Számítógépes alapismeretek Első beadandó feladat
2 Tartalomjegyzék 1. Fogalma 2. Rövid történeti áttekintés 3. Hálózatok csoportosítása(i) I. Területi kiterjedés alapján II. Topológia (elemek fizikai elhelyezkedése) alapján III. Átviteli sebesség alapján IV. Átviteli módszer alapján V. Kommunikációs irány alapján VI. Kapcsolási technika alapján VII. Közeghozzáférés alapján VIII. Hálózati összeköttetés módja alapján IX. Hálózati elemek kapcsolata alapján 4. Hálózatok működése, építőelemei (hw, sw)
3 1. Fogalma A számítógépes hálózat számítógépek egymás közötti kommunikációját biztosító rendszer. Céljai és előnyei egyben a következők: erőforrás-megosztás: a hálózatban levő programok, adatok és eszközök az erőforrások és a felhasználók fizikai helyétől függetlenül elérhetősége nagyobb megbízhatóságú működés: meghibásodott erőforrás egyszerű pótlása költségek megtakarítása: sok olcsó kliens, kevesebb drága szerver adatbázisok elérése több pontból is kommunikációs eszköz rendszerteljesítmény fokozatos növelhetősége 2. Rövid történeti áttekintés A korai számítógépek közötti utasítások továbbítását kezdetben maguk az emberek végezték. 1940 szeptemberében George Stibitz telexgépet használt arra, hogy a K Model nevű gépével kapcsolatos problémákkal összefüggő utasításokat küldjön a New Hampshire-ben lévő Dartmouth College-ból a New Yorkban üzemelő Complex Number Calculator nevű gépéhez, illetve az eredményeket hasonló módon küldte vissza. Telexgépek összekapcsolását először 1962-ben, az ARPA keretében végezte el J. C. R. Licklider az Intergalactic Network nevű munkacsoporttal. Az 1964-ben kifejlesztett időosztásos rendszer lehetővé tette egy nagyszámítógép szolgáltatásainak nagyszámú felhasználó közötti megosztását. Még ugyanebben az évben, az MIT, valamint a General Electric és Bell Labs fejlesztőiből álló csoport egy számítógépével (a DEC PDP-8-as) megvalósította egy telefonközpont vezérlését. Paul Baran 1968-os javaslata a datagrammokról lett az alapja a csomagkapcsolt számítógépes hálózatoknak. 1969-ben kialakult az ARPANET hálózat. Az ARPANET létrejöttében a politika is jelentős szerepet játszott. Az USA-ban a hidegháborús időszakban lett igény a számítógépek közötti biztonságos kommunikáció létrehozására. Ennek az alapelvei (RAND Corporation, 1964): a hálózat több egyenrangú csomópontokból épül fel a számítógépek közötti kommunikáció során az üzenetek datagrammokra bontva továbbítódnak csomópontról csomópontra egy csomópont meghibásodásakor a csomag egyszerűen más útvonalon jutna tovább fontos része még az adatcsomagok megcímzése. Az ilyen csomópontok száma időről időre fokozatosan nőtt, az ARPANET egyre bonyolultabbá, kiterjedtebbé vált. Ezt mutatják a következő grafikonok:
4 Growth of Internet Hosts * Sept. 1969 - Sept. 2002 250,000,000 200,000,000 No. of Hosts 150,000,000 100,000,000 50,000,000 Internet hostok számának alakulása 0 9/69 01/71 01/73 01/74 01/76 01/79 08/81 08/83 10/85 11/86 07/88 01/89 10/89 01/91 10/91 Time Period A hálózatok és a technológiák fejlődésével, a különféle összeköttetési lehetőségek bővülésével a felhasználási területek és a felhasználók száma is rohamosan nőtt mind az üzleti területeken, mind pedig az otthoni alkalmazásoknál, és napi gyakorlattá válik a hálózati szolgáltatások növekvő méretű használata. Mai leggyakoribb felhasználási területek: Adatfeldolgozás: adatok távolsága, tranzakció feldolgozás, adatállományok átvitele (FTP), lekérdezés, távoli feldolgozás Iroda automatizálás: dokumentumok feldolgozása, szövegszerkesztés, elektronikus levelezés, intelligens másolás, fakszimile Gyártás automatizálás: CAD/CAM tervezés és gyártás, termelés vezérlése, megrendelés, szállítás ütemezése, a gyártás felügyelete, monitorozás Energiák felügyelete: fűtés, hűtés, szellőztetés, légkondicionálás 04/92 10/92 04/93 10/93 07/94 01/95 01/96 01/97 01/98 01/99 01/01 08/02
5 Folyamatok vezérlése E-MAIL WWW IRC, ICQ, MSN, Skype, VoIP Telnet, SSH Internetes keresés Fórum, blog 3. Hálózatok csoportosítása(i) A számítógépes hálózatoknak számos csoportosítása létezik, a következők a leggyakoribbak: I. Területi kiterjedés alapján: PAN (Personal area network) - személyi környezeti hálózat: USB, IrDA, Bluetooth, Firewire LAN (Local area network) helyi hálózat: egyedi kábelezés, gyors adatátvitel WLAN (Local area network) vezeték nélküli helyi hálózat CAN (Campus area network) egyetemi hálózat MAN (Metropolitan area network) városi hálózat WAN (Wide area network) nagy kiterjedésű hálózat GAN (Global area network) globális területű hálózat Internetwork hálózatok összekapcsolása intranet extranet Internet II. Topológia (elemek fizikai elhelyezkedése) alapján: bus, sín: gépek egy közös átviteli közegre csatlakoznak gyűrű: a gépek egy gyűrűre vannak felfűzve fa: bármely két összekötött gép között egy és csak egy út van csillag: minden gép csak a központi géppel van összekötve teljesen összefüggő: minden gép minden géppel egyedileg össze van kötve (ez lenne az ideális, csak egy kicsit drága). részben összefüggő: a teljesen összefüggőből elhagyunk néhány ágat III. Átviteli sebesség alapján: Lassú (kb 30 kbit/sec): általában telefonvonalak felhasználásával történő átvitelre jellemző (ISDN 64, ill. 128kbit/s)
6 Közepes sebességű (kb 1-20 Mbit/s): ide tartozik a legtöbb lokális hálózat (Ethernet - 10 Mbit/sec, Token Ring - 16 Mbit/sec) Nagy sebességű (50 Mbit/sec felett) Speciális hálózatok osztálya volt régebben, de mára a 100 Mbit/s-os lokális hálózatok terjednek robbanásszerűen. Elkezdődött a Gigabit/s-os hálózatok fejlesztése is. Valószínűleg rövid időn belül ezt a tartományt fogjuk a nagy sebességű osztályba sorolni IV. Átviteli módszer alapján: Alapsávú (baseband): modulálatlan jeleket továbbít, tehát az átviteli közegben haladó jel frekvenciája közel azonos a bitsorozat frekvenciájával (LAN-okra jellemző) Szélessávú (broadband): az adatátvitel modulált, tehát a vivő frekvenciája jóval nagyobb, mint a bitsorozat frekvenciája (pl. kábeltévé) V. Kommunikációs irány alapján: Szimplex (egyirányú): egyik állomás csak adó a másik csak vevő Fél-duplex (váltakozó irányú): mindkét irányú átvitel megengedett, de egyidőben csak az egyik irány élhet Duplex (kétirányú): mindkét állomás egyszerre adhat és vehet VI. Kapcsolási technika alapján: Vonalkapcsolt: A kommunikáló állomások között állandó kapcsolat épül ki az adás idejére. Jó példája a telefon. Üzenetkapcsolt: A két állomás között az átviteli hálózat tárolva továbbító - store and forward - számítógépekből áll, ezek továbbítják az üzeneteket egy címinformáció alapján. Az üzenet hossza nem korlátozott. Hasonlít a postai csomagküldéshez. Csomagkapcsolt: Hasonlít az üzenetkapcsolthoz, csak a csomag mérete maximált, ezért az üzeneteket csomagokra (packet) kell darabolni. Két változata: összeköttetés nélküli, virtuális összeköttetés. VII. Közeghozzáférés alapján: Véletlen átvitelvezérlés: Egyik állomásnak sincs engedélyre szüksége az üzenettovábbításhoz, adás előtt csak az átvivő közeg szabad voltát ellenőrzi. Tipikus megvalósítása a CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), azaz csatorna figyelő többszörös hozzáférés ütközés detektálással. Osztott átvitelvezérlés: Csak egy állomásnak van joga adni, de ez a jog az állomások között körbe jár. Ezt alkalmazzák a vezérjelet továbbító (token=vezérjel) - token passing - módszer esetén. A vezérjelet birtokló állomás adhat. Megkülönböztetünk vezérjeles gyűrű (token ring) és vezérjeles sín (token bus) topológiát. Központosított átvitelvezérlés: Egy kitüntetett állomás foglalkozik az átviteli jogok kiosztásával.
7 VIII. Hálózati összeköttetés módja alapján: Ethernet Vezeték nélküli (WiFi, infravörös) Optikai üvegszál Elektromos hálózat IX. Hálózati elemek kapcsolata alapján: Client server (kliens-szerver): Ebben a hálózatban találunk kiemelt számítógépet (szerver), amely csak a kérések kiszolgálásával van elfoglalva. Az alkalmazói programok futtatása a kliens gépek feladata. A felhasználó által megfogalmazott kérések az alkalmazói programon keresztül eljutnak a szerver operációs rendszeréhez, amely ezen kéréseket kiszolgálja. Előnye: nem kíván nagyon komoly hardvert, gyors a kiszolgálás sebessége. Üzemeltetése olcsó. Nagy a szoftver ellátottság. Hátránya: Az alkalmazói program a kliens gépen fut, így nagy a hálózati forgalom. Peer-to-peer (egyenrangú): A hálózatba kötött számítógépek közül bármelyik lehet kiszolgálója a többinek, amelyek a felajánlott erőforrást beépíthetik a saját rendszerükbe. Általában LAN-ok kialakításánál alkalmazzák, ahol viszonylag kevés a gép, a hálózati forgalom kicsi. Előnyei az olcsóság, egyszerűség. Hátránya a kis kapacitás, nagy feladatok elvégzéséhez nem vagy korlátozottan használhatók. Hoszt-terminál alapú hálózatok: A hálózat magját egy vagy több, egymással összeköttetésben lévő központi számítógép (host) alkotja. Ehhez kapcsolódnak hozzá az intelligencia nélküli (buta) terminálok, amelyek egy billentyűzetből és egy képernyőből állnak. Ezen a hálózattípuson futnak a legbonyolultabb és legrégebben fejlesztett rendszerek. Jellemzőjük a nagy tudás, de bonyolultságuk miatt szakképzett munkatársakat igényelnek. 4. Hálózatok működése, építőelemei (hw, sw) A számítógépek kommunikációját leíró szabályokat, szabványokat protokolloknak nevezzük. A kommunikáció alapját legtöbbször az ISO által ajánlott OSI (Open Systems Interconnection) modell adja. Ez a szabvány a kommunikációt egymásra épülő 7 rétegre bontja: réteg neve feladata 1 fizikai (physical) média, jel, bináris továbbítás 2 adatkapcsolati (data-link) fizikai címzés (MAC) 3 hálózati (network) útvonal, logikai címzés 4 átviteli (transport) végpontok között, megbízhatóság 5 viszonylati (session) gépek közötti kommunikáció 6 megjelenési (presentation) adatábrázolás, kódolás 7 alkalmazási (application) alkalmazások közti kommunikáció
8 Az Internet protokollja, a TCP/IP hasonlóan, rétegekből épül fel: név feladata, jellemző példa 1 kapcsolat (link) hálózaton adatátvitel belüli ARP, MAC 2 internet hálózatok adatátvitel útvonal közötti címzés, IPv4, IPv6, ICMP 3 átviteli (transport) topológia független egységes felület TCP, UDP 4 alkalmazási (application) felhasználók/folyamatok közti kommunikáció DHCP, IMAP, SMTP, SSH HTTP, POP, A hálózat hardveres elemei a következők: Szerver (kiszolgáló) gépek: általában nagy teljesítményű és tárolókapacitású, folyamatos üzemű számítógépek, amelyek a hálózatba kapcsolt többi gép számára szolgáltatásokat nyújtanak. Ezek a szolgáltatások különfélék lehetnek, sőt gyakran előfordul, hogy nem egy számítógépen koncentrálódnak, hanem a hálózatban több szerver található, egy vagy több saját funkcióval. Kliens gépek: (munkaállomások) valamely hálózati szolgáltatást vesznek igénybe. Hálózati adapterkártyák: kapcsolat az adatátviteli közeg és a PC között Modemek: kapcsolat telefonvonalon keresztül két gép (vagy hálózat) között HUB: elosztók, a kapott jelet a megfelelő címre továbbítja (pl.: csillag topológiánál) Átvivő közeg: koaxiális kábel optikai kábel sodrott érpár (STP/UTP) vezeték nélküli kapcsolat: infravörös, lézer, mikrohullámú, műholdas átvitel, WiFi Bridge: a hálózati szegmensek összekapcsolására használják, fizikailag eltérő hálózatokra is. Minden hálózat üzenetét veszi, melynek tagja, és az információt a megfelelő hálózat megfelelő címére adja tovább. Csak egy híd lehet két hálózat között, mert az üzenetek esetleg sorrendhibásak lehetnek. Repeater: jelismétlők, nem eltérő hálózatok között, hanem a hálózat különböző szegmensei közötti kapcsolat fenntartására szolgálnak, így nagyobb hálózatokat lehet létrehozni. Konkrétan a megkapott jelet felerősíti (helyreállítja) az eredeti szintre és továbbítja. Az összekötött szegmenseknek ugyanolyan típusúnak kell lenniük Router: forgalomirányítók, melyek (két hálózat között akár több is lehet) az azonos hálózati protokollt használó hálózatok csomópontjai közötti lehetséges útvonalak
9 közül megpróbálják a legideálisabbat kiválasztani. Az elküldött üzenet rendelkezik a tényleges címmel és fel van tüntetve az odavezető út címsorozata is. Ez a cím folyamatosan változik, ahogy az üzenet csomópontról csomópontra halad. Gateway: egymástól teljesen különböző hálózatok összekapcsolására használt rugalmas hálózati elem, melynél a protokollok is különbözhetnek a hálózati rétegekben. A gateway minden átalakítást (üzenet-, cím- és protokoll átalakítás) elvégez a két rendszer között. A hálózat szoftveres elemei: Szerver operációs rendszer (Novell Netware, Microsoft Windows NT/2000/2003/2008 server) Kliens operációs rendszer (Windows 2000/XP/Vista) Szerver programok (Golden FTP Server) Kliens programok (WinSCP)