentes átvitel biztosítása a szomszéd gépek között, vagyis a hibás, zavart, tetszőlegesen kezdetleges átviteli vonalat hibamentessé transzformálja az összeköttetés fennállása alatt. Az adatokat adatkeretekké (data frame) tördeli, továbbítja, a nyugtát fogadja, hibajavítást és forgalomszabályozást végez.

A hálózati réteg (network layer):  A kommunikációs alhálózatok működését vezérli, feladata az útvonalválasztás forrás és célállomás között. Ha az útvonalban eltérő hálózatok vannak, akkor fregmentálást, protokoll átalakítást is végez. Az utolsó olyan réteg, amely ismeri a hálózat topológiáját.

A szállítási réteg (transport layer)

Feladata a végpontok közötti hibamentes adatátvitel biztosítása. Feladata az összeköttetések felépítése, bontása, csomagok sorrendbe állítása.

A logikai összeköttetéssel foglalkozó rétegek:

A viszonyréteg (session layer):  Lehetõvé teszi, hogy két számítógép felhasználói kapcsolatot létesítsenek egymással. Jellegzetes feladata a logikai kapcsolat felépítése és bontása, párbeszéd szervezése. Szinkronizációs feladatokat is ellát, ellenõrzési pontok beépítésével.

A megjelenítési réteg (presentation layer):  Az egyetlen olyan réteg, amely megváltoztathatja az üzenet tartalmát. Tömörít, rejtjelez (adatvédelem és adatbiztonság miatt), kódcserét (pl.: ASCII – EBCDIC) végez el.

Az alkalmazási réteg (application layer):  

Széles körben igényelt szolgáltatásokat tartalmaz. Pl.: fájlok gépek közötti másolása.

TCP/IP modell

Más néven az Internet hivatkozási modellje. Tervezéskor a cél az volt, hogy a kapcsolat ne szakadjon meg még akkor sem, ha valamelyik átviteli vonal meghibásodik menet közben. Ráadásul egy flexibilis hálózatra van szükség, mivel az alkalmazások a file átviteltől egészen a valós idejű beszédátvitelig, rendkívül eltérő igényeket támasztanak. A TCP/IP hivatkozási modell csak annyi megkötést tesz, hogy a host-nak egy olyan hálózathoz kell csatlakoznia, mely az IP csomagok továbbítására alkalmas protokollal rendelkezik.

Hálózatok csoportosítása

Hálózatok csoportosítása feladat szerint: 

Hoszt-terminál alapú hálózatok

A hálózat magját egy vagy több, egymással összeköttetésben álló központi számítógép (host) alkotja. Itt fut az operációs rendszer. Ehhez kapcsolódnak hozzá az intelligencia nélküli (buta) terminálok, amelyek egy billentyűzetből és egy képernyőből állnak. Ne feledjük, hogy egy PC is lebutítható szoftver segítségével erre a szintre!

Ezen a hálózattípuson futnak a legbonyolultabb és legrégebben fejlesztett rendszerek. Jellemzőjük a nagy tudás, de bonyolultságuk miatt szakképzett munkatársakat igényelnek. Tipikus képviselõje az IBM, DEC.

Egyenrangú (peer to peer) hálózatok

A hálózatba kötött számítógépek közül bármelyik lehet kiszolgálója a többinek, amelyek a felajánlott erőforrást beépíthetik a saját rendszerükbe. Általában LAN-ok kialakításánál alkalmazzák, ahol viszonylag kevés a gép, a hálózati forgalom kicsi.

Előnyei az olcsóság, egyszerűség. Hátránya a kis kapacitás, nagy feladatok elvégzéséhez nem vagy korlátozottan használhatók.

Tipikus képviselője a Windows alapú rendszerek.

Szerver-kliens hálózatok

Ötvözik a peer to peer hálózatok olcsóságát, egyszerűségét a host-terminál hálózatok nagy teljesítőképességével. Ebben a hálózatban találunk kiemelt számítógépet (szerver), amely csak a kérések kiszolgálásával van elfoglalva. Itt fut a hálózati operációs rendszer. Az alkalmazói programok futtatása a kliens gépek feladata. A felhasználó által megfogalmazott kérések az alkalmazói programon keresztül eljutnak a szerver operációs rendszeréhez, amely ezen kéréseket kiszolgálja.

Előnye: nem kíván nagyon komoly hardvert, gyors a kiszolgálás sebessége. Üzemeltetése olcsó. Nagy a szoftver ellátottság.

Hátránya: Az alkalmazói program a kliens gépen fut, így nagy a hálózati forgalom.

Tipikus képviselői: Novell Netware, Windows NT rendszerek.

A hálózatok csoportosítása hozzáférés szerint:

Zárt rendszer

Egységeit csak a gyártó által ismert módon lehet hálózatba kötni. Minden egység egy gyártótól van.

Nyílt rendszer

Általános érvényű szabályokat és ajánlásokat követ. Eszközei több gyártótól származnak, tehát viszonylag hardver független.

Kommunikáció iránya szerint

Simplex (csak egyirányú): Az egyik állomás csak az adó a másik csak a vevő.

Fél duplex (váltakozó irányú):  Mindkét irányban megengedett az adatátvitel, de egy időben csak az egyik irányban élhet. pl: CB rádió

Duplex (kétirányú): Mindkét állomás egyszerre lehet adó és vevő is. pl: Skype

A hálózatok csoportosítása kiterjedtség szerint:

PAN (Personal Area Network) Személyi hálózat. Mini méretű hálózat, pl egy háztartást jelent, pár darab eszközzel. (router+pc+mobiltelefon stb.)

LAN (Local Area Network) helyi hálózat: viszonylag könnyebb megvalósítani a nagy adatáramot. Egy intézmény, vállalat saját hálózata. pl: iskolai hálózat

MAN (Metropolitan Area Network) városi hálózat: a kapcsolat általában kábeltelevíziós, ISDN-vonalon, optikai kábelen, vagy telefonvonalon valósulhat meg.

WAN (Wide Area Network): nagy távolságokat áthidaló hálózat. Az egyes területek nagy adatáramú kábelekkel, pl. optikai kábelekkel kapcsolódnak egymáshoz. pl: internet

A hálózatok topológiája, a topológiák jellemzése:

Egy hálózati topológia a számítógép-hálózatok esetén a hálózathoz tartozó csomópontok közötti kapcsolatokat határozza meg. Egy adott csomópont vagy egy másik csomóponthoz, vagy több másik csomóponthoz kapcsolódhat, különböző minták szerint.

Sín/Busz topológia: 

A fizikai közeg egymás után felfűzi az összes klienst. Ha két kliens kommunikálni kezd, akkor lefoglalják a teljes átviteli közeget. Ez a technológia azzal, hogy a koaxiális kábelt felváltotta az UTP és STP, gyakorlatilag kihalt. Az adatátvitel egy úgynevezett buszon keresztül zajlik. Ez a két végpont között megy. Ha valamelyik kliens kommunikációt akar kezdeményezni, úgy meg kell várja, hogy a busz jó irányba menjen és „üres” legyen.

Előnye: olcsó (kevés vezeték), coax kábelt használt

Hátránya: vezetékszakadás esetén az egész szegmens megbénult, és nehéz a hibakeresés. Az egy szegmensen lévő gépek számának növekedésével lassul az átvitel. Elavult, ma már nem használják.

Gyűrű topológia: minden gép csak a két közvetlen szomszédjával van kapcsolatban, a számítógépek egymásnak adják az adatcsomagokat, és a címzett elraktározza.

A gyűrű hálózati topológia a klienseket egy gyűrűvé szervezi és általában a fizikai közeggel is gyűrűt hoz létre. A gyűrűben egy busz típusú adatátvitel létesül, amely egyirányú. Tehát ha a „B” állomás akar kapcsolatot létesíteni az „A” állomással, akkor az adat végig kell haladjon a gyűrűn. Ez a megoldás valamivel lassabb, de lényegesen megbízhatóbb.

Nagy hátránya a gyűrű hálózatnak, hogy ha egy periféria meghibásodik, megbéníthatja az egész hálózatot. Ezért szokták csak állandóan felügyelt hálózatoknál használni, ahol számít a hálózati megbízhatóság.

Előnye: gyorsabb, mint a busz, olcsóbb, mint a csillag

Hátránya: vezetékszakadás esetén az egész szegmens leáll, de egyszerűbb a hibakeresés mint a sín topológiaesetén

Csillag topológia: A kliensek egy központi berendezéshez csatlakoznak. Ez a központi berendezés általában Hub vagy Switch, bár manapság már szinte kizárólag csak Switch-eket használnak.

A Hub és a Switch közötti különbség az adatcsomagok továbbításában jelentkezik. Míg a Hub egy adatcsomagot mindenkinek – a hálózat összes számítógélének – elküldi, addig a Switch a küldő és a fogadó számítógép között felépít egy logikai pont-pont kapcsolatot. Ezzel megnöveli a biztonságot, mivel illetéktelenek nem kapják meg a nekünk szánt adatot, valamint jelentősen csökken a hálózatot terhelő adatmennyiség. Manapság szinte kizárólagosan ezt használják, bár előfordulnak még gyűrű topológiájú hálózatok is.

A csillag topológiájú hálózat fizikailag nem feltétlenül csillag alakú. Például az iskolai iformatika termekben is csillag topológiát használunk, de a gépek nem csillag alakzatban helyezkednek el.

A csillag topológia nagy előnye, hogy nem érzékeny egyes kliensek meghibásodására vagy kiesésére. Ezáltal stabilabb működés érhető el.

Hátránya: költséges

Fa topológia: hasonló a sín elrendezéshez, azzal a különbséggel, hogy a fa elrendezés több csomópontból álló ágakat is tartalmaz.

Előnye: korábban kialakított kisebb hálózatokat be lehet építeni

Hátránya: költséges, a központi szerver leállásakor a hálózat nem működik.

Háló topológia: a háló (mesh) kialakításánál minden gép közvetlen összeköttetésben áll az összes többi géppel. (teljes topológia ha mindegyik ténylegesen mindegyikkel össze van kötve)

Előnye: a lehető legmegbízhatóbb összeköttetés

Hátránya: sok kábel miatt drága, korlátozott a kapcsolatok száma

A hálózat kialakításhoz szükséges eszközök:

Két számítógép közötti közvetlen kapcsolatot, pont-pont (point to point) kapcsolatnak nevezzük. Ez a legegyszerűbb módja a számítógépek közötti adatátvitelnek.

A pont-pont összeköttetésnek rengeteg típusú fizikai közege lehet. Lehet soros és párhuzamos port, koaxiális kábelt használó ethernet és a manapság legelterjedtebb UTP (Unshielded Twisted Pair) vagy STP (Shielded Twisted Pair) kábelt használó ethernet.

hálózati közeg: Az adatátviteli közegek biztosítják azokat a fizikai kommunikációs csatornákat, amelyek a hálózat csomópontjait összekötik. A leggyakrabban alkalmazott átviteli közeg típusok:

Csavart érpár: szigetelt rézdrót, amelyet épületeken belül vagy épületek között 10 km vagy ennél kisebb távolság áthidalására használnak. Az átvitel minősége gyorsan romlik a távolság növelésével. Manapság a számítógépeket a LAN hálózatban is ez a vezetékfajta köti össze. A sodrott érpáras kábel

nem lépheti túl a 100 méteres hosszúságot a hub és a számítógép között.

Árnyékolt csavart érpár (UTP) hasonló az előbbihez, de az elektromágneses zavarások elleni védelem miatt a két vezeték körül fémárnyékolást tartalmaz.

Koaxiális kábel: könnyen installálható, népszerű adatátviteli közeg. Megfelelő repeaterekkel 100 km-es távolság esetén is 450 MHz-es jelek átvitelére alkalmas.

Optikai kábelek: vékony üveg- vagy műanyag szálak, melyen keresztül a fényt vezetik. Bár az előzőeknél jóval bonyolultabb installálásuk, gyorsan terjednek, mivel 16 Gbit/s sebesség is megvalósítható rajtuk, a jelenleg rendelkezésre álló technológiákkal rövid, illetve nagy távolságokon is.

Mikrohullámú rádió: nagy sebességű egyenes vonalú adatátvitelt biztosít néhány száz métertől 30-40 km-ig. Nagyon hatékonyan alkalmazható nehéz terepen vagy olyan városokban, ahol a koaxiális/optikai kábel kihúzása rendkívül költséges lenne. Nálunk elsősorban tanyákon, külterületen lakóknál használják, ahová nem éri meg kivezetni póznákon a kábeleket.

Műholdas átvitel: egyenes vonalú adatátvitelt biztosít egy földi állomás és egy távközlési műhold között (up link), valamint a műhold és egy másik földi állomás között (down link). A műhold általában geostacionárius pályán kering a Föld körül, mintegy 35-36 000 kilométernyi távolságban. (A Földről nézve pozíciója állandó, keringési sebessége megegyezik a Föld forgási sebességével. ) pl: A gps műholdak is geostacionárius pályán mozognak, ott csak adás van.

hálózati kártya (Newtork Interface Card): biztosítja a számítógépünk hálózathoz való csatlakoztathatóságát. Általában alaplapra integráltak, vagy PCI slotba illeszkednek. A hálózati kártya a számítógépek hálózatra kapcsolódását és az azon történő kommunikációját lehetővé tevő bővítőkártya. A hálózati kártya csatlakozhat

a számítógéphez PCI, USB, PCMCIA csatolófelületeken keresztül. A hálókártyák szabványosak, mindegyik tud kommunikálni mindegyikkel, viszont használatukhoz megfelelő driverre van szükség. Célszerű gigabites sebességű eszközök beszerzése, ha nagyobb fájlokat is mozgatunk hálózaton belül. Lehet vezetékes és vezeték nélküli is.

Hub: az egyik portján érkező csomagot felerősíti, majd továbbküldi az összes többi csatlakozóján.

Switch: hasonló a hub-hoz, de már okosabb eszköz, mert megjegyzi, melyik portjához “ki” kapcsolódik, így nem az összes portra, hanem csak a címzett portjára küldi el az adatcsomagot.

útválasztó(router): hálózatokat köt össze. Egy táblázat (routing table) alapján eldönti, hogy a beérkezett csomaggal mit kell tennie. Operációs rendszerrel rendelkezik. Lehet vezetékes és vezeték nélküli is.