KÖZLEKEDÉSI MANAGER GAZDASÁGI MÉRNÖKI SZAK

Átírás

1 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDAS SÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Közlekedésmérnöki Kar KÖZLEKEDÉSI MANAGER GAZDASÁGI MÉRNÖKI SZAK Alkalmazott számítástechnika számítástechnikai alapok, hálózat, internet, e-business segédlet előadás kivonat Nagy Zoltán 2013.

2 Hardver, szoftver, operációs rendszer A számítógép működési elve A számítógépek működésének elve a kettes számrendszer segítségével fogalmazható meg. Kétféle állapotú egységek működtetésén alapul a legbonyolultabb eljárások elvégzése, szöveges és képi információk tárolása. A működés legkisebbb egységeit biteknek (binary digit, bináris számjegy; egy, az adott áramköri állapotnak megfeleltetett 2-es számrendszer-béli szám, értéke 0 vagy 1.) nevezzük. Az információtárolás egysége a 8 bitből álló bájt. (byte). 1 kb (kilobyte) = 1024 byte 1 MB (megabyte) = 1024 kb 1 GB (gigabyte) = 1024 MB Az információkat kódrendszer segítségével tárolja a számítógép. A kódrendszer a karakterekhez számokat rendel, a legelterjedtebb (ASCII) kódrendszer 256 (2 8 ) elemű. A hardver (hardware) a számítógép működését lehetővé tevőő elektromos, elektromágneses egységek összessége. A számítástechnikában hardvernek hívják magát a számítógépet és minden megfogható tartozékát. A számítógép felépítése Minden számítógép két alapvető funkcionális egységre osztható: az ún. központi egységre és a perifériákra. A központi egység a gép "agya", amely az összes tevékenységét irányítja. A perifériák a számítógép azon részei, amelyek a központi egység számára lehetővé teszik, hogy a környezettel kapcsolatot tartson. A perifériákon keresztül tudunk kommunikálni a számítógéppel, vagyis a központi egységgel. Az ábra a központi egység és a számítógépnél leggyakrabban előforduló perifériák sematikus ábráját mutatja. A nyilak az adatáramlás irányát jelzik. A központi egységet az angol nevének (Central Processor Unit) rövidítéséből CPU-nak is nevezik. Ez tulajdonképpen a 2

3 mikroprocesszor, amelynek típusa a számítógép egyik legfontosabb meghatározója. (pl. 386, 486, Pentium, Core 2 Duo) A CPU (angol: Central Processing Unit központi feldolgozóegység) más néven processzor, a számítógép agya, azon egysége, mely az utasítások értelmezését és végrehajtását vezérli, félvezetős kivitelezésű, összetett elektronikus áramkör. Egy szilícium kristályra integrált, sok tízmillió tranzisztort tartalmazó digitális egység. A bemeneti eszközök segítségével kódolt információkat feldolgozza, majd az eredményt a kimeneti eszközök felé továbbítja, melyek ezeket az adatokat információvá alakítják vissza. A PC-be helyezett processzort az Intel fejlesztette ki. A processzorr alatt általában mikroprocesszort értünk, régebben a processzor sok különálló áramkör volt, ám a mikroprocesszorral sikerült a legfontosabb dolgokat egyetlen szilíciumlapkára integrálni. A processzorok története Az első mikroprocesszor az 1971-ben megjelent 4 bites szóhosszúságú Intel 4004 volt. Később több sikeres 8 bites sorozat jelent meg több gyártó részéről (Intel 8008, 8080, 8085, Zilog Z80, Motorola 6800, MOS Technology 6502). A 80-as évektől kezdve megnőtt a processzorok szóhossza (Intel 8086 (az IBM PC és PC/XT processzora): 16 bit (20-bites címtartomány), Intel (a PC/AT processzora): 16 bit (24 bites címtartomány) 1982, Intel 80386: 32 bit 1985) az órajel folyamatos növekedése mellett. A processzor főbbb részei Intel Pentium 100 MHz-es processzor ALU: (Arithmetic and Logicall Unit Aritmetikai és Logikai Egység). Ez a processzorr számológépe, alapvető matematikai és logikai műveleteket hajt végre. Az ALU végrehajtási sebessége növelhető egy koprocesszor (FPU, Floating Point Unit, lebegőpontos műveleteket végző egység) beépítésével l, ami egyes feladatokat gyorsabban hajt végre, mint az ALU. Az ALU minden mikroprocesszor alapvető részegységévé vált, a mai processzorok mindegyike tartalmaz lebegőpontos végrehajtóegységet is. CU: (Control Unit a.m. vezérlőegység vagy vezérlőáramkör). Ez szervezi, ütemezi a processzor egész munkáját. Például lehívja a memóriából a soron következőő utasítást, értelmezi és végrehajtatja azt, majd meghatározza a következő utasítás címét. 3

4 Regiszter (Register): A regiszter a processzorba beépített nagyon gyors elérésű, kis méretű memória. A regiszterek addig (ideiglenesen) tárolják az információkat, utasításokat, amíg a processzor dolgozik velük. A mai gépekben 32/64 bit méretű regiszterek vannak. A processzor adatbuszai mindig akkorák, amekkora a regiszterének a mérete, így egyszerre tudja az adatot betölteni ide. Például egy 32 bites regisztert egy 32 bites busz kapcsol össze a RAM-al. A regiszterek között nem csak adattároló elemek vannak (bár végső soron mindegyik az), hanem a processzor működéséhez elengedhetetlenül szükséges számlálók, és jelzők is. Ilyen pl. : o utasításszámláló, ami mindig a következő végrehajtandó utasítás címét, o flagregiszter, amely a processzor működése közben létrejött állapotok jelzőit (igaz, vagy hamis), o és az akkumulátor, amely pedig a logikai és aritmetikai műveletek egyik operandusát, majd az utasítás végrehajtása után az eredményt tartalmazza. Buszvezérlő: A regisztert és más adattárolókat összekötő buszrendszert irányítja. A busz továbbítja az adatokat. Cache: A modern processzorok fontos része a cache (gyorsítótár). A cache a processzorba, vagy a processzor környezetébe integrált memória, ami a viszonylag lassú rendszermemória-elérést hivatott kiváltani azoknak a programrészeknek és adatoknak előzetes beolvasásával, amikre a végrehajtásnak közvetlenül szüksége lehet. A mai PC processzorok általában két gyorsítótárat használnak, egy kisebb (és gyorsabb) elsőszintű (L1) és egy nagyobb másodszintű (L2) cache-t. A gyorsítótár mérete ma már megabyte-os nagyságrendű. Az óra és az órajel A négyszögjel alakú órajel Az óra az egész számítógép működéséhez szükséges ütemet biztosítja. Az óra magában foglal egy kvarckristályt, ami az órajel előállításához szükséges rezgést adja. Sebességét Hertzben (Megahertzben) mérjük, egy óra körülbelül 100 MHz-es rezgést ad, ezért a mai nagysebességű processzorokban egy szorzót alkalmaznak, hogy magasabb órajelet, ezáltal gyorsabb processzort kapjanak. A processzor részegységei (Itt a legalapvetőbb műveleteket végző részegységekre kell gondolni, tehát nem egy olyan nagy egységre, mint például az ALU.), tehát a processzor részegységei az órajel ütemére végzik feladataikat; amikor egy részegység megkapja az órajelet egy elektronikus jel formájában, akkor elvégzi a soron következő műveletet, amikor megkapja a következő jelet, akkor a következő műveletet végzi el. Egy másodperc alatt egy mai processzor egysége több milliószor kap jelet. Az órajel sebességének így ahhoz az időhöz kell alkalmazkodnia, amennyi időbe telik egy részegységnek a rá kijelölt művelet elvégzése (Különben akkor jönne a következő művelet, amikor az előző még feldolgozás alatt van, és ez 4

5 érthetően problémákat okozna). Ez lényegében azt eredményezheti, hogy a processzor egységeinek a leglassúbb elem miatt kell várakozniuk. Ezt persze különféle megoldásokkal orvosolják. Ám a műveletet nem szabad összetéveszteni az utasítással, ezek bonyolultsága miatt egy utasítás végrehajtása több órajelciklust is igénybe vehet. Az is lassító tényező, hogy a processzor az adatokat lassabban kapja, mint ahogy fel tudná dolgozni őket, ilyenkor pedig várakoznia kell. Gépi ciklusnak nevezzük azt az időt, amely alatt a számítógép egy gépi műveletet végre tud hajtani. Egy gépi ciklus általában több órajelütemből áll, az egyes utasítások végrehajtásához szükséges gépi ciklusok száma utasításonként más és más lehet. A processzor utasításkészlete A processzor által ismert műveletek és utasítások összességét értjük a processzor utasításkészlete alatt. Legelőször a RISC (Reduced Instructions Set Computer) utasításkészletet használták, ez leegyszerűsített, rövid utasításokat tartalmazott. Elsődlegesnek tekintette a sebességet, és az egyszerűséget. Később a CISC-et (Complex Instructions Set Computer) alkalmazták, ez már több, hosszabb utasítást tartalmazott, ám a túl sok, bonyolult utasítás nem bizonyult célravezetőnek, ezért visszatértek a RISC-hez. Ma már persze rengeteg utasításkészlet van, melyben keverednek a RISC, és a CISC irányelvei (Pentium, ARM). Alaplap A gép a működéséhez szükséges adatokat, programokat is a memóriából olvassa ki. A memória hátránya, hogy tartalmát csak felszültség alatt őrzi meg, így ha kikapcsoljuk a gépet, akkor az adatok törlődnek a memóriából. Ezen adatok megőrzéséről ezért mágneses elven működő perifériák segítségével gondoskodunk. Ilyen periféria például a winchester. A PC sikerét jórészt az átgondolt, modulrendszerű felépítésének köszönheti. A modulfelépítés azt jelenti, hogy a gép - bizonyos határok között - rugalmasan bővíthető, és a részegységek cseréjénél nem kell az eredeti gyártó - ha az egyáltalán azonosítható - alkatrészeire támaszkodni, hanem minden kompatibilis egység elvileg - megfelelő. A ház formája és nagysága - mivel ezt elsősorban a processzor és az alaplap határozza meg - önmagában semmiféle információt nem ad a gép teljesítményéről. A házban különálló, zárt modul a tápegység. A floppy-egység úgy helyezkedik el, hogy a floppylemez a gép előlapjáról behelyezhető legyen. A winchester szinte bárhol lehet a házon belül. Az alaplap asztali háznál alul, álló, torony formájú háznál pedig oldalt helyezkedik el. A rajta lévő buszcsatlakozókban vannak az adapterkártyák, amelyek vége a gép hátoldalához illeszkedik. Az egyes adapterekhez így a házon kívülről is lehet csatlakozni. Így illeszkedik a géphez a monitor, az egér, a nyomtató stb. 5

6 Az elmúlt években a hardverek hatalmas mértékben változtak. Aki számítógépet vásárol, vagy bővít, mindenképpen tekintettel kell legyen az alaplap tíusára, mert az alaplap megszabja a felhasználható processzor(ok) típusát és sebességét, a bővítőkártyahelyek számát és fajtáját, a felhasználható memória típusát, az adott gép által kezelhető maximális memóriaméretet, a használható számítógépházat és tápegységet. Méretét legtöbbször az ATX (régebben az AT) szabvány szerint alakítják ki. Az alaplapok fő elemei: Alaplapi lapkakészlet (chipset) Az alaplap és a számítógép képességeit döntően meghatározza az alkalmazott lapkakészlet. A lapkakészletek sok különböző feladatot látnak el, jellemzően az alábbiakat: Memóriavezérlés: a memóriafrissítés, memóriához való hozzáférés kezelése (E)IDE-, SATA-vezérlő: a háttértárak illesztését és kezelését végzi valós idejű óra, RTC (Real Time Clock) DMA-vezérlő: a közvetlen memória-hozzáférést vezérlő áramkör. Segítségével egyes eszközök a processzor terhelése nélkül képesek elérni a fizikai memóriát. IrDA-vezérlő: infravörös átvitelre szolgáló vezérlő Billentyűzetvezérlő, PS/2-es egérvezérlő, USB-portok ACPI-vezérlő az energiatakarékos üzemmódok kezelésére AGP illesztő vezérlése, PCI express PCI bridge CMOS memória kezelése Hasonlóan a processzorokhoz, a chipkészleteknél is az Intel az uralkodó, de jelen van a piacon a Via, a SiS és az nvidia is. Az alaplapi lapkakészlet tartalamzhat további beépített elemeket is. Nem ritka például, hogy az alaplapra van integrálva a grafikus rendszer, illetve a hangrendszer, a hálózati kártya, vagy a RAID vezérlő is. Bővítőkártya-helyek A mai alaplapok legnagyobb részét elfoglalják a bővítőkártyáknak szánt foglalatok. A mostanában gyártott alaplapokhoz alapvetően három típusú kártya használható: PCI, AGP, PCIe. Mára az újabb alaplapokban már szinte teljesen eltűntek a korábbi szabványok: az EISA, VL és MCA kártyák. Némelyik alaplap több, némelyik kevesebb bővítőkártyát tud fogadni: egyes alaplapok akár nyolc, míg mások csak egy-két bővítőkártya fogadására alkalmasak. Memóriafoglalatok A fizikai memória modulok fogadására szolgálnak. CPU-foglalat A processzorok fejlődése eredményeképpen az eltérő típusú processzorok más-más foglalatban kapcsolódhatnak az alaplaphoz pl: Socket7, Socket370, SocketA. Külső csatlakozók Az alaplaphoz szabványos csatolókon kapcsolódik a billentyűzet és az egér, valamint más perifériák (nyomtató, modem, scanner, hangszóró, stb.). A mára elterjedté vált ATX alaplapokon a billentyűzet és az egér ellemzően PS/2-es vagy USB porton csatlakozik az 6

7 alaplaphoz. Infravörös, USB, soros és párhuzamos kapukból egy vagy több is előfordulhat az alaplapokon. Szoftver, operációs rendszer A szoftver (software) a hardver egységeket működtető, vezérlő programok összessége. A szoftver mesterséges szó, azokat a szellemi javakat hívják összefoglalóan így, amelyekkel kihasználhatjuk a hardverben rejlő teljesítményt és lehetőségeket. A szoftvert egyrészt a gépet működtető programok, másrészt a számítógéppel való feldolgozásra előkészített adatok alkotják. A program a számítógépnek szóló utasítások sorozata, amely egy kidolgozott algoritmus alapján meghatározza, hogy a számítógép milyen módon végezzen el egy adott feladatot. Egyaránt programnak nevezzük a programozók által készített forrásprogramot, amely az ember által olvasható formában tárolja a feladat leírását, és azt a kódot, amelyet a számítógép ténylegesen végrehajt: a futtatható programot, amely a forrásprogramból speciális programok - fordítóprogramok - közreműködésével jön létre. A programokat valamilyen háttértárolón tároljuk, ha éppen nem futnak. Ha egy programot elindítunk, az operációs rendszer a háttértárolóról betölti a memóriába, a CPU számára átadja a program kezdetének címét, majd a program ezután átveszi a számítógép vezérlését és futni, működni kezd. Az operációs rendszer a számítógépet működtető szoftver, amely a számítógép indulásakor azonnal betöltődik a számítógép memóriájába. Az operációs rendszer tölti be a számítógép működéséhez szükséges programokat, vezérli, összehangolja, ellenőrzi a programok működését. Az operációs rendszer feladata az, hogy az ember és számítógép közötti kommunikációt biztosítsa, a számítógép erőforrásait és perifériáit kezelje, a számítógép működését ellenőrizze és vezérelje; és végrehajtsa a neki szóló parancsokat. Kernel Rendszermag (angolul kernel): az operációs rendszer alapja (magja), amely felelős a hardvererőforrásainak kezeléséért (beleértve a memóriát és a processzort is). 7

8 A többfeladatos rendszerekben ahol egyszerre több program is futhat a kernel felelős azért, hogy megszabja, hogy melyik program és mennyi ideig használhatja a hardver egy adott részét (ezen módszer neve a multiplexálás). A hardver elemek használata gyakran bonyolult programrészeket igényel, ezért ezt a feladatot gyakran egységes, absztrakt hardverelérést biztosító részekkel támogatja. Ezek a részek elrejtik a bonyolult módszereket és egy tiszta, egyszerű felületet biztosítanak, amivel megkönnyítik a hardverelemeket használó programozók munkáját. A rendszermag nem látható program, hanem a háttérben futó, a legalapvetőbb feladatokat ellátó program. Egy számítógép működéséhez nem feltétlenül szükséges operációs rendszer és annak magja: az egyes programok közvetlenül betölthetőek és használhatóak a csupasz vason, feltéve, hogy a programozó vállalja azt, hogy mindent közvetlenül, operációs rendszeri segítség nélkül fog kezelni. A kezdeti számítógépek esetén ez volt a normális működési mód: minden egyes új program elindításához a gépet újra kellett indítani. Az idő előrehaladtával apró segédprogramok, rutinok állandósulni kezdtek, azokat több programhoz is használták, és kialakultak azok a szokásos programrészek, melyeket újraindítás után újra használni szerettek volna, mint például egyes betöltő (indító, boot) programok vagy hibakeresők. Ezekből alakultak ki a kezdeti operációs rendszerek. A kerneleknek négy fő kategóriáját különböztethetjük meg (eltekintve azon programkörnyezetektől, melyek kernel nélkül futnak): a monolitikus kernelek gazdag és hatékony absztrakciókat biztosítanak az alattuk található hardware elemekhez; a mikrokernelek egy kis méretű alapkészletet biztosítanak a hardware kezeléséhez, és számos alkalmazással amiket servereknek nevezünk biztosítja a további, részletesebb funkcionalitást; a hibrid vagy módosított mikrokernelek hasonlóak a színtiszta mikrokernelekhez de több, részletesebb kódot tartalmaznak a kernelmagban, hogy nagyobb sebességet érjenek el; az exokernelek (vagy rendszer rutinkönyvtárak) nem biztosítanak absztrakciókat vagy állandó rendszermagot, hanem egy programokban használható rutinkönyvtárból állnak, ami a hardver közvetlen vagy közvetett elérését biztosítja. Monolit kernel A monolitikus kernel, a számítógépes operációs rendszerek között, az egyetlen nagy programból álló rendszermag, nem pedig különálló, egymással különböző interfészeken 8

9 keresztül kommunikáló programok összessége, mint napjaink mikrokernelei. A Linux rendszer magja még kifejlesztése után 15 év elteltével is monolitikus felépítésű, noha Andrew S. Tannenbaum professzor már kezdetben elavultnak nevezte a monolitikus struktúra miatt. Az operációs rendszerek kutatói manapság már inkább mikrokernellel működő rendszereket javasolnak, hiszen így könnyebb fejleszteni, és a rendszer funkcionalitása is gazdagabb lehet. Példák monolitikus kernelre: tradicionális UNIX kernelek, pl. BSD-k, a Linux kernel is lehet ilye Mikro kernel A mikrokernelek azáltal, hogy az általuk nyújtott funkciók nagy részét felhasználói szintre (userspace) helyezték egy plusz absztrakciós szintet biztosítanak. Ennek előnye, hogy a felhasználói szinten futó programrészek hibáinak vagy működési zavarainak esetén azok nem veszélyeztetik magának a rendszermagnak a működését, és így a rendszer stabilitása nagy mértékben nő. Hátránya azonban, hogy mint minden új absztrakciós szint bevezetésének ezzel csökken a rendszer teljesítménye, és így esetleg egyes kritikus feladatokat (nagyon gyors és pontos elérést igénylő hardware elemek kezelését) nem tudja hatékonyan megoldani. Példák monolitikus kernelre: QNX Hibridkernel A hibrid kernelek alapjában véve olyan mikrokernelek, amelyekben néhány nem létfontosságú kódrészletet átmozgattak a felhasználói szintről (userspace) a kernel szintre (kernelspace) azért, hogy az kevesebb absztrakciót használva, gyorsabban fusson. 9

10 Néhányan összetévesztik a hibrid kerneleket az olyan monolitikus kernelekkel, amik indulásuk után modulokat képesek betölteni. Ez helytelen: a hibrid kifejezés utal arra, hogy a kérdéses kernelnek mind a monolitikus, mind a mikrokernelek elveit és mechanizmusait alkalmazza; különösen az üzenetcserét (messagepassing) és a nem létfontosságú kódok felhasználói szintre való áthelyezését amellett, hogy néhány ilyen kód teljesítményi okoból a kernelmagba kerül. Példa hibrid kernelekre A Linux lehet ilyen is Windows NT, Win 7 Mac OS kernel Exokernelek Az exokernelek radikálisan új megközelítést jelentenek, és az eredmény egy nagyon kis méretű rendszermag. Gyakorlatilag a programozó tudja eldönteni, hogy a kernel mely részeit kívánja alkalmazni, és így a lehető legpontosabban szabályozhatja a hardware hozzáférések módját, és nem alkalmaz olyan rendszermag részeket, melyekre nincs szüksége. Az exokernelek elve legalább 1995 óta létezik, de még mindig inkább csak fejlesztési és kutatási stádiumról beszélhetünk, és jelenleg még ritkán használják kereskedelmi forgalomban levő vagy elterjedt rendszerekben. Operációs rendszerek, OS (Operating System) Az operációs rendszer a számítógépet működtető szoftver, amely a számítógép indulásakor azonnal betöltődik a számítógép memóriájába: Nélküle a gép - még ha fizikailag hibátlan is - működésképtelen. Az operációs rendszer tölti be a számítógép működéséhez szükséges programokat, vezérli, összehangolja, ellenőrzi a programok működését. Az operációs rendszer általában semmilyen, a felhasználó számára közvetlenül hasznos feladatot (szövegszerkesztés, könyvelés stb.) nem végez, hanem lehetővé teszi az ilyen feladatokat ellátó, felhasználói programok futtatását. Az operációs rendszer feladata az, hogy az ember és számítógép közötti kommunikációt biztosítsa, a számítógép erőforrásait sokoldalúan, gazdaságosan és a lehető legoptimálisabban kihasználja, illetve a számítógép működését ellenőrizze és vezérelje; kezeli a gép különböző perifériáit - monitor, floppy, merevlemez, nyomtató stb. - és végrehajtja a neki szóló parancsokat. A különböző számítógéptípusokhoz nagyon sokféle operációs rendszer létezik, mivel felépítésük és megvalósításuk nagyban függ attól a hardvertől, amelyhez készültek; a több ezer felhasználót kiszolgáló nagyszámítógépes hálózati operációs rendszerektől (Windows NT, Novell, UNIX, VMS) egészen az egyfelhasználós személyi számítógépekéig. Az IBM PC-hez a legelterjedtebbek a DOS és a Microsoft Windows (MS- Windows vagy egyszerűen csak Windows) különböző változatai. Az operációs rendszer képességei és szolgáltatásai alapvetően meghatározzák egy gép használhatóságát. Ezért a felhasználói programok nemcsak adott géptípushoz, hanem adott operációs rendszerhez is készülnek. 10

11 Parancsvezérelt operációs rendszerek Parancsvezérlés: az operációs rendszer parancsot hajt végre, kötegelt (batch) üzemmódban egymás után több egyszerű parancsot hajt végre programot futtat Felhasználói felület: karakteres Prompt jelzés: a rendszer készenléti jelzése: az előző parancsot végrehajtotta, és új utasításra vár. Grafikus felületet használó operációs rendszerek A személyi számítógépek történetében a felhasználói felület fejlődésének következő lépését a Xerox által kifejlesztett, 1981-ben piaci forgalomba került, grafikus felületet használó Xerox Star operációs rendszere jelentette, elterjedését a Macintosh számítógépeknek köszönheti. A Microsoft 1985-ben bocsátotta útjára a Windows 1.0-s, 1987-ben 2.0-s verzióját. (A Windows egészen a Windows 95-ig - mivel a hardvereszközök kezelését a háttérben futó DOS végezte - igazából nem tekinthető a szó szoros értelmében operációs rendszernek, hanem egy, a DOS-ra épülő rendszer közeli programnak, ablakkezelő rendszernek.) A grafikus felhasználói felület (graphical user interface, GUI) jellemzői: felhasználóbarát kezelhetőség, több program egyidejű futtatása (multitasking). A futtatott programok egy-egy téglalap alakú felületet foglalnak el a képernyőn (ablak). Példák: Microsoft operációs rendszerek (Windows 95, 98, Me; Windows NT, 2000, XP; a UNIX és Linux rendszerek X- Window ablakkezelői, MacOS operációs rendszerek. Apple Mac OS X 11

12 KDE - SuSE Linux 8 Microsoft Windows XP Adat és információ Az adat és információ az informatika világában a két rokon, de nem azonos fogalom. Ugyanakkor a köznyelv sokszor nem tesz különbséget köztük, ezért érdemes tisztázni, hogy melyek a lényegi eltérések. Az adat egy jelsorozat, ami sokszor csak megfelelő eszközökkel érzékelhető. Mivel közege, formája változó, így lehet egy kiejtett szó, egy leírt szám vagy akár egy bitsorozat is. Az adatok az esetek döntő többségében rögzíthetők, elraktározhatók és sokszorozhatók, aminek eredményeként eltérő helyen és időben többek számára válnak hozzáférhetővé. Az információ az adat(ok) egyéni értelmezése, amit az adat(ok)ból a felhasználó megért, amit az adat számára jelent. 12

13 Az adat és az információ tehát különbözik egymástól. Úgy is fogalmazhatunk, hogy az adatok objektíven létező dolgok, amelyekből a személyek - ismereteik, képességeik alapján - szubjektív információt képeznek. Rendszerint ugyanazt az adatot többféleképpen lehet értelmezni, mindenki más információt szűrhet le belőle. Teljes iparágak - hírszerzők, régészek, pszichológusok és persze informatikusok - dolgoznak azon, hogy választ találjanak arra a kérdésre, hogy hogyan lehet a rendelkezésre álló adatokból helyes információkat kinyerni. Manapság, amikor szinte minden technikai feltétel adott a kommunikációhoz, az emberiség egyik legégetőbb gondja, hogy tudunk-e egymással kommunikálni. Az ember szeretne valakivel valamit közölni, van tehát egy átadásra váró információja. De csak adatokat (hangokat vagy írásjeleket) tud közölni, ezért a továbbítandó információt jelsorozattá (szavakká, mondatokká) alakítja. A jeleket a másik fél felfogja, majd egy újabb transzformációs lépéssel információvá alakítja át. Gyakorlat és tapasztalat kell, hogy a kapott adatot jól értelmezzük, ugyanarra gondoljunk, amit a másik fél közölni akart velünk. Mindkét átalakítási folyamatban rengeteg egyedi és megismételhetetlen tényező játszik szerepet, így a kommunikációs folyamatban részt vevők előélete, iskolázottsága, korábbi és aktuális helyzete, körülményei, egymáshoz való viszonyuk, és még sorolhatnánk. Ebből adódóan látszik, hogy a sikeres kommunikáláshoz törekednünk kell az egyértelműségre. Hálózatok felépítése és típusai A számítógép hálózat egymással összekapcsolt számítógépek rendszere. Ez az összekapcsolás valamilyen hálózati kábelen keresztül vagy rádiócsatorna (mikrohullámú, műholdas kapcsolat) segítségével történhet. Ma divatos szlogen szerint a HÁLÓZAT maga a számítógép. A számítógép hálózatok létrejöttének legfőbb céljai az erőforrások megosztása, az üzembiztonság fokozása, valamint a takarékoskodás volt. Az erőforrás megosztás azt jelenti, hogy a hálózatba kapcsolt számítógépeken tárolt programok, adatok a hálózatból bárhonnan elérhetők, a háttértárolókhoz, nyomtatókhoz, egyéb berendezésekhez távolról is hozzáférhetünk. Az üzembiztonságot egy számítógép hálózat megléte azáltal növelheti, hogy valamely egység meghibásodásakor annak kieső funkcióit egy - a hálózatba kapcsolt másik - számítógép veheti át. Számítógép hálózat alkalmazása azáltal lehet takarékos, hogy az egyenként viszonylag olcsó egységek összekapcsolásával létrehozott rendszer olcsóbb - sokszor lényegesen olcsóbb - lehet, mint egy hasonló teljesítményű (szuper)nagyszámítógép. Ebből a megközelítésből adódik az a jelenleg általános és elsősorban a fejlett információtechnológiával rendelkező országokban megfigyelhető gyakorlat, miszerint a jelentős hardvergyártók nem is készítenek olyan PC-t, amelyikbe valamilyen hálózati kapcsolatot biztosító eszközt ne építenének be. Így jött létre a NetPC, amely az előbb említett követelményeket elégíti ki, ugyanakkor megmarad teljes értékű, önállóan is funkcionáló PCnek. Ettől elvi megközelítésében teljesen eltérő koncepció a Network Computer (NC), amely csak a hálózatra kapcsolva funkcionál, ilyenkor viszont felhasználói szemszögből megítélve pont ugyanazon feladatok elvégzésére alkalmas, mint egy átlagos PC, de alacsonyabb becsült költséggel. A számítógépek összekötése iránti igény akkor vált széleskörűvé, amikor egyre többen és egyre több PC-t kezdtek a mindennapi munkában használni, ahol ennek eredményeként mind hardver, mind szoftver tekintetében bizonyos meghatározott igények kielégítése, feladatok elvégzése szükségessé tette a gépek specializálódását. Egyes csoportok némely számítógép- 13

14 erőforrást azaz háttértárolót, adatbázist vagy programot, nyomtatót, újabban kommunikációs kapcsolatot (pl. fax) közösen kívántak használni, amihez az érintett gépek fizikai összekapcsolására volt szükség. Napjainkra egyre inkább megfigyelhetővé vált a hagyományos értelemben vett számítástechnika és a korszerű távközlésben alkalmazott eszközök, eljárások közeledése, összeolvadása. Ennek tipikus példája a GSM telefonkészülék és a zseb-pc egyetlen eszközbe történő egyesítéseként széles körben elterjedt okostelefon vagy smart phone kategória. Hálózatok általános felépítése / OSI modell / Ahhoz, hogy egy hálózat bármely két tetszőleges gépe az említett cél(ok)ból kommunikálni tudjon egymással, az érintett számítógépek és a hálózat egyéb elemeinek bonyolult együttműködésére van szükség. Ha különböző gyártótól származó vagy más okból eltérő rendszerek között szeretnénk kapcsolatot létrehozni, akkor ezeknek egységesen, más szóval szabványosan kell működniük. Ennek révén biztosítható, hogy a megfelelő szabványoknak eleget tevő termékek megértik egymást, azonos nyelvet beszélnek. A hetvenes évek végén kezdődött az a munka, amelynek révén a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) elfogadta az un. OSI (Open System Interconnection - nyílt rendszerek összekapcsolása) referenciamodellt. Ez a modell nem egy hagyományos értelemben vett szabvány, ahol konkrét megvalósításokat definiálnak. Inkább tekinthető egyfajta ajánlásnak, ahol a folyamat elvi keretrendszerét írták le. Minthogy az OSI modell rendszerek összekapcsolását tárgyalja, így a számítógépek közötti adatkommunikációval szélesebb értelemben foglalkozik. Itt rendszer alatt annak az egy vagy több számítógépnek és az ezekhez kötődő programoknak, perifériáknak, termináloknak, operátoroknak, fizikai folyamatoknak, átviteli eszközöknek stb., az együttesét értjük, amely önálló módon képes az információ feldolgozására és/vagy átvitelére. Annak érdekében, hogy különböző gyártók különböző típusú berendezései együttműködhessenek, közösen elfogadott szabványokra és/vagy ajánlásokra van szükségünk. Ha két gyártó eszközei azonos szabvány/ajánlás előírásokat figyelembe véve készülnek, akkor ezek az eszközök - szerencsés esetben - képesek az együttműködésre. Amennyiben egy szabványt vagy ajánlást annak kidolgozói szabaddá tesznek - vagyis publikálják, és alkalmazásáért nem vagy csak minimális licensz-díjat kérnek -, akkor nyílt szabványról beszélünk. Ha az alkalmazott eszközök együttműködése csupán ilyen nyílt szabványok betartását igényli, akkor az adott eszközt nyílt rendszerű berendezésnek tekintjük. Nyílt rendszerű szabványokat gyakran nemzetközi, non-profit intézmények dolgoztak és még ma is dolgoznak ki. A hálózati szabványosításban jelentős szerepet játszik a már említett ISO, valamint az ENSZ keretei között létrejött CCITT (Consultative Committee on International Telephony and Telegraphy). Ugyancsak fontos szabványosítási feladatokat lát el az amerikai IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) szervezet. Az ISO által ajánlott OSI modell hét rétegből épül fel, amelyet az alábbiakban ismertetünk (terjedelmi okok miatt) természetesen csak vázlatosan. 1. Fizikai továbbítás /physical layer/ A számítógépeket összekötő fizikai csatorna (vezeték, rádiócsatorna), másnéven az átviteli közeg, valamint azon illesztők összessége, amelyek a számítógép által bitfolyam formájában küldött információkat ezen a csatornán továbbítható jelekké alakítják. Ilyen eszközök a 14

15 különböző vezetékek, kapcsoló berendezések, hálózati kártyák, modemek, ISDN- vagy X.25. illesztők. 2. Adatkapcsolati réteg /datalink control layer/ A megbízható átvitel érdekében a küldő felől érkező bitfolyamot célszerű egyforma hosszúságú (inkább rövid) adatkeretekre /data frame/ tördelni, amelyek hibajavító információt is tartalmaznak. A kommunikáció során egyszerre egy adatkerettel történik az átvitel, amelyet a címzett érkezéskor meghatározott üzenettel és időn belül nyugtáz. Ha ez nem történik meg az adatkeret újra elküldésre kerül. 3. Hálózati réteg /network layer/ Két számítógép között a kapcsolat létrehozható közvetlen (direkt) módon ill. több közbeeső kapcsoló-berendezésen keresztül is. Ezek a kapcsolók is számítógépek, mégpedig olyan üzenet-továbbító célszámítógépek, amelyek az üzenet szempontjából a hálózat csomópontjai vagy állomásai. Azon állomások összességét, melyet egy üzenet érint az indulástól a célig, útvonalnak /route/ nevezzük. A hálózati réteg feladata az útvonal kiválasztás biztosítása. 4. Végpontok közötti átvitel, szállítási réteg /transport layer/ Ennek a rétegnek a feladata, hogy az adatátvitel során a megbízható kapcsolat jöjjön létre a két végpont között. Erre azért van szükség, mert több lehetséges útvonal esetén az egymásután indított adatcsomagok hibás sorrendben is megérkezhetnek, amelyeket megfelelően rendezni kell. Ugyanakkor esetleges adatvesztés esetén a küldő féltől az adott csomag ismételt elküldését kell kezdeményezni. Ez a réteg határozza meg a szolgáltatás jellegét és minőségét. A szállítási réteg a hálózati réteg szolgáltatásait kihasználva két végpont között egyszerre több útvonalat is létrehozhat, miáltal nő az átbocsátóképesség. 5. Kapcsolatfelépítés /session layer/ Ezt a réteget viszonyrétegnek is szokták nevezni, mivel ez biztosítja a felhasználói programok számára a hálózat láthatóságát. Ezen funkció segítségével kezdeményezheti egy program az előző négy réteg általi szolgáltatások elérését, a hálózati kommunikáció létrejöttét, a kapcsolat felépítését és a megbízható adatforgalmat. 6. Megjelenítési réteg /presentation layer/ A kommunikáció során az átvitt adatokat a felhasználó számára is megfelelő módon - szabványos kódolással - kell előállítani, annak érdekében, a felhasználói programok azonnal értelmezni tudják azokat. Esetlegesen egyéb kódolási feladatot is elláthat ez a réteg, mint pl. titkosítás. Ennek szerepe egyre jelentősebb a nyilvános hálózatok esetén. 7. Alkalmazási réteg /application layer/ Az ide sorolható programok, amelyek gyakran beépülnek a különböző operációs rendszerekbe is, teszik lehetővé, hogy a felhasználó igénybevehesse más számítógépek erőforrásait ill. kommunikálhasson más számítógépek felhasználóival. 15

16 OSI modell felépítése ADÓ VEVŐ Adat Alkalmazás Adat Alkalmazás 7. R É T E G E 1. K adatátviteli közeg Minden hálózatba kötött számítógép hálózati felépítésének meg kell valósítania mind a hét réteghez rendelt funkciókat. A modell filozófiája szerint az egyes gépek azonos rétegei kommunikálnak egymással, ugyanakkor amíg az egyik gép felhasználói szintjétől kiindulva egy információ eljut a másik gép felhasználójához, addig áthalad az összes többi rétegen is. Ennek eredményeként a megfelelő programrészek között egy virtuális csatorna alakul ki, amelyben az egyes rétegek funkciói az alacsonyabb rétegek szolgáltatásain keresztül érhetők el. Az adó oldalon minden réteg a továbbítandó adat elejére helyez egy fejlécet. Az ebben lévő információ kimondottan az adatkapcsolatban részt vevő másik fél azonos rétegének szól. E folyamat során egy adatcsomag akár a négy-ötszörösére is meghízhat, mire a hálózatba kerül. Fordított az eljárás a vevő oldalon a vett adatcsomagokkal. Az egyes rétegek értelmezik a nekik szóló fejlécet és a felsőbb réteg felé már ezt levágva, e nélkül továbbítják a maradékot. A fejléc megvizsgálásakor dől el az is, hogy egyáltalán szükséges-e a továbbküldés. Ahogy az információ áthalad a rétegeken, más-más néven szoktak rá hivatkozni. A fizikai réteg kimenetét bitsorozatnak, az adatkapcsolati réteg által szolgáltatott adatot pedig keretnek (frame) nevezik. Az egyes rétegek funkcióit megvalósító szabályrendszert ill. a konkrét programelemeket együttesen protokolloknak nevezzük. Hálózatok osztályozása A hálózatokat különböző szempontok szerint osztályozhatjuk, mi ezek közül hét fő jellemzőt emelünk ki. 1. Hálózatok kiterjedése A számítógép hálózatokat különböző csoportokba sorolhatjuk. A legegyszerűbb, könnyen értelmezhető csoportosítási alap a fizikai kiterjedés. A hálózat fizikai kiterjedése ugyanakkor erősen befolyásolja az alkalmazott adatátviteli technológiát is. A csoportok, és főbb jellemzőik a következők: 16

17 Helyi hálózat - Local Area Network: LAN - Az átívelt távolság tipikusan m, az adatátvitel sebessége Mbit/sec. Egy LAN többnyire teljes terjedelmében egyetlen tulajdonos fennhatósága alá tartozik, tipikusan homogén adatátviteli technológiát alkalmaz. Teljes értékű hálózati operációs rendszerrel és általában széles körű védelmi szerkezettel rendelkezik. A PC hálózatok legjellemzőbb típusa. Városi hálózat - Metropolitan Area Network: MAN - E csoportba tartozó hálózatok tipikus kiterjedése az km tartományba esik, sokszor egyetlen városra korlátozódik, azon belül néhány intézményt kapcsol össze. Az összekapcsolt számítógépek gyakran eltérő adatátviteli technológiát alkalmaznak. Tipikus adatátviteli sebességnek a Mbit/sec tekinthető. Egyre inkább eltűnő kategória, határai összemosódnak az egyre nagyobb távolságokat áthidalni képes LAN-nal. Nagyterületű (-kiterjedésű) hálózat - Wide Area Network: WAN - WAN-nak nevezzük az országokon belül, illetve országokat (kontinenseket) összekötő hálózatokat. Tipikusan több tulajdonos/szolgáltató felügyelete alá tartozik, gyakran nagymértékben különböző, teljesen eltérő adatátviteli technológiák együttműködését igényli. Jellemző adatátviteli sebessége, elsősorban a kontinensek közti nagykapacitású gerincvezetékek esetében a Mbit/sec. Internet - világhálózat - Különleges nagy kiterjedésű hálózat, amely azonos technológián (szabványokon) alapszik. Jellemzőit külön fejezetben mutatjuk be. Intranet - Az Internet technológián alapuló belső hálózat. Extranet - Olyan Intranet, amelynek szolgáltatásit engedély alapján külső felhasználók is igénybe vehetik. 2. Hálózati kapcsolat fajtái, topológia A számítógép hálózatokban számítógépeket - más néven hosztokat (host) - kapcsolunk össze. A hosztokat összekötő rendszert gyakran alhálózatnak is nevezik. Egy-egy alhálózat adatátviteli csatornákból és az ezeket kezelő speciális egységekből áll. Egy hálózaton belül a számítógépek különféle módon kapcsolódhatnak egymáshoz. Alapvetően kétféle hálózati kapcsolat-típust különböztetünk meg: a pont-pont kapcsolatú illetve az üzenetszórásos hálózatot. A pont-pont kapcsolatú hálózatban egy hoszt egy másik hoszttal közvetlen összeköttetésben áll (természetesen egy hoszt egy időben több pont-pont kapcsolatot is fenntarthat). Az hálózatot alkotó pont-pont kapcsolatok topológiája (a lehetséges összekötési módok) alapján az hálózatot tovább csoportosíthatjuk. Csillag, gyűrű, teljes, fa, illetve szabálytalan hálózatokról beszélhetünk. csillag gyűrű teljes fa szabálytalan Az üzenetszórásos hálózatban valamennyi számítógép egyetlen adatátviteli csatornára kapcsolódik. Ilyenkor az adást minden hoszt egyszerre hall(hat)ja. A jellemző kapcsolati kialakításokat mutatja a következő három ábra. 17

18 Busz (sín vagy soros) elrendezés Gyűrű topológia Csillag topológia Az utolsó ábrán bemutatott csillag kialakítású hálózatban látható egy olyan kitüntetett pont, amelyhez az összes többi elem kapcsolódik. Minden adatforgalom áthalad ezen a központon amit hub-nak nevezünk. Ez a hub lehet aktív vagy passzív. Utóbbi esetben pusztán az egyes ágak közti elektromos összeköttetést biztosítja, amikor is az egyes csomópontoknak kell a kapott üzeneteket feldolgozniuk. A csillag topológiájú hálózat csak ebben az esetben sorolható az üzenetszórásos típusba. Ha ez a központi eszköz intelligensebb - jellemzően aktív elem esetén -, akkor a kapott üzenetet csak a szükséges irányba továbbítja és esetleg egyéb hálózat felügyelő funkciót is ellát. Ilyenkor természetesen csak a megfelelő pontok között jön létre adatkapcsolat. Az ilyen intelligens hub-ot kapcsolónak (switch) nevezzük. A csillag topológia fontosabb jellemzői: a hálózati hibák egyszerűen felkutathatók 18

19 az egyes végpontok vagy a kábelek hibája miatt nem áll le a teljes hálózat, a központi vezérlő meghibásodása viszont az egész hálózat üzemképtelenségét jelenti általában a legtöbb kábelezést igényli A busz (sín, soros) felépítésű hálózat állomásai egy közös kommunikációs csatornához kapcsolódnak. A csatornán áthaladó jelet minden eszköz érzékeli és maga dönti el, hogy felhasználja azokat vagy sem. A busz topológia fontosabb jellemzői: a hibák megkeresése, kijavítása nehézkes (nem lévén központi eszköz) a hálózat teljes adatforgalma a kábel bármely pontjáról megfigyelhető vezetékszakadás esetén a teljes hálózat leáll kiépítése a leggazdaságosabb Ha a soros felépítésű hálózat két végét összekötjük, akkor kapjuk a gyűrű elrendezést. A gyűrűn haladó jeleket az állomások mindegyike veszi, majd eldönti, hogy neki szól-e a küldött információ. Ha nem, akkor a vett jelet frissítés után továbbadja. Egy gyűrű topológiájú hálózatban az egyes elemek pont-pont kapcsolatban álló jelismétlők zárt köre. A gyűrű topológia fontosabb jellemzői: egy állomás kiesése vagy a gyűrű szakadása a hálózat leállásához vezet költséges a kiépítése az alkalmazott hibamegelőző és -kezelő eljárások miatt A nagyobb, több LAN-t egybefogó hálózatoknál egyre inkább terjed a vegyes felépítés. 3. Adatátvitel jellemzői Két pont között adatokat sokféleképpen továbbíthatunk. Beszélhetünk párhuzamos (parallel) átvitelről, amikor egy-egy elemi adatcsoportot - több vezeték felhasználásával - egy időben továbbítunk. Ez a fajta adatátvitel költségessége és gyakorlati korlátai miatt a számítógép hálózatokban nem terjedt el, felhasználására tipikus példa a számítógép és nyomtató közötti kapcsolat. Számítógép hálózatokban kizárólag soros (serial) átvitelt alkalmaznak, amikor a továbbítandó digitális adat bitjeit az egyetlen csatornán időben egymás után továbbítják. A soros adatátvitelt tovább bonthatjuk szinkron (syncronous) és aszinkron (asyncronous) típusúra. Szinkron átvitel esetén az adó és vevőáramkörök a kapcsolat teljes ideje alatt összehangoltan működnek. Ehhez az időzítések igen szigorú betartása szükséges. Ez csak úgy biztosítható, ha az adatátvitel során alkalmanként úgynevezett szinkron karakterek átvitele is megtörténik. Aszinkron adatátvitelnél az adó- és vevőáramkörök időbeli stabilitása csak rövid időre - csak egy-egy karakter átvitelére - biztosítható. De ehhez is az szükséges, hogy az átvitel során úgynevezett start/stop biteket alkalmazzanak, amelyek átvitele viszont csökkenti az átvitt hasznos információ mennyiségét. 19

20 Az adatátviteli csatornákat osztályozhatjuk annak alapján is, hogy a csatorna végpontjain elhelyezkedő berendezések egyszerre adhatnak és vehetnek-e adatokat, vagy sem. E csoportosítás alapján három kategóriát különböztethetünk meg: Szimplex adatátvitelről beszélünk, ha adatok csak az egyik végpontból a másikba áramolhatnak. Félduplex (half-duplex) adatátvitel során az adatok az egyik végpontról a másikra és viszont is áramolhatnak, de egy adott időpontban csak az egyik irányba. Duplex (full-duplex) adatátvitelről akkor beszélünk, ha az adatok mindkét irányban egyszerre haladhatnak az adatátviteli csatornában. 4. Átviteli közeg Osztályozhatjuk az adatátviteli csatornát a fizikai közeg típusa szerint is, mely lehet vezetékes vagy vezeték nélküli. Vezetékes A legtipikusabb átviteli mód, mely legtöbbször sodrott vagy csavart érpár illetve koaxiális kábel révén valósul meg. Mind gyakrabban találkozhatunk üvegszálas hálózatokkal is. A csavart érpár - más néven UTP (Unshielded Twisted Pair) - első megközelítésben két szigetelt rézdrót, egymásra sodorva, teljesen olyan, mint amilyet a telefonhoz is használnak. A csavart érpár általában nem árnyékolt, ezért érzékeny a zavarokra. Az érpárokat többszörözik és oly módon sodorják, fonják össze, hogy zavarérzékenységük és kisugárzásuk jelentős mértékben csökkenjen. Ma már 100 Mbit/sec adatátviteli sebességig alkalmazható a csavart érpáras kábelezés, amely irodai környezetben, néhányszor száz méteres, kis területre kiterjedő hálózatokban jól használható. A koaxiális kábel drágább, mint a csavart érpár, viszont mentes annak hátrányaitól. Koaxiális kábel esetén egy rézhuzalt szigetelőréteg fog körbe, azt az árnyékolás (fólia vagy fémszálból font szövet) burkolja, kívülről pedig egy műanyag szigetelőréteg fedi az egészet. Koaxiális kábelt sok más helyen is használnak, így több fajtája létezik. Hullámellenállásuk alapján osztályozzák őket, a számítógépes hálózatokban az 50, 75 és 93 ohmos kábeleket használják. A leggyakoribb, 50 ohmos kábellel építik ki az un. Ethernet hálózatokat (a vékony kivitelű kábel jele RG-58, a 75 ohmos koaxiális kábelt elsősorban a kábeltelevíziókhoz használják). Előnyei közül kiemelhető, hogy fizikailag lényegesen ellenállóbb, mint a csavart érpár. A külső zavarokra kevésbé érzékeny és hétköznapi módszerekkel valamivel nehezebben hallgatható le. Koaxiális kábelen 100 Mbit/sec adatátviteli sebesség érhető el; a hálózat hossza ezer méteres nagyságrendű. Jelenleg a legdrágább, de a legjobb kábel az optikai szál. Hasonlóan a koaxiális kábelhez, itt is van egy középső vezető szál, de ez fényt vezető üveg vagy műanyag. Az optikai szálat fényvisszaverő burkolat veszi körül, legkívül pedig egy védőhuzat burkolja. A kábel önmagában is nagyon drága, még költségesebbek azonban a hozzátartozó kiegészítő eszközök. A szerelése közel sem olyan egyszerű, mint az előzőekben ismertetett kábeleké. Az említetteket leszámítva azonban csak előnyöket kínál az optikai kábel. Az átviteli sebesség alsó határa 100 Mbit/sec, a felső határa pedig jóval 100 Gbit/sec felett van. Hatótávolsága is messze a legnagyobb, akár 100 kilométer hosszú hálózat is építhető belőle, több száz csomóponttal. Adatbiztonsága mind közül az optikai kábelnek a legjobb: sem lehallgatni, sem zavarni nem lehet. A kábelek közül ennek a sávszélessége kiemelkedően a legnagyobb. 20

21 Egy hálózat vegyes kábelezéssel is kiépíthető. A nagyobb terhelésű vagy biztonsági szempontból kényesebb részeket építhetjük optikai kábellel, míg a kisebb igényű munkaállomásokat a legolcsóbb módon köthetjük be a hálózatba. A különböző hálózatokban a hosztok valamilyen illesztőegységgel csatlakoznak a kábelre, az adatátviteli csatornára. Ezeket sokszor az un. hálózati kártyára szerelik. Vezeték nélküli Vezeték nélküli hálózatok esetén fény (lézer), illetve rádiós átvitelt használnak. Ez utóbbi esetben nagy(obb) távolságra mikrohullámú, illetve műholdas megoldásokat, rendszereket alkalmaznak. 5. Átvitelvezérlés A bemutatott különböző topológiájú hálózatok speciális probléma megoldását igénylik; nevezetesen annak vezérlését, hogy az egyes hosztok közül egy adott pillanatban melyik használhatja adásra a közös adatátviteli csatornát. A csatornaelérésnek három alapvető módszerét különböztetik meg. Létezik a véletlenalapú, az osztott, valamint a központosított vezérlés. Egy másik lehetséges felosztás (az előbbi analógiáján) megkülönböztet versenyeztető, lekérdezős és vezérjel-továbbításos eljárást. Mindegyik eljárásnak megvannak a maga sajátos előnyei és hátrányai, az alkalmazás helyétől, a felhasználás céljától függ, hogy melyiket érdemes, illetve lehet használni. A kábelezés, a hálózat topológiája pedig befolyásolja, olykor pedig meg is határozza, hogy melyik alkalmazható. Véletlenen alapuló átvitelvezérlés Ebben a rendszerben az egyes állomások bármikor adhatnak - legfeljebb nincs szerencséjük. Egyik megvalósítása hosszú névvel bír: ütközést jelző, vivőérzékeléses, többszörös hozzáférés (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD). Egy CSMA/CD rendszerben az adni kívánó állomás belehallgat az átviteli közegbe, ez a vivőérzékelés. Ha éppen ad valaki, akkor vár, ha pedig csend van, akkor elkezdi adni az üzenetet. Ez utóbbi a kábelen keresztül minden állomáshoz eljut, a címzett átveszi és feldolgozza azt. Előfordul, hogy egyszerre több állomás kezd el adni, ekkor jön létre az ütközés. Az állomások ilyenkor abbahagyják az adást. Az ütközés észlelését követően az adni próbáló állomás egy véletlenszerűen meghatározott időtartam után kezdi el ismét az adást. Ez a módszer a legegyszerűbb vezérlőszoftverrel is megelégszik, olyannal, amelynek kevés adminisztrálási feladata van, s így meglehetősen gyors. Ha a hálózat forgalma kicsi, meglepően nagy adatátviteli sebesség érhető el, nagy forgalom esetén azonban exponenciálisan nő a hozzáférési idő. A hálózati forgalom nem tervezhető előre, legfeljebb becsülhető. Ennélfogva olyan eszközök, amelyek meghatározott időtartamonként igényelnek információt, vagy szolgáltatnak adatot, nem köthetők be az ilyen típusú hálózatba. Nincsenek kitüntetett állomások, nem lehet sürgős, más üzenetet megelőző információkat küldeni, nincsenek elsőbbséget biztosító lehetőségek. 21

22 Osztott átvitelvezérlés Ez megfelel a vezérjel-továbbításos módszernek. Lényege, hogy van egy vezérjel (token), amely állomásról állomásra szabályosan körbehalad a gyűrűn. Ezt a jelet minden állomásnak meghatározott határidőn belül továbbítania kell. A vezérjel jelentése lehet szabad vagy foglalt; az utóbbi információt is tartalmaz. Ha egy állomás szabad vezérjelet vesz és van valami üzennivalója, akkor a jelzőt foglaltra állítja, a vezérjelhez hozzáragasztja az üzenetét és úgy küldi azt tovább. Ha pedig nincs küldenivalója, akkor az üres, szabad vezérjel megy tovább. Az adattal felszerelt, foglalt vezérjelet keretnek nevezik. A hálózat állomásai logikailag gyűrűt alkotnak, minden állomás tudja az őt megelőző és követő címet. A hálózati adatforgalom nagyon jól tervezhető, meg lehet határozni, hogy mikor kerül egy-egy állomáshoz üzenet, így automata eszközök is beköthetők a hálózatba. Nem véletlen, hogy több automatizált gyártó sorhoz kifejlesztett eszköz a vezérjeltovábbításos módszert használja. Ez a módszer mind a hardver, mind pedig a szoftver vonatkozásában intelligens eszközöket igényel, amelyek általában magas árfekvésűek. A nagy hálózati adatforgalom nem lassítja komoly mértékben az egyes állomások működését. Az osztott átvitelvezérlések közé tartozik még az ütközést elkerülő, vivőérzékeléses, többszörös hozzáférés (CSMA/CA), bár besorolható a versenyeztetéses eljárások közé is. Ennél az állomások belehallgatnak a kábelbe és adás után egy meghatározott ideig várnak. Minden állomásnak van egy saját várakozási ideje, amelyet a hálózat állomásainak logikai listáján elfoglalt helye szab meg. Ha egy adott állomás az előző adás befejezése után a saját várakozási ideje alatt nem észlelt adást, akkor rajta a sor. A hálózati forgalom növekedése nem okoz olyan sebességcsökkenést, mint a CSMA/CD eljárásnál, de nagyon kicsi forgalom esetén lassabb a működés és több a holtidő. Központosított vezérlés Alkalmazása nagyobb hálózatokban gyakoribb, mint a kisebb LAN-okban. Ebbe a kategóriába tartoznak a lekérdezéses módszerek, valamint az időosztásos és a vonalkapcsolásos eljárások. Az ilyen vezérlésű hálózatokban mindig van egy központi eszköz, ennek megfelelően a leggyakoribb kiépítési mód a csillag alakzat. A lekérdezéses eljárás során a vezérlőállomás sorban kérdést intéz mindegyik állomáshoz. Ha a megszólított állomásnak van üzenete, akkor azt elküldi a főállomásnak, amely továbbítja az üzenetet a címzettnek. A vonalkapcsolásos eljárás esetében az állomás a vezérlőhöz kérést intéz, amelyben közli, hogy melyik másik állomással szeretne üzenetet váltani. A vezérlő fizikai összeköttetést hoz létre a két állomás között, amelyek ezáltal pont-pont kapcsolatba kerülnek, és közvetlenül, nagy sebességgel képesek egymással kommunikálni. (Így működik a telefonhálózat is.) Az időosztásos hozzáférést (Time-Division Multiple Access, TDMA) soros felépítésű hálózatoknál alkalmazzák. Minden állomás a hálózatban egy meghatározott időszelettel rendelkezik, és csak abban az időben adhat. Kezdéskor a főállomás kibocsát egy szinkronizáló jelet (időzítő üzenetet), amelyhez az egyes állomások igazodni tudnak. Ha a hálózati forgalom kicsi, az átviteli csatorna az idő java részében kihasználatlan, nagyon nagy hálózati forgalomnál viszont nem észlelhető olyan kapacitáscsökkenés, mint a versenyeztetéses eljárásoknál. Pontos vezérlést igénylő eszközök úgyszintén beköthetőek a hálózatba. A főállomás nem csupán az időzítő üzenet kiküldésére szolgál, hanem ez kezeli a prioritásokat, a hibákat és lépteti ki-be az állomásokat. Az állomások felépítése viszonylag egyszerű, a hálózat menedzselése a főállomásra hárul. Gyakran szükséges olyan vegyes hálózatot kiépíteni, amelyben az egyik rész az egyik megoldás előnyeit használja ki, a másik szegmens pedig a másik megoldásét, például egy 22