Tartalomjegyzék. Készült az Európai Unió támogatásával 1

Átírás

1 Tartalomjegyzék 1. Alapfogalmak Számítógép hálózatok kialakulása Számítógép hálózatok kialakításának okai Hálózatok csoportosítása Számítógép hálózatok felépítése, alapelemei Kommunikáció a hálózaton Az ISO/OSI modell A fizikai átvitel és jellemzői Vezetékes átviteli közegek Vezeték nélküli átvitel Átviteli módok Átvitelvezérlési módszerek Véletlen átvitel-vezérlési módszerek Osztott átvitel-vezérlési módszerek Központosított átvitelvezérlési módszerek A fizikai és az adatkapcsolati rétegek szabványai és gyakorlati megvalósításai Az IEEE 802-es szabvány család LLC logikai kapcsolatvezérlési szabvány CSMA/CD szabvány Vezérjel busz szabvány Vezérjel gyűrű szabvány FDDI szabvány Hálózati megvalósítások Ethernet IBM Token Ring IBM PC Készült az Európai Unió támogatásával 1

2 1. Alapfogalmak 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. 1.1 Számítógép hálózatok kialakulása Az első generációs számítógépek még csak néhány kivételes kutató részére volt hozzáférhető, így a hálózati kommunikációnak nem sok értelme lett volna. 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 nagyteljesítményű számítógép végzett minden műveletet. Közben felmerült az igény, hogy ezen a nagyteljesítményű számítógépen ne csak egyetlen ember dolgozhasson. Megjelentek a terminálok. 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. 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 nagyteljesítményű 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 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. 1.2 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. Készült az Európai Unió támogatásával 2

3 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. Gazdaságosság Az erőforrás megosztás jó példa erre, hiszen például egy személyi számítógép ezred annyiba kerül, mint egy nagyteljesítményű 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. 1.3 Hálózatok csoportosítása 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), nagytávolságú hálózat. Gyakorlatilag a Föld bármely tetszőleges pontjainak összekapcsolását teszi lehetővé felhasználva a nyilvános távközléstechnikai berendezéseket. 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 nyilt rendszer. 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. 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 Készült az Európai Unió támogatásával 3

4 Lényeges, hogy külön beszélhetünk fizikai topológiáról, amely a kábelezés módjára utal, illetve logikai topológiáról, amely az információ terjedésének módjára utal. Átviteli sebesség szerint: Lassú (1 Mbit/s alatt), általában telefonvonalak felhasználásával történő átvitelre jellemző Közepes sebességű (1 20 Mbit/s), lokális hálózatok sebessége Nagy sebességű (50 Mbit/s felett), speciális nagysebességű hálózatok, üvegszálas, műholdas, stb. 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 kábeltelevízó. 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 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 tartalmazza a teljes rendeltetési címet, külön továbbítódnak, közben sorrnedjük 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. 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. 1.4 Számítógép hálózatok felépítése, alapelemei 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 célbajuttatásához. 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. Készült az Európai Unió támogatásával 4

5 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. 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. 1.5 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 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. 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 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. 1.6 Az ISO/OSI modell 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, Készült az Európai Unió támogatásával 5

6 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 5. Viszony (Együttműködési) 4. Szállítási Transzport rétegek 3. Hálózati Adatátvitellel foglalkoznak 2. Adatkapcsolati 1. Fizikai 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, 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). Kommunikáció az ISO/OSI modellben: Készült az Európai Unió támogatásával 6

7 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. 2. A fizikai átvitel és jellemzői 2.1 Vezetékes átviteli közegek 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 100 Mbit/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 nagysebességű 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) Cat 1 Cat 2 Cat 3 Cat 4 Cat 5 Felhasználási terület 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) A kategóriák közötti 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. Készült az Európai Unió támogatásával 7

8 Előnye nagy sávszélesség, nagy távolság, zajérzéketlenség. Hátránya lehallgathatósága valamint a kiépítési struktúrából adódó sérülékenysége 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. 2.2 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 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. Szórt spektrumú sugárzás Kisebb távolságokra (kb. 1 km távolságokig), lokális hálózatoknál használt megoldás. Széles frekvenciasávot használ, amit egy normális vevő fehér zajnak érzékel. (Azonos amplitúdó minden frekvencián.) A szórt spektrumú vevő felismeri és fogja az adást. Antennaként megfelel egy darab vezeték. 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 (12 db 36 MHz-es transzponder, egy transzponderen 50 MB/s-os adatforgalom, vagy 800 db 64 Kbit/s-os hangcsatorna). 2.3 Átviteli módok Ebben a fejezetben azt ismerhetjük meg, hogy milyen eljárásokkal lehet az információt a fizikai közegeken keresztül eljuttatni az egyik végpontról a másik végpontra. Az itt vázolt kép azonban nem teljes, csak ízelítőt ad a lehetőségekből. Az információt elektronikus jelek formájában tároljuk és továbbítjuk. Ez azt jelenti, hogy rendszerint feszültségszintek illetve áramerősségek változása hordozza magát az információt. Ha analóg átvitelről beszélünk, akkor ez a jelváltozás az időben vizsgálva egy adott tartomány (pl. feszültségtartomány) minden értékét felveheti, lásd szinusz hullám. Jó példa erre a beszédátvitel. Beszédünk során különböző frekvenciájú hanghullámokat bocsátunk ki, melynek amplitúdója is folyamatosan változhat. Ha mikrofon segítségével beszédünket elektronikus jellé alakítjuk át, akkor ez a jelfolyam analóg jelfolyam lesz, mivel a jel egy adott feszültségtartományban minden értéket felvehet. A számítástechnikában azonban a digitális ábrázolási módot alkalmazzák, ahol az információ 0-ák és 1-esek sorozatából épül fel. Az átviteli technikában digitális jelfolyamról akkor beszélünk, ha ezekhez a 0-khoz és 1- Készült az Európai Unió támogatásával 8

9 esekhez csak két feszültségértéket rendelünk hozzá, vagyis jól megkülönböztethető feszültségértékeket láthatunk, ha az időben vizsgáljuk a jelfolyamot. Analóg átvitel A múltat teljes egészében az analóg átvitel jellemezte. A berendezések, az átviteli módszerek mindegyike analóg volt, gondoljunk a telefonra, a rádióra és a televízióra. A kialakított infrastruktúra is döntően analóg. Az emberi fül számára elég a 300 Hz 3000 Hz-ig terjedő frekvenciatartomány az emberi beszéd megértésére. Ezért a nyilvános távbeszélő hálózatokat ennek megfelelően alakították ki, a telefonbeszélgetések váltakozó áramú jeleit szűrők segítségével 300 Hz 3300 Hz között tartják. A beszélgetés idejére állandó kapcsolat épül ki a két felhasználói végberendezés között. Ez gyakorlatilag alapsávi átvitel, mivel az előállított elektronikus jeleket közvetlenül, átalakítás nélkül továbbítják az átvivő közegen, általában kétvezetékes rendszeren. A rádiótechnikában azonban más elveket is alkalmaznak. Ezekben közös, hogy egy úgynevezett vivőhullámot alkalmaznak, amelyre ráültetik az átviendő információt, vagyis modulálják. A moduláció többféle lehet, a két legismertebb az AM-el jelölt amplitúdó moduláció, és az FM-el jelölt frekvencia moduláció. AM esetén a vivőfrekvencia amplitúdója kerül módosításra az átviendő információ alapján, vagyis a frekvencia állandó, csak az amplitúdója változik, míg FM esetén a vivő frekvenciája változik. Kevésbé ismert modulációs eljárás a fázis moduláció. Lényege, hogy a szinuszos vivő fázisszögét módosítják, modulálják. Ezeket a módszereket együttesen szélessávú átvitelnek nevezik, és vegyesen is lehet alkalmazni őket. Modulált átviteli formát nemcsak vezeték nélküli átvitel esetén alkalmaznak, hanem vezetékes esetben is. Ha a hang átvitelénél maradunk, akkor egy adott vezeték egy kapcsolatot tesz lehetővé alapsávi átvitel esetén. Azonban a vezeték sávszélessége ennél jóval nagyobb is lehet. Ezt ma már ki is használják úgy, hogy egy kábelen több kapcsolatot valósítanak meg, például úgy, hogy különböző vivőfrekvenciát alkalmaznak, amelyek mindegyikét különböző adatátviteli csatorna (kapcsolat) jeleivel modulálnak. Ha ezek a vivőfrekvenciák elég távol vannak egymástól, akkor ugyanazon kábelen egyszerre például több beszélgetés is folyhat minden gond (áthallás, torzulás) nélkül. Digitális átvitel Az információt ebben az esetben adott időpillanatokban vizsgált feszültségszint hordozza. Legáltalánosabb eset, amikor a logikai 0-t a 0V körüli feszültségszint, a logikai 1-et pedig az 5V körüli feszültségszint jelenti. A kódolt információt általában bitenként egymás után sorban továbbítják (soros átvitel). Az is megoldható, hogy egyszerre egymással párhuzamosan több bitet is továbbítanak (párhuzamos átvitel), ekkor persze több szálú kapcsolatra is szükség van a két kommunikáló végpont között. Nagyobb távolság esetén a párhuzamos átvitel igen drága, így ezt nem is alkalmazzák ilyen esetekben. Az átvitel során mindig biteket viszünk át, de mivel eleinte szövegátvitelt valósítottak meg, ezért az átvitt információ egysége a bitcsoport volt, amely a szöveg egy karakterét kódolta. Az ilyen, bitcsoportokat átvivő módszert szokták karakterorientált átviteli eljárásnak nevezni. Az átvitt információ egysége a karakter, és speciális úgynevezett vezérlő karakterek biztosítják az átvitel megfelelő megvalósítását. A hálózati szabványokban, leírásokban a bájt kifejezés helyett az oktet fogalmát használják. A hálózatok elterjedésével a szöveges jellegű információk mellett más jellegű információk átvitele is szükségessé vált, sokszor eltérő szóhosszúságú és adatábrázolású számítógépek között. Ezért a bitcsoportos átvitel helyett a tetszőleges bitszámú üzenetátvitel került előtérbe, ezek a bitorientált eljárások. Az átvitel során, mivel az a legtöbbször sorban, bitenként történik, valahogy biztosítani kell az adó és vevő szinkronizmusát, azaz azt, hogy az ötödiknek elküldött bitet a vevő szintén az érkező ötödik bitnek érzékelje. A szinkron átviteli módszernél az egyes bitek jellemző időpontjai (kezdetük, közepük és végük) egy meghatározott alapidőtartam egész számú többszörösére helyezkednek el egymástól. Ez azt jelenti, hogy egy üzenet bitjei szigorú rendben követik egymást. A szinkronizmust egy speciális bitcsoport (SYN) érzékelése biztosítja. A vevő ezt érzékelve, már helyesen tudja az ezt követő biteket vagy bitcsoportokat (karaktereket) értelmezni. Karakter szinkron átvitel: SYN SYN n darab karakter Bit szinkron átvitel: SYN SYN Vezérlő inf. Adatmező vége Az aszinkron karakterorientált eljárások legrégebbi módszere a START-STOP átvitel. Ennél a szinkronizmus az adó és vevő között csak egy-egy karakter átvitelének idejére korlátozódik. Aszinkron átvitel: START Karakter1 STOP START Karakter2 STOP A tényleges átvitel során az információt különböző eljárások alapján kódolják (RZ, NRZ, NRZI, PE, stb). Készült az Európai Unió támogatásával 9

10 A digitális átvitel több szempontból jobb az analóg átvitelnél. Először is nagyon kicsi a hibaaránya. Analóg áramkörök esetén erősítőket használnak a vonalon fellépő csillapítások kompenzálására, azaz a jel regenerálására. Mivel a szükségképpen két irányban elhelyezett erősítők paraméterei folyamatosan változnak (öregedés, külső hőmérséklet, stb) ezért ez soha nem lehet tökéletes. Mivel a hiba halmozódik, ezért a sok erősítőn átmenő jelek várhatóan komolyan torzulnak. Ezzel szemben a digitális jelek tökéletesen helyreállíthatóak, hiszen két lehetséges értékük van, az 1 és a 0. A digitális jelek helyreállításakor halmozódó hiba sem lép fel. A digitális átvitel egy másik előnye az, hogy egyetlen eszköz hatékonyabb kihasználásával különböző típusú adatok (hang, zene, normál adat, kép) kevert átvitelét teszi lehetővé. Ez természetesen a különféle típusú adatok bináris alakra kódolása segítségével valósul meg. További előny az, hogy a már meglevő vonalakon is nagyobb átviteli sebesség érhető el, mint analóg átvitel esetén. Ezért figyelhető meg az a tendencia, hogy lassan minden átvitel, ami eddig analóg eljárásokat alkalmazott, áttér a digitális átviteli eljárások valamelyikére. 2.4 Átvitelvezérlési módszerek Az átviteli közeg hozzáférésére számos eljárást használnak. A hozzáférés módja amint azt a későbbiekben látni fogjuk függ a hálózat topológiájától is, vagyis attól, hogy milyen módon vannak az állomások összekapcsolva. A közeg elérési módja szerint három fő hozzáférési módszer lehetséges: véletlen, osztott és központosított vezérlés. Ezen belül számos megoldás lehetséges, a legfontosabbakat a kővetkező felosztásban láthatók: Véletlen Osztott Központosított - Ütközést figyeléses, ütközést - Vezérjel gyűrű - Lekérdezéses jelző - Réselt gyűrű - Vezérjel busz - Vonalkapcsolásos - Regiszter beszúrásos - Ütközést figyeléses, ütközést elkerülő - Időosztásos, többszörös hozzáféréses Véletlen átvitel-vezérlési módszerek Mindegyik állomás figyeli a csatornát, ha szabad, akkor az adás idejére kisajátítja. A módszer nevében szereplő véletlen kifejezés a döntő jelentőségű, mivel nincs külön eljárás az adási jog megadására, ezért elvileg nem lehet felső időkorlátot adni az üzenettovábbítás időbeli bekövetkezésére. Tiszta ALOHA Az első ilyen típusú átvitelt a Hawai szigeteken próbálták ki. A különböző szigeteken lévő, egy központi helyre adatcsomagokat küldő rádióadók véletlenszerű időpontokban adtak. Ha két adási időtartam átfedte egymást, akkor egyik adás sem volt eredményes, mivel az üzenetek összekeveredtek, ütközés következett be. Réselt ALOHA Az ütközések száma nyilvánvalóan függ az adók számától, a forgalomtól, és a csomagok időtartamától. Az ütközések száma csökkenthető, ha bármely adó nem akármikor, hanem csak adott időpontokban adhat A CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ) ütközés figyeléses ütközést jelző Ennél az átviteli módszernél, mielőtt egy állomás adatokat küldene, először belehallgat a csatornába, hogy megtudja, hogy van-e éppen olyan állomás, amelyik használja a csatornát. Ha a csatorna csendes, azaz egyik állomás sem használja, a hallgatódzó állomás elküldi az üzenetét. A vivőérzékelés (carrier sense) jelenti azt, hogy az állomás adás előtt belehallgat a csatornába. Az állomás által küldött üzenet a csatornán keresztül minden állomáshoz eljut, és véve az üzenetet a bennfoglalt cím alapján eldöntheti hogy az neki szólt (és ilyenkor feldolgozza), vagy pedig nem (és akkor eldobja). Ennél a módszernél természetesen előfordulhat olyan eset, amikor egyszerre két vagy több állomás akarja használni a közeget. Az adás közben - mivel közben a csatornán lévő üzenetet veszi - el tudja dönteni, hogy az adott és a vett üzenetfolyam egyforma-e. Ha ezek különbözők, akkor azt jelenti, hogy valaki más is beszél, azaz a küldött üzenet hibás, sérült. Ezt ütközésnek hívják, és ilyenkor az állomás megszakítja az üzenetküldést. Az ütközés miatt kudarcot vallott állomások mindegyike az újabb adási kísérlet előtt bizonyos, véletlenszerűen megválasztott ideig várakozik. Ezek az idők a véletlenszerűség miatt eltérők, és a versengő állomások kővetkező hozzáférési kísérlete során egy, a legrövidebb várakozási idejű fog adni, mivel a többiek a várakozási idejük leteltével adás előtt a csatornába belehallgatva azt már foglaltnak fogják érzékelni. Készült az Európai Unió támogatásával 10

11 Végiggondolva az eljárást, nyilvánvaló, hogy gyér forgalom esetén a közeghozzáférés nagyon gyors, mivel kevés állomás kíván a csatornán adni. Nagy hálózati forgalom esetén az átvitel lelassul, mivel a nagy csatornaterhelés miatt gyakoriak lesznek az ütközések. A széles körben elterjedt Ethernet hálózat ezt a módszert használja. Réselt gyűrű (slotted ring) A réselt gyűrű átviteli módszernél a gyűrűn felfűzött állomások réseknek elnevezett, rögzített hosszúságú kereteket adnak körbe. Minden résben van egy jelző (marker) amelyik jelzi a rés foglaltságát. Mivel a rés hossza állandó, az állomásnak az üzeneteit akkora darabokra kell vágnia, hogy azok elférjenek a résben (az állomáscímekkel, és egyéb kiegészítő információval együtt.) Ha egy állomáshoz egy nem foglalt (üres) rés érkezik, akkor az elhelyezi benne a saját adatait, és továbbadja az immár fogalt keretet. Természetesen az adatot elhelyező állomásnak a feladata a visszaérkezett keret kiürítése, azaz a foglaltságának a megszüntetése. Ha átviteli, vagy egyéb hibák miatt (pl. az állomás elromlik), ez nem történik meg, akkor ez a rés foglaltan tovább kering a gyűrűben. Ezért kijelölnek egy állomást, amely felügyelői feladatot is ellát, ez figyeli, hogy van-e olyan rés, amely a gyűrűben nem jut alaphelyzetbe, és ha ilyen van, egy idő múlva eltávolítja a gyűrűből. Regiszter beszúrásos gyűrű (register insertion ring) A gyűrű topológiájú hálózatoknál a másik alkalmazott eljárás a léptető regiszter késleltető funkcióján túl, annak tárolási képességét is kihasználja. A hálózati illesztőben két regiszter, egy léptető (shift), és egy tároló regiszter található. A gyűrű indulásakor a mutató a léptető regiszter kezdő pozíciójára mutat. Ahogy jönnek a bitek a hálózatról, a pointert mindig bitenként balra lépteti, azaz a gyűrűben lévő biteket tárolja. Közben a keretben lévő címet a beérkezett bitekből megállapítja. Ha nem az állomásnak szól, akkor a kapcsolón keresztül kezdi kiléptetni a biteket, miközben az újabb érkező bitek a mutató által jelölt helyre íródnak, amely a léptetés miatt mindig felszabadul. Ha a keret utolsó bitje is beérkezett, akkor a maradékot még kilépteti és a mutató ismét a kezdő pozícióba kerül. Ha a keret az állomásnak szólt, akkor a kapcsoló 2- es pozícióba kerülve nem engedi a keret kijutását, azaz kivonja a keretet a gyűrűből. Kivitel esetén az állomás által összeállított keret a KIMENETI REGISZTER-ben van. Kivitel csak akkor lehetséges, ha az előzőleg vett, és továbbadandó keret utolsó bitjét is már kitolta a BE-KIMENETI LÉPTETŐ REGISZTER-ből a gyűrűre, és a regiszterben elegendő hely van a kimeneti keret fogadására. Csak ekkor kerül a kimeneti kapcsoló a 3-as pozícióba, és kerül a regiszter tartalma bitenként a gyűrűre. a bemenettel szinkronban. Az új bemenet eközben gyűlik a felső regiszterben. Ha a kimeneti tároló regiszter kiürült, a kimeneti kapcsoló ismét az l-es helyzetbe billen, folytatva a vett bitek küldését Osztott átvitel-vezérlési módszerek Lényegében minden állomás a közeghez való vezérlés funkcióját is betölti, és ez a szerep váltakozva továbbadódik. Vezérjeles gyűrű (Token Ring) Fizikailag gyűrű topológiájú hálózatok esetén - mivel lényegében páronként pontpont összeköttetés valósul meg - a leggyakrabban használt hozzáférési módszer a vezérjel továbbításos eljárás, amelyben egy úgynevezett vezérjel (token) halad körben a gyűrű mentén állomásról állomásra. A vezérjel lényegében egy rövid üzenet, ami utal a gyűrű foglaltságára. Ha szabadot jelez, akkor a tokent vevő állomás számára ez azt jelenti, hogy üzenetet küldhet. A tokent foglaltra állítja, és üzenettel együtt küldi tovább, vagy más megoldásként kivonja a gyűrűből. Az üzenet a gyűrűn halad körben állomásról állomásra. Az üzenetet az állomások veszik, megvizsgálják hogy nekik szól-e, majd továbbadják. Amikor a gyűrűben az üzenet visszaér az elküldő állomáshoz, akkor kivonja az üzenetét a gyűrűből, a tokent szabadra állítja, és továbbküldi az immár szabadot jelző vezérjelet más állomás számára. Készült az Európai Unió támogatásával 11

12 Elképzelhető, hogy valamilyen hiba miatt egy üzenet nem kerül kivonásra. A leblokkolás megakadályozására kijelölhetnek egy aktív felügyelő állomást, amely az ilyen árva üzeneteket figyeli és kivonja ezeket a hálózatból. A többi állomás ún. passzív felügyelő, és az aktív felügyelő meghibásodásakor egy másik veszi át a szerepét. A módszer előnye a garantált, adott időn belüli üzenetadás. Az állomások között prioritás is kialakítható, azaz a nagyobb prioritású állomások az alacsonyabb szintű állomások előtt kaphatnak lehetőséget adataik továbbítására. Vezérjeles sín (Token bus - Vezérjel busz) A vezérjel továbbításos eljárást két különféle topológiájú (busz illetve gyűrű) hálózati szabványban is használják. Busz topológiájú hálózat esetén vezérjel busz szabványról beszélünk. A vezérjel busz az átviteli közeget úgy vezérli, hogy az állomásról állomásra történő vezérjel továbbítása egy logikai gyűrűt képez. Amikor egy állomás vette a vezérjelet, lehetőséget kap arra, hogy adatblokkokat továbbítson a számára biztosított maximális időn belül. Ha nincs adandó adatblokkja, akkor a tokent azonnal továbbadja. Ütközést elkerülő, vivőérzékeléses többszörös hozzáférés (CSMA/CA) A véletlen közeghozzáférésekkel foglakozó részben már a módszer alapgondolatát megismertük: Itt minden állomás az adást figyelve belehallgat a csatornába. Az adás befejezése után minden állomás egy adott ideig vár, amit egy logikai listában elfoglalt helyük határoz meg. Ha ez alatt az idő alatt más állomás nem kezd adni, akkor elkezdi az adást Központosított átvitelvezérlési módszerek Ezeknél az eljárásoknál mindig van egy kitüntetett egység, amelynek feladata az egyes állomások hálózathoz való hozzáférésének a vezérlése. Lekérdezéses (polling) eljárás Ennél az eljárásnál a főállomás (master), és a többi mellékállomás (slave vagy secondary) alkotja a hálózatot. A főállomás sorban egymás után szólítja fel a mellékállomásokat üzenetek küldésére. Ha a megszólított állomásnak van üzenete, akkor elküldi a főállomáshoz, amely az üzenetben lévő cím alapján meghatározza, hogy melyik másik mellékállomásnak kell ezt elküldenie. Azaz a mellékállomások a főállomás közvetítésével tudnak egymással kommunikálni. Ha a megszólított mellékállomásnak nincs üzennivalója, akkor negatív választ küld a lekérdezésre. Ezután a főállomás egy előre meghatározott prioritási sorrend alapján periodikusan folytatja a többi mellékállomás lekérdezését. Az eljárás előnyös, mert a rugalmas vezérlés lehetőséget biztosít arra, hogy egy mellékállomás több üzenetet is küldjön egymás után, és a lekérdezési sorrendben többször szerepeltetve egyes mellékállomásokat, azok magasabb prioritást kapnak. Az eljárás sebezhető pontja a mellékállomásoknál bonyolultabb főállomás meghibásodási lehetősége, hiszen ilyenkor az egész hálózat megbénul. Mivel minden két mellékállomás közötti üzenetváltás kétszer megy át a hálózaton, ez növeli az átviteli időt. Vonalkapcsolásos eljárás Egy másik központi vezérlési eljárás, amit csillag struktúrájú hálózatokban használnak, a vonalkapcsolásos. Ezt az eljárást az automatikus hívású alközpontok (private branch exchange - PBX) alkalmazzák a hagyományos telefonrendszerekben, és gyakran nem is sorolják be a LAN-eljárások közé. Vonalkapcsolásos megoldásnál, mielőtt egy állomás adna, a másik állomással való összeköttetés vagy kapcsolás létesítését kell kérnie. A központi vezérlőállomás határozza meg, létrejöhet-e a kapcsolat. Ha igen, a küldő- és a fogadóállomás fizikailag összekapcsolódik. Az állomások ezután oda-vissza üzenetet válthatnak egymással, és a kialakult áramköri út illetve kapcsolat, a két állomás használatában marad. Ha a két állomás befejezi egymás között a párbeszédet, szétkapcsolódnak, és a vonal felszabadul. A központi vezérlő tipikusan az egyszerre több állomáspár közötti kapcsolást támogatja. Ha a vezérlő digitális technikát használ, akkor van olyan módszer, amelynek segítségével lehetővé válik, hogy a vezérlő megszervezze a nagyszámú kapcsolások osztott hozzáférését az átviteli berendezésekhez. Az átviteli hozzáférést a különböző áramkörök között, az adatátviteli sebességhez képest sokkal nagyobb sebességgel kapcsolgatják, ami minden vonal számára folyamatos kapcsolat látszatát kelti. A vonalkapcsolásos eljárásnál, hasonlóan a lekérdezéses módszerhez, az állomások különböznek a központi vezérlőtől, áramköri egységük egyszerűbb, és olcsóbban lehet őket telepíteni. Ennek ellenére, magasabbak lehetnek a kapcsolások létesítéseinek és bontásainak rezsiköltségei, és a központi vezérlő elromlása az egész hálózat meghibásodását eredményezheti. Időosztásos, többszörös hozzáférésű eljárás (Time Division Multiple Access TDMA) Elsődlegesen busz felépítésű hálózatoknál alkalmazzák. Ennél az eljárásnál minden a buszhoz kapcsolódó mellékállomás, egy adott időszeletben adhat. Ha nincs üzenete, akkor a szelet kihasználatlan marad. Készült az Európai Unió támogatásával 12

13 A ciklust a főállomás indítja egy rövid időzítő üzenet kiküldésével. Mindegyik állomás a főállomáshoz szinkronizálja önmagát, és akkor ad, amikor elérkezik a saját ideje. Ha egy új állomás kapcsolódik a hálózathoz, akkor a főállomás megnöveli a teljes időintervallumot, beiktatva az új állomás időtartamát a ciklus végén, és utána hosszabb ideig. vár, mielőtt kiküldené a következő időzítő üzenetet. A különböző állomásokhoz különböző prioritási szintet lehet rendelni. A prioritási szint értékét az időzítő üzenetben helyezik el. Az időzítő üzenetet követő adás időtartamában csak azok az állomások szólalhatnak meg, amelyeknek prioritási szintjük egyenlő vagy magasabb az időzítő üzenetben meghatározott szintnél.. A TDMA eljárás lehetővé teszi az átviteli közeghez való hozzáférés központosított vezérlését. Ennek ellenére, ha csak néhány állomásnak van üzenete, akkor nagy számban fordul elő az adás számára kihasználatlan időszelet. Ha pedig egy állomás tévesen számítja ki a hozzá tartozó időszelet tartamát, akkor néhány esetben előfordulhat, hogy összeütközik egy másik állomás adásával. A TDMA módszer is a főállomás helyén sebezhető. Éppen ezért célszerű kinevezni egy alternatív főállomást, amely szükség esetén átveszi a főállomás szerepét. 3. A fizikai és az adatkapcsolati rétegek szabványai és gyakorlati megvalósításai 3.1 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. 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) LLC CSMA/CD Token Bus Token Ring Alapsávú koax Szélessávú koax Sodrott érpár Optikai kábel MAC Adatkapcsolati alrétegek Fizikai Fizikai réteg 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 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 Készült az Európai Unió támogatásával 13