Hálózati alapismeretek

Átírás

1 Hálózati alapismeretek 2.

2 1. Szakkifejezések 2. Sávszélesség 3. Hálózati modellek

3 Adathálózatok Az adathálózatok a mikroszámítógépekre írt üzleti alkalmazások eredményeképpen alakultak ki. A mikroszámítógépek nem voltak összekötve, így nem lehetett hatékony módszerrel megosztani közöttük az adatokat. A hajlékonylemez segítségével történő adatmegosztás nem volt sem hatékony, sem költség hatékony. A vállalatok felismerték, hogy számítógép-hálózatokkal növelhető lenne a hatékonyság, és pénzt lehetne megtakarítani. A hálózatok korai fejlődése szervezetlenül zajlott. Mindazonáltal jelentős bővülés ment végbe az 1980-as években. Az 1980-as évek közepén létező technológiák különféle hardveres és szoftveres módszerekkel voltak megvalósítva. Minden, hálózati hardvert és szoftvert gyártó vállalat saját vállalati szabványait használta. Ebből fakadóan az új hálózati technológiák nagy része nem volt egymással kompatibilis - nehezen tudtak egymással kommunikálni

4 Adathálózatok Az új technológiák bevezetéséhez nem egyszer le kellett cserélni a berendezéseket. Az első megoldás a helyi hálózati (LAN) szabványok megalkotása volt. A vállalatok így a LAN szabványok által biztosított nyílt irányelvrendszer alapján készítették el a hálózati hardvereket és szoftvereket. Ez azt eredményezte, hogy kompatibilisek lettek a különböző gyártóktól származó berendezések. - további megoldások MAN, WAN Processzorok közötti távolság Processzorok elhelyezése Megnevezés 10cm Nyomtatott áramkörön Alaplap; személyes hálózat (PAN) 1m Nagy számítógépben Számítógép rendszerek 10m Szobában Helyi hálózat (LAN): iroda, osztályterem 100m Épületben Helyi hálózat (LAN): irodaház, iskola 1km Telephelyen Helyi hálózat (LAN): egyetem 100km Országban Nagytávolságú hálózat (WAN): HungarNet 1000km Földrészen Nagytávolságú hálózat (WAN): EU hálózat 10000km Földön Nagytávolságú hálózat (WAN): Internet km Naprendszerben Nagytávolságú hálózat (WAN): Marsjárók

5 Hálózattörténet Kommunikációs lehetőségek időrendben 1890-es években Bell telefonja 1901-ben az első vezeték nélküli transz-atlanti távirat as években AM, FM rádió 1940-es években fejlődik a mikrohullámú kommunikáció 1969-ben útjára indul az ARPA négy egyetemen 1973-ban kifejlesztik a TCP/IP családot évben kb. 10 millió internetes állomás 1999-re az Internet2 gerince IPv6 címzést használ év után több mint 100 millió internetes állomás

6 Hálózati készülékek Közvetlenül egy hálózati szegmenshez kapcsolódnak Végfelhasználói készülékek Hálózati készülékek Végfelhasználói készülékek Számítógép, lapolvasó, nyomtató, stb. Hálózati készülékek Ismétlő Kapcsoló Kiszolgáló Híd Forgalomirányító Modem CSU/DSU Hub Hálózati felhő Internet

7 Hálózati készülékek Hálózati készülékek - minden olyan készülék, amely a végfelhasználói készülékeket összekapcsolva kommunikációra adnak lehetőséget. A hálózati készülékek szállítási lehetőséget biztosítanak a végfelhasználói készülékek között továbbítandó adatoknak. Hálózati készülékek szolgálnak a kábeles összeköttetés meghosszabbítására, az összeköttetések összefogására, az adatformátumok átalakítására és az adatátvitel kezelésére. Hálózati kártya - Az állomásokat hálózati kártyák csatlakoztatják fizikailag a hálózat átviteli közegéhez. A hálózati kártyát hálózati adapternek is szokták hívni. A notebookok hálózati kártyája általában egy PCMCIA kártya. Minden hálózati kártyát egy egyedi kód azonosít, amelynek neve MAC-cím (Media Access Control, közeghozzáférés-vezérlés). Ezt a címet az állomás által a hálózaton folytatott kommunikáció vezérlésére használjuk. Ismétlő (Repeater) - Az ismétlő a jelek újragenerálására használt hálózati készülék. Az ismétlő újragenerálja az átvitel közbeni csillapítás miatt eltorzult analóg vagy digitális jeleket.

8 Hálózati készülékek Hálózati készülékek Hub (koncentrátor) - A hub összefogja a hálózati kapcsolatokat. A hub lényegében több portos ismétlő. A hubok és az ismétlők között különbség általában csak a portok számában van. Egy átlagos ismétlő két porttal rendelkezik, míg a huboknak általában 4 24 portjuk van. Híd (Bridge) - A híd a LAN-ok között teremt kapcsolatot. Ellenőrzi is az adatokat, hogy megállapítsa, át kell-e haladniuk a hídon. A hidak a bejövő keretben található MAC-címtől függően szűrik, továbbítják vagy elárasztással küldik tovább a kereteket. Kapcsoló (Switch) - A kapcsolókat többportos hidaknak is nevezik. Az átlagos hidakon sokszor csak két port található, ezekkel két hálózati szegmenst lehet összekapcsolni. Egy kapcsoló több porttal rendelkezik, ezekre több hálózati szegmens is kapcsolódik. Olyan hálózati készülék, amely a célcím alapján szűri, továbbítja, vagy minden portján kiküldi a kereteket. Csak annak a készüléknek továbbítja a keretet akinek szól! Forgalomirányító (Router) - A forgalomirányító minden eddig felsorolt képességgel rendelkezik. Egymástól nagy távolságra lévő LAN-ok összekapcsolására is alkalmas. Feladata a legjobb útvonal kiválasztása és az adatforgalom irányítása.

9 Hálózati topológia A fizikai topológia a hálózat struktúráját adja meg Busz, vagy sín - A busz topológiában egyetlen, mindkét végén lezárt gerinckábelt használnak. Minden állomás közvetlenül ehhez a gerinchez kapcsolódik. Gyűrű - A gyűrű topológiában minden állomás a következőhöz csatlakozik, az utolsó pedig az elsőhöz. Ezzel a kábel fizikailag gyűrűt formál. Csillag - A csillag topológiában minden kábel egy centrális ponthoz csatlakozik. Kiterjesztett csillag - A kibővített csillag topológiában az egyes csillagok a hubok vagy a kapcsolók összekapcsolásával vannak összekötve. Ezzel a topológiával kiterjeszthető a hálózat hatóköre és a lefedettség mértéke. Hierarchikus - hasonlít a kibővített csillagra. Ebben azonban nem a hubok vagy a kapcsolók vannak összekötve, hanem a rendszer egy számítógéphez csatlakozik, amely vezérli a topológián belül zajló forgalmat. Háló - akkor szokás alkalmazni, ha a lehető legnagyobb mértékű védelmet kell elérni az esetleges szolgáltatás kimaradással szemben.

10 Hálózati topológia

11 Hálózati topológia A logikai topológia a kommunikáció módját határozza meg (hogyan kommunikálnak egymással az állomások) Szórásos A hálózati eszközök minden adatot elküldenek minden állomásnak Nincs sorrend a hálózat használatában pl: Ethernet hálózatok Vezérjeles Elektromos vezérjel dönti el az üzenetküldés sorrendjét Sorban minden állomás megkap egy elektronikus vezérjelet Amikor egy állomás megkapja a vezérjelet, megkapja a jogot arra, hogy adatokat küldjön a hálózatban Ha az állomás nem akar adatokat küldeni, átadja a vezérjelet a következő állomásnak pl: Token Ring, FDDI

12 Hálózati protokollok A számítástechnikában a a kommunikációs szabályok összességét nevezzük protokolloknak, melyek nélkül a számítógépek nem tudnának a hálózaton egymással kapcsolatba lépni. Tehát a protokoll a számítógépek hálózaton használt nyelve, a hálózati együttműködés legfontosabb eleme. Protokollok nélkül a számítógép nem tudja előállítani, illetve eredeti formátumára visszaállítani a másik számítógéptől beérkező bitfolyamot Hálózati készülékek közötti kommunikációra vonatkozó szabályok és konvenciók formális leírása. Fizikai felépítés Állomás csatlakoztatása a hálózathoz Átvitelre szánt adatok formátuma Adatok küldése, fogadása Hibakezelés Protokollok szabványosítása számos különböző szervezet és bizottság segítségével IEEE, ANSI, TIA, EIA, ITU, CCITT

13 Helyi hálózat (LAN Local Area Network) Helyi hálózatok ismérvei Földrajzilag korlátozott területen működhetnek Állandó, konkurens hozzáférés a szélessávú közeghez Felhasználó intézmény tulajdonában van, helyi felügyelet mellett Egymáshoz közeli eszközöket kapcsolnak össze A LAN-ok segítségével mód nyílik a számítógépes fájlok és a nyomtatók hatékony megosztására, lehetővé válik a belső kommunikáció. Összetevők Számítógépek, hálózati kártyák, perifériák Hálózati átviteli közeg, hálózati készülékek Technológiák Ethernet FDDI Token Ring LAN eszközök

14 Nagytávolságú hálózat (WAN Wide Area Network) Nagytávolságú hálózatok ismérvei Nagy földrajzi terület lefedése Hozzáférés lassabb, soros interfészeken keresztül Folyamatos, vagy időszakos csatolás biztosítása Egymástól nagyon nagy távolságra levő készülékek összekötése A WAN-ok összekötik a LAN-okat, biztosítva ezzel a távoli számítógépek és fájlkiszolgálók elérhetőségét. Technológiák Modemek Integrált szolgáltatású digitális hálózat (ISDN) Digitális előfizetői vonal (DSL) Frame Relay T1, E1 és T3, E3 Szinkron optikai hálózat (SONET) Szinkron digitális hierarchia (SDH) WAN eszközök

15 Nagyvárosi hálózat (MAN Metropolitan Area Network) Jellemzői Városnyi területet fog át, pl: összekapcsolja a belvárost a külvárosokkal. Legalább két, azonos földrajzi helyen levő LAN-ból áll. pl: a több fiókirodát működtető bankok működtethetnek MAN-t Nyilvános szolgáltatót használnak az összeköttetések biztosításához Vezetéknélküli megoldások is alkalmazhatóak

16 Tároló hálózat (SAN) Dedikált, nagy teljesítményű hálózat, amely a kiszolgálók és a tároló erőforrások közötti adatmozgatásra szolgál Nincs forgalmi ütközés az ügyfelek és a kiszolgálók között Jellemzők Nagy teljesítmény Egyidejűleg két vagy több kiszolgáló is elérheti a háttértárakat Magas rendelkezésre állás Beépített katasztrófatűrés, akár 10km-es távolságból is megkettőzhetők az adatok Skálázhatóság Többféle technológia alkalmazása Egyszerű archiválás, replikálás akár rendszerek között is

17 Virtuális magánhálózat (VPN) Olyan magánhálózat, mely nyilvános hálózatokon (pl. internet) belül jön létre A VPN például arra alkalmas, hogy a távdolgozó távolról hozzáférjen a vállalatközpont hálózatához Biztonságos alagút építhető ki két végpont között VPN típusok Hozzáférési Megosztott infrastruktúrán keresztül biztosítanak hozzáférést Utazó, vagy otthoni felhasználók, kisvállalati felhasználók Intranet-es Megosztott infrastruktúrán keresztül dedikált kapcsolat Saját regionális, távoli telephelyek összekötése belső hálózattal Extranet-es Megosztott infrastruktúrán keresztül dedikált kapcsolat Üzleti partnerek hálózatának összekötése belső hálózattal

18 Intranet és extranet Intranet LAN-ok egyik gyakori konfigurációja Azonosítókkal, jelszavakkal igénybe vehető hálózati szolgáltatások, alkalmazások összessége Az elhelyezett információkat egységesen, böngésző segítségével lehet elérni Extranet Két vagy több intranet stratégiai kiterjesztése Intranetes alkalmazások és szolgáltatások biztosítása üzleti partnerek, külső felhasználók felé megbízható, biztonságos csatornán Azonosítók, jelszavak, alkalmazás szintű védelem használata

19 1. Szakkifejezések 2. Sávszélesség 3. Hálózati modellek

20 A sávszélesség jelentősége Sávszélességnek azt az információmennyiséget nevezzük, amely egy adott időtartam alatt át tud haladni egy hálózati kapcsolaton A sávszélesség jellemzői A hálózatok teljesítményének meghatározó eleme Behatárolják a fizikai törvények és a technológiai korlátok A sávszélesség nincs ingyen, komoly összegeket emészt fel A sávszélesség igény gyorsan nő Szemléltetése Vízvezetékrendszer Sávszélesség = átmérő; eszközök = szerelvények; adat = víz Úthálózat Sávszélesség = utak szélessége; eszközök = táblák; adat = forgalom

21 A sávszélesség mérése A sávszélesség olyan mérőszám, amely megmutatja, hogy adott idő alatt hány bitnyi információ juttatható el az egyik helyről a másikra Alapvető mérőszám a bit/másodperc (bps) Hálózati sávszélesség leírására általában kbps, Mbps, Gbps mértékegységeket használunk Sebesség sávszélesség A sebesség nem ugyanazt jelenti, mint a sávszélesség Egy nagy sávszélességű kapcsolat is lehet lassú, ha csak töredék részét tudjuk kihasználni (kevés mennyiségű víz ugyanolyan sebességgel áramlik a kis csövekben, mint a nagyokban)

22 Korlátozások A sávszélesség függ az átviteli közeg fajtájától, valamint az alkalmazott LAN és WAN technológiáktól Átviteli közeg Kábel típus Maximális sávszélesség 50 ohmos (vékony) koaxiális kábel 10Base2 10Mbps 185m 50 ohmos (vastag) koaxiális kábel 10Base5 10Mbps 500m CAT-5 UTP kábel 10Base-T 10Mbps 100m CAT-5 UTP kábel 100Base-TX 100Mbps 100m CAT-5 UTP kábel 1000Base-TX 1000Mbps 100m Többmódusú optikai szál (62.5/125μm) 100Base-FX 100Mbps 220m Többmódusú optikai szál (62.5/125μm) 1000Base-FX 1000Mbps 220m Többmódusú optikai szál (50/125μm) 1000Base-SX 1000Mbps 550m Egymódusú optikai szál (9/125μm) 1000Base-LX 1000Mbps 5000m Maximális távolság

23 Átbocsátóképesség Az átbocsátóképesség fogalma a tényleges, aktuálisan mért sávszélességre utal, amely meghatározott hálózati útvonalakra, meghatározott adatok átvitelére vonatkozik Az átbocsátóképességet meghatározzák A hálózati készülékek Átvitt adatok típusa Hálózati topológia Hálózaton dolgozó felhasználók száma A felhasználó munkaállomása, a kiszolgáló terhelése Áramellátás Átbocsátóképesség digitális sávszélesség

24 Átvitt adatmennyiség és átviteli idő Számítható értékek Átviteli idő = fájlméret / sávszélesség Legjobb letöltés ideje A fájlméret és a leglassabb kapcsolat maximális sávszélességének hányadosa T = S/BW Tipikus letöltés ideje A fájlméret és az aktuális átbocsátóképesség hányadosa T= S/P Figyelembe kell venni Az eredmény csak becslés, lévén a méretben nincs benne a beágyazással járó többletterhelés Az eredmény csak az optimális körülmények között érvényes Pontosabb a becslés, ha sávszélesség helyett mindenhol az átbocsátóképességgel számolunk

25 Analóg és digitális jelkezelés Analóg jelkezelés Az analóg sávszélességet azzal mérjük, hogy az egyes jelek mennyit foglalnak el az elektromágneses spektrumból Egysége a hertz (Hz), vagyis másodpercenkénti periódusszám Sokféle információ átvitelére alkalmasak Az analóg jelek nem tömöríthetők egy szűkebb sávba Digitális jelkezelés A digitális sávszélességet azzal mérjük, hogy adott idő alatt hány bitnyi információ juttatható el egyik helyről a másikra Egysége a bps, másodpercenkénti bitszám Minden információ bitek formájában kerül továbbításra Egy digitális csatorna korlátlan mennyiségű adat továbbítását teszi lehetővé

26 1. Szakkifejezések 2. Sávszélesség 3. Hálózati modellek

27 Rétegek használata: adatáramlás Adatáramlás esetén tisztázni kell Mi áramlik? Milyen objektumok áramlanak? Milyen szabályok vonatkoznak az áramlásra? Hol történik az áramlás? A rétegek feladata az egyes kérdésekre felelni Hálózat Mi áramlik Formái Szabályok Hely Víz Víz Hideg, meleg, ivó, szenny Hozzáférés Csővezeték Közút Járművek Teherautók, személyautók, motorkerékpárok Postai Tárgyak Levelek, táviratok, csomagok KRESZ és udvariasság Csomagolás és díjazás Utak Postafiókok, hivatalok, kézbesítők Telefon Információ Beszélt nyelvek Használat és udvariasság Telefonkábelek, EM hullámok

28 Rétegek használata: adattovábbítás Adattovábbításhoz a hálózat minden készülékének ugyanazt a nyelvet (protokollt) kell beszélnie Az adatkommunikációs protokoll olyan szabályok és egyezmények összessége, amelyek meghatározzák az adatok formátumát és továbbítási módját Kommunikáció rétegprotokollok segítségével Lineáris adatelőkészítés, azaz minden rétegprotokoll elvégzi a feladatát és átadja az adatokat az alatta levő rétegnek Céloldalon a protokollok visszabontják a forrásoldali csomagot a keletkezéssel fordított sorrendben A célállomás minden rétegének protokollja eredeti formában adja vissza az üzenetet

29 Az OSI modell Szükségesség Korai, szervezetlen fejlődés elszigetelt megoldásokat eredményezett Hálózati inkompatibilitás okozta problémák Létrehozás Az ISO megvizsgálta az ismertebb protokollokat, hogy minden hálózatra használható általános szabálygyűjteményt hozzon létre 1984-ben megszületik az ISO OSI modell A modell előnyei Csökkenti a komplexitást, segíti az oktatást, gyorsítja a fejlődést Szabványosítja az interfészeket, ezáltal támogatja a moduláris tervezést és a különböző technológiákat Jelenleg a hálózati kommunikáció referencia modellje, ezáltal biztosítja a kompatibilitást

30 Az OSI modell Az OSI hivatkozási modell egy keretrendszer, melynek segítségével megérthető, hogyan halad az információ a hálózatban. Az OSI hivatkozási modell bemutatja, hogy hogyan haladnak át a csomagok a különböző rétegeken a hálózat egy másik készülékéhez, még akkor is, ha a feladó és a címzett különböző típusú hálózati átviteli közeget használ. Az OSI hivatkozási modell hét, sorszámmal azonosítható rétegből áll, amelyek mindegyike egy adott hálózati funkciót valósít meg. A hálózat hét rétegre történő felosztása az alábbi előnyökkel jár: A hálózati kommunikációt kisebb, kezelhetőbb részekre osztja. Szabványosítja a hálózati összetevőket, így több gyártó is együttműködhet a fejlesztésben és a támogatásban. Különféle típusú hálózati hardverek és szoftverek is kommunikálhatnak egymással. Megakadályozható, hogy az adott réteget érintő változtatások megzavarják a többi réteg működését. A hálózati kommunikáció kisebb részekre osztásával a technológia könnyebben megérthető.

31 Az OSI modell rétegei Network layer - Hálózati réteg Hálózati címek és legjobb útvonal meghatározása Összeköttetést és útvonalválasztást biztosít két hálózati csomópont között Hálózati címzés és útvonalválasztás Data Link Layer Adatkapcsolati réteg Adatkapcsolat vezérlés, átviteli közeg kezelése Megbízható adatátvitelt biztosít egy fizikai összeköttetésen keresztül. Fizikai címzés, hálózati topológia, közeghozzáférés, fizikai átvitel hibajelzése és a keretek sorrendhelyes kézbesítése, adatfolyam-szabályozás Physical layer Fizikai réteg Bináris átvitel Elektromos és mechanikai jellemzők procedurális és funkcionális specifikációja két (közvetlen fizikai összeköttetésű) eszköz közötti jeltovábbítás céljából

32 Az OSI modell rétegei Presentation layer megjelenítési réteg Adatformátumok A különböző csomópontokon használt különböző adatstruktúrákból eredő információ-értelmezési problémák feloldása Konvertálás, tömörítés, titkosítás MPEG, MIDI, PICT, TIFF, JPEG, ASCII, EBCDIC Session layer Viszony réteg Állomások közötti kommunikáció Alkalmazások közötti viszonyok létrehozása, kezelése és lezárása Simplex, half- és full duplex mód NFS, SQL, RPC, ASP, XWindows Transport layer Szállítási réteg Végponttól végpontig terjedő kapcsolatok Megbízható hálózati összeköttetést létesít két csomópont között. Virtuális áramkörök kezelése, átviteli hibák felismerése, javítása, információ áramlás szabályozása

33 Az OSI modell rétegei Application layer Alkalmazási réteg Hálózati szolgáltatás az alkalmazások számára Az alkalmazások (fájl átvitel, , stb.) működéséhez nélkülözhetetlen szolgáltatásokat biztosítja (pl. fájl átvitel esetén a különböző fájlnév konvenciók figyelembe vétele).

34 Egyenrangú kommunikáció Egyenrangú kommunikáció A forrás egyes rétegei a célállomás megfelelő rétegeivel kommunikálnak Az információcsere alapegysége a protokolladategység (PDU Protocol Data Unit) A forrásszámítógép minden rétege egy, az adott réteghez tartozó PDU segítségével kommunikál a célszámítógép azonos szintű rétegével Minden réteg az alatta levő OSI réteg szolgáltatásait veszi igénybe.

35 A TCP/IP modell Jellemzői Amerikai Védelmi Minisztérium definiálta Gyártó-független, nyílt protokoll Rétegei Hálózat-elérési Állomás hálózat közötti réteg Fizikai összeköttetés megteremtése Internet Csomagok kapcsolása, útválasztás Szállítási Megbízhatóság, adatfolyam - vezérlés, hibakezelés (TCP protokoll) Alkalmazási Megjelenítés, kódolás, párbeszéd kezelés

36 A TCP/IP modell rétegeinek protokolljai

37 Az OSI és TCP/IP modell összehasonlítása Hasonlóságok: Mindkettő rétegekből tevődik össze. Mindkettőben található egy alkalmazási réteg, bár ezek funkciója igencsak különböző. Mindkettőben van szállítási és hálózati réteg, amelyeknek hasonló a funkciójuk. A hálózati szakembereknek mindkét modellt ismerniük kell. Mindkettő a csomagkapcsolás elvén működik. Ez azt jelenti, hogy az egyes csomagok más-más útvonalon is elérhetik ugyanazt a célt. Ezzel szemben léteznek vonalkapcsolt hálózatok, amelyekben minden csomag ugyanazon az útvonalon halad. Különbségek: A TCP/IP-ben az alkalmazási rétegben egyesülnek a megjelenítési és a viszonyréteg funkciói. A TCP/IP a hálózatelérési rétegben vonja össze az OSI modell adatkapcsolati rétegét és fizikai rétegét. A TCP/IP kevesebb rétege miatt egyszerűbbnek látszik. A TCP/IP protokolljaira épült az internet, tehát a TCP/IP modell csak a protokolljai miatt nyert létjogosultságot. Ezzel szemben az OSI modellre épülő protokollokat általában nem használják a hálózatok, bár mindenki az OSI modell alapján gondolkodik.

38 Beágyazási folyamat Ha egy számítógép adatot küld egy másik számítógépnek, akkor először be kell csomagolnia az adatokat a beágyazásnak nevezett folyamattal A beágyazás során a rendszer az adatok elé és után beilleszti a szükséges protokoll információkat Ahogy az adat halad lefelé az OSI modell rétegein, fejrészekkel és lábrészekkel, valamint más információkkal egészül ki Konverziós lépések Adat felépítése Adatok becsomagolása a két végpont közötti szállításhoz A hálózati IP cím elhelyezése a fejrészben Az adatkapcsolati fejrész és lábrész hozzáadása Bitekké konvertálás az átvitelhez

39 Köszönöm a figyelmet!