Szg.-hálózatok kialakulása, osztályozása, hálózati topológiák, OSI modell
A hálózatok önállóan is működképes számítógépek elektronikus összekapcsolása, ahol az egyes gépek képesek kommunikációra külső beavatkozás nélkül. A számítógép hálózat olyan függőségben lévő vagy független számítógépek egymással összekapcsolt együttese, amelyek abból a célból kommunikálnak egymással, hogy bizonyos erőforrásokon osztozkodhassanak, egymásnak üzeneteket küldhessenek, illetve terhelésmegosztást vagy megbízhatóság növekedést érjenek el.
Topográfián a munkaállomások területi elhelyezkedését és összekötését értjük, tehát azt, hogy fizikailag hol találhatóak a hálózat végpontjai. Földrajzi elhelyezkedés szerint 3 féle hálózatot különböztetünk meg:
Személyi hálózatok (Personal Area network, PAN) olyan számítógép-hálózatok, amelyet egyes embereknek szántak. Például egy vezeték nélküli hálózat, amely az egeret összeköti a számítógéppel. De állhat a PAN két, egymással vezetékes (USB, párhuzamos port) vagy vezeték nélkül összekapcsolt számítógépből is. A lényeg: a 10 méter körüli kiterjedés.
Lokális hálózat (Local Area Network, LAN) Kis kiterjedésű, egyszerű szervezéssel meghatározott távolságon belül (maximum 10 km), azaz egyetlen épületen belül teszi lehetővé az információ és az erőforrások megosztását a felhasználók számára. A lokális hálózatban az eszközök a hálózat fizikai kialakítására telepített kábelen, vagy más átvivő közegen keresztül közvetlenül kapcsolódnak egymáshoz. Ebből következik, hogy keveset hibáznak és kicsi a késleltetésük. Sebességük 10 Mb/s (megabit / másodperc) és 100 Mb/s között mozog, de ma már előfordul az optikai kábeleknek köszönhetően, hogy a 100 Mb/s-os adatátviteli sebességet is elérhetik
Nagyvárosi hálózat (Metropolitan Area Network, MAN) Nagyobb távolságra lévő gépek, LAN hálózatok összeköttetéséből alakul ki. Felépítése a LAN-okhoz hasonlít. Összeköt egymáshoz közel fekvő vállalati irodákat vagy akár egy egész várost. Egyik tipikus alkalmazása a világhálózat kiinduló pontjaihoz való belépésének biztosítása. Hatótávolsága 10 és 100 km között van.
Nagy kiterjedésű hálózat (Wide Area Network, WAN) Egymástól nagy távolságra elhelyezkedő hálózatokat, nagy adatátviteli sebességre képes kábellel (optikai) köt össze, akár az egész világot behálózhatja. Itt már a műholdas átvitel is megjelenik. Hatótávolsága 100 km fölött.
A számítógépek kábelezését néhány jellegzetes mértani formával szokás jellemezni, mint csillag, sín, gyűrű, fa vagy szabálytalan alak. Ennek megfelelően beszélhetünk csillag, sín, gyűrű, fa topológiákról. Ha a felsorolt elrendezési módú hálózatok közös hálózati kialakításban szerepelnek, hibrid hálózatról beszélhetünk. Topológián tehát a hálózat alkotórészeinek összekapcsolási módját, fizikai elrendezését, a hálózati eszközök összeköttetésének rendszerét értjük.
Csillag topológia: Csillag topológia esetében az egyes hálózati eszközök önálló összeköttetésen keresztül kapcsolódnak a központi berendezéshez. A központi berendezés szerepét általában egy kapcsoló vagy vezeték nélküli hozzáférési pont látja el. A csillag topológia előnye, hogy ha egy kapcsolódó eszköz meghibásodik, a hiba csak ezt az eszközt érinti. Ha viszont a központi berendezés, például a kapcsoló hibásodik meg, akkor minden csatlakozó eszköz elveszti a kapcsolatot.
Kiterjesztett csillag topológia: Kiterjesztett csillag topológia akkor jön létre, ha az egyik csillag központi eszköze egy másik csillag központi berendezésével kerül kapcsolatba. Ilyen topológia jön létre például, amikor több kapcsoló van összekötve, vagy lánckapcsolásban van egymással.
Gyűrű topológia : Minden állomás, beleértve a szervert is, két szomszédos állomással áll közvetlen kapcsolatban. Az összeköttetés körkörös, folyamatos gyűrű (megszakítás nélküli, de szükségszerűen kört képező), ebből következően a hálózatnak nincs végcsatlakozása. Bármely pontról elindulva végül visszatérünk a kiindulóponthoz, hiszen az adat csak egy irányban halad.
Az üzeneteket a gépek mindig a szomszédjuknak adják át, s ha az nem a szomszédnak szólt, akkor az is továbbítja. Addig vándorol az üzenet gépről gépre, amíg el nem érkezik a címzetthez. Mindegyik csomópont veszi az adatjelet, elemzi az adatokat, és ha az üzenet másik gép részére szól, akkor az adatokat a gyűrű mentén a következő géphez továbbítja. Az adatfeldolgozás cím alapján történik, azaz csak a címzett dolgozza fel az adatot, a többiek csak továbbítják. A csillag topológiától eltérően a gyűrű topológia folyamatos útvonalat igényel a hálózat összes számítógépe között. A gyűrű bármely részén fellépő meghibásodás hatására a teljes adatátvitel leáll.
Sín topológia: A sín topológia valószínűleg a legegyszerűbb hálózati elrendezés. Ez az elrendezés egyetlen, busznak nevezett átviteli közeget használ. A buszon lévő mindegyik számítógépnek egyedi címe van, ez azonosítja a hálózaton. Egy busz topológiájú hálózat esetén a számítógépeket az esetek többségében koaxiális kábellel csatlakoztatják Nem egyetlen hosszú kábel, hanem sok rövid szakaszból áll, amelyeket T- csatlakozók segítségével kötnek össze. Ezenkívül a T-csatlakozók lehetővé teszik a kábel leágazását, hogy más számítógépek is csatlakozhassanak a hálózathoz.
Egy speciális hardverelemet kell használni a kábel mindkét végének lezárásához, hogy ne verődjön vissza a buszon végighaladó jel, azaz ne jelenjen meg ismételt adatként. Ahogy az adat végighalad a buszon, mindegyik számítógép megvizsgálja, hogy eldöntse, melyik számítógépnek szól az üzenet. Az adat vizsgálata után a számítógép vagy fogadja az adatot, vagy figyelmen kívül hagyja, ha az nem neki szól. A busz topológiával az a probléma, hogy ha a buszkábel bárhol megszakad, a szakadás egyik oldalán lévő számítógépek nem csak az összeköttetést veszítik el a másik oldalon lévőkkel, hanem a szakadás következtében mindkét oldalon megszűnik a lezárás. A lezárás megszűnésének hatására a jel visszaverődik és meghamisítja a buszon lévő adatokat.
Fa topológia: A fahálózat jellemzõje a központi, kiemelt szerepkört betöltõ számítógép. A központi gép ún. közvetítõ gépekkel vagy munkaállomásokkal van összekötve. Van egy gyökér, amelyre rákapcsolódnak a kisebb központok. Azután ezekre a kisebb központokra kapcsolódnak a kliens gépek vagy még kisebb szerverek. Tehát a munkaállomások hierarchikus rendben kapcsolódnak egy vagy több másik munkaállomáshoz. Egy-egy ilyen ágat alhálózatnak is nevezünk. Minden összekötött gép között csak egyetlen út van. Elõnye a kis kábelezési költség, valamint, hogy nagyobb hálózatok is kialakíthatók. Hátránya viszont, hogy egy kábel kiesése egy egész alhálózatot tönkretehet.
Általános esetben az állomásokat nem közvetlen vonalak kötik össze. Egy állomástól valamely másikhoz több adatútvonal vezethet, s az állomások közötti kommunikáció során az üzenetek tényleges útvonalát a csomóponti kapcsolók határozzák meg. A hálózati kommunikáció módja többféle lehet: lokális hálózatokra az üzenetszórás elve jellemző a távolsági hálózatok vonal-, üzenet- vagy csomagkapcsolt elven működhetnek.
Erre a hálózattípusra legjobb példa a telefonhálózat. Ezt a folyamatot hívásnak nevezzük a távbeszélő technikában. Először kapcsolatteremtés történik az adó és vevő állomás között több kapcsoló központon keresztül, és csak ezután jön létre a kommunikáció. A fizikai kapcsolat csak az összeköttetés idejére áll fenn. Amíg ez a két eszköz beszél egymással, más eszközök nem csatlakozhatnak a vonalra. Miután megtörtént az adatátvitel, felszabadítják a kommunikációs vonalat, és azt más eszközök vehetik igénybe. Fontos tény, hogy először létrejöjjön a híváskérés hatására az összeköttetés felépítése. Ezután a két állomás úgy képes kommunikálni, mintha pont - pont összeköttetés valósult volna meg közöttük. A rendszer 3 fázisból épül fel: kapcsolatteremtés, kommunikáció, kapcsolatbontás.
A vonalkapcsolás jellemzője, hogy az összeköttetés létrehozása meglehetősen hosszú időt vesz igénybe, de a létrehozott összeköttetésen át késedelem nélkül továbbíthatók az üzenetek. Sajátossága továbbá az, hogy az összeköttetés állandó csatornakapacitást köt le, ezért a vonalkapcsolás alkalmazása ott előnyös, ahol a forgalmat nagy tömeg adat folyamatos átvitele jellemzi.
Ennél a kapcsolási módnál nincs szükség előre kiépített fizikai összeköttetésre adó és vevő állomás között. Az ilyen típusú kapcsolási hálózatok esetében, ha valamely állomás korlátozatlan hosszúságú üzenetet kíván küldeni egy másiknak, akkor az üzenethez csatolja a címzett azonosítóját, majd az üzenet az átvivő hálózatra kerül, amelyen át csomópontról csomópontra halad, míg a rendeltetési állomásra nem ér. Az egyes csomópontokon az üzenet eltárolódik és a kapcsoló megvizsgálja a rendeltetési címet, és ennek megfelelően továbbítja a soron következő csomópontra. Azokat a kapcsolókat, amelyek az üzenetet tárolják, mielőtt továbbítanák, tárolva továbbító kapcsolóknak nevezzük. Az üzenet az ilyen kapcsolók mindegyikén késést szenved, hiszen meg kell várnia, amíg a következő vonal felszabadul. Az üzenet viszont jelents késéssel érkezhet, ha több csomóponton kell keresztül haladnia.
A módszer előnye: Az üzenet azonnal indulhat az adó állomásról, amint az első vonalszakasz felszabadul, és nem kell megvárni a teljes útvonal szabaddá válását. Nem szükséges, hogy az üzenet továbbításakor a címzett szabad legyen. Az esetleg foglalt címzett felszabadul táig az üzenet a kapcsolók egyikén várakozik.
Két alapvető összetevőből állnak: a kapcsolóelemekből és az átviteli vonalakból. Ebben az esetben a tetszőleges hosszúságú üzenetek meghatározott terjedelmű csomagokban érkeznek meg, mivel a csomag hossza maximálva van. Amennyiben a csomagkapcsoló hálózatban a csomagméretet meghaladó üzenetet kell átvinni, akkor a forrásállomás az üzenetet részekre tördeli, és az egyes részeket egy csomag alakjában továbbítja Az egyes üzenetdarabok így elszakadhatnak egymástól, és csak a célállomásnál áll össze belőlük a teljes egész eredeti üzenet. Egy csomagkapcsolásos hálózat egyidejűleg több üzenetet továbbít az átviteli vonalakon. A csomagkapcsolás nagyon hatékonyan képes a vonalak kihasználására, mivel az adott két pont közötti összeköttetést több irányból érkező és továbbhaladó csomag is használja.
A korszer számítógép-hálózatok tervezését szigorúan strukturált módon végzik, ami azt jelenti, hogy a hálózat egymásra épül részeit rétegekbe (layer) vagy más néven szintekbe (level) szervezik. Számuk, nevük, tartalmuk, funkciójuk minden hálózaton más és más. A rétegek csak a közvetlenül alattuk, illetve felettük lévő réteggel tudják tartani a kapcsolatot egy réteginterfész-en (hálózati kártya) keresztül.
Az azonos szintű rétegek csak egymással kommunikálnak. E kommunikáció szabályait protokollnak nevezzük, amely meghatározza a hálózatba kapcsolt számítógépek egymás közötti párbeszédének szabályait, és ezáltal lehetővé teszi a legkülönbözőbb típusú számítógépek közötti kommunikációt. A rétegek és protokollok halmazát hálózati architektúrának nevezzük.