Halózatok - Oktatasi segédlet

A számítógép hálózat:

A számítógép hálózat olyan függöségben lévö vagy független számítógépek egymással összekapcsolt együttese, melyek abból a célból kommunikálnak egymással, hogy bizonyos eröforrásokon osztozhassanak, egymásnak adatokat küldhessenek, illetve terhelésmegosztást vagy megbízhatóság növekedést érjenek el.

Hálózatok elönyei

Eröforrás megosztás: Ez az egyik legfontosabb tulajdonsága a hálózatkezelésnek, mivel közös tároló helyek kialakítására van lehetöség. Elönye a drága hardver elemek használatának megosztása (nyomtató, merevlemez).

Kommunikációs

eszköz: Távoli gépekkel, személye 444d31e kkel való kapcsolattar-
tás és információáramlás (Internet,e-mail).

Egyéb fontos dolgok: Nagyobb megbízhatóság elérése (központi felügyel-hetöség). Egy hardware elem, vagy számítógép meghibásodásakor könnyü és gyors a helyettesítésük, egy másik hálózatban lévö géppel.

Terheléselosztási funkció, alkalmazások illetve adatbázisok más gépre kerülnek át, illetve fwjlwtwbb hálózatoknál a processzorok megoszthatják egymás között a munkát.

Rendszerteljesítmény fokozatos növelése

Régen, ha egy számítógép már 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 kiterjedésü helyi hálózat. Jellemzöje egyedi kábelezés, gyors adatátvitel. Mérete: 1 szobától kezdve néhány km.
MAN (Metropolitan Area Network), városi méretü hálózat. Jellemzöje a világhálózatok kiinduló pontjaihoz való belépések biztosítása.
WAN (Wide Area Network), nagytávolságú hálózat. Tipikus adatátviteli eszközei a távközlési vállalatok által nyújtott eszközök: telefonvonal, mühold, 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.
Gyürü, a gépek egy gyürüre vannak felfüzve. 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 öket összekötö hálózati kábelek, akkor, ha egy számítógéptöl 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 összefüggö, minden gép minden géppel egyedileg össze van kötve.
Részben összefüggö, a teljes összefüggöböl elhagyunk néhány ágat.

Átviteli sebesség

alapján:                      lassú (~30 kbit/sec), általában telefon vonalak átviteli sebességére jellemzö.
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 robbanásszerüen terjednek el.

Átviteli módszer

alapján: Alapsávú (baseband), az átviteli közegben haladó jel frekvenciája közel azonos a bitsorozat frekvenciájával. Jellemzöi: olcsó, egyszerü,
ilyen szinte az összes LAN hálózat.
Szélessávú (broadband), a vivö 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 vevö.
Half duplex (váltakozó irányú), mindkét irányú átvitel megengedett, de egy idöben 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 Pc-s hálózatok 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 kötelezö betartani, de segít

megmutatni a hálózati rendszer müködését.

Az OSI referencia modell szerint egy hálózatot 7 rétegre osztunk:

Az egyes OSI rétegek feladatai

Adatátvitellel foglalkozó rétegek:

A fizikai réteg (physical layer) a bitek kommunikációs csatornára való

kibocsátásáért felelös. 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) lehetövé teszi, hogy mindkét számítógép felhasználói kapcsolatot létesítsenek egymással. Jellegzetes feladata a logikai kapcsolat felépítése és bontása, párbeszéd szervezés (pl. félduplex csatornán). Elláthat szinkronizációs funkciót ellenörzési 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 együttmüködésére létrejött Ethernet szabvány alapján készült. Az 802.3 szabvány 1-20 Mbit/sec átviteli sebességü bus topológiájú hálózatot definiál. Tipikus képviselöje az Ethernet.

802.4 Token Bus:       General Motors és támogatói vezették be. A szabvány 1-10 Mbit/sec átvitelü bus topológiájú hálózatot engedélyez. Az átvivö 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 sebességü gyürü topológiájú hálózatot határoz meg. Az átvivö közeg sodort érpár vagy optika.

100 Mbit/sec Fast Ethernet (100BASE-T):

802.3-es szabvány kibövítéseként definiálták. Átviteli közege lehet csavart érpár vagy optikai kábel.

Az átvivöközeg

Koaxiális kábel:

Szabványos hullámimpedanciák 50,75,93 Ohm. Lehet alapsávú és szélessávú átvitelre is használni. Számítógépeknél általában a megcsapolás T elosztóval

történik. Elönye: nagy sávszélesség, nagy távolság, zajérzéketlenség.

Sodort érpár:

Két szigetelt, egymással összecsavart rézhuzalból áll. Lehet árnyékolatlan( UTP) illetve árnyékolt (STP) felépítésü. Elönye könnyü szerelhetöség, struktúráltsága, egyszerü bövíthetösége. Hátránya zajérzékenysége, limitált sávszélesség.

Strukturált kábelezés

Elemei:

Passziv elemek:

Csavart érpáras kábelek, amelyeket minden leendö és már kiépített munkahelyhez a "falban" el kell vezetni.

Üvegszálas kábelek, amelyek a központi helyiségek közötti nagysebességü 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:

Elönyei: A rendszerek bármikor könnyen átkonfigurálhatók. A csillag struktúra minden számítógéphez külön kábel csatlakozik. Központi hálózat felügyelet könnyen lehet alkalmazni.

Hátrányai:  Rengeteg jó minöségü kábelt követel, plusz fali dobozok patch panelek, -kábelek.

Az Ethernet

Kialakításának alapelvei:

Az Ethernet szervezési alapegysége a szegmens. A különbözö szegmenseket repeaterek kötik össze, így alakul ki a teljes hálózat. Sebessége 10 Mbit/sec, alapsávi átvitelü, 1024 állomás csatlakozhat maximum hozzá. A rendszer bus topológiájú.

A csatolók címei 6 byte hosszúak, bármely két Ethernet kártya esetén egyediek. Az elsö 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 idö nem lehet több 45 ms-nél.

Szegmenstípusai:

Thick Ethernet (vastag Ethernet, 10BASE5, sárga Ethernet)

Speciális, 50 ohmos hullámimpedanciájú, általában sárga köpenyü 0.4 inch átméröjü koaxiális kábel alapú szegmens. Hossza max 500 méter, állomásszám max 100, egymástól minimum 2,5 méterre. A kábelre való csatlakozást a koaxra szerelhetö transceiver nevü készülék biztosítja, amely lényegében egy adó-vevö.

Thin Ethernet (vékony Ethernet, 10BASE2, thin koax)

Ennél a típusnál a gyártók egy lényegesen vékonyabb kábeles szegmenst definiáltak, és az adó-vevöt 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 átméröjü koaxiális kábel alapú szegmens. A szegmensre való kapcsolódást T elosztókon keresztül történik.

Csavart érpár (twisted pair, 10BASE-T)

A struktúrált kábelezésnél említett elönyök miatt jött létre. Hátránya, hogy mindenképp szükséges koncentrátor jelentösen 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 vezetö szál átméröje általában 50/125 illetve 62.5/125 mikron, egy szegmenshez két ér szükséges. A szabvány szerinti maximális hossz 2 km. Bonyolult szerelhetöséde miatt csak hosszabító szegmensként használatos.

Szélessávú Ethernet (10BROAD36)

Szélessávú átvitelü, 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:

ElötagCél címe Forrás címe Típus mezöAdatmezö CRC

8 byte 6 byte  6 byte 2 byte 46-1500 byte 4 byte

Nagy kiterjedésü hálózatok (WAN) hardware elemei

Két legfontosabb fogalom a router és a modem. A router egy hálózatokat összekötö eszköz, amelyet sok gyártótól beszerezhetünk. Ha egy serverbe több (max 4) hálózati kártyát építünk, akkor ezek összekapcsolásakor a server routerként viselkedik. Ennek elönyei: olcsó, gyors, könnyü 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 (jelismétlö) egyszerü jelerösítést végez, azaz a fizikai méretkorlátok átlépését oldja meg. Az OSI modell 1. Rétegében (fizikai) müködik.

Bridge (híd) egy tárolva továbbító eszköz. Beolvassa a teljes keretet, ellenörzi a CRC-t, majd a célállomás címe alapján továbbítja a megfelelö 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 idölimitet is (csomag újraindítás), csak azonos hálózatok köthetök 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 eltérö címzésmódú hálózatokat is összekötni. Fel kell ismernie a 3. Réteg protokolljait, emiatt protokolfüggövé válik a 3 rétegü 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 lévö 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 2-es 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 jellemzöje az általa elérhetö maximális adatátviteli sebesség (bit/secundum, bps).

Hálózat szoftver oldala

Architektúrák:

Host-terminál alapú hálózatok:

A hálózat magját egy vagy több, egymással összeköttetésben lévö központi számítógép (host) alkotja. Itt futatja az operációs rendszer a felhasználói programokat és müködésének egyik integrált része a hálózatkezelés.

A központi gépekhez intelligencia nélküli terminálok (buta gépek) csatlakoznak, amelynek egyetlen feladata a billentyüzetröl kapott adatok továbbítása és a képernyö adatok fogadása.

Elönyei: minimális adatforgalom, az adatbázisok biztonságos kezelése.

Hátrányai: drága, komoly központi gép, kevés a képzett ember, drága üzemeltetés.

Képviselöi: IBM rendszerek, DEC rendszerek, UNIX

Egyenrangú hálózatok:         A hálózatban lévö 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.

Elönyei: olcsó és egyszerü

Hátrányai: kis kapacitás, védelmi rendszer egyszerü

Képviselöi: 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 törödik. 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 tetszöleges operációs rendszer futhat.

Elönyei: gyors kiszolgáló sebesség, üzemeltetése olcsó, nagy rendszerek biztonságos kialakítása.

Hátrányai: nagy az adatforgalom.

Képviselöi: NOVELL NetWare, Windows NT, LINUX, UNIX.