2.2. A számítógép felépítése 1 2.2.5. Hálózatok: Hálózat fogalma: A számítógép hálózat olyan függőségben lévő vagy független számítógépek egymással összekapcsolt együttese, amelyek abból a célból kommunikálnak egymással, hogy bizonyos erőforrásokon osztozhassanak, egymásnak üzeneteket küldhessenek, illetve terhelésmegosztás vagy megbízhatóság növekedést érjenek el. A hálózat előnyei: Erőforrás megosztás: A hálózatban lévő programok, adatok és eszközök az erőforrások, és a felhasználók fizikai helyétől függetlenül bárki számára elérhetők. Ez a megosztott erőforrás lehet hardver (CPU, nyomtató, stb.) és szoftver (programok, adatbázisok). Kommunikáció: Egymástól nagy távolságra lévő emberek a hagyományos levelezésnél sokkal gyorsabban tudnak kommunikálni, ami lehetővé teszi több csoport hatékony együttműködését, amely korábban elképzelhetetlen volt. Nagyobb megbízhatóság elérése: Ha egy erőforrás (pl. hardverhiba következtében) elérhetetlenné válik az egyik gépen, akkor egy másik gépen még hozzá lehet férni. Adatcsere a számítógépek között: A hálózatokba olyan adatbázisok kapcsolódnak be, melyek tartalma napról napra frissül, bővül, így rengeteg információ lesz könnyen, gyorsan elérhető a világ bármely pontjáról. A hálózat gépein tárolt adatok védelme illetéktelen hozzáférés ellen. Hálózatok csoportosítása kiterjedtség szerint! LAN: (Local Area Network Helyi hálózat) A hálózat kiterjedése kisebb, mint 10 km. Általában egy intézményen, épületen belül működik. A gépek száma 100-as nagyságrendű. Egyszerű, könnyen bővíthető, olcsó. MAN: (Metropolitan Area Network Városi hálózat) A hálózat kiterjedése 10 és 50 km között van. Helyi hálózatok összekapcsolásával jön létre. Pl. Magyarországon több település önkormányzata a település összes közintézményét egy egységes hálózatba kapcsolta. Az összekapcsolás történhet telefonkábellel és üvegszálas vezetékkel. Drágább és bonyolultabb, mint a LAN. WAN: (Widea Area Network Világméretű hálózat) A hálózat kiterjedése 50 km felett van. Helyi és városi hálózatok összekapcsolásával jön létre. Az összekapcsolás történhet telefonvezetékkel, üvegszálas vezetékkel vagy vezeték nélkül (műholdakkal). Ilyen hálózat pl. az Internet. 1
2.2. A számítógép felépítése 2 Hálózatok csoportosítása erőforrás használat szerint! Client/Server (Ügyfél/Kiszolgáló) hálózatok: Van egy nagy teljesítményű központi számítógép (szerver), amelynek szolgáltatásait igénybe veszik a munkaállomások (kliensek); ill. bizonyos erőforrások megosztását végzik a hálózat többi szereplője között. A Novell Netware, Linux, Windows NT hálózati operációs rendszer, a szerver gépeken fut; a klienseken viszont bármilyen operációs rendszer lehet. Hátránya, hogy a szerver hardverigénye sokkal nagyobb, mint a klienseké, és még rendszergazda is szükséges a működtetéséhez. Előnye a hálózati erőforrások megosztása. Peer to peer (Egyenrangú) hálózatok: Minden számítógép egyenrangú, nincs kitüntetett számítógép a hálózaton, használhatják egymás erőforrásait (nyomtató, merevlemez, stb.). Bármelyik felkínálhatja erőforrásait a többiek számára, ill. e szerepek bármikor megváltozhatnak. Előnye, hogy nem kell rendszergazda, mindenki a saját gépéért felelős. Hátránya, nagyszámú gép esetén már bonyolult a hálózat működtetése. Host-terminál modell: Egyetlen erős gép megfelelő (ún. időosztásos) operációs rendszerrel szolgál ki sok terminált. A terminált, vagy a terminálként használt számítógépet ilyen esetekben csak bevitelre, megjelenítésre, jel fogadására és továbbítására használják. Számítógép-hálózatok csoportosítása topológia (kapcsolatok kiépítése) szerint! Sín topológia: A munkaállomások egy vezetékre csatlakoznak, az adatátvitel is ezen a vezetéken történik, az információ a teljes vezetéken végigfut. A vezeték végét egy meghatározott ellenállással le kell zárni, ugyanis a jelek visszaverődnek és interferenciát okoznak (az adatok a vonal végéről visszaverődve más adatokkal összeütköznek és megsérülnek). Előnye: egyszerűen, gyorsan telepíthető, könnyű a hibakeresés, és viszonylag kevés kábel szükséges hozzá. Hátránya: egy kábelhiba a hálózatot üzemképtelenné teheti. Csillag topológia: Adott egy csillagközéppont és ehhez kapcsolódnak a kommunikálni kívánó csomópontok, azaz minden csomópont önálló adatátviteli vonallal kapcsolódik a csillagközépponthoz. Előnye: Meghibásodás esetén csak az érintett csomópont esik ki, így a hiba könnyen behatárolható. Hátránya: Mivel minden csomópont önálló adatátviteli vonallal kapcsolódik a csillagközépponthoz, ezért sok kábelre van szükség. A középpont meghibásodása esetén az egész hálózati kommunikáció leáll. Gyűrűs hálózat: Az állomások egy zárt görbe mentén helyezkednek el. A zárt kábelen egy ún. vezérlőjel állandóan körbejár, és az az állomás küldhet, ill. vehet át információt, amelyiknél a vezérlőjel éppen tartózkodik. A csomópontok között irányított összeköttetés van, vagyis a kommunikáció egy irányított gyűrű mentén folyik. A csomópontok között több adatátviteli vonallal több gyűrű építhető ki, s ha még a kommunikáció irányát is megváltoztatjuk, akkor kétkörös gyűrű alakul ki. Előnye: Kétkörös gyűrű esetén, ha az egyik átviteli vonalon hiba jön létre, akkor a kétkörösből egykörös gyűrű alakul ki, de a kommunikáció még így is fennáll. Hátránya: Érzékeny a kábel hibájára. Fa topológia: Az egyes gépek egy fagráf csúcsaiban helyezkednek el. Főleg részhálózatok összekapcsolására használják a fa topológiát. Hátránya: Meghibásodás esetén az egész fa topológia részfákra bomlik szét, a részfák között megszűnik az összeköttetés, viszont a részfán belül még fennáll a kapcsolat. Vegyes topológia: Az előző topológiák vegyes alkalmazásával alakítható ki. 2
2.2. A számítógép felépítése 3 Vezetékes átviteli közegek: A számítógép-hálózatok vonatkozásában az összekötő átviteli közeg természetétől függően megkülönböztetünk fizikailag összekötött és nem összekötött kapcsolatokat. Az előbbihez tartoznak az elektromos jelvezetékek (UTP, STP, koaxiális kábel), az optikai kábel, míg az utóbbira jó példa a rádióhullám, mikrohullámú illetve az infravörös és lézeres összeköttetés. Mindegyiknek van előnye és hátránya: a fizikailag nem összekötött rendszerek mozgékonyak, könnyen áthelyezhetők, a hosszú kábelcsatornák helyett elég egy-két antennaoszlopot kialakítani, de mivel a jel a széles környezetben terjed, az adatbiztonságra fokozottan kell ügyelni a lehallgatás könnyebb kivitelezhetősége miatt. a vezetékes rendszerek lehallgatás ellen védettebbek, kisebb távolságokon olcsóbbak lehetnek a telepítési költségei, de a kapcsolódó eszközök sokkal nehezebben helyezhetők át. A jelenlegi a hálózatokat fokozottabban használó világban a fentieket mind mérlegelni kell, és ha már egy meglévő infrastruktúrát kell hálózati kapcsolatokkal kiegészíteni, sokszor csak a nem fizikailag összekötött megoldások jöhetnek szóba, hiszen egy forgalmas főút két oldalának összekötése ha nincsenek kábelalagutak kábelekkel szinte lehetetlen. Azt is tényként kell leszögezni, hogy a meglévő távbeszélő rendszerek nagy része majdnem kizárólag vezetékes kialakítású, és ezek felhasználása adja az összeköttetés mikéntjét. Csavart érpár (UTP,STP) 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, jelkisugárzás nem lép fel. Általában több csavart érpárt fognak össze közös védőburkolatban. Pontosan a sodrás biztosítja, hogy a szomszédos vezeték-párok jelei ne hassanak egymásra (ne legyen interferencia, áthallás 1 ). Az épületekben lévő telefon hálózatoknál is csavart érpárakat használnak. A felhasználásuk számítógép-hálózatoknál is ebből a tényből indult ki: ezek a vezetékek már rendelkezésre állnak, nem kell új vezetékeket kihúzni a munkahelyekhez. Alkalmasak mind analóg mind digitális jelátvitelre is, áruk viszonylag alacsony Koaxiális kábelek A másik vezeték kialakítási megoldás a koaxiális kábelek használata. Széles körben két fajtáját alkalmazzák: Az egyik az alapsávú koaxiális kábel, amelyet digitális jelátvitelre alkalmaznak, a másik az ún. szélessávú koaxiális kábel amelyet pedig analóg átvitelre használnak. Az alapsáv elnevezés még abból az időből származott, amikor telefonbeszélgetésekre alkalmazták a kábeleket, és itt a sávszélesség az érthető emberi hangnak megfelelő kb. 0-4 khz volt. A televíziós rendszerek megjelenésével a tv jelek átviteléhez jelentősen nagyobb sávszélesség kellett, ezeket a szélessávú kábelekkel oldották meg. Az alapsávú koaxiális kábeleket leggyakrabban helyi számítógép-hálózatok kialakítására alkalmazzák digitális jelátvitelre. A szélessávú koaxiális kábelrendszer a kábeltelevíziózás szabványos kábelein keresztüli analóg átvitelt teszi lehetővé. Digitális jelek analóg hálózaton keresztül átviteléhez minden interfésznek tartalmaznia kell egy konvertert, amely a kimenő digitális jeleket analóg jelekké, és a bemenő analóg jeleket digitális jelekké alakítja. 1 Áthallásnak nevezzük azt, mikor egy vezeték a külső környezetében lévő elektromos zajokat felveszi, ezáltal torzítva a saját maga által szállított információt. 3
2.2. A számítógép felépítése 4 Üvegszálas kábel: A jelenlegi legkorszerűbb vezetékes adatátviteli módszer, az üvegszál technológia alkalmazása. Az információ fényimpulzusok formájában terjed egy fényvezető közegben, praktikusan egy üvegszálon. Az átvitel három elem segítségével valósul meg: fényforrás, átviteli közeg (üvegszál) fényérzékelő. A fényforrás egy LED dióda, vagy lézerdióda. Ezek a fényimpulzusokat a rajtuk átfolyó áram hatására generálják. A fényérzékelő egy fotótranzisztor vagy fotodióda, amelyek vezetési képessége a rájuk eső fény hatására megváltozik. Az átviteli közeg egyik oldalára fényforrást kapcsolva a közeg másik oldalán elhelyezett fényérzékelő a fényforrás jeleinek megfelelően változtatja a vezetőképességét. A közeg határfelületén való átlépés megakadályozására a megoldás az optikában jól ismert teljes visszaverődés jelensége. Ha a közeg határfelületére érkező fénysugár beesési szöge elér egy kritikus értéket, akkor a fénysugár már nem lép ki a levegőbe, hanem visszaverődik az üvegbe. Az üvegszálban az adóból kibocsátott számos fénysugár fog ide-oda verődni, az ilyen optikai szálakat többmódusú üvegszálnak nevezik. Ha azonban a szál átmérőjét a fény hullámhosszára csökkentjük, akkor a fénysugár már verődés nélkül terjed. Ez az egymódusú üvegszál. Jelenleg a nagytávolságú összeköttetésben legfeljebb 20-100 km távolság közbenső regenerálás nélküli áthidalását teszik lehetővé. Gondoskodni kell arról, hogy az optikai szálat csak minimális fizikai terhelés érje, minden nagyobb és hosszabb ideig tartó terhelést más szerkezeti elem vegyen át. Vezeték nélküli átviteli közegek Rádióhullám: A WiFi-nek megfelelő eszközök olyan hálózati eszközök, melyekkel rádiós adatátviteli összeköttetés valósítható meg. Ezek az eszközök már 5 Ghz-es frekvenciasávban működnek. Irodákban, nyilvános helyeken (repülőtér, étterem, hotel, iskola stb.) megvalósított vezeték nélküli helyi hálózat, aminek segítségével a látogatók saját számítógépükkel kapcsolódhatnak a világhálóra. Hotspot: egy nyilvános, vezeték nélküli (WiFi) internet-hozzáférési pont, hatótávolsága nagyjából 50 méter. Bárki használhatja az arra alkalmas eszközzel (laptop, PDA, okosteleon, tablet), melyekben megtalálható a wifiadapter. Hotspotok megtalálhatók éttermekben, kávézókban, repülőtereken, vasúti pályaudvarokon, könyvesboltokban, könyvtárakban, iskolákban, egyetemeken és egyéb publikus helyeken. Bluetooth 2 : Kis hatótávolságú, rádiófrekvenciás kommunikációs szabvány, amely vezeték nélkül teszi lehetővé a különböző elektronikus eszközök (pl. PDA, mobiltelefon, számítógép, nyomtató) közti nagysebességű adatcserét. A Bluetooth az adó teljesítményétől függően egymástól 1-10m távolságon belül elhelyezkedő egységek között használható, és maximálisan 24Mbps sebességű adatátvitelt biztosít. A rádiós kapcsolatoknak 2 típusa létezik, az ad-hoc, amikor a hálózati kártyák közvetlenül egymással kommunikálnak; a másik a strukturált, amikor a gépek egy központi egységen (access point) keresztül tartják a kapcsolatot. WiFi router Ad-hoc 2 Bluetooth alkalmazása: Vezeték nélküli hálózatok kialakítására asztali és hordozható számítógépek között, illetve csak asztali gépek között kis területen, ha nincs szükség nagy sávszélességre Számítógép-perifériák csatlakoztatására nyomtatók, billentyűzetek, egerek esetében Fájlok és adatok átvitelére és szinkronizálására személyi digitális asszisztensek (tabletek, mobiltelefonok és a számítógép) között Egyes digitális zenelejátszók és fényképezőgépek és a számítógép között Autóskészletek és fülhallgatók csatlakoztatására mobiltelefonokhoz Orvosi és GPS-készülékeknél 4 access point
2.2. A számítógép felépítése 5 Infravörös fény: Az IrDA (Infrared Data Association) egy ipari szabvány vezetéknélküli adatátvitelhez infravörös fény segítségével. A manapság eladott hordozható gépek nagy része fel van szerelve egy IrDA-kompatibilis adóvevővel, amelyik lehetővé teszi a más eszközökkel, például nyomtatókkal, modemekkel, helyi hálózatokkal vagy más hordozható gépekkel folytatott kommunikációt. Az átviteli sebesség 9,6 kbps és 16 Mbps közé esik. Hálózatokon belül és hálózatok közötti aktív és passzív elemek: Modem: A számítógépes kommunikációt telefonvonal alkalmazásával lehetővé tevő eszköz. Modulátor, demodulátor, azaz analóg-digitális jelátalakító. Létezik külső és belső modem is. Hálózati kártya: Minden hálózathoz kapcsolódó számítógépnek legalább egy hálózati kapcsolódó felülettel (interface) kell rendelkeznie, ez a hálózati kártya. Ma használatos az RJ-45 csatlakozó, amivel a hálózati kártya az átviteli vezetékhez kapcsolódik. A hálózati kártya feladata az adatok továbbítása és fogadása az átviteli közegről. HUB, Switch: A HUB a kapott adatcsomagot valamennyi kapcsolódási pontjára kiadja. Egyszerű, olcsó szerkezet, de mivel semmilyen forgalomirányítást nem végez, az egyidejű kommunikációs igények esetén az adatcsomagok ütköznek, csökken az átvitel hatékonysága. A switch csomagvizsgálatot is végez. A csomagok fizikai címe alapján továbbít, de a felesleges forgalmat ő sem szünteti meg teljesen. Router: Útvonalválasztó, mert az adatcsomagoknak megpróbálják a leggyorsabb és legbiztonságosabb útvonalat kiválasztani a célig. Az adatcsomagok logikai címzését (IP cím) olvassák és értékelik az útvonal meghatározásánál. Létezik statikus útvonalválasztás, ennek az útvonalválasztási táblázatát kézzel kell beállítani; és létezik dinamikus router, mely más routerekkel történő üzenetváltások alapján maga alakítja ki a helyesnek vélt útvonalválasztási táblázatot. IP cím fogalma. Névfeloldás. Az IP cím az Interneten való kommunikációhoz használt egyedi azonosító (logikai cím). Alakja egy 32 bites szám. A 32 bites szám bináris alakban nehezen olvasható; elterjedt jelölése 8 bites számcsoportokban, decimálisan, pontokkal elválasztva történik. Pl.: 192.168.1.100. A TCP/IP protokollt használó hálózatokon amennyiben egy gép valamely szolgáltatását igénybe kívánjuk venni, arra a gépre címével kell hivatkozni. Ilyen szolgáltatás pl. egy webszerverről lap kérése, egy FTP-szerverre file feltöltése. A gép címe egy IP cím (logikai cím), ami névvel is elérhető, címezhető. Mivel azonban végső soron csakis IP-címmel lehet gépet elérni, szükséges a gép nevét és IP címét összekapcsolni és eltárolni. Ezt végzik a névszerverek (DNS: Domain Name System). A gép neve egy domain név, amit domainek láncával adunk meg. Pl. iskolánk windows szerverének neve gedeon; IP címe 192.168.1.100; domain neve gedeon.rakoczi-derecske.sulinet.hu. A DNS-ek tehát az internetben résztvevő gépek IP címeit és a hozzájuk tartozó Domain neveket tárolják és karbantartják. Mivel az Internet őse eredetileg csak az USA-ban volt használatos, ezért az első szintű név a tevékenységi kört jellemezte. Pl.:.gov,.edu,.com,.net,.mil. Később a többi ország kapcsolódásával az első szintű név kibővült az országazonosítókkal; pl..hu,.fr,.sk. MAC address, DHCP, ISP fogalma: MAC address: A ma szinte egyeduralkódó Ethernet szabványon alapuló hálózatokban minden hálózati kártyához tartozik egy egyedi, 48 bites azonosító. Ez az azonosító egy fizikai cím, ami nem megváltoztatható; azonosítja a gyártót ill. az eszközt. DHCP: A hálózaton kommunikáló gépeknek egy sor beállításra van szükségük. Meg kell adni a gép saját IPcímét, az alhálózati maszkot és a külső hálózat elérését biztosító átjáró (router) IP-címét is. A gép a saját IP-címének és alhálózati maszkjának segítségével dönti el, hogy a küldendő üzenet címzettjének IP címe külső vagy belső hálózathoz tartozik-e. Ha külső hálózatban van a címzett, akkor az 5
2.2. A számítógép felépítése 6 üzenettovábbításban segítő router IP címére is szükség van. Ezen beállításokat gépenként egyedileg beállítva vagy központilag egy ún. DHCP-szerver segítségével lehet megtenni. ISP 3, Internet elérés: Az Internet kereskedelmivé válásával megjelentek az internet-hozzáférést biztosító piaci szereplők. Ez egy olyan üzleti vállalkozás vagy nonprofit szervezet, amelynek feladata a publikus internethez való csatlakozás fizikai és adminisztratív kialakítása. Feladatai: a fizikai kapcsolathoz szükséges eszközt telepítse, IP-címet kiosztása, ügyfélszolgálat biztosítása a hibák kezelésére, a kiosztott sávszélesség összeszedése más szolgáltatókkal és a forgalom gerinchálózatra való irányítása, a szolgáltatáshoz szükséges szerver háttér üzemeltetése Címkiosztási módok: Aszerint, hogy a DHCP szolgáltatásra jelentkező gépek miként kapnak IP címet, a következő 2 lehetőség áll rendelkezésünkre: Dinamikus címkiosztás: A DHCP kiszolgálásra jelentkező gép a sorban következő, éppen szabad IPszámot kapja, minden jelentkezéskor mást és mást. Statikus címkiosztás: A DHCP szolgáltatásért jelentkező gép valamely azonosítója szerint kap címet, praktikusan mindig ugyanazt. E módszer sok IP címet igényel, pontosan annyit, ahány gép van a hálózatba, de a kapott IP cím alapján a gépek később is azonosíthatóak. 1. Sín topológia 2. Fa topológia 3. Gyűrű topológia 4. Csillag topológia 5. Vegyes topológia 3 ISP: (Internet Service Provider = Internet szolgáltató, ellátó); Web-kapcsolatot és más -Internet-használattal összefüggőszolgáltatást ellátó intézmény (cég, stb.).egyedi azonosító-számmal (IP-address) rendelkező, az Internetre csatlakoztatott számítógép, amelyen keresztül egy szolgáltató Internet-hozzáférést biztosít ilyen számmal nem rendelkezők részére. 6
2.2. A számítógép felépítése 7 UTP kábel: Outer Jacket: külső köpeny Ripcord: hasítózsineg STP kábel: 1 Jacket (köpeny) 2 Shield-braid (árnyékolt fonat) 3 Drain wire (csőhuzal) 4 Shield-foil (árnyékoló fólia) 5 Solid twisted pair (szilárd csavart érpár) 7