A tananyagmodul címe Informatika hálózati ismeretek. A tananyagegység címe: Hálózati alapismeretek TÁMOP /

Átírás

1 A tananyagmodul címe Informatika hálózati ismeretek A tananyagegység címe: Hálózati alapismeretek TÁMOP /

2 Szerkesztette: Vinnai Zoltán Lektorálta: Domonkos Sándor A kiadvány a Széchenyi István Térségi Integrált Szakképző Központ fejlesztése TÁMOP / projekt keretén belül készült. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg

3 TARTALOMJEGYZÉK 1. Számítógép hálózatok kialakulása, és kialakításának okai Részcélkitűzések Számítógép hálózatok kialakulása Számítógép hálózatok kialakításának okai Hálózatok csoportosítása Részcélkitűzések Kiterjedés szerint: Felhasználás, illetve hozzáférés szerint: Felépítés szerint: Topológia (összeköttetési mód) szerint: Átviteli sebesség szerint: Átviteli módszer szerint: Kommunikáció iránya szerint: Kapcsolási technika szerint: Hozzáférési mód szerint: Számítógép hálózatok felépítése, alapelemei; Kommunikáció a hálózaton Részcélkitűzések Számítógép hálózatok felépítése, alapelemei Kommunikáció a hálózaton Az ISO/OSI modell Részcélkitűzések Témazáró A fizikai átvitel és eszközei Részcélkitűzések Vezetékes átviteli közegek Vezeték nélküli átvitel A fizikai és az adatkapcsolati rétegek szabványai és gyakorlati megvalósításai Részcélkitűzések Az IEEE 802-es szabvány család LLC logikai kapcsolatvezérlési szabvány A és a Részcélkitűzések

4 8.2 A CSMA/CD szabvány Adat beágyazás/feltárás Közeghozzáférés szervezés FDDI szabvány Halózati kapcsoló elemek Részcélkitűzések Alapfogalmak Eszközök Ethernet Részcélkitűzések Kialakulás Azonosságok és különbségek a és az Ethernet között Vékony Ethernet hálózat jellemzői Vastag Ethernet hálózat jellemzői UTP Ethernet hálózat jellemzői UTP Ethernet hálózatok építése Részcélkitűzések UTP Ethernet hálózatok elemei Patch kábel készítése: Kábelezés Témazáró A TCP/IP protokoll rendszer Részcélkitűzések Alapfogalmak Protokollrendszer Címzés, portok és IP címek Részcélkitűzések Címzés Portok IP címek Az Ipv4 címzés jellemzői: Címosztályok (RFC 1518, RFC 1375) Speciális címek Nem publikus címtartományok (RFC 1597) Alhálózatok Részcélkitűzések Alhálózat Netmaszk megadási módok

5 15.3 Alhálózatra bontás ARP, RARP, fizikai címzés, Útválasztás Részcélkitűzések ARP Address Resolution Protokol (címfeloldási protokoll) RARP Reverse Address Resolution Protocol (fordított címfeloldási protokoll) Útvonalirányítás, hálózati címzés A döntési folyamat lépései: Kapcsolódás az Internetre Részcélkitűzések Kapcsolódás az Internetre NAT Network Address Translation (hálózati címfordítás) Proxy Az IPv Részcélkitűzések Témazáró Tűzfal, DHCP Részcélkitűzések Tűzfal DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol (dinamikus állomáskonfigurációs protokoll) A DHCP alapú hálózati konfigurálás folyamata: Bérleti idő Működési mód Használt portok DNS Domain Name System Részcélkitűzések Címzés Domain nevek Zónák Névszerverek, DNS szerverek Delegálás Névfeloldási folyamat Hálózatkezelés Windows alatt Részcélkitűzések Hálózati információk megtekintése Beállítás Ellenőrzés

6 22.5 Tűzfal beállítás Modulzáró teszt

7 A modul célja: Vinnai Zoltán: Hálózati alapismeretek Megismerni a számítógépes hálózatokkal kapcsolatos alapfogalmakat, alapelveket, megalapozva ezzel a későbbi hálózati ismereteket. Megismerni a jelenleg alkalmazott kábelezési technikákat, eszközeit, az alkalmazott hardver eszközök jellemzőit, felhasználási területeiket. Megismerni a számítógépes hálózatok esetén jelenleg alkalmazott címzési technikát, annak jellemzőit. Mélyebb ismereteket szerezni az IP címzés működéséről. Gyakorlatot szerezni az IP címek kiosztásával kapcsolatban, alhálózatok kialakításáról, tervezéséről. Megismerkedni a hálózatok kapcsán leggyakoribb hálózati szolgáltatásokkal, jellemzőikkel, működési elveikkel. Megismerni és begyakorolni a legalapvetőbb hálózati beállítások megtekintési módjait és beállítását. Megtanulni, hogy hogyan lehet ellenőrizni egy adott számítógép hálózati beállításait. Bemeneti követelmények A modul elsajátításához szükség van informatikai alapismeretekre is. Ismerni kell az operációs rendszerek szerepét, és használatát. Az internet használatának alapjaival is tisztában kell lenni. A megértéshez néhány esetben szükség van hardver alapismeretekre is. Előzetes tudás elismerésének és beszámításának módja A hallgató előzetes tudását a tananyagban található önellenőrző feladatlapok és a tananyag végén található modulzáró feladatlapok segítségével mérjük. Amennyiben a modulzáró feladatot első próbálkozásra legalább 80%-os eredménnyel végzi el, a hallgató számára a modul elvégzése alól felmentés adható. Amennyiben nem éri el a 80%- os eredményt, akkor a sikeres közbenső önellenőrző feladatok alapján az órák meghatározott részeinek látogatása alól adható felmentés. Ebben az 7

8 esetben a hallgató számára kötelező a modulzáró teszt kitöltése ismételten. 1. Számítógép hálózatok kialakulása, és kialakításának okai 1.1 Részcélkitűzések Megismerni a számítógépes hálózat fogalmát, kialakulásának fontosabb állomásait. Legyen tisztába a számítógépes hálózatok kialakításnak okaival. Hálózat: berendezések olyan halmaza, amely lehetőséget biztosít legalább két pont közötti adatátvitelre. Ebben az esetben a berendezés nem feltétlenül számítógép, lehet bármilyen más eszköz is, amely képes egyéb eszközzel információt cserélni. Számítógépes hálózatról akkor beszélünk, amikor számítógépek tudnak egymással információt cserélni. 1. ábra. Számítógépes hálózat 1.2 Számítógép hálózatok kialakulása Az első generációs számítógépek még csak néhány kivételes kutató részére volt hozzáférhető, így a hálózati kommunikációnak nem sok értelme lett volna. 8

9 A második generációs számítógépek még mindig igen drágák voltak ahhoz, hogy szélesebb körben elterjedhessenek. Viszont megjelentek olyan vállalatok, amelyek más cégek részére nyújtottak számítógépes szolgáltatásokat, elsősorban adatfeldolgozást. Ezeket a helyeket nevezték számítóközpontoknak, utalva arra, hogy számításokat végeznek az adatokon. Itt sem beszélhetünk hálózatról, hiszen csak egyetlen nagy teljesítményű számítógép végzett minden műveletet. Közben felmerült az igény, hogy ezen a nagy teljesítményű számítógépen ne csak egyetlen ember dolgozhasson. Megjelentek a terminálok. 2. ábra. Terminál A terminál egy kijelzőből és egy billentyűzetből álló eszköz, amely a központi számítógéphez csatlakozott, és arra szolgált, hogy segítségével utasításokat lehessen adni a nagyszámítógép részére, és az eredmény a kijelzőn jelent meg. Ez azt jelenti, hogy a terminál és a nagyszámítógép között információk áramlanak. Mivel a nagyszámítógéphez nem csak egyetlen terminált kapcsoltak, így egy szobában egyszerre többen is dolgozhattak különböző feladatokon. A központi számítógépen keresztül megoldhatóvá vált, hogy akár egymásnak is küldhessenek üzeneteket, de mivel közel ültek egymáshoz, így nem sok értelme volt. Hálózatról ugyan beszélhetünk, de nem beszélhetünk számítógépes hálózatról, mivel csak egyetlen számítógép, a központi számítógép kommunikált a hozzá csatlakoztatott egyszerű berendezésekkel. 9

10 A harmadik generációs számítógépek megjelenésével változott a helyzet. Egyre több számítógép talált gazdára, vagyis egyre több helyen kezdték alkalmazni a számítógépet. Felmerült az igény, hogy az egyes számítógépeken tárolt információkhoz más számítógépek is hozzá tudjanak férni. Ekkor fejlesztették ki az első számítógép hálózatokat, melyek számítógépek közötti kommunikációt tettek lehetővé. Ezek egymástól különálló kutatások eredményei voltak, vagyis több megoldás is született a hálózati kommunikáció megvalósítására. Ekkor még az volt az alapelv, hogy van egy nagy teljesítményű számítógép, amelyhez terminálok, illetve kisebb teljesítményű munkaállomások vannak csatlakoztatva, a futtatható programok körét pedig központilag szabályozzák. Minden információ a központi számítógépen kerül tárolásra. Amikor megjelentek a negyedik generációs PC-k, úgy nézett ki, hogy ennek a központosított felépítésnek vége, hiszen minden egyes PC számítógép önállóan is bármilyen feladatot el tud látni, nincs szükség a központi számítógépre. Csakhogy ebben az esetben a legnagyobb előnyt veszítjük el, a központosított információ feldolgozást. Ekkor váltak fontossá a számítógépes hálózatok, mivel segítségükkel ötvözhető a központosított adatfeldolgozás és az önálló független munkavégzés. A client - server hálózati architektúrák esetében ugyanis van egy kitüntetett számítógép, a szerver (kiszolgáló), amelynek fő feladata az információ központi tárolása, és vannak a kliensek (ügyfelek, felhasználók), akik külön számítógép előtt ülve elérhetik a közös információkat, de önállóan is képesek feladatokat ellátni. A client server megoldás még ma is viszonylag drága, így a kisebb vállalatok esetében ez nem mindig valósítható meg, de nekik is szükségük lehet arra, hogy a cég néhány számítógépén lévő információkat megosszák egymással. Erre is van megoldás, amit peer to peer, magyarul egyenrangú hálózati architektúrának neveznek. Itt nincs kitüntetett 10

11 számítógép, minden hálózatba csatlakoztatott számítógép azonos szolgáltatásokra képes, vagyis egyben szerver is és kliens is. Ma már ott tartunk, hogy nagyon sok helyen működik kisebb számítógép hálózat, úgynevezett helyi hálózat (LAN). Ha ezeket a LAN hálózatokat összekötik, összekapcsolt hálózatot, angolul internetwork-öt kapunk. A legnagyobb összekapcsolt hálózatot nevezik Internetnek. Ha egy számítógépet csatlakoztatnak erre a világméretű hálózatra, akkor képes a világ tetszőleges pontján lévő másik internetre kapcsolt számítógéppel információt cserélni. 1.3 Számítógép hálózatok kialakításának okai Központosított információ feldolgozás Erről már volt szó az előzőekben. Ha egy cégen belül egy feladat megoldásán egyszerre többen is dolgoznak, akkor arra van szükség, hogy mindenki mindig a legfrissebb információkhoz férhessen hozzá. Különálló gépek esetén ez csak igen nehézkesen valósítható meg. Erőforrás megosztás Ha nagyméretű adathalmazhoz kell sok embernek hozzáférnie, akkor azt is célszerű egy központi helyen tárolni, így nem kell minden egyes különálló gépen helyet biztosítani számukra. Itt a merevlemez, mint erőforrás szerepel, elég egyetlen nagyméretű merevlemez, amin tárolódnak az adatok. Ugyanilyen erőforrás lehet a nyomtató is. Egyetlen nyomtató is kiszolgálhat a hálózaton keresztül több embert is, nem kell minden géphez külön nyomtató elhelyezni. Ebből a szempontból a CDROM is erőforrás lehet, hiszen a központi számítógépek rendszerint lehetővé teszik a CDROM meghajtóban lévő lemezek tartalmának hálózaton keresztüli hozzáférhetőségét is. Bizonyos esetekben a processzor és a memória is lehet erőforrás, ugyanis egyes rendszerek azt is lehetővé teszik, hogy egyes feladatokat, programokat a nagyobb teljesítményű számítógépen hajthassunk végre. 11

12 Gazdaságosság Vinnai Zoltán: Hálózati alapismeretek Az erőforrás megosztás jó példa erre, hiszen például egy személyi számítógép ezred annyiba kerül, mint egy nagy teljesítményű számítógép (mainframe - nagygép), viszont csak kb. tízszer kisebb a teljesítménye. Ez az aránytalanság vezetett oda, hogy a rendszereket egy vagy több kiszolgálóból, és sok olcsó PC-ből építsék fel. Megbízhatóság növelése Nagyon sok olyan alkalmazás van, amelynél akár hardver hiba miatti kiesés óriási veszteségeket okozhat (pl. bank). Ez ellen lehet úgy is védekezni, hogy több azonos funkciójú erőforrásokat alkalmaznak. Például az adatok nemcsak egyetlen számítógépen kerülnek tárolásra, hanem kettő vagy több másik számítógépen is. Így ha az egyikük valamilyen okból nem működik, akkor a többiek közül bármelyik átveheti a szerepét. Új speciális szolgáltatások Itt elsősorban a kommunikáció egyedi formáiról van szó. Ilyen például a számítógépen keresztüli szöveges (írott) kommunikáció, illetve a mikrofonon keresztüli hang kommunikáció, vagy a videó telefonálás, videokonferencia is. Egyre terjednek a csoportmunka támogató programrendszerek is, amelyek összetett lehetőségeket biztosítanak a csoportos munkák elvégzéséhez. 2. Hálózatok csoportosítása 2.1 Részcélkitűzések Megismerje a hálózatok különböző szempontok szerinti csoportosítását, és a hálózatokkal kapcsolatos legalapvetőbb fogalmakat. Megértse a topológiák közötti különbségeket, a logikai és fizikai topológiák fogalmát. Legyen tisztában a különböző kapcsolási technikák alapelveivel, és a különböző átvitelvezérlési módszerekkel. 12

13 2.2 Kiterjedés szerint: LAN (Local Area Network), helyi hálózat. Jellemzője a kis kiterjedés (1 szobától kezdve néhány kilométerig), egyedi kábelezés, és az ebből következő gyors adatátvitel. MAN (Metropolitan Area Network), nagyvárosi hálózat. Jellemzője, hogy több, különálló épületben elhelyezett számítógépeket kapcsol össze, melyek azonos városban helyezkednek el. WAN (World Area Network), nagy távolságú hálózat. Gyakorlatilag a Föld bármely tetszőleges pontjainak összekapcsolását teszi lehetővé felhasználva a nyilvános távközléstechnikai berendezéseket. 2.3 Felhasználás, illetve hozzáférés szerint: Intranet, amely csak az adott vállalat dolgozói számára teszi hozzáférhetővé a saját belső információkat. A hozzáférés történhet LAN, MAN, vagy akár WAN hálózaton keresztül is. Ez egyben zárt rendszer is, hiszen csak egyes kitüntetett személyek használhatják. Internet, amely bárki számára hozzáférhető, vagyis nyílt rendszer. 2.4 Felépítés szerint: Gép gép, amikor két különálló számítógépet kapcsolunk össze. Client server architektúrájú, van egy kitüntetett nagyobb teljesítményű kiszolgáló számítógép, a szerver, és vannak a felhasználók (kliensek, ügyfelek), amelyek a szerver által szolgáltatott erőforrásokat használhatják. Peer to peer, egyenrangú hálózatok, ahol minden számítógép azonos szolgáltatásokat nyújt. 13

14 2.5 Topológia (összeköttetési mód) szerint: Busz (sín), az eszközök egy közös átviteli közegre csatlakoznak, hasonlóan a PC-k buszrendszeréhez. Gyűrű, az eszközök egy gyűrűre vannak felfűzve, ahol az információ rendszerint körbejár. Csillag, az eszközök egy központi elemhez kapcsolódnak és csak azon keresztül kommunikálhatnak. Fa, bármely két összekötött eszköz között egy és csak egy út van, hasonló az alkönyvtár szerkezethez. Teljesen összefüggő, minden eszköz minden másik eszközzel egyedileg össze van kötve. Részben összefüggő, az eszközök között nem csak egy út van, hanem több is lehet. busz gyűrű csillag fa összefüggő Lényeges, hogy külön beszélhetünk fizikai topológiáról, amely a kábelezés módjára utal, illetve logikai topológiáról, amely az információ terjedésének módjára utal. 2.6 Átviteli sebesség szerint: Lassú (1 Mbit/s alatt), általában telefonvonalak felhasználásával történő átvitelre jellemző Közepes sebességű (1 100 Mbit/s), lokális hálózatok sebessége, ma már nem ritka az 1 Gbit/s-es helyi hálózat sem, de a nagy távolságú kapcsolatok sebessége is folyamatosan nő Nagy sebességű (1 Gbit/s felett), speciális nagy sebességű hálózatok, üvegszálas 14

15 2.7 Átviteli módszer szerint: Alapsávú (baseband), modulálatlan jeleket továbbít, tehát az átviteli közegben haladó jel frekvenciája közel azonos a bitsorozat frekvenciájával, csak rövid távra, hang és adat átvitelére alkalmas Szélessávú (broadband), modulált átvitel, ahol a vivő frekvenciája jóval magasabb, mint a bitsorozaté. Általában az átviteli sávot több csatornára osztják, egy tipikus alkalmazása a kábeltelevízió. 2.8 Kommunikáció iránya szerint: Simplex (egyirányú), van egy adó és egy vevő és az információ csak az adótól a vevő felé áramolhat, és ez nem változik Half Duplex (fél duplex, váltakozó irányú), az információ mindkét irányba áramolhat, de egyszerre mindig csak az egyik irányba Full Duplex (kétirányú), az információ egyszerre mindkét irányba áramolhat 2.9 Kapcsolási technika szerint: Vonalkapcsolt, két kommunikáló eszköz között állandó kapcsolat épül ki, mint a telefon esetén. Üzenetkapcsolt, nincs állandó kapcsolat, az információt átvivő hálózat tárolva továbbító egységekből áll, ezek továbbítják az üzenetet egy címinformáció alapján. Az üzenet hossza nincs korlátozva, hasonlóan a postai csomagokhoz. Csomagkapcsolt, hasonló az üzenetkapcsolthoz, de az üzenetek hossza maximált, ezért a hosszabb üzeneteket szét kell tördelni. Nem szükséges tárolva továbbítónak lenni az átvivő hálózatnak. Két változata létezik: Összeköttetés nélküli, a csomagok átvitelét az úgynevezett datagram service (távirat) végzi. Minden csomag 15

16 tartalmazza a teljes rendeltetési címet, külön továbbítódnak, közben sorrendjük is változhat. Virtuális összeköttetéses, a csomagok átvitelét egy virtuális (látszólagos) adatáramkör biztosítja. Ez egy hívás útján létrejövő logikai összeköttetés, amely a bontásig fennáll, a csomagok ezen a rögzített adatúton kerülnek át. Teljes cím helyett csak az adatáramkör azonosítóját kell tartalmazniuk. Hátránya, hogy nem olyan rugalmas, mint a datagram. 3. ábra. Kapcsolási technikák 2.10 Hozzáférési mód szerint: Központosított átvitelvezérlés, egy kitüntetett állomás foglalkozik az átviteli jogok kiadásával. Osztott átvitelvezérlés, mindig csak egy állomásnak van joga adni, de ez a jog az állomások között körbejár. Véletlen átvitelvezérlés, ha egy állomás adni akar, akkor csak az átvivő közeg szabad voltát ellenőrzi, és ha az szabad, akkor ad. 16

17 3. Számítógép hálózatok felépítése, alapelemei; Kommunikáció a hálózaton 3.1 Részcélkitűzések Megismerni, hogy milyen hardver és szoftver összetevői vannak egy számítógépes hálózatnak, valamint megérteni, hogy az egyes elemek között milyen kapcsolat van. Megérteni, hogy két állomás között hogyan is történik a kommunikáció, mit jelent a réteges felépítés, és miért van szükség protokollokra. Megismerni az adatbeágyazás feltárás fogalmát. Megérteni a SAP pontok szerepét és a hálózati architektúra fogalmát. 3.2 Számítógép hálózatok felépítése, alapelemei 4. ábra. Számítógép hálózatok felépítése A számítógép hálózatok célja a felhasználói számítógépek közötti kommunikáció megvalósítása. Ezeket a számítógépeket nevezik host-nak. A hostok úgynevezett alhálózatokon keresztül kommunikálnak egymással. Az alhálózat lehet telefonvonal, de lehet olyan áramkörök összessége, amelyek képesek tárolni az üzeneteket, és kiválasztani a legmegfelelőbb útvonalat az információ célba juttatásához. 17

18 Az információk továbbításához szükség van valamilyen átvivő közegre is, amely fizikailag továbbítja a kódolt információt. Legegyszerűbb esetben az átvivő közeg valamilyen vezeték. Az összetett hálózaton való információ továbbításhoz szükség van még kapcsoló elemekre is, amelyek két vagy több átviteli vonal kapcsolását végzik. Ezeket együttesen IMP-nek (Interface Message Processors interfész üzenet feldolgozóknak) nevezik. Az IMP lehet egy számítógép is, de lehet különálló speciális berendezés is, mint repeater, HUB, bridge, router, gateway. Ezeknek a szerepére a későbbiekben még visszatérünk. A gyakorlatban egy számítógép kétféleképpen csatlakozhat egy alhálózatra. Egyik esetben MODEM-en keresztül, ami a telefonhálózaton keresztül csatlakozik egy másik számítógépre. Másik esetben pedig a számítógépen belül van egy hálózati kártya, ami már közvetlenül csatlakozhat egy helyi hálózatra. A kommunikációhoz a hardver eszközökön kívül szoftverekre, programokra is szükség van. A szoftvereknek több fajtáját különböztethetjük meg. Az IMP-ken futó szoftverek rendszerint firmware-ek, vagyis a PC-k BIOS-ához hasonlóan EPROM-okba beégetett programok, amelyek csak lehetővé teszik a kommunikáció megvalósítását. Ahhoz azonban ez a hostok között is működjön, szükség van olyan operációs rendszerekre, amelyek támogatják a hálózati kommunikáció valamely formáját. Az operációs rendszerek már biztosíthatnak bizonyos kommunikációs lehetőségeket, de igazából a számítógépen futtatható hálózati alkalmazások azok, amelyeken keresztül a felhasználó kihasználhatja a hálózat nyújtotta szolgáltatásokat. 18

19 5. ábra. Szoftver rétegek Összefoglalva, ha egy számítógép előtt ülő felhasználó egy másik távoli számítógépen lévő szolgáltatást szeretne használni (pl. ftp), akkor először is elindítja a saját gépén az ftp használatát lehetővé tevő alkalmazást, ami az operációs rendszer és a hálózati kártya segítségével, az IMP-ken keresztül megteremti a kapcsolatot a távoli számítógép hálózati kártyáján keresztül az ott futó operációs rendszer segítségével az ftp szolgáltatást nyújtó alkalmazással. Így első olvasásra is bonyolultnak tűnik, ráadásul ez csak egy rövid összefoglalás, a tényleges kommunikáció ennél jóval összetettebb, többlépcsős folyamat. 3.3 Kommunikáció a hálózaton Ki kommunikál kivel? Ez elég érdekes kérdés és a válasz sem egyszerű. A felhasználó azt látja, hogy egy másik számítógéppel kommunikál. Viszont láttuk, hogy ez a kommunikáció sok eszközön megy keresztül, és azoknak az eszközöknek együtt is kell működnie. Először is a felhasználó gépén lévő alkalmazásnak kell együttműködnie a távoli gépen futó szolgáltató alkalmazással. Az együttműködés itt azt jelenti, hogy bizonyos szabályokat mindkét oldalnak be kell tartania, különben az egyik oldal esetleg süket fülekre talál. Gondoljunk bele abba a helyzetbe, amikor egy 19

20 idegen országban vagyunk és elkezdünk beszélni a saját nyelvünkön. Ha az illető, akivel beszélünk nem magyar, akkor beszélhetünk estig is, semmi hatása nem lesz. Az alkalmazásoknál is ugyanez a helyzet. Ha azonos nyelvet beszélnek, akkor minden rendben, különben semmi se fog történni. Az alkalmazásoknak tehát ismerniük kell egy azonos szabály rendszert, amelynek segítségével kommunikálni tudnak egymással, ezt a szabályrendszert nevezik protokollnak. Az operációs rendszereknek is kommunikálniuk kell egymással, tehát nekik is szükségük van egy közösen használt, ismert protokollra. Ugyancsak szükség van az IMP-k közötti kommunikációnál is egy közösen használt protokollra. Vagyis elmondhatjuk, hogy a hálózati kommunikáció réteges felépítésű, és minden azonos szinten lévő rétegnek meg kell állapodnia egy egységes protokollban, amit használnak. 6. ábra. Réteges kommunikáció a hálózaton A rétegek között is szükség van valamilyen információ cserére, hiszen például az alkalmazás az operációs rendszer hálózati szolgáltatásait használja fel. Ez a kommunikáció a rétegek között úgynevezett szolgálat elérési pontokon (SAP) keresztül valósul meg. A szomszédos rétegpárok 20

21 között egy interfész húzódik. Az interfész az alsóbb réteg által a felsőnek nyújtott elemi műveleteket és szolgálatokat definiálja. Ez az interfész ráadásul egyszerre több ponton keresztül is képes a szolgálatát ellátni, vagyis egyszerre több kommunikáció lehet folyamatban. Az információ útja tehát az egyik host legfelső rétegéből indul, sorban áthalad az adott gép rétegein, közben minden réteg hozzáadja a rétegspecifikus információkat az adatokhoz, majd az átviteli közegen, alhálózaton, IMP-ken keresztül eljut a cél hosthoz, ahol az egyes rétegek leszedik a saját rétegének szóló információkat és lentről felfelé haladva eljut az információ a legfelső rétegbe. A rétegek és rétegprotokollok halmazát nevezzük hálózati architektúrának. 4. Az ISO/OSI modell 4.1 Részcélkitűzések Megismerni az OSI modell kialakításnak szükségességét. Megérteni és tudni az OSI rétegeinek feladatát. Egy hálózati architektúra megtervezésekor meg kell tervezni az egyes rétegeket a következő elvek alapján: minden rétegnek rendelkeznie kell a kapcsolat felépítését, illetve annak lebontását biztosító eljárással, döntést kell hozni az adatátvitel szabályairól, az átvitel irányáról (szimplex, fél duplex, duplex) milyen legyen a rendszerben a hibavédelem, hibajelzés, hogyan oldható meg a gyors adók lassú vevők együttműködése (folyamat vezérlés flow control) ha bizonyos okok miatt az üzenetek hossza korlátozott, és ezért a küldés előtt szét kell darabolni, felmerül a kérdés, hogy hogyan biztosítható a helyes összerakásuk, 21

22 az előbbi esetben biztosított-e a az üzenetek sorrendjének a helyessége, nagyon sokszor ugyanazon fizikai csatornán több párbeszéd zajlik, hogyan kell ezt összekeveredés mentesen megoldani, ha a cél és a forrás között több útvonal lehetséges, fontos a valamilyen szempont szerinti útvonal kiválasztása. Ezekre a kérdésekre nincs együttesen optimális válasz. Az első számítógépes hálózatok tervezésénél így több teljesen különböző megoldás született. Ezeket a megoldásokat különböző cégek készítették, ezért kevert megoldás szóba se jöhetett. A különböző megoldásoknak viszont különböző előnyei és hátrányai voltak. Jó lett volna ezeket a megoldásokat egységes alapon megtervezni, szabványosítani, hogy több gyártó is gyárthasson ilyen megoldásokat. A probléma még a PC-s hálózatok előtt komolyan felvetődött. Az IBM ekkor már megalkotta az SNA-nak (Systems Network Architecture) nevezett hálózati rétegrendszerét, ezt lehetett alapul venni. De a mindenkire vonatkozó ajánlást csak egy nemzetközi szervezet adhatta meg. A szerep az ISO-ra (International Standards Organization Nemzetközi Szabványügyi Hivatal) hárult. Az ISO nemzetközi szabványokat alkot a csavaroktól a számítógépekig. Tagjai a nemzeti szabványügyi hivatalok (pl. ANSI, DIN). A hálózati rétegmodellt 1980-ban adta ki OSI (Open System Interconnection Nyílt Rendszerek Összekapcsolása) néven. Az OSI nem szabvány, hanem egy hivatkozási modell, egy ajánlás, amely nem határoz meg protokollokat és interfészeket, mindössze azt mondja meg, hogy milyen rétegekre kellene osztani egy hálózatot és ezen rétegeknek mi legyen a feladatuk. Az OSI szerint egy hálózatot 7 rétegre célszerű osztani. Az egyes rétegek megnevezése: 7. Alkalmazói Prezentációs rétegek 6. Megjelenítési Logikai összeköttetéssel foglalkoznak 22

23 5. Viszony (Együttműködési) 4. Szállítási Transzport rétegek 3. Hálózati Adatátvitellel foglalkoznak 2. Adatkapcsolati 1. Fizikai 7. ábra. Az ISO/OSI rétegei Az egyes rétegek által ellátandó feladatok: Fizikai réteg A bitek kommunikációs csatornára való kibocsátásáért felelős. Ide tartozik a csatlakozások elektromos és mechanikai definiálása, átviteli irányok megválasztása, stb. Tipikus villamosmérnöki feladat a tervezése. Adatkapcsolati réteg Feladata egy hibátlan adatátviteli vonal biztosítása a végpontok között. Az adatokat adatkeretekké tördeli, továbbítja, a nyugtát fogadja, hibajavítást és forgalomszabályozást végez. Hálózati réteg A kommunikációs alhálózatok működését vezérli, feladata az útvonalválasztás a forrás és a célállomás között. Ha az útvonalban eltérő hálózatok vannak, akkor fregmentálást, protokoll átalakítást is végez. Az utolsó réteg, amely ismeri a hálózati topológiát. Szállítási réteg 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, stb. Viszonyréteg Lehetővé teszi, hogy két számítógép felhasználói kapcsolatot létesítsen egymással. Jellegzetes feladata a logikai kapcsolat felépítése és bontása, 23

24 párbeszédszervezés (pl. félduplex csatornán). Elláthat szinkronizációs (ill. ellenőrzési) funkciót ellenőrzési pontok beépítésével. Megjelenítési réteg Az egyetlen, amelyik megváltoztathatja az üzenet tartalmát. Tömörítést, rejtjelezést, kódcserét (ASCII EBCDIC) végezhet el. Ez a réteg felel az értékes információ megjelenítéséért. Alkalmazási réteg Széles körben igényelt szolgáltatásokat tartalmaz. Ilyen alapvető igényt elégítenek ki például a fájlok tetszőleges gépek közötti másolását lehetővé tévő fájl átviteli protokollok (ftp). 24

25 8. ábra. Kommunikáció az ISO/OSI modellben Az ISO szabványokat is készít az egyes rétegek számára, de ezek nem részei a hivatkozási modellnek. A továbbiakban az OSI alapján vizsgáljuk a hálózatokkal kapcsolatos szabványokat és megvalósításokat. A későbbiekben lényeges, hogy tisztában legyünk a réteges felépítéssel, a protokollok és az architektúra fogalmával. 5. Témazáró 1. Egészítsd ki a következő mondatot! (1 pont) 25

26 Akkor beszélhetünk számítógépes hálózatról, ha számítógépek tudnak egymással cserélni. 2. Állítsd sorrendbe a következő fogalmakat történeti szempontból! (1 pont) PC-k megjelenése internet terminálok számítóközpontok első számítógép hálózatok kliens-szerver architektúra 3. Válaszd ki azokat az elemeket, amelyek a hálózatok kialakításának okai lehetnek! Több jó válasz lehetséges! (2 pont) A hálózati számítógépekbe kevesebb memória kell. A fájlok központi tárolására. Videó konferenciák egyszerű megvalósítására. Így minden gépen lehet zenét hallgatni. Ha csak egyetlen nyomtatót szeretnénk üzemeltetni a 10 számítógéphez. 4. Párosítsd a rövidítéseket a megfelelő meghatározásokhoz! (2 pont) Rövidítés MAN LAN WAN Meghatározás Helyi hálózat Nagy távolságú hálózat Városi hálózat 5. Felhasználás illetve hozzáférés szerint a hálózatokat kétféleképpen lehet csoportosítani. Írd le ezt a kétféle elnevezést! (2 pont) 6. Melyik az a topológia, ahol minden eszköz ugyanarra a közös átviteli közegre csatlakozik? (1 pont) 7. Melyik kapcsolási technika esetén kell tördelni az üzeneteket? Válaszd ki a helyes választ! (1 pont) 26

27 vonalkapcsolt üzenetkapcsolt csomagkapcsolt 8. Egészítsd ki a következő mondatot! (1 pont) átvitelvezérlés esetén, ha egy állomás adni akar, akkor csak az átvivő közeg szabad voltát ellenőrzi, és ha az szabad, akkor ad. 9. Hogyan nevezik a hálózatok azon hardver elemét, amelyek egy vagy több átviteli vonal kapcsolását végzik? Válaszd ki a helyes választ! (1 pont) host alhálózat IMP fimware MODEM 10. Melyik az az OSI szerinti réteg, amelyikben útválasztás történik forrás és a célállomás között, valamint eltérő hálózatok esetén protokoll átalakítás is történhet? Válaszd ki a helyes választ! (1 pont) alkalmazási réteg fizikai réteg hálózati réteg szállítási réteg routing Összesen 13 pontot lehet szerezni. A pontozásnál a 2 pontos feladatoknál a részmegoldásért 1 pont jár. A témazáró akkor tekinthető eredményesnek, ha 80%-ot (10 pontot) sikerül elérni. 27

28 6. A fizikai átvitel és eszközei 6.1 Részcélkitűzések Megismerni a fizikai átvitel során alkalmazott átviteli közegek főbb típusait és jellemzőit. 6.2 Vezetékes átviteli közegek Csavart érpár 9. ábra. Csavart érpár A csavart, vagy más néven sodrott érpár (Unshielded Twisted Pair UTP) két szigetelt, egymásra spirálisan felcsavart rézvezeték. Ha ezt a sodrott érpárat kívülről egy árnyékoló fémszövet burokkal is körbevesszük, akkor árnyékolt sodrott érpárról (Shielded Twisted Pair STP) beszélünk. A csavarás a két ér egymásra hatását küszöböli ki, jelsugárzás nem lép fel. Általában több csavart érpárt fognak össze közös védőburkolatban. Ma már akár 10 Gbit/s adatátviteli sebességet is lehet ilyen típusú vezetékezéssel biztosítani. Alkalmasak mind analóg mind digitális jelátvitelre is, áruk viszonylag alacsony. Az UTP kábelek minősége a telefonvonalakra használtaktól a nagy sebességű adatátviteli kábelekig változik. Általában egy kábel négy csavart érpárt tartalmaz közös védőburkolatban. Minden érpár eltérő számú csavarást tartalmaz méterenként, a köztük lévő áthallás csökkentése miatt. A szabványos osztályozásuk: Típus (kategória) Felhasználási terület 28

29 Cat 1 Cat 2 Cat 3 Cat 4 Cat 5 Cat 5a és Cat 6 Cat6a Vinnai Zoltán: Hálózati alapismeretek Hangminőség (telefon vonalak) 4 Mbit/s-os adatvonalak (Local Talk) 10 Mbit/s-os adatvonalak (Ethernet) 20 Mbit/s-os adatvonalak (16 Mbit/s Token Ring) 100 Mbit/s-os adatvonalak (Fast Ethernet) 1000 Mbit/s-os adatvonalak (Gigabit Ethernet) 10Gbit/s-os adatvonalak 10. ábra. Csavart érpár kategóriák A kategóriák közötti egyetlen lényeges különbség a csavarás sűrűsége. Minél sűrűbb a csavarás, annál nagyobb az adatátviteli sebesség és a méterenkénti ár. Az UTP kábeleknél általában az RJ-45 típusjelű telefoncsatlakozót használják a csatlakoztatásra. Előnye könnyű szerelhetősége, struktúráltsága, egyszerű bővíthetősége. Hátránya zajérzékenysége, limitált sávszélessége valamint lehallgathatósága. Koaxiális kábelek Középen általában tömör rézhuzal található, ezt veszi körül egy szigetelőréteg, majd erre jön az árnyékolás (tipikusan fonott rézhuzal harisnya). Jellemzője a hullámimpedancia, ezzel kell lezárni mindkét végét, hogy ne legyen jelvisszaverődés. Szabványos hullámimpedanciák az 50, 75, 93 Ohm. Lehet alapsávú és szélessávú átvitelre is használni. Az 50 Ohm-os kábel két változatban is készül, vékony és vastag kivitelben. A vékony koaxiális kábelnél rendszerint BNC csatlakozókat használnak a csatlakoztatáshoz, a vastag kábelnél pedig speciális úgynevezett vámpírcsatlakozókat. A vámpírcsatlakozó a kábelre kívülről rásajtolt csatlakozó, amely a rásajtoláskor úgy szúrja át a kábel szigetelését, hogy a külső árnyékolással és a belső vezetékkel is önálló elektromos érintkezést biztosít. Előnye nagy sávszélesség, nagy távolság, zajérzéketlenség. Hátránya lehallgathatósága valamint a kiépítési struktúrából adódó sérülékenysége 29

30 és nehézkes szerelhetősége. Szélessávú átvitelnél komoly szaktudást igényel telepítése és karbantartása. Üvegszálas kábelek Az információkat egy üvegszálban haladó fénysugár megléte vagy hiánya hordozza. A fény a szál belsejének és külsejének eltérő törésmutatója miatt nem tud kilépni. Előnye érzéketlen az elektromágneses zavarokra, nincs földpotenciál probléma, nagy sávszélesség, erősítés nélkül igen nagy távra vihető, nem hallgatható le. Hátránya drága, nehéz javítani és megcsapolni. 6.3 Vezeték nélküli átvitel Közös bennük, hogy az átviteli közeg a levegő. Infravörös, lézer A lézer és infravörös fényt alkalmazó adó-vevő párok könnyen telepíthetők háztetőkre, a kommunikáció teljesen digitális, a nagyobb távolság áthidalását lehetővé tevő energiakoncentrálás miatt rendkívül jól irányított, amely szinte teljesen védetté teszi az illetéktelen lehallgatás, illetve külső zavarás ellen. Sajnos a láthatósági feltételek miatt az eső, köd, légköri szennyeződések zavarként jelentkeznek. A számítógépes rendszerekben az információ átvitel ilyen módja fokozatosan terjed, IrDA néven már szabványos megoldása is létezik. Rádióhullám Nagyobb távolságok áthidalására gyakran használják a mikrohullámú átvitelt. A frekvenciatartomány 2-40 GHz között lehet. A kiemelkedő antennatornyokon (a láthatóság itt is feltétel!) elhelyezkedő parabola adó és vevőanntennák egymásnak sugárnyalábokat küldenek és akár száz kilométert is átfoghatnak. A jelismétlést itt reléző állomásokkal oldják 30

31 meg, azaz a vett jelet egy más frekvencián a következő, reléző állomásnak továbbítják. Problémaként jelentkeznek a viharok, villámlás, egyéb légköri jelenségek. A frekvenciasávok kiosztása átgondolást igényel, és hatósági feladat. Műholdas átvitel A műholdakon lévő transzponderek a felküldött mikrohullámú jeleket egy másik frekvencián felerősítve visszasugározzák. Hogy a földön lévő műholdra sugárzó, illetve a műhold adását vevő antennákat ne kelljen mozgatni, a műholdakat geostacionárius pályára állítják. A frekvenciatartományok a távközlési műholdaknál 3,7 4,4 GHz a lefelé, 5,925 6,425 GHz a felfelé irányuló nyaláb számára. A műholdak tipikus sávszélessége 500 MHz. 7. A fizikai és az adatkapcsolati rétegek szabványai és gyakorlati megvalósításai 7.1 Részcélkitűzések Megismerni az IEEE 802 szabvány család felépítését, részeit. Megérteni az OSI szerinti adatkapcsolati réteg alrétegekre bontásának szükségességét. Megismerni a fizikai, MAC és LLC rétegek szerepét, funkcióját és megvalósítási alapelveit. Ismerni a fizikai cím szerepét, felépítését. 7.2 Az IEEE 802-es szabvány család A hálózatok kialakulásakor rengeteg LAN hálózat típus keletkezett, velük felvetődött a szabványosítás kérdése is. Kidolgozásukra az amerikai IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) kapott megbízást. Az IEEE a villamos mérnököket fogja össze, és a világ legnagyobb szakmai szervezete. Szabványait 1985-ben adta ki IEEE 802 összefoglaló névvel. Az ISO 8802 néven tette őket nemzetközivé. 31

32 Ez a szabvány csak a hálózat két alsó rétegével foglalkozik, mivel a helyi hálózatokban nincs nagy hálózat, amelyben utat kellene keresni (ez a harmadik réteg feladata), csak szomszédos gépeket kötnek össze. Mivel ekkora már a számítástechnikát meghatározó nagy cégeknek léteztek saját hálózataik, ezek közül kellett volna választani, illetve teljesen újat kellett volna definiálni. Ezek egyike sem járható út a már befektetett óriási pénzek és fejlesztések miatt, illetve azért, mert a hálózatok iránti igények is nagyban különbözőek, elfogadott helyesnek három, egymással inkompatibilis hálózatot. A hálózati hardver logikai kezelését azonban azonossá tette. A szabvány az adatkapcsolati réteget két alrétegre bontotta, az LLC Logical Link Control és MAC Media Acces Control alrétegekre. Ezzel sikerült elérnie, hogy a különböző hardver elemek felé egységes logikai kezelést helyezzen. A szabvány felépítése: Keretszabvány: bevezetés, fogalmak, interfész, primitívek meghatározása LLC szabvány (logikai kapcsolat vezérlés) CSMA/CD Token Bus Token Ring Alapsávú Szélessávú Sodrott Optikai koax koax érpár kábel LLC MAC Adatkapcsolati alrétegek Fizikai Fizikai réteg 11. ábra. Az IEEE 802 szabvány felépítése A szabvány felépítése lehetővé teszi további hálózati hardverek szabványosítását is. Jelenleg a következő elemeket tartalmazza: Keretszabvány LLC CSMA/CD, az 1980-ban a DEC, Intel, Xerox együttműködésre létrejött Ethernet 2 alapján készült. A 32

33 szabvány 1-20 Mbit/sec átviteli sebességű bus topológiájú hálózatot definiál Vezérjeles sín, a General Motors és támogatói vezették be. A szabvány 1-10 Mbit/s átvitelű bus topológiájú hálózatot engedélyez. Az átvivő közeg 75 ohm-os koaxiális kábel, az átvitel szélessávú, maximális csomagméret 8191 bájt Vezérjeles gyűrű, az IBM saját LAN-ja Mbit/s sebességű gyűrű topológiájú hálózatot határoz meg. Az átviteli közeg sodrott érpár vagy optika DQDB Man, kettős bus, szétosztott sorképzés FDDI, 100 Mbit/s sebességű, optikai szálas hálózat. Működésmódja a ös hálózatén alapszik, azaz vezérjeles gyűrű Broadband technológia Integrált átvitel LAN- ok és MAN-ok részére Hálózati titkosítás Wireless hálózatok Demand Priority Access Method Igény szerinti prioritáskezelést alkalmaz, 100Mbit/s sebességű, Cat 3 minőségű érpáron is működik, Ethernet és Token Ring kereteket is tud továbbítani. Fizikai réteg Az IEEE 802-es három olyan fizikai közeget szabványosított, amelyeket az architektúra fizikai rétegében használhatnak: a sodrott érpárt, a koaxiális kábelt (alap- és szélessávút) és az optikai kábelt. A fizikai szabvány így megadja a kábel és az átvitel típusára, a kódolás módjára és az adat sebességére vonatkozó előírásokat. A fizikai réteg felelős a két berendezés közötti fizikai összeköttetés létesítéséért és megszüntetéséért, valamint az átviteli közegen keresztül bitek átviteléért. Meghatározza még átvitelre alkalmas formában az 33

34 adatkódolást és dekódolást, vezérli az eszközök időzítését, hogy azokat az adott és vett jelek szinkronizálják. MAC alréteg (közeghozzáférés vezérlés) A lokális hálózatban lévő eszközök mindegyike a közös fizikai csatornán való hozzáférésért verseng. Mivel a LAN kialakításokban ezen a szinten számos hozzáférés-vezérlési módszert használnak ütközésest és ütközés mentest egyaránt, a közeghozzáférés vezérlési alréteg szabványa négy funkciót határoz meg: Közeghozzáférés vezérlés: a hálózati állomások szabályokat illetve eljárásokat használnak, hogy vezéreljék a fizikai csatorna megosztását Keretezés: kezdeti és záró információ jelzés hozzáadására van szükség ahhoz, hogy azonosítani lehessen az üzenetek elejét és végét, hogy az adó és a vevő szinkronizálódjon, és felismerjék a hibákat Címzés: a hálózat címzést használ, hogy azonosítani lehessen az üzenet adásában és vételében résztvevő eszközöket Hibafelismerés: célja a helyes üzenetadás és vétel ellenőrzése A későbbiekben ismertetésre kerülő MAC eljárások esetén teljesen hasonló a címzési módszer. Lényegük, hogy minden, a kommunikációban részt vevő állomásnak egységes címzésűnek kell lennie. Az IEEE 802-es szabványt kétfajta címzési eljárás alkalmazására tervezték: Elszigetelt címzési forma esetén 16 vagy 48 bites egyedi címeket használnak, amelynél a címzési forma annak szervezésére alkalmas, hogy kijelölje a hálózat hálózati eszközeinek címeit (lokális adminisztráció). Elszigetelt hálózatok esetén alkalmazzák. Univerzális címzési forma esetén 48 bites címet használnak, melynek megadására hexadecimális, bájtonként kettősponttal 34

35 elválasztott formát ajánlanak: 3A:12:17:0:56:34. Ezt a címet szokás még MAC address-nek is nevezni, mivel a MAC alréteg ezekkel a címekkel azonosítja az adó- és vevőállomást is. Ebben az esetben minden gyártó csak a számára kijelölt címtartományban lévő eszközöket gyárthat. Ez biztosítja, hogy nem lesz két egyforma cím akkor sem, amikor újabb eszközöket telepítenek a hálózathoz. A gyakorlati megvalósítás során vagy a gyártó vagy a felhasználó választhat a kétféle címzési mód közül. LLC alréteg (logikai kapcsolat vezérlés) Ezen a szinten minden IEEE 802-es szabvány közös, már amit a felsőbb rétegek felé mutat. Az alréteg szervezi az adatfolyamot, parancsokat értelmez, válaszokat generál, a hibákat ellenőrzi, és helyreállítási funkciókat hajt végre. Ez az alréteg a hálózati rétegnek nyújt szolgáltatásokat LLC logikai kapcsolatvezérlési szabvány A logikai kapcsolatvezérlés felel teljes mértékben az állomások közötti adatblokkok cseréjéért. A lokális hálózatban az adatblokkok cseréjéhez a hálózat állomásai között létesítendő logikai kapcsolatra van szükség. 12. ábra LLC SAP Ahhoz, hogy meg tudják különböztetni az ugyanazon állomás által létesített különböző kapcsolatokat, bevezették a szolgáltatás hozzáférési pont (Service Acces Point SAP) fogalmát, amelyet a hálózati 35

36 állomásban az egyetlen adatcserében résztvevő egyedi elem (entitás) azonosítására használnak. Egy eszköz természetesen számos SAP-ot használhat különböző hálózati eszközökkel való kapcsolattartásra. Azt a szolgáltatás hozzáférési pontot, amelyik adatblokkot küld, forrás szolgáltatási pontnak (Source SAP SSAP), azt pedig, amelyik adatblokkot vesz rendeltetési szolgáltatás hozzáférési pontnak (Destination SAP DSAP) nevezik. Azt az adatblokkot, amely a forrásállomás logikai kapcsolatvezérlési alrétegéből eljut a célállomás logikai kapcsolatvezérlési alrétegéig, logikai kapcsolatvezérlési protokoll adatblokknak (LLC Protokoll Date Unit PDU) nevezzük. Az adás folyamán a forrásállomás logikai kapcsolatvezérlő alrétege (LLC) átadja az adatblokkot a közeghozzáférés vezérlő (MAC) alrétegnek. Az átadott adatblokk (PDU) felépítése: DSAP SSAP Vezérlő mező Információ 1 bájt 1 bájt 1 v. 2 bájt 0-n bájt A forrás SAP cím mindig egyedi, ami egyetlen olyan SAP-ot azonosít, amely az eredeti adatblokkot küldte. A rendeltetési SAP cím vagy egyetlen SAP-ot azonosító egyedi cím, vagy csoportcím. A csoport SAP cím a rendeltetési SAP-ok olyan csoportját határozza meg, amelybe tartozó rendeltetési állomás mindegyike veszi az adatblokkot. Az interfészszolgáltatási előírások azt a módot definiálják, ahogy a hálózati alréteg (vagyis az egész lokális hálózat) a logikai kapcsolatvezérlési (LLC) alréteg szolgáltatását kéri. Az LLC szabvány ezeket az interfészszolgáltatási előírásokat oly módon rögzíti, hogy néhány szolgálati primitívet definiál, és felsorolja azokat a paramétereket, amelyek ezekhez a szolgálati primitívekhez tartoznak. Minden LLC szolgáltatásnak egy vagy több szolgálati primitívje lehet, amelyekhez a szolgáltatáshoz tartozó interfész-aktivitás kapcsolódik. Az LLC szabvány három szolgálati primitív típust definiál: 36

37 Kérelem (request): egyedi szolgáltatás igénybevételének kérésére használják Bejelentés (indication): akkor használják, amikor a szolgálatot igénybe vevővel közlik, hogy egy lényeges esemény lezajlott Megerősítés (confirm): a szolgáltatás használóját értesítik egy vagy több kérelem eredményességéről Mindhárom definiált szolgálati primitív logikailag olyan szolgálatgyűjteményt képez, amit az LLC alréteg nyújt. Fontos annak megértése, hogy az IEEE 802-es szabvány a szolgálati primitíveket elvonatkozott értelemben definiálja, nem határoz meg kódstruktúrát, amit akkor kell használni, ha az egyedi szolgáltatást hívják, és az sincs meghatározva, hogyan kell egy szolgáltatást megvalósítani. A kódstruktúra és az implementálás kérdéseit illetően a forgalmazó dönt, aki LAN-ba építi a hardver- és szoftvertermékeket. 8. A és a Részcélkitűzések Megismerni a két legfontosabb 802-es szabvány alapvető előírásait, jellemzőit. Megérteni és tudni az alkalmazott közeg hozzáférési elveket. 8.2 A CSMA/CD szabvány Az IEEE CSMA/CD szabvány hat funkciót magába foglaló modellt definiál. A funkciók közül három foglalkozik az adat adásával, és három az adat vételével. Az adat beágyazás/feltárás (data encapsulation/decapsulation) és a közeghozzáférés szervezés (media acces management) funkciókat a MAC alréteg, az adat kódolás/dekódolás (data encoding/decoding) funkciókat az a fizikai alréteg tartalmazza, amelyik a MAC alréteg alatt működik. 37

38 8.2.1 Adat beágyazás/feltárás A küldő állomás adatbeágyazást végez, ami az LLC rétegtől érkező átviteli kerethez, az átviendő adatblokk elejéhez és végéhez kiegészítő információk hozzácsatolásáról gondoskodik. Ezeket az információkat a következő feladatok végrehajtására használják: A vevőállomás szinkronizálása A keret kezdetének és végének határolása A küldő- és fogadóállomások címeinek azonosítása Az átviteli hibák jelzése A keret vétele után az LLC alréteghez továbbítás előtt a vevőállomáson adatfeltárási funkció gondoskodik a rendeltetési állomás címének felismeréséről (megegyezik-e az állomás címmel), a hibaellenőrzésről, majd mindazon kiegészítő vezérlőinformáció eltávolításáról, amelyet az adatbeágyazási funkció adott hozzá a küldő állomáson. A MAC alréteg szinten lévő adatbeágyazás, az LLC adatblokkot információval egészíti ki. Ezzel egy új adatblokk jön létre, amelyet átviteli keretnek, illetve egyszerűen keretnek nevezünk, és ez jut a hálózatra. A vételi oldalon a MAC alrétegen lévő adatfeltárás funkció a keretről eltávolítja a hozzáadott információt, utána az így létrejött LLC protokoll adatblokkot (PDU) továbbítja az LLC alréteghez. A hálózaton továbbításra kerülő keret felépítése: Előtag Kezdeti kerethatár oló Rendelteté si cím Forrás cím Hossz PDU (LLC adatblokk) Kiegészítő bájtok 7 bájt 1 bájt 2 v. 6 bájt 2 v. 6 bájt 2 bájt 0-n bájt 0-p bájt 4 bájt Keretellenő rző sorozat Előtag: egy 56 bites egység, amelyben 0-k és 1-esek felváltva követik egymást, szinkronizálásra használják Kezdeti kerethatároló: bitsorozat, az adatkeret kezdetét jelöli Címek: a cél és a forrás MAC címét tartalmazzák 38

39 Hossz: az adatmező (PDU) hosszát adja meg PDU: ez az információs mező, ami az átviendő adatokat tartalmazza az LLC réteg által megadva Kiegészítő mező: az ütközések helyes detektálásához minimális bájt számú kereteket kell továbbítani, amennyiben szükséges a kiegészítő mezőben egészítik ki a keretet a minimális hosszúságúra Keretellenőrző sorozat: CRC kód (IEEE írja le az előállítási módját) Közeghozzáférés szervezés A küldő állomáson a közeghozzáférés szervezés gondoskodik annak meghatározásáról, vajon az átviteli közeg használható-e (felhasználva a fizikai réteg szolgáltatásait), és ha igen, akkor inicializálja az átvitelt. Ez a funkció azt is eldönti, milyen folyamatokat működtessen, ha ütközést észlel, és ha újraindítást kísérel meg. A fogadó állomáson a közeghozzáférés szervezés ellátja a keret érvényességi ellenőrzését, mielőtt továbbadná az adatfeltárási funkciónak. A közeghozzáférés szervező a keretadás indítása után folytatja a közeg felügyeletét. Ha két állomás ugyanabban az időben kezd el adni, akkor a jelek össze fognak ütközni, összekeveredést eredményezve. Amikor az adóállomás észleli az ütközést, abbahagyja az adatküldést, és kiküld egy zavaró jelet. A zavarójel biztosítja, hogy mindegyik hálózati állomásütközést észleljen. Azok az állomások, amelyek adtak, abbahagyják az adatküldést, várnak egy ideig, és ha a közeg szabad, a keret újraadását kezdeményezik. Egy állomásnak addig kell hallgatnia, ameddig biztos nem lesz, hogy az ütközés megszűnt. Ez az időtartam változó, attól függ, hogy az alkalmazott átvitel alapsávú vagy szélessávú. Mindkét esetben arra kell figyelni, hogy a jel terjedése időt vesz igénybe, és az ütközésjelnek el kell jutnia mindkét adóállomáshoz. Az ütközés 39

40 észlelését jelentő maximális idő a minimális keret méretét határozza meg, mivel egy állomásnak az ütközés észleléséhez elegendő ideig kell adnia. Az ütközés utáni várakozási időt visszatérési késleltetésnek is nevezik. Ez a késleltetés annak az időnek a véletlen számú többszöröse, amely a hálózat egyik végétől elinduló jel másik végéig és visszahaladása során telik el. A várakozási idő meghatározásához a CSMA/CD szabvány a kettes hatványa szerinti visszatérésként ismert módszert alkalmazza. Ennek lényege, hogy ütközés után minden állomás egy véletlen számot generál, amelynek értéktartománya minden ütközés után exponenciálisan nő. Vagyis az első újraadási kísérletnél 0-1, a másodiknál 0-3, a harmadiknál 0-7, stb. A 16. sikertelen adás hibafeltételt állít be. Az exponenciális visszatérés eredményeképpen, ha a hálózat forgalma kicsi, az újraadások előtt minimális késési idő lép fel. Ha a forgalom nagy, az ismételt ütközések a számtartomány növekedését okozzák, ezáltal csökkentve az újbóli ütközések esélyét FDDI szabvány A szabványt úgy tervezték, hogy egyszerre elégítse ki a nagy teljesítményű egyedi hálózatoknál és a hálózatok közötti összeköttetéseknél felmerülő igényeket. A száloptikai adatátviteli interfész szabványt az Amerikai Nemzeti Szabványügyi Hivatal (ANSI) dolgozta ki. Fénykábel használatán alapszik és 100 Mbps-os adatsebességgel működő gyűrű alakú vezérjelgyűrű (token-passing ring) kialakítására alkalmas. Az FDDI szabvány a fizikai és a MAC rétegekre vonatkozik és feltételezi a MAC rétegek felett működő IEEE 802-es logikai kapcsolatvezérlés (LLC) használatát. Annak ellenére, hogy az FDDI szorosan kapcsolódik az IEEE 802-es lokális hálózati szabványhoz, az FDDI kifejlesztésével az Accredited Standards Commitee (ASC) X3T9.5-ös bizottságot bízták meg. Az I/O interfész szabvány 40

41 kialakításában szerzett tapasztalata alapján alkalmasabbnak tartották, hogy nagy átviteli sebességű FDDI-vel foglalkozzon. Az FDDI szabvány létrehozásánál három hálózati típus igényeit tartották szem előtt: a lokális háttér hálózatokét, a nagy sebességű hivatali hálózatokat és a lokális gerinchálózatokat. A lokális háttérhálózatokat (Backend Local Networks) nagy számítógépek (mainframe computers) és nagy tárolókapacitású eszközök összeköttetésének megvalósítására használják ott, ahol nagy adatátviteli sebesség szükséges. A lokális háttérhálózatokra jellemző, hogy kevés egymáshoz közeli eszközt kell összekapcsolni. A nagy sebességű hivatali hálózatokra (High-Speed Offlce Networks) való igény a hivatali környezetben egyre inkább terjedő kép és grafikai feldolgozóeszközök használatából ered. Grafikák és képdokumentumok (document images) használata megnövelheti a fontossági sorrendben továbbítandó adatok mennyiségét. A tipikus adatfeldolgozói adatcsere 500 bitet tartalmaz, míg egy dokumentumlap képének átvitelére vagy még ennél is több bitre van szükség. A lokális gerinchálózatokat (Backbone Local Networks) olyan nagy kapacitású hálózat létrehozására használják, amely hálózat megteremtheti az alacsonyabb kapacitású lokális hálózatok összekötését. Mindhárom hálózat követelménye az FDDI hálózattal kapcsolatos nagy átviteli és adatsebesség. Hozzáférési protokoll Az FDDI adathordozó hozzáférés-vezérlési protokollja hasonlít az IEEE ös vezérjelgyűrű protokolljához. Különbségek vannak azonban a vezérjel kezelésében, a prioritásban és a szervezési eljárásokban. Egy 41

42 vezérjelnek nevezett speciális keret halad egyik állomásról a másikra a gyűrű mentén. Ha az állomás veszi a vezérjelet, az átvitele engedélyezett. Az állomás előre meghatározott időkorláton belül annyi keretet küldhet, amennyi szükséges. Amikor az állomásnak már nincs több elküldeni való kerete vagy eléri az időkorlátot, továbbadja a vezérjelet. A hálózat minden egyes állomása veszi és továbbítja a kereteket, és lemásolja azokat, amelyeket neki címeztek. Amikor egy keret visszatér a küldőállomáshoz, akkor ez az állomás a keretet a gyűrűből eltávolítja. Az állomások a keretmásolás során képesek a keretekben állapotbitek beállítására, jelezve, hogy hibát találtak, felismerték a címet vagy feldolgozásra lemásolták a keretet. Az állapotbitek alapján a küldőállomás képes meghatározni, hogy a keret vétele sikeres volt-e vagy sem. A hibajavítási folyamat és az újraadás azonban nem része a MAC protokollnak, ezek magasabb rétegek feladatai. Mivel a vezérjelet az állomás azonnal továbbadja, amint befejezte a keretek adását, lehetséges, hogy a következő állomás új kereteket küldjön, miközben a korábban indított keretek még a gyűrűben köröznek. Így a hálózaton bármikor előfordulhatnak több állomástól származó többszörös keretek (multiple frames). Fizikai előírások Az FDDI szabványnak a PMD-vel foglalkozó szakasza írja le a 100 Mbps adatsebességen működő fénykábel átviteli használatát. Az adatátvitelre meghatározott hullámhossz 1300 m. Többmódusú fényszál átvitelt alkalmaznak, ahol a mag és köpeny átmérője: 62.5/125 vagy 85/125 m. A szabványban alternatív átmérőként 50/125 és 100/140 m is megengedett. E fizikai jellemzők alapján az erősítők közötti maximális távolság 2 km, a fizikai csatlakozások száma maximum 1000, és a teljes szálútvonal hosszúsága max. 200 km. Megbízhatóság 42

43 Az FDDI-t úgy tervezték, hogy a nagy sebességű átvitelt nagyon megbízhatóan nyújtsa. Az FDDI szabványnak a PMD-vel foglalkozó része világosan meghatározza a megbízhatóságot növelő eljárásokat. Ezekben szerepel a kábelkoncentrátorok és automatikus optikai kiiktatókapcsolók (bypass switch) használata, amelyek megkönnyítik a hiba helyének megtalálását, és a nem működő állomások kiiktatását. Az FDDI lehetővé teszi a kétgyűrűs megvalósítást, ahol két gyűrűt építenek ki az állomások között, és a gyűrűkön ellenkező irányba folyik az átvitel. Az egyik gyűrűt elsődleges gyűrűnek, a másikat másodlagos gyűrűnek nevezik. Általában az adatok az elsődleges gyűrűn folynak, míg a másodlagos gyűrű tétlen. Ha megszakad a kapcsolat, az állomások az összekapcsolás valamelyik oldalán újraépülnek, a másodlagos gyűrűt használva (9.4. ábra). Ez tökéletesen helyreállítja a gyűrűt, és lehetővé teszi az átvitel folytatását. Ha egy állomás hibásodik meg, hasonló újraépülésre kerül sor. Az FDDI az állomásokat két osztályba sorolja. Az A osztályba sorolt állomások az elsődleges és a másodlagos gyűrűhöz egyaránt kapcsolódnak; képesek hiba esetén újraépíteni a hálózatot. A B osztályba A B osztályba sorolt állomások csak az elsődleges gyűrűhöz kapcsolódnak. 9. Halózati kapcsoló elemek 9.1 Részcélkitűzések Megismerni a kapcsoló elemekkel kapcsolatos alapfogalmakat. Ismerni a kapcsoló elemek típusait, feladatukat, alapvető jellemzőiket, és alkalmazási területüket. 43

44 9.2 Alapfogalmak Hálózati szegmensnek nevezzük a számítógép hálózat azon részét, amelyen az eszközök ugyanazt a fizikai közeget használva kommunikálnak. Ez tipikusan azt jelenti, hogy ha a közegen valaki ad, akkor a szegmensen lévő többi számítógép is képes azt lehallgatni. Ütközési tartomány (Collision domain; Bandwith domain) az a hálózatrész, melyben az ütközés érzékelhető. Az ütközési tartományban egy időpillanatban csak egy információátvitel folyhat. Egy hálózati szegmens egyben ütközési tartomány is. Üzenetszórási tartomány (Broadcast domain) az a hálózatrész, ahol az üzenetszórás célcímmel feladott csomag (pdu) megjelenik, érzékelhető. 9.3 Eszközök Jelismétlő (Repeater) A jelismétlők, mint nevük is mutatja, a beérkezett jelet ismétlik, úgy, hogy minden más porton is továbbítják azokat helyreállítva a jel alakját, szintjét, időzítését. A jelismétlők a jelalak helyreállításán kívül semmi más feladatot nem végeznek. Ez az eszköz a protokoll fizikai szintjén működik, a felsőbb rétegek számára átlátszó. Léteztek azonban olyan eszközök is, amik képesek voltak különböző fizikai közegeket is összekapcsolni. Ezeket media konvertereknek nevezik. Az azonos típusú sínhálózatok egyszerű jelismétlőkkel kapcsolhatók össze nagyobb hálózattá. A jelismétlők a kábeleket úgy egyesítik, hogy az összetett hálózat minden állomásának jelét (üzenetét) egyidejűleg az összes állomás hallja. Manapság használatuk nem jellemző. HUB többportos jelismétlő 44

45 Feladatuk ugyanaz, mint a jelismétlőké, csak több csatlakozóval rendelkeznek. Az egyik porton érkezett jelet helyreállítva kiküldik az összes többi porton. Több csoportjuk létezik: passzív csak továbbít, nem végez jel regenerálást aktív jel regenerálást is végez intelligens magassabb rétegbeli protokollokban is képes döntéseket hozni (útválasztás) A HUB-ok használata sem jellemző már, kiszorították őket a switchek. Híd (Bridge) A hidak már az adatkapcsolati rétegben működnek, a hálózatot MAC cím és portcím alapján látják. A híd alapvetően alhálózatok összeköttetésére szolgál, aminek eredménye egy nagyobb méretű logikai hálózat. A hidak érdekessége, hogy képesek szétválasztani az összekapcsolt hálózatok közötti forgalmat, ezáltal szűrik is azt. A csomagban lévő cél MAC cím alapján képesek eldönteni, hogy melyik porton is van a keresett számítógép, és csak a megfelelő porton továbbítják azt. A döntéshez táblázatot tartanak fent, ahol automatikusan gyűjtik az információkat, hogy adott fizikai című eszköz melyik porton érhető el. Képes lehet különböző fizikai szegmensek összekapcsolására, és akár még a keretek korlátozott átalakítására is. A felsőbb rétegek számára átlátszó, így bármilyen magasabb szintű protokollt átjuttat egyik portjáról a másikra. Egy hidat lehet készíteni egyszerűen egy számítógépből is úgy, hogy kettő darab hálózati kártyát helyezünk bele (akár különböző fizikai hálózatokhoz kapcsolódóan), és megfelelő szoftvert is telepítünk hozzá. Switch (kapcsoló) A switchek a bridge-ekhez hasonlítanak, alapvetően az adatkapcsolati rétegben operálnak, csak annyiban térnek el egymástól, hogy a switch 45

46 képes bármely két portját összekötni egymással a többi porttól teljesen függetlenül, ezáltal a maximális sávszélesség nem csökken. A switch az az eszköz mely egy számítógép-hálózat strukturáltságát, szegmentálhatóságát hatékonyabbá teszi. A lokális hálózatok építőeleme, feladata sokrétű és esetenként igen összetett is lehet. Feladatai közé tartozik a hálózat szegmensei közötti kommunikáció biztosítása, a hálózat terheltségének csökkentése. A switch a hálózat "intelligens" aktív eszközének is nevezhető Alapvetően kétféle elven működhet egy LAN switch. Store & forward működés esetén a kapott keretet letároljuk, ellenőrizzük, hogy ép, majd a célállomás címéből meghatározzuk, hogy melyik porton kell továbbítani és arra leadjuk. Cut through állapotban a switch rögvest a célállomás címének beérkezése után elkezdi a keret továbbítását. Így csökkent a késleltetés, hiszen ez a mező a keret elején található. Ha a kimeneti port foglalt, akkor természetesen a keretet puffereljük és a port felszabadulása esetén adjuk le. Ha a címzett ismeretlen, akkor a HUB-hoz hasonlóan a bejövő port kivételével minden porton továbbítanak (elárasztás). A switchek egyik fontos jellemzője, hogy milyen sebességű átvitelre képesek portonként. Jelenleg még általános a 10/100Mbit/s-es átvitelű eszközök, amelyek automatikusan képesek portonként (egymástól függetlenül) a megfelelő sebességre. Egyre terjednek azonban az 1 Gbit/s-es eszközök is. A mai számítógépek integrált hálózati kártyái már Gbit-es átvitelre képesek, a használt kábelek (Cat5e UTP) szintén képesek Gbit-re, így várható, hogy széles körben elterjednek a Gbit-es hálózatok. A sebességhez kapcsolódva fontos megjegyezni, hogy egy switch minden porton, minden csomag esetén döntéseket hoz, keresi a cél fizikai cím alapján, hogy melyik portján továbbítson. Ehhez időre van szükség. Minél 46

47 nagyobb az átviteli sebesség, annál nehezebb megvalósítani ezt. A mai eszközök azonban képesek már arra, hogy minden egyes porton maximális átviteli sebességet biztosítsanak, akkor is, ha egyszerre van átvitel mindenhol. A switchek portonként alakítanak ki ütközési tartományt (LAN szegmenst), mivel szűrik a forgalmat, ezzel nagy mértékben csökkentve az ütközések esélyét. Switchekkel épített hálózat esetén egy LAN szegmenst pontosan két eszköz alkot. Üzenetszórás szempontjából azonban még mindig egyetlen hálózatnak tekinthetők az így összekapcsolt eszközök rendszere, mivel a switchek a szórási üzeneteket ugyanúgy minden portjukon továbbítják. A switcheknek léteznek már olyan változatuk is, ami magasabb rétegekben is képes döntéseket hozni. Ilyenek a 3. rétegbeli és a menedzselt switchek. Ezeknek az eszközöknek lehet saját IP címük, és böngésző segítségével portonként is és egészében véve is konfigurálhatók. Router (útválasztó) A hálózatokban a forgalomirányító két fő feladatot lát el: meghatározza az elérési útvonalakat és továbbítja a csomagokat. A csomagok több rendszeren keresztül történő eljuttatása a feladótól a címzettig, csak abban az esetben sikeres, ha minden router el tudja dönteni, hogy melyik portján továbbítsa az adott csomagot. A routing protokollok feladata az, hogy előállítsák minden egyes routerben a forgalomirányítási táblákat. A router olyan forgalomirányító eszköz, amely lehetővé teszi, hogy egymással közvetlen módon nem összekötött számítógépek kommunikálni tudjanak egymással. A routerek is hasonlóságot mutatnak a bridge-ekhez, de azokkal ellentétben nem az adatkapcsolati, hanem a hálózati rétegben helyezkednek el. 47

48 Az alsó három rétegben dolgoznak, ezért már a logikai címeket is képesek feldolgozni. A logikai cím a fizikális címek felett lehetőséget ad a munkaállomások logikai részcsoportokra való osztályozására. Ezeket alhálózatnak (subnetwork) nevezik. Azok a protokollok, amelyeknek nincs hálózati rétegük, nem routolhatók. Ilyen például a NetBIOS is. Ezeket hidekkal kell továbbítani. Routereknek is van magasabb rétegben is operáló változatuk, amelyek menedzselhetők, és további alkalmazás szintű szolgáltatásokat is biztosíthatnak (pl.: DHCP). Egy számítógépből is készíthetünk routert, hálózati kártyák és szoftverek segítségével. A külön dobozos eszközök is gyakorlatilag célszámítógépek, amelyek tartalmaznak majdnem minden elemet (processzor, memória, hálózati kártya, operációs rendszer, stb), amit egy számítógép is. Gateway (átjáró) Akkor alkalmaznak átjárót, ha egymástól teljesen különböző hálózatot akarnak összekapcsolni. Mivel eltérő architektúrát használnak, a protokollok minden hálózati rétegben különbözhetnek. Az átjáró minden átalakítást elvégez, ami az egyik protokollkészletből a másikba való átmenet során szükséges. Egy router egyben gateway is lehet, amennyiben különböző fizikai hálózatok között valósítja meg az átjárhatóságot. Ez tipikusan az az eset, amikor egy végfelhasználónál a szolgáltató telepít egy végpontot és egy routert, amelyik egyik portja WAN kapcsolatot valósít meg, a másik pedig a helyi hálózathoz kapcsolódik. 10. Ethernet 10.1 Részcélkitűzések Megérteni a szabvány (IEEE 802) és a tényleges megvalósítás (Ethernet) közötti különbséget. Ismerni a szabvány és a megvalósítás közötti 48

49 azonosságokat és különbözőségeket. Megismerni a különböző Ethernet megvalósítások elnevezéseit, jellemzőit, kábelezési sajátosságaikat, alkalmazási területeiket Kialakulás 1972-vel kezdődően a Xerox Corporation Palo Aito Research Center (PARC, Palo Alto-i Kutató Központ) elkezdte az Experimental Ethernet (kísérleti Ethernet) néven ismert LAN rendszer fejlesztését. A fejlesztés nagyon jól sikerült, és mára már nagyon sok Ethernet hálózatot installáltak. A korai Ethernet speciflkáció lényegesen hozzájárult az IEEE szabvánnyal kapcsolatban végzett munkájához, amely defmiálta a CSMA/CD hozzáférés-vezérlési módszert. Később a Digital Equipment Corporation, az Intel Corporation és a Xerox Corporation közösen határozta meg az Ethernet specifikációt, amely lényegében kompatibilis az IEEE as szabvánnyal Azonosságok és különbségek a és az Ethernet között Az Ethernet terminológiában az adatkapcsolati réteg felett működő szoftverréteget megbízórétegnek (Clien layer) hívják. A megbízóréteg csomagoknak nevezett adatblokkokkal működik. A megbízóréteg a hálózaton való átvitel érdekében a csomagokat átadja az adatkapcsolati rétegnek. Bár a terminológiában van némi különbség, az adatkapcsolati és fizikai réteg számára ugyanolyan alapvető funkciókat határoztak meg. A rétegek közötti szolgáltatásokat is azonosan definiálták, csak a paraméterekben van különbség. Az adatok beágyazása és feltárása is azonosan van értelmezve. A címzés is azonos, itt is lehet 16 és 48 bites címzést is alkalmazni. 49

50 Az Ethernet keretformátuma némileg eltér a ban definiált keretformátumtól. Nincs kezdeti kerethatároló és hosszúságmező, illetve nem használ kitöltő mezőt. Az adatmezőnek 8 bit többszörösének kell lennie. Az Ethernet a minimális keretméretet 72 bájtban, a maximálisat pedig 1526 bájtban határozza meg az előtaggal együtt. Ha a továbbításra kerülő adat mérete kisebb vagy nagyobb, a magasabb rétegek feladata, hogy kitöltsék vagy egyedi csomagokra bontsák. A csomag maximális mérete gyakorlati szempontokat tükröz, amelyek az adapterkártya pufferméretével, és azzal függnek össze, hogy az átviteli közeg egyetlen keret átvitelére korlátozott ideig lehet lekötve. Az Ethernet bevezet egy új mezőt (típus), amit nem specifikál, meghagyja a magasabb rétegek számára. Az Ethernetnél a fizikai réteg funkcióira, mint fizikai csatornára, vagy csak mint csatornára utalnak. Ez a vezérlőkártyán lévő logikai áramköröket jelenti, amelyek elvégzik a kódolást és dekódolást, előállítják és kiemelik az előtagot, és figyelik a közeget. Az Ethernet az IEEE 802-hoz hasonlóan több fizikai közeget is definiál: Elnevezés Kábel fajtája Max. hossz (jelerősítés nélkül) 10Base2 Vékony koax (50 ohm) 185 m 10Base5 Vastag koax (50 ohm) 500 m 10BaseT UTP 100 m 10BaseF Üvegszál > 1000 m 13. ábra. Az Ehernet szabványai Az átvitel az üvegszálas kivételével alapsávú Vékony Ethernet hálózat jellemzői Az alkalmazott kábel RG58 jelű, nevét onnan kapta, hogy vékonyabb, mint a 10Base5 típusú vastag kábel. Az állomások összekapcsolására 50

51 busz topológiát alkalmaznak. A felfűzés T csatlakozók segítségével történik úgy, hogy a T dugó egyik vége a hálózati kártyákra csatlakozik, a másik két végére pedig a szomszédos állomások kábelei csatlakoznak. A kábelek csatlakoztatására BNC csatlakozót alkalmaznak. A két szélső állomás után a végpontokat a kábel hullámellenállásával (50 ohm) le kell zárni. Egy ilyen lezárt kábelszakaszt neveznek egy szegmensnek, melynek maximális mérete lehet 185 m. Egy hálózaton belül 5 szegmenst alkalmazhatunk, melyek összekötése jelismétlők (repeater) segítségével valósítható meg. A repeater egy fizikai rétegbeli eszköz, amely mindkét irányból veszi, felerősíti és továbbítja a jeleket. A hálózat szemszögéből az ismétlőkkel összekötött kábelszegmensek egyetlen kábelnek tekinthetők. Egy szegmensre maximum 30 munkahely csatlakoztatható. A megengedett legrövidebb kábelhossz két pont között 0,5 m. A hálózat átviteli sebessége elméletileg 10 Mbit/s. Kialakítása egyszerű és olcsó Vastag Ethernet hálózat jellemzői Itt is busz topológiát használnak, az állomások csatlakoztatása azonban úgynevezett vámpír csatlakozók segítségével történhet. A kábelbe egy rendkívül pontos mélységű és szélességű lyukat fúrnak, melynek a rézmagban kell végződnie. Ebbe a lyukba kell becsavarni egy speciális csatlakozót (ez a vámpír csatlakozó), amelynek végül is ugyanaz a célja, mint a T csatlakozónak, csak nem kell megszakítani a kábelt. Ilyenkor a kábelre a vámpír csatlakozóhoz egy adó-vevőt (transceiver vagy MAU) is illeszteni kell, amihez csatlakoztatott kábel köti össze az adó-vevőt a számítógépben lévő illesztő kártyával. Az adó-vevő kábel (AUI) legfeljebb 50 m hosszú lehet, és öt különállóan árnyékolt sodrott érpárt tartalmaz. A MAU csatlakozója (Canon DB-15) négy szimmetrikus jeláramkört, tápellátást és földelést szolgáltató vezetéket tartalmaz. A jeláramkörök két jelvezetékből (A és B) és az árnyékolásukból (S) állnak. 51

52 A szegmens hossza 500 m lehet, a kábelvégeket ebben az esetben is le kell zárni. Itt is maximum 5 szegmens alkalmazható, amelyeket repeaterek segítségével kapcsolhatunk össze. Egy szegmensre maximum 100 munkaállomás csatlakoztatható. A csatlakozások azonban csak 2,5 m- enként, úgynevezett markerekkel jelölt pontokban helyezhetők el. A munkaállomás a transceiver-ektől maximum 50 m-re lehet. A teljes hálózat hossz 2500 m lehet. A hálózat átviteli sebessége itt is elméletileg 10 Mbit/s. Kialakítása nehezebb és drágábbak az eszközök, a nagyobb kiterjedésű és bonyolultabb hálózatok építési módja volt UTP Ethernet hálózat jellemzői Lényegében csillag alakú topológia valósul meg, mivel minden állomás a HUB-hoz (gyakorlatilag repeater) csatlakozik. A kábelek csatlakoztatására RJ45 típusjelű (telefoncsatlakozóhoz hasonló) csatlakozót alkalmaznak. Az állomás a HUB-tól maximum 100 m-re lehet. A struktúrált kábelezés ideális eszköze. Ma már az eszközök is olcsóak, így széles körben ezt a módszert alkalmazzák, Cat5 kábelen 100Mbit/s átvitel is megvalósítható. 11. UTP Ethernet hálózatok építése 11.1 Részcélkitűzések Megismerkedni a különböző alkalmazott hálózati eszközökkel. Képessé válni felismerni a különböző eszközöket. Ismerni az alkalmazási területüket, és felhasználási módjukat. Megismerni és begyakorolni a patch kábelek készítésének módját. Tisztába lenni a szabványos kábelezési alapelvekkel. Ismerni a kábelezési előírások legfontosabb elemeit. 52

53 11.2 UTP Ethernet hálózatok elemei fali kábel UTP, tipikusan CAT5e, 305m-es hosszban, egy dob-ra 14. ábra. Fali kábel feltekerve kapható csatornák fali kábelek elhelyezésére, ma már a tervezésnél figyelembe veszik, így sok helyen már nem a falon kívül, hanem a falon belül futnak aljzat többféle gyártó, eltér a szerelési mód (krimpel, beszúr) 15. ábra. Aljzat fali aljzat többféle gyártó, eltér a szerelési mód (krimpel, beszúr) kábelrendező panel (patch panel) fali kábelek végpontja aljzatokkal 16. ábra. Fali aljzat 53

54 17. ábra. Patch panel utp dugó RJ45 patch kábelek végén 18. ábra. RJ45 patch kábel UTP CAT5, mindkét végén beöntött UTP dugóval, különböző méretben (0,5m, 1m, 2m 3m, 5m, 10m) készen kaphatók 19. ábra. Patch kábel HUB aktív elosztó eszköz, gyakorlatilag több portos jelismétlő (repeater), ma már nem használatos, helyettük inkább switcheket használnak 20. ábra. HUB Switch aktív kapcsoló eszköz, kinézetre olyan, mint a HUB, csak működésben tér el egy kicsit, tipikusan 4, 5, 8, 16, 24, 48 portos kivitelben kaphatók 54

55 21. ábra. Switch Router aktív irányító (útválasztó) eszköz, tipikusan 2-4 porttal rendelkezik 22. ábra. Router Fali szekrény a hálózati kábelek és aktív eszközök zárható gyűjtőhelye, ami falra van felszerelve Rack szekrény a hálózati kábelek és aktív eszközök zárható gyűjtőhelye 23. ábra. Rack szekrény Szerver akár egy egyszerű PC is lehet, csak szerepe szerint különböztetjük meg. Léteznek rackbe szerelhető szerverek is. 55

56 Kliens felhasználók által használ gépek 11.3 Patch kábel készítése: 24. ábra. Rackbe szerelhető szerver 56

57 A jelenlegi hálózatoknál (100BaseT) a 8 db érből csak 4-et használunk, az 1,2,3,6-os ereket. A Gigabites hálózatoknál (CAT5e, CAT6) már mind a 8 érre szükség van. Kétféle patch kábelről beszélünk: Egyenes (straight) a kábel két végén ugyanolyan módon kötjük be a csatlakozóba a kábelt A A vagy B B módon. Kereszt (crossover) a kábel két végén ellentétesen kötjük be A B vagy B A módon. Általában egyenes kábeleket használunk, kivétel, ha közvetlenül két számítógépet, vagy két HUB-ot kötünk össze. Patch kábel készítéséhez szükség van krimpelő fogóra is. A szerelés menete: 25. ábra. Krimpelő fogó A kábelt meg kell csupaszolni (megtisztítani a külső műanyag szigeteléstől) kb. 1 1,5 cm hosszan Ki kell bontani a vezetékek sodrását és be kell rendezni a vezetékeket a kiválasztott színsorrendnek megfelelően Az elrendezését követően a kábelvégeket a krimpelő fogóval egyenesre kell vágni úgy, hogy a blankolt hossz kb. 1 cm legyen A kábelt becsúsztatjuk az RJ45-ös csatlakozóba a következő módon: a csatlakozó sima oldalának kell felfelé nézni (a rögzítő 57

58 fül nézzen lefelé), és ebben a helyzetben a narancs-fehér kábelnek bal oldalra kell kerülnie Ellenőrizzük a csatlakozóban a színsorrendet és azt, hogy minden vezeték végigér a csatlakozón Behelyezzük a csatlakozót a krimpelő fogóba vigyázva arra, hogy a vezetékek ki ne csússzanak - és egy erőteljes mozdulattal összenyomjuk, egészen addig, amíg egy pattanó hangot nem hallunk A csatlakozót a rögzítő fül lenyomásával kiemeljük a fogóból Rendszerint kereszt kábelt készítünk, amikor szükség van rá. Egyenes kábelt inkább készen célszerű vásárolni, mivel olcsóbb is, és gyárilag tesztelt, beöntött kivitelűek, ami azt is jelenti, hogy megbízhatóbbak, mint a kézzel szerelt kábelek Kábelezés 26. ábra. Gyárilag szerelt patch kábel A helyi hálózatok kialakításánál az ábrán látható elrendezést célszerű használni. A huzalozási központból fali kábel vezet a számítógép közelében lévő fali aljzathoz. Ez a vízszintes kábel, ami vagy a falon belüli csövekben, vagy a falon kívül, MCS csatornában kerül elvezetésre. A 58

59 számítógéphez közvetlenül csatlakozó munkaterületi kábel már rendszerint szabadon kerül elvezetésre. 27. ábra. Az EIA/TIA horizontális kábelezés összetevői A huzalozási központ egy olyan helyiség, amit kifejezetten arra a célra terveztek, hogy egy helyi hálózatban (LAN-ban) levő eszközök összekötésére használt vezetékek és huzalozási berendezések központi kapcsolódási pontja legyen. Ez a középpontja a csillag topológiának. A huzalozási központban általában a következő berendezések találhatók: kábelrendező panelek, hubok, hidak, kapcsolók és forgalomirányítók. Nagy hálózatok esetében nem ritka, hogy több huzalozási központot használnak. Ekkor rendszerint az egyik huzalozási központ a központi kábelrendező (MDF) szerepét tölti be. Az összes többi kábelrendező, vagyis a közbülső kábelrendezők (IDF) a központi kábelrendező (MDF) alárendeltjei. Ezt a fajta topológiát nevezzük bővített csillag topológiának. 12. Témazáró 1. Milyen típusú UTP kábel segítségével érhető el Gbit/s-es átvitel? Válaszd ki a helyes választ! (1 pont) STP1 Cat5a Sűrű csavarású UTP 59

60 Cat5 Cat Igaz-e a következő mondat? (1 pont) Az információkat egy üvegszálban haladó fénysugár intenzitása hordozza, és a fény a szál belsejének és külsejének eltérő törésmutatója miatt nem tud kilépni. 3. Jelöld be, hogy az IEEE 802 milyen alrétegekre bontotta tovább az OSI szerinti adatkapcsolati réteget? Több jó válasz van! (2 pont) LLS fizikai MAC CSMA/CD LLC 4. Hogy nevezik a MAC alrétegben használt 48 bites címet, ami egyértelműen azonosít egy hálózati állomást? (1 pont) 5. Állítsd sorrendbe a közeghozzáférés szervezéssel kapcsolatos lépéseket! (2 pont) Véletlenszerű ideig vár. Zavarójelet bocsát ki, ami minden állomást leállásra kényszerít. Ismételt ütközés estén nagyobb véletlenszerű ideig vár. Az adó belehallgat a közegbe, és ha nincs forgalom elkezd adni. Ha üres az átviteli közeg újrapróbálkozik az adással. Az adás közben figyeli a közeget és ha nem ugyanazt hallja, amit ad, akkor abbahagyja az adást. 6. Hogyan lesz nagyobb megbízhatóságú az FDDI, milyen megvalósítást alkalmaz ezért? (1 pont) 7. Egészítsd ki! 60

61 -nek nevezzük a számítógép hálózat azon részét, amelyen az eszközök ugyanazt a fizikai közeget használva kommunikálnak. (1 pont) 8. Melyik az a hálózati aktív eszköz, amelyik csökkenti az ütközési tartományt, leszűkítve azt 1-1 portra? (1 pont) 9. Hogy nevezik azt az Ethernet kábelezési technikát, amelyik UTP kábelt használ és 100Mbit/s átvitelre képes? Válaszd ki a helyes választ! (1 pont) 100BaseUTP 10Base5 100BaseT 100BaseF 100Base 10. Mit jelent az egyenes kábel (straight) fogalma? Válaszd ki a megfelelőt! (1 pont) A kábelt nem hajlítjuk meg 45 fokos szögnél nagyobb szögben. A kábel két végén ellentétes bekötési módot választunk (A B vagy B-A). A bekötés során EIA/TIA 568A bekötést használunk az aljzatokban. A kábel két végén ugyanolyan bekötési módot használunk. (A A vagy B-B) Összesen 12 pontot lehet szerezni. A pontozásnál a 2 pontos feladatoknál a részmegoldásért 1 pont jár. A témazáró akkor tekinthető eredményesnek, ha 80%-ot (9 pontot) sikerül elérni. 13. A TCP/IP protokoll rendszer 13.1 Részcélkitűzések Megismerkedni az interneten és a számítógépek hálózatok esetén általánosan használt protokoll rendszer felépítésével, valamint megérteni 61

62 az ISO/OSI és TCP/IP közötti azonosságokat és különbségeket. Megismerni a TCP/IP-vel kapcsolatos legelterjedtebb protokollok neveit, feladatait Alapfogalmak A TCP /IP protokollcsalád napjainkra gyakorlatilag szabvánnyá vált a számítógépes világban. Léte szervesen összefonódott napjaink egyik legfontosabb hálózatával, az internettel. Sokan használják, de sokan nem ismerik a működését, ennek megfelelően nem tudják hálózatukat, számítógépüket megfelelően beállítani. Még kevesebben tudják, hogy ez nem egy protokoll, hanem kapcsolódó protokollok összessége, egy protokoll család. A két legfontosabb, legismertebb összetevőjéről lett elnevezve (TCP Transfer Control Protocol, IP Internet Protocol). A TCP/IP protokoll, különböző szabványokban és kvázi szabványokban van meghatározva, leírva. Ezek a következők: MIL STD (Military Standards) IEN (Internet Engineering Notes) RFC (Request for Comments) Pontosítva, az RFC nem szabvány, csak olyan dokumentum, illetve dokumentumok összessége, mely internetes protokollokat, javaslatokat és szabványokat, illetve szabványokra történő hivatkozásokat is tartalmaz. Tehát a szabványszerű leírások a oldalon találhatók Protokollrendszer A TCP/IP is réteges felépítésű, azonban eltér az OSI ajánlástól, és hét réteg helyett csak ötöt definiál. A rétegek funkciói, feladatai megfeleltethetőek az OSI rétegeinek, így könnyen összehasonlíthatóak. OSI alkalmazási TCP/IP alkalmazási 62

63 megjelenítési viszony Vinnai Zoltán: Hálózati alapismeretek szállítási hálózati adatkapcsolati fizikai szállítási internet (hálózati) adatkapcsolati fizikai 28. ábra. Az OSI és a TCP/IP rétegei A legnagyobb eltérés a felső három rétegben van. A TCP/IP-ben nincs külön megjelenítési és viszony réteg. TCP/IP rétegek TCP/IP protokollok alkalmazási HTTP, FTP, DHCP, DNS, HTTPS, TFTP, SMTP, POP3, IMAP,... szállítási TCP UDP internet (hálózati) ICMP IP IGMP adatkapcsolati ARP RARP fizikai ábra. TCP/IP fontosabb protokolljai Az ábrán látható protokollok rövid leírása: ARP: Address Resolution Protocol, címfeloldási protokoll, ami képes kideríteni egy IP címhez tartozó MAC címet RARP: Address Resolution Protocol, az ARP ellentéte, ami egy MAC címhez keresi meg az IP címet 63

64 IP: Internet Protocol, IP cím alapján képes összetett hálózaton (internet) keresztül is eljuttatni egy csomagot a címzetthez. Összeköttetés mentes protokoll. ICMP: Internet Control Message Protocol, az esetleges átviteli hibák jelzésére, valamint diagnosztizálásra szolgál (a ping parancs ICMP üzenettel dolgozik). Az ICMP is az IP protokollt használja az átvitelhez. A lehetséges ICMP üzenetek a következő oldalon láthatók: IGMP: Internet Group Management Protocol, csoportos IP címes küldés, ami annyit jelent, hogy egy IP címre küldünk, de azt többen dolgozzák fel, olyan, mint a rádió. TCP: Transmission Control Protocol, összeköttetés alapú szállítási rétegbeli protokoll, ami megbízható átvitelt valósít meg, két végpont között, az IP protokoll szolgáltatásait felhasználva. UDP: User Datagram Protocol, összeköttetés mentes szállítási rétegbeli protokoll az IP protokoll szolgáltatásaira épülve HTTP: HyperText Transfer Protocol, az interneten található információk elérésére szolgáló átviteli protokoll. Amikor böngészünk, a böngészőnk ilyen protokoll segítségével tölti le a megjelenített oldalakat. FTP: File Trasfer Protocol, állományok le- és feltöltésére használatos protokoll, ahol meg kell adni minden esetben egy felhasználó nevet és egy hozzá tartozó jelszót. DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol, IP címek és egyéb hálózati beállítások dinamikus kiosztására szolgáló protokoll. Segítségével központilag kezelhetők a számítógépek hálózati beállításai. DNS: Domain Name System, a mai Internet egyik legfontosabb szolgáltatása. Ez a technika biztosítja azt, hogy az oldalakat nevük alapján (pl.: szemere.miskolc.hu) és ne IP cím szerint találhassuk meg. 64

65 HTTPS: Biztonságos HTTP kommunikációt jelöl, ahol a két kommunikáló fél adatai titkosítva utaznak a hálózaton keresztül, így mások által értelmezhetetlen. Ezt használják olyan helyeken,ahol fontos a biztonság, mint például a jelszavas bejelentkezések, vagy a fizetési tranzakciók. TFTP: Trivial FTP, olyan FTP, ahol nem kell felhasználó nevet és jelszót megadni. SMTP: Simple Mail Transfer Protocol, az elektronikus levelezés ( ) egyik alapvető protokollja, ennek segítségével küldhetünk t. POP3: Post Office Protocol version 3, ennek segítségével tölthetjük le leveleinket a levelező kiszolgálóról. IMAP: Internet Message Access Protocol, ez is a leveleink letöltésére szolgál, azzal a különbséggel, hogy ebben az esetben, a leveleink megmaradnak a szerveren. A TCP/IP protokoll hierarchiának van még egy különlegessége, hogy az alkalmazási réteg protokolloknak nem kell minden esetben a TCP vagy az UDP protokollt használni, közvetlenül is elérhetik a hálózati szintű protokollokat (IP,ICMP) is. Vagyis a réteges hálózati kommunikáció elve itt sérülhet. 14. Címzés, portok és IP címek 14.1 Részcélkitűzések Megérteni a különböző rétegekben használt címzési rendszerek szerepét és jelentőségét, kiemelve a portok és IP címek szerepét, működését. Megismerni a legelterjedtebb portcímeket és a hozzájuk kapcsolódó szolgáltatásokat. Érteni az IP címek felépítését, a címosztályokat. Megismerni a speciális IP címek szerepét, valamint a lokális IP cím tartományokat. 65

66 14.2 Címzés Vinnai Zoltán: Hálózati alapismeretek Bárkivel is szeretnénk kommunikálni, meg kell őt szólítanunk, vagyis meg kell címezni az üzenetet, hogy kinek szól. A protokoll hierarchiában minden rétegnek (és azon belül az egyes protokolloknak) megvan a saját címzési rendszerük, amelynek segítségével meg tudják találni egymást. A TCP/IP szövetben is többféle címzés működik: TCP/IP rétegek Használt címzési rendszer alkalmazási Domain név (pl.: index.hu) szállítási Port címek (pl.: 80) internet (hálózati) adatkapcsolati IP címek (pl.: ) MAC címek (pl.: 00:13:f7:43:d9:60) fizikai ábra. Címzési rendszerek Amikor a postai szolgáltatásokat használjuk, akkor is címeket használunk, ami több részből áll, város, irányítószám, utca, házszám, ajtó, név. Ez egy többszintű (hierarchikus) címzési rendszer, ami megkönnyíti a posta munkáját, hiszen így gyorsan lehet szelektálni, hogy a leveleket melyik városba is kell továbbítani, illetve ha már a városban van, akkor melyik utcára kell eljuttatni. Minden hálózati kommunikáció végső soron MAC cím alapján zajlik. A MAC cím a hálózati kártyák egyedi azonosítója, és csak akkor működik, ha a cél közvetlenül elérhető, vagyis ugyanazon hálózat része. Ez egyszintű címzés, nem lehet csoportokat képezni. 66

67 Az IP alapú címzés már képes csoportok kezelésére, mint a normál levelezésben használt irányítószám, város. Ez alapján könnyebb a csomagokat célba juttatni. Minden egyes gépnek egyedi IP címe kell legyen. Ma már az IP címhez tartozik egy netmaszk is, ami azt határozza meg, hogy melyik hálózatba tartozik a cím. Ennek segítségével többszintű címzést lehet kialakítani, és a csomagok célba juttatásában is segít. A portcím rendszerint egy szolgáltatást azonosít a végponton, de mindkét oldalon szükséges ahhoz, hogy a szállítási réteg kommunikációját egyértelműen azonosítsa. A domain név szintén többszintű címzési rendszer, mivel külön ott van az ország, a szervezet, és a gép azonosítója Portok Egy számítógépet fizikailag MAC cím alapján lehet elérni, míg a hálózati rétegben IP címmel. Azonban egy számítógépen nem csak egyetlen szolgáltatás működhet, hanem akárhány, vagyis ugyanazon a számítógépen futhat web szerver, FTP szerver, vagy DNS szerver is. Ha csak az IP címet használnánk címzésre, az egyes szolgáltatásokat nem tudnánk megkülönböztetni. Az egyes szolgáltatásokat egy 16 bites számmal lehet azonosítani, vagyis egy gépen összesen szolgáltatás futhat egymással párhuzamosan, úgy hogy egymást nem zavarják. Ezt a fajta szolgáltatást úgy kell elképzelni, mintha egy bankban az egyes dolgozók lennének a szolgáltatások. A bank elérhető ugye, be lehet menni (adott az IP címe), míg az egyes dolgozók különböző feladatokat láthatnak el, vagyis különböző szolgáltatásokat nyújtanak mások részére. Még az is elképzelhető, hogy több dolgozó is ugyanazt a feladatot látja el, vagyis azonos szolgáltatásokat nyújt az ügyfelek részére. Ez valósul meg a számítógépeken az IP cím és a portcím segítségével. Ez a fajta azonosítás a szállítási rétegben valósul meg, ahol két protokoll is rendelkezésre áll az átvitelre, az egyik a TCP, a másik az UDP. 67

68 Mindkettőn használható, mind a port. A használathoz szükség van egy olyan alkalmazásra, ami figyeli az adott portra érkező kéréseket, és fel is dolgozza azokat, illetve válaszol is rá. A portcímek egy része szabványos szolgáltatásokhoz van kapcsolva, a nagy részüket azonban szabadon lehet használni, feltéve, hogy más alkalmazás már nem használja azt. A felosztás a következő: 0: nem használt 1-255: ismert szolgáltatások számára fenntartott címek, pl. http : egyéb védett portok : szabadon használható portok Néhány ismert szolgáltatás neve és címe: Szolgáltatás Protokoll Port Szolgáltatás neve neve Protokoll Port HTTP tcp 80 HTTPS tcp 443 FTP tcp 21 SMTP tcp 25 DHCP udp 67,68 POP3 tcp 110 DNS tcp, udp 53 IMAP tcp ábra. Ismert szolgáltatások neve és portcíme Az egyéb portcímek használatára jó példa a számítógépes hálózati játékok által használt címek. Ha például egy Counter-Strike 1.6-os szervert indítunk, ahová mások is be tudnak csatlakozni, akkor az alapértelmezésben a ös UDP porton fog figyelni. Ha egy játékos csatlakozni akar ehhez, akkor ismernie kell a szerver IP címét, és ha nem ezen a porton indítottuk a játékot, akkor a portcímet is. Ugyanazon a gépen több szervert is lehet indítani, ha mindegyikhez más-más portcímet rendelünk hozzá. 68

69 14.4 IP címek Vinnai Zoltán: Hálózati alapismeretek Az interneten jelenleg széles körben használt címzési rendszer az Ipv4. Aktuális állapot szerint már nincs további kiosztható Ipv4-es cím, elfogyott, vagyis további szervezeteknek, nem tudnak osztani IP címeket. Szerencsére már megalkották az utódját, az Ipv6-ot, ami sokkal több IP cím kiosztását teszi lehetővé. Jelenleg Kínában már át is tértek az Ipv6-ra, a világ többi részén csak most lesz az átállás. Először az Ipv4-ről tanulunk, mert könnyebb megérteni, hogy hogy is működik az IP címzési rendszer, és a végén csak a különbségeket fogjuk tisztázni Az Ipv4 címzés jellemzői: a cím 32 bites, vagyis 4 bájtot foglal el rendszerint pontokkal elválasztott 4 db decimális számmal írjuk fel (pl.: ) bináris alakban számolunk vele (pl.: ) maximálisan kiosztható címek száma 2 32 = 4 milliárd az IP cím két részre osztható, hálózati címre (netid) és hosztcímre (hostid) a címek az egész világon egyediek, kiosztásukról a DDN NIC szervezet gondoskodik, de földrészenként, országonként lehet külön szervezet is (pl a RIPE Európában) Címosztályok (RFC 1518, RFC 1375) Az IP címeket az internet eredeti címzési terve szerint címosztályokba soroljuk. Ezt a címzési módot eredeti nevén Classfull Addressing-nek nevezik. Öt osztály van, melyből az első három kiemelt osztály. Ezeket betűkkel jelöljük (A, B, C, D, E). Egy IP címről gyorsan el tudjuk dönteni, hogy melyik osztályba tartozik: 69

70 egy cím A osztályú, ha a cím első bitje 0, vagy az első bájt között van egy cím B osztályú, ha a cím első két bitje 10, vagy az első bájt között van egy cím C osztályú, ha a cím első három bitje 110, vagy az első bájt között van egy cím D osztályú, ha a cím első négy bitje 1110, vagy az első bájt között van egy cím E osztályú, ha a cím első öt bitje 11110, vagy az első bájt között van Mint már említettük, az IP cím két részből áll. Egy hálózati és egy host azonosítóból. Ez az egyes címosztályok esetén a következőképpen épül fel: Osztály Első bájt Az IP cím egyes bájtjai A Netid 8 bit Hostid 24 bit B Netid 16 bit Hostid 16 bit C Netid 24 bit Hostid 8bit D E Csoport cím (multicast cím) 28 bit Jelenleg nem használt 32. ábra. IPv4 címosztályok Ha két IP cím esetén a netid bitek azonosak, akkor az IP címek azonos hálózatban vannak. Közvetlenül csak azok a számítógépek tudnak egymással kommunikálni, amelyek azonos hálózatba tartoznak! A kezdeti időkben az IP cím egyértelműen meghatározta, hogy a gép melyik hálózatba tartozik. Ezzel csak az volt a baj, hogy pazarló rendszer. A kezdetben ez nem számított, de amikor növekedett a gépek száma, akkor derült ki, hogy ez a fajta hálózati csoportosítás gyorsan elfogyasztja a rendelkezésre álló címeket. A osztályú címtartományokból összesen csak 70

71 126 lehet és egy-egy cégnek, egyetemnek odaadtak egy teljes A osztályú tartományt (2 24 = 16 milliard cím), amit a mai napig nem használnak ki. Erre a problémára született meg a VLSM (változó alhálózat méretek) és a CIDR (osztály nélküli) címzés. Mindkét esetben az IP cím mellett szükség van egy maszkra is, ami meghatározza, hogy az IP cím hány bitje tartozik a hálózati részhez (netid), és hány a hoszt részhez (hostid) Speciális címek Léteznek úgynevezett speciális címek, melyek egyéb feladatokra vannak fenntartva: Netid bitjei Hostid bitjei Jelentés Ideiglenes forrás cím, addig amíg nem kap rendes címet a gép. Nem szabad célcímként használni! Szórási cím. Minden bit 1-es, a netid és a hostid bitjei is. Minden elérhető számítógéphez továbbítódik az üzenet....x......x Direkt szórási cím (net broadcast). A hostid bitjei helyén 1-esek szerepelnek, a netid marad. Az erre a címre küldött üzenet az adott hálózatba tartozó összes géphez eljut. (RFC 0919) Hálózati cím. A netid bitjei maradnak, a hostid bitek helyén 0 szerepel. Ez azonosítja magát a hálózatot x... localhost vagy loopback as A osztályú címtartomány. Csak teszt célra, illetve a gépen futó programok közötti kommunikációra használható, de a hálózaton nem fordulhat elő! Multicast, az összes router az adott hálózaton 33. ábra. Speciális IP címek 71

72 Nem publikus címtartományok (RFC 1597) A címosztályoknál leírtakból következik, hogy az IPv4-es címzéssel kiosztható címek száma erősen korlátozott. Ezért törekednünk kell arra, hogy azok a számítógépek, melyeknél nem fontos, hogy közvetlenül az internetre legyenek kapcsolódva, ne foglaljanak le globális címeket. Az IANA (Internet Assigned Numbers Authority) a magánhálózatok számára ezért lefoglalta a következő privát címtartományokat (RFC 1918): Címosztály Címtartomány A B C B ábra. Lokális (nem publikus) címtartományok Az utolsó (kiszürkített) nem tartozik az RFC által definiálthoz, de meg kell említeni, mivel ez is egy speciális tartomány, és az interneten sem fordulhat elő. Ilyen címet akkor kap egy számítógép, ha Windows operációs rendszer van a gépen, és DHCP-n keresztül kellene IP-t kapnia, de valamiért nem sikerül. Ebben az esetben a Windowsos gépek maguknak választanak címet ebből a tartományból. 15. Alhálózatok 15.1 Részcélkitűzések Megérteni az alhálózat fogalmát. Megismerkedni a netmaszkkal és felírási módjaival, és megérteni az osztályfüggetlen (CIDR) IP címzés alapjait. Megismerni az alhálózat fogalmát. Megérteni az alhálózat kialakítás fontosságát és módját. Ismerni az alhálózatok tervezésének és kialakításának lehetőségeit. 72

73 15.2 Alhálózat Vinnai Zoltán: Hálózati alapismeretek Az alhálózatok kialakításának igénye akkor merült fel először, amikor a szervezeteknél is felvetődött, hogy jó lenne a kapott IP címeket a szervezeten belül is csoportosítani. A megoldást a netmaszk (RFC 950) bevezetése jelentette. Innentől kezdve a netid nem magából az IP címből következik, hanem a maszk határozza meg, mégpedig úgy, hogy ahol a maszkban 1-es bit van, az a netidhez tartozik. De mivel egy hálózatot bontottunk további hálózatokra, ezért már nem netid-ről, hanem subnetid-ről beszélünk (sub = al, subnet = alhálózat). Az alhálózatok kialakításánál azt kell megértenünk, hogy a kiindulás mindig egy több címet tartalmazó hálózatból történik, és ezt bontjuk további különálló részekre, mintha szétvágnánk cikkekre egy almát. Adott például a következő B osztályú címtartomány: netid hostid nnnnnnnn nnnnnnnn hhhhhhhh hhhhhhhh Az n jelöli a hálózat azonosító biteket (netid), míg a h végpontokat azonosító biteket (hostid). Ebben a példában megkaptuk a teljes B osztályú címtartományt, vagyis gépnek tudunk adni egyetlen hálózatba tartozó címet. De mi tovább szeretnénk bontani ezt különböző szempontok szerint. Ekkor jön jól például a következő netmaszk: Ezzel a maszkkal meghatározhatjuk, hogy a hálózati bitek száma ne 16 legyen, mint az alapértelmezett B osztályban, hanem 24. Ebben a pillanatban kapunk 254 egyedi hálózatot ( s bitek miatt), és hálózatonként 254 egyedi kiosztható címet (hostid). A kiterjesztett hálózati azonosító (netid) pedig 16-ról 24 bitesre változott. netid hostid 73

74 netid subnetid hostid nnnnnnnn nnnnnnnn ssssssss hhhhhhhh A végeredmény kicsivel ugyan elmarad az eredeti kiosztható címek számától, de még így is marad 254*254, vagyis kiosztható IP címünk. Mindezt úgy, hogy ki tudunk alakítani 254 különböző, elszeparált hálózatot a szervezeten belül Netmaszk megadási módok Meghatározhatjuk binárisan, mint az előző példában felírhatjuk decimális formában is vagy prefix formában, ahol csak egy / jel után az egyest tartalmazó bitek számát határozzuk meg /24 Például a / vagy /24 megadási mód ugyanazt jelenti, vagyis egy B osztályú IP tartományt C osztályú netmaszkkal alhálózatokra bonthatunk. Amikor egy IP cím esetén alapértelmezett netmaszról beszélünk, akkor az azt jelenti, hogy az osztály szerinti netid nem változik, vagyis ha C osztályú az IP cím, akkor C osztályú netmaszkot használunk, pl.: / Alhálózatra bontás Adott a /24 C osztályú címtartomány. Ezen a területen alakítsunk ki 4 egyforma méretű alhálózatot. Az első feladat a subnet bitek meghatározása. Ezt kétféleképpen is megvalósíthatjuk: Négy részre osztáshoz n darab subnet bit kell. 4=2 n =2 2 > n=2 74

75 Ha négy egyenlő részre osztjuk, akkor egy alhálózatban 64 db (256 db / 4) hostot kell tudni címezni. 64=2 n > n=6 hostbit kell hozzá. C osztályú cím esetén eredetileg 8 hostbit állt rendelkezésre, tehát 8-6=2 subnet bitet foglal el az alhálózati maszk. Ezek szerint a négy tartomány a következőképpen alakul: Ssz Címtartomány (bináris formában) Címtartomány xxxxxx / xxxxxx / xxxxxx / xxxxxx / ábra. Alhálózatokra bontás példa A fenti táblázatban pirossal jelöltük a subnet biteket. A prefix értékét úgy kaptuk, hogy a net bitek számához hozzáadtuk a subnetbitek számát (24+2=26). Ebből következik, hogy a subnet maszk értéke: , azaz Ne hagyjuk a tervezéskor figyelmen kívül, hogy ezzel az alhálózatonkénti 64 címmel csak 62 db gépet tudunk megcímezni, mivel egy címet lefoglal az alhálózati azonosító, egyet pedig a broadcast cím. Természetesen ezt a feladatot "visszafele" is meg tudjuk oldani. Azaz, ha adott egy IP cím, és adott a subnet maszk, akkor e kettő segítségével meg tudjuk határozni mind a hálózati címet (net id.), mind a gép címét (host id.). 16. ARP, RARP, fizikai címzés, Útválasztás 16.1 Részcélkitűzések Megismerni az ARP protokoll működésének alapjait, szükségességét, a fizikai címzés alapelveit. Megérteni a direkt és indirekt címzés alapelveit és 75

76 a közöttük lévő különbséget. Megérteni az IP útválasztás döntési folyamatát ARP Address Resolution Protokol (címfeloldási protokoll) A hálózati rétegben IP cím alapján címzünk. Az adatkapcsolati rétegben azonban a csomagokat MAC címekre kell küldeni, ezért valamilyen módon meg kell ismerni az adott IP című gép MAC címét. Az ARP protokoll pontosan ezt a feladatot látja el. Amikor az adatkapcsolati réteg megkapja a hálózati rétegtől az elküldendő adatcsomagot, egyben a cél IP címet is ismeri. Szórási üzenettel megkérdezi a hálózat tagjait, hogy van-e adott IP-jű gép a hálózaton. Ha van, akkor válaszol, és a válaszban ott lesz a keresett MAC cím is. A már megtalált IP-MAC párosokat egy külön táblában tárolja (cache-eli) egy ideig, és ha addig még egyszer szükség van rá, akkor csak a táblából veszi elő. 36. ábra. Az arp tábla megjelenítése az arp -a paranccsal Addig a pontig, amíg a keresett gép közvetlenül elérhető, vagyis ugyanazon a hálózati szegmensen található, csak ennyi történik. Azonban távoli számítógépekkel is kommunikálunk. Hogyan működik ilyenkor az ARP? Ebben az esetben a csomagot az alapátjáró (default gateway) felé kell elküldeni, a továbbküldésről ő gondoskodik. Először is meg kell tudni az alapátjáró IP címét, majd sima ARP eljárással megismerhető a hozzá tartozó MAC cím. 76

77 Mielőtt bármilyen műveletet végezne az ARP, először azt kell megtudnia, hogy a cél IP cím közvetlenül címezhető-e (direct delivery), vagyis ugyanazon hálózati szegmensen található-e. Ezt egyszerűen úgy tudja megnézni, hogy az aktuális saját IP címét és a cél IP címet maszkolja, vagyis leválasztja róla netmaszk segítségével a host biteket. Ha a két leválasztott hálózati cím azonos, akkor ugyanazon hálózat tagjai, vagyis közvetlenül címezhető. Ha nem azonos, akkor az alapátjáró felé kell küldenie tovább a csomagot. Nézzünk erre egy példát! Adott az ábrán látható helyi hálózat. Ezen a hálózaton van 4 db számítógép, 1 switch és 1 router. A router egyik interfésze a helyi hálózathoz, míg a másik az internetre csatlakozik. 37. ábra. Helyi hálózat Ha az egyes gépről ( ) el akarom érni a hármast ( ), akkor először mindkét IP címből meghatározásra kerül a hálózati cím. Ez jelen esetben mindkettőnél, vagyis azonos, ezért közvetlenül elindulhat egy ARP kérés a fizikai címért. Ha jön a válasz, akkor abból kinyerhető a MAC cím, és onnantól küldhető is közvetlenül az üzenet. 77