Hálózati alapok
A számítógépes hálózat célja Erıforrás megosztás Adatátvitel, kommunikáció Adatvédelem, biztonság Pénzmegtakarítás Terhelésmegosztás
A számítógépes hálózat osztályozása Kiterjedtség LAN (Local Area Network) Helyi hálózat - általában így szokták nevezni azokat a számítógépes hálózatokat, amelyek egy helyiségre vagy épületre vagy több épületbıl álló intézményre terjednek ki. MAN (Metropolitan Area Network) Városi hálózat - kiterjedtségére a neve is utal. Általában több helyi hálózatot, különálló felhasználókat kapcsol össze. Itt azonban egy lényeges dolgot figyelembe kell venni, valamilyen távközlési szolgáltató szolgáltatásait. WAN (Wide Area Network) Kiterjedt területő hálózat (pl. országos vagy földrészek közötti világhálózat). Összekötı közege nemcsak vezetékes, hanem mőholdas megoldás is lehet (vegyes átvivı közegő hálózat).
A számítógépes hálózat osztályozása Átvitel iránya Szimplex Az egyik állomás csak az adó a másik csak a vevı (pl. tv, rádió). Félduplex Mindkét irányban megengedett az adatátvitel, de egy idıben csak az egyik irányban élhet (pl. adó-vevı). Duplex Mindkét állomás egyszerre lehet adó és vevı is (pl. telefon).
A számítógépes hálózat osztályozása Átvitel ütemezése Szinkron Byte-onként szinkronizáló jelekkel (start, stop, paritásbit) történı kommunikáció, egyszerő, olcsó, de nagyobb adatforgalom esetén lassú, mivel nincs komolyabb hiba-felismerési, javítási lehetısége. Aszinkron Önmagát szinkronizáló vagy külsı órajellel párhuzamosan továbbított adat, Önmagát szinkronizáló vagy külsı órajellel párhuzamosan továbbított adat, adatblokk elején egy vagy több szinkronizáló karakter, végén hibaellenırzı szám, több bitnyi hibát képes javítani.
A számítógépes hálózat osztályozása Kapcsolat módja Vonalkapcsolt A kommunikáló állomások között állandó kapcsolat épül ki az adás idejére. (Pl. telefon) Üzenetkapcsolt A két állomás között az átviteli hálózat tárolva továbbító - store and forward - számítógépekbıl 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. Az információk itt is üzenetek alakjában kerülnek továbbításra, mivel azonban az üzenet különbözı hosszúságú lehet, ezért a hálózat csomópontjaiban történı átmeneti tárolása nem egyszerő. Ezért az üzeneteket az adó oldalán meghatározott hosszúságokra tördelik (keret) és csomagok formájában kerül továbbításra. A vevı oldalán ismét összerendezik a csomagokat és visszakapják az üzenet eredeti formáját.
A számítógépes hálózat osztályozása Erıforrás-hozzáférési mód szerint Egyenrangú (peer-to-peer) A hálózatban minden gép egyenrangú, és erıforrásainak egy részét a hálózaton A hálózatban minden gép egyenrangú, és erıforrásainak egy részét a hálózaton keresztül a többi gép rendelkezésére bocsátja. Ebben az erıforrás hozzáférési módszerben minden számítógép felhasználói ill. kiszolgálói szerepet is ellát. (Pl. Windows XP/Vista) Elıny: a nagyfokú rugalmasság és függetlenség, valamint az erıforrások megosztásos kihasználása. Hátrány: minden gép egyedileg futtatja a felhasználói programokat, így ezek az adott számítógép teljesítményétıl függenek.
A számítógépes hálózat osztályozása Erıforrás-hozzáférési mód szerint Kiszolgáló - ügyfél (client-server) A hálózatban található egy kitüntetett, a felhasználói gépeknél általában A hálózatban található egy kitüntetett, a felhasználói gépeknél általában nagyobb teljesítményő gép, melynek feladata az ügyfelektıl érkezı kérések kiszolgálása, melyek lehetnek állomány-kiszolgálási azonosítási, erıforrás hozzáférés-vezérlési kérések. A kiszolgáló (szerver) gép felelıs a hálózati kommunikáció, adatcsere zavartalan lebonyolításáért, irányításáért (pl. Windows XP/Server, Novell NetWare).
A számítógépes hálózat osztályozása Erıforrás-hozzáférési mód szerint Elosztott rendszer (host-terminal) Megvalósítása a terminálalapú hálózat. Az ilyen hálózatok lényege, hogy a felhasználó gépe egy "buta" terminál, mely önálló munkavégzésre csak korlátozottan képes, egy vagy több nagyobb teljesítményő ún. "mainframe" géphez kapcsolódott. A felhasználók munkái ezen a nagyteljesítményő gépen futottak, oly módon megvalósítva, hogy a felhasználó észre sem vette a hálózati kommunikációt. Az ilyen megvalósítást a szakirodalom gyakran "hoszt-terminál alapú hálózat"-nak nevezi.
A számítógépes hálózat felépítése Minden hálózatban van a számítógépeknek egy olyan halmaza, melyeknek a felhasználói (azaz alkalmazói) programok futtatása a feladata. Ezeket a gépeket hosztnak nevezzük. A hosztokat kommunikációs alhálózatok, röviden alhálózatok kötik össze. Az alhálózatok feladata a hosztok közti üzenettovábbítás. Egy alhálózat két jól elkülöníthetı komponensbıl áll: az átviteli vonalakból és a kapcsolóelemekbıl. Az átviteli vonalak, melyeket áramköröknek (circuit), csatornának (channel) vagy törzsnek (trunk) is neveznek - viszik át a biteket a gépek között. A kapcsolóelemeket IMP-nek (Interface Message Processors) nevezzük. HOST IMP TRUNK
Az alhálózatok csoportosítása Két pont közötti csatornával rendelkezı (Point-to-Point) A két pont közötti csatornával rendelkezı alhálózat nagyszámú kábelt vagy bérelt telefonvonalat tartalmaz, amelyek IMP-ket kötnek össze. Azok az IMP-k, amelyek nem közvetlen módon kábellel vagy telefonvonallal vannak összekötve, csak más IMP-k bevonásával kommunikálhatnak egymással. Amikor egy üzenet (csomag, packet) az egyik IMP-tıl egy másikig közbensı IMP-ken keresztül jut el, akkor az üzeneteket az érintett IMP-k teljes egészében megkapják, és ezt követıen mindaddig tárolják, amíg a kívánt kimeneti vonal fel nem szabadul, s csak ezután továbbítják az üzenetet. Üzenetszórásos (Broadcasting) Az üzenetszórásos alhálózatokban egyetlen kommunikációs csatorna van csak, Az üzenetszórásos alhálózatokban egyetlen kommunikációs csatorna van csak, amelyen az összes hálózatban levı gép közösen osztozik. Az elküldött csomagokat - függetlenül a feladótól - mindenki veszi. A valódi címzettet a csomagon belül egy címmezı jelöli ki. Egy csomag vételekor a gépek ellenırzik ezt a címmezıt. Ha a csomag másnak szól, akkor az állomás egyszerően nem veszi figyelembe.
Hálózati topológiák Egy hálózati topológia a számítógép-hálózatok esetén a hálózathoz tartozó csomópontok közötti kapcsolatokat határozza meg. Egy adott csomópont vagy egy másik csomóponthoz, vagy több másik csomóponthoz kapcsolódhat, különbözı minták szerint.
Két pont közötti csatornával rendelkezı alhálózat Fa Hálózati topológiák
Hálózati topológiák Két pont közötti csatornával rendelkezı alhálózat Csillag
Hálózati topológiák Két pont közötti csatornával rendelkezı alhálózat Győrő
Üzenetszórásos csatornával rendelkezı alhálózat Sín Hálózati topológiák
Hálózati topológiák Üzenetszórásos csatornával rendelkezı alhálózat Győrő
Hálózati protokoll A számítógép-hálózatokban az adatok áramlását, a címzetthez való eljuttatását vezérelni, szabályozni kell. Ennek a célnak elérése érdekében fejlesztették ki a különbözı adatátviteli szabványokat és konvenciókat, melyeknek gyüjtıneve a protokoll. Egyszerő hálózatkoknál a NETBEUI protokollt, Novell hálózatokban inkább az IPX/SPX protokollt, míg az internet és NT hálózatban a TCP/IP protokollt használják.
Hálózati protokoll Az IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) bocsátotta ki a LAN hálózatokra vonatkozó IEEE 802. elnevezéső szabványcsomagot. Az Ethernet hálózat elnevezés elsısorban az adatátviteli rétegre (kábelre) vonatkozik. Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet A hálózati technológiák között az Ethernet jelenleg a legnépszerőbb hálózati szabvány. Az Ethernet hálózati kapcsolat 10 Mbps átviteli sebességgel valósítja meg a gépek közötti kapcsolatot. (Mbps =millió bit/másodperc). 1996-tól létezik a Fast Ethernet: 100 Mbps adatátviteli sebességgel. Ez már lehetıvé teszi, hogy kép és hang, ill. egyéb multimédiás adatok áramoljanak a hálózaton, valós egyidejő felhasználást biztosítva. Bár az Ethernet és a Fast Ethernet technológia hasonló, mégsem csereszabatos! A klasszikus Ethernet eszközök nem kapcsolhatók közvetlenül a Fast Ethernet hálózatba, csak akkor, ha automata érzékeléső 10/100-as elosztót, vagy hálózati kapcsolót alkalmazunk. A hálózati hardverek következı generációja a Gigabit Ethernet amely 1000 Mbps adatátviteli sebességgel képes az adatátvitelre.
Átviteli közegek Koaxiális kábel (10Base2, 10Base5) Középen tömör rézhuzal, ezt egy szigetelı réteg veszi körül, majd erre egy árnyékoló fémréteg jön (általában szigeteletlen huzalokból fonják össze = "harisnya"), majd egy újabb szigetelı. A számítógépes hálózatokban kétfajta koaxiális kábelt használnak elterjedten. Az egyik az 50 Ω-os alapsávú koaxiális kábel, amelyet digitális átvitelre alkalmaznak, a másik a 75 Ω-os szélessávú koaxiális kábel, amelyet pedig analóg átvitelhez használnak. Ez utóbbival azonban alapsávúként is találkozhatunk, fıleg akkor, ha a hálózat alapsávúként és szélessávúként egyaránt mőködhet. (Átmeneti ellenállás!!!) Belsı vezetı Szigetelés Árnyékolás/külsı vezeték Külsı köpeny BNC csatlakozó
Átviteli közegek Sodrott érpár (10BaseT, 100BaseTX, 1000BaseT) Sodrott érpár: Az egyik legelterjedtebb huzalozási anyag alacsony és közepes sebességő digitális és analóg jelek továbbítására. A ma használatos kábelek több, általában 4 érpárból állnak melyek spirális formában meg vannak csavarva, ezáltal csökkentve az érpárok közötti esetleges interferenciát., az erek mindegyike egyenként szigetelve van de az érpárok lehetnek még páronként árnyékolva is. Ennek alapján beszélünk STP-rıl (Silded Twisted Pair), illetve UTP-rıl (Unshilded Twisted Pair), ez utóbbi mely nincs páronként árnyékolva. A sávszélesség a huzalok vastagságától és az áthidalni kívánt távolságtól függ, de akár a Gbit/s-os nagyságrendő sebesség is elérhetı. A szigetelés, áthallás minıségétıl függıen a szabványügyi intézetek (EIA/TIA) több kategóriába sorolják a kábeleket. UTP kábel RJ45 csatlakozó
Átviteli közegek Optikai kábel (100BaseF) A fényvezetık megfelelı csatolás és lezárás esetén a jeleket kis veszteséggel továbbítják, az adatátvitel sebessége pedig meghaladhatja a 100 Mbit/s értéket is. A hálózati szegmensek két üvegszálat tartalmaznak (küldés, fogadás). Egymódusú / multimódusú optikai szál. Elınyei: A fényvezetı kábeleknek három fı elınye van a rézvezetıkkel szemben: kiváló jeltovábbítás zavarmentesség biztonság Mag (d 50 µm) Köpeny (d 125 µm) Erısítı szálak (d 250 µm) Szilárd burkolat (d 600 µm)
Vezeték nélküli átvitel Átviteli közegek Általában speciális igényeket elégítenek ki, mint pl.: földrajzi akadályok, vagy nagy távolságok (földrészek) áthidalása. Két fı fajtája van: Elektromágneses (mikro-, ultrarövid-, rövidhullámú) Fényt használó (lézeres, infravörös) megoldások
Vezeték nélküli átvitel Kis távolságú Átviteli közegek A Bluetooth egy távközlési ipari szabvány vezetéknélküli adatátvitelre. {Harald Blåtand (I. Harald dán király) nevébıl, angol félrefordítással.} Segítségével számítógépek, mobiltelefonok és egyéb készülékek között létesíthetünk kis hatótávolságú rádiós kapcsolatot. Az 1.2-es verzió 723 kb/s-os, a 2.0-ás Bluetooth pedig 3Mb/s-os adatátviteli sebességet tesz lehetıvé a világszerte elérhetı 2,45 GHz frekvencián. Alacsony energiafogyasztása miatt különösen alkalmas hordozható eszközök számára.a Bluetoothnak nem jelentenek akadályt a falak. A készülékek osztályuktól függıen az alábbi távolságon belül képesek kommunikálni: Osztály Teljesítmény Hatótáv 1 100 mw (20 dbm) 100 méter 2 2,5 mw (4 dbm) 10 méter 3 1 mw (0 dbm) 1 méter
Vezeték nélküli átvitel Közepes távolságú Átviteli közegek IEEE 802.11 vezeték nélküli adatátviteli protokoll. Wi-Fi (WiFi, Wifi vagy wifi), az IEEE által kifejlesztett vezeték nélküli mikrohullámú kommunikációt (WLAN) megvalósító, széles körően elterjedt szabvány (IEEE 802.11) népszerő neve. Típus Maximális sebesség Frekvencia 802.11a 54 Mbit/s 5 GHz 802.11b 11 Mbit/s 2,4 GHz 802.11g 54 Mbit/s 2,4 GHz 802.11n 300 Mbit/s 2,4 GHz
Vezeték nélküli átvitel Közepes távolságú Átviteli közegek Földi mikrohullámú Közepes, vagy nagy távolság áthidalása (költséges kábel helyett), stabil állomások között, ahol van mikrohullámú rálátás. Nagy sebességő, de idıjárás- és környezetfüggı.
Vezeték nélküli átvitel Nagy távolságú Átviteli közegek Mőholdas átvitel: A mőholdakon lévı transzponderek a felküldött mikrohullámú jeleket egy másik frekvencián felerısítve visszasugározzák. Hogy a földön lévı mőholdra sugárzó, illetve a mőhold adását vevı antennákat ne kelljen mozgatni, geostacionárius pályára állított mőholdakat használnak. Az Egyenlítı fölött kb. 36.000 km magasságban keringı mőholdak sebessége megegyezik a Föld forgási sebességével, így a Földrıl állónak látszanak. A mai technológia mellett 90 geostacionárius mőhold helyezhetı el ezen a pályán (4 fokonként). A frekvenciatartományok a távközlési mőholdaknál: 3,7-4,4 GHz a lefelé, 5,925-6,425 GHz a felfelé irányuló nyaláb számára.
Vezeték nélküli átvitel Átviteli közegek IrDA (InfraRed Data Association), infravörös adatátviteli kommunikációs szabvány. Jellemzıen nagyon rövid távú (0.2-1 m) vezeték nélküli adatátvitelre használják, pl. notebookok, mobiltelefonok, PDA-k esetében. 4Mbps (FIR), 16Mbps (VFIR) maximális átviteli sebességő eszközök IrDA specifikációja létezik. A lézeres átvitelt alkalmazó adó- vevı párokat pont-pont közötti adatátvitelre használhatjuk. A kommunikáció teljesen digitális, a lézerfény irányított energiakoncentrációja nagyobb távolság (néhány km) áthidalását teszi lehetıvé. Az illetéktelen lehallgatás, illetve külsı zavarás ellen viszonylag védett. Az idıjárási és környezeti viszonyok azonban befolyásolják fény terjedését. Felhasználható telefonközpontok, lokális hálózatok összekötésére. A megvalósított adatátviteli sebesség jelenleg 2-155 Mbps között van. hosszabb (3,5 km) távolságok áthidalására, de rövid távolsága esetén (300-400 m) elérhetı akár 1,5 Gbps átviteli sebesség is.
Összefoglalás Átviteli közegek Koaxiális kábel (10Base2, 10Base5) Max. hossz: ~200 m, ~500 m Sodrott érpár (10BaseT, 100BaseTX, 1000BaseT) Max. hossz: ~100 m, ~100 m, ~220 m) Optikai kábel (100BaseF) Max. hossz: ~2000 m) Vezeték nélküli megoldások Max. távolság: ~0.2 m - kontinens
Hálózati elemek
Hálózati kártya Hálózati elemek A hálózati kártya teszi lehetıvé, hogy a hálózat fizikai közegéhez (legtöbbször kábelezés) kapcsoljuk a számítógépünket. A szabványosítás miatt bármelyik összekapcsolható egymással. Nincs viszont szabványosítva a számítógép - hálózati kártya felület, ezért gyártóspecifikus driver-t (meghajtó program) kell használni a kártya mőködtetésére. Általában 10 Mbit, 10/100 Mbit, 100 Mbit és 1000 Mbit sebességő hálózati kártyákat használnak. Wireless esetén 11 Mbit/s (802.11b), valamint 54Mbit/s (802.11g).
Hálózati elemek Hub Maga a szó eredetileg a kerékagyat jelent, amibıl a küllık elágaznak. Rendszerint 4-124 port-tal rendelkeznek. A portok RJ45 típusú csatlakozó aljzatok. Összeköthetıség Ethernet esetén max. 4, Fast Ethernet esetén max. 2 szintig. Passzív Hub: csak a szegmensek kapcsolatát biztosítja, jelerısítést nem végez. Az elıírt kábelhosszt nem léphetjük túl. Tápellátást nem igényel. Aktiv Hub: a szegmensek kapcsolatán túl a jeleket újragenerálja. Tápellátást igényel, aktív elem.
Switch (kapcsoló) Hálózati elemek Intelligens hálózati berendezés, mely csillagpont-szerően köti össze egymással egy számítógépes hálózat elemeit. A beérkezı adatcsomagokat megvizsgálja és a címzett felé továbbítja. Aktív elem. Repeater (jelismétlı) Olyan elektronikus eszköz, amely az adatátvitel során, a csillapítás következtében torzult jelek felismerését, helyreállítását és újraidızítését végzi. Aktív elem.
Hálózati elemek Bridge (híd) Azonos architektúrájú, de különbözı protokollok segítségével mőködı hálózatok össze kapcsolását teszi lehetıvé. Aktív elem. Gateway (átjáró) Különbözı protokollokat alkalmazó hálózatokat köt össze, pl. egy vezeték nélküli Wi-Fi hálózatot egy vezetékes Ethernet hálózattal, tehát nem egy hálózaton belül, hanem hálózatok között továbbítja az adatcsomagokat. Aktív elem.
Router (útválasztó) Hálózati elemek Logikailag két vagy több különálló hálózat (alhálózat) határán található és a különféle irányokból beérkezı adatcsomagokról azok vizsgálata alapján eldönti, merre továbbítsa azokat, hogy azok minél gyorsabban elérjék majd rendeltetési helyüket. Aktív elem.