Informatika Informatika Elméleti Tananyagok Hálózati ismeretek INFORMATIKA KASSITZKY TAMÁS!1
Informatika Informatika Elméleti Tananyagok Hálózati ismeretek Számítógépes hálózatok alapja a már más tanórákon (magyar nyelv) megismert kommunikációs alapmodell. Ennek lényege, hogy egy adó kódolva a csatornán keresztűl küldi az üzenetét a vevőnek, akinek dekódolnia kell, miközben külső zaj hat a kommunikációs csatornában. A számítógépeknél is hasonló a felépítés, de az adó és vevő már nem élőlények, hanem számítógépek (megfelelő hardver alkatrészekkel felszerelve). A kommunikációban mindig két fél vesz részt, de adott esetben ez nem feltétlenül 2 db számítógépet jelent, hanem használhatunk különböző hálózati eszközöket az üzenetek továbbítására, szűrésére. Ahhoz, hogy megismerhessük a számítógépes hálózatokat elsőként a csoportosításaikat megismerni, hogy ezek alapján már felépíthessünk egy hálózatot, majd beszélhessünk a hálózatok különböző paramétereiről, mint az átviteli sebességek, és a hibajavítási képességek. INFORMATIKA KASSITZKY TAMÁS!2
1. Elrendezés - TOPOLÓGIA szerinti csoportosítás A hálózatokat elrendezéseik alapján is tudjuk csoportba sorolni, de ilyenkor nem a valódi (fizika) elrendezésre kell gondolni, hiszen a teremben, szobában nem biztos, hogy el lehet úgy helyezni a gépeket, ahogyan majd az elrendezések diktálják (kábelek hossza, konnektorok helyzete befolyásolhatja a gépek helyét). Ebben az esetben mindig logikai elrendezésről beszélünk, azaz, miként vesznek részt a hálózatban a számítógépek, vagyis melyik-melyikkel áll közvetlen kapcsolatban. Itt kell kitérjünk arra, hogy minden esetben kábeles (vezetékes) hálózatokról beszélünk, mert a vezeték nélküli technológiát mind ábrázolni, mind megérteni sokkal nehezebb, valamint a hálózati elrendezések feltalálásakor még nem létező technológia volt. Minden hálózati elrendezéshez, így ehhez is ábrát érdemes készíteni, mely jól szemlélteti az elrendezés tulajdonságait. A vonalak a vezetékek, a négyszögek (számokkal) a számítógépek. 1.1. BUSZ, SÍN 1 Az elrendezés alapjául egy fő kommunikációs vezeték szolgál, melyen tudnak az üzenetek a számítógépek között haladni. Az ábrán látható nagyon 2 4 rövid kábel darabok a valóságban már nem azok, csak úgynevezett T dugók, melyek közvetlenül a főkábelre vannak illesztve. A főkábel sem végtelen, hanem van eleje és vége, valamint a számítógépek darabszáma is eltérő lehet, csak az egyszerűség kedvéért van 4 db rajzolva. Az elrendezések egyike sem tökéletes, így a hibáik megismerésével tudjuk őket igazán megkülönböztetni. 1.1.1.Szakadás problémája A vezeték tulajdonságai miatt az egész elrendezés hasonló képpen működik, mint a soros kapcsolás fizikában. Ott, amennyiben valahol szakadás keletkezik, akkor az egész kapcsolás már nem működik tovább (karácsonyfa izzó jelensége). Itt is hasonló a probléma, ha valahol megsérül (elszakad) a vezeték, akkor egyik gép sem tud kommunikálni a másikkal. Sajnos ebben az esetben nehéz megtalálni a probléma helyét, így a javítás is nehézkes - az egész vezetéket cserélni kell. 1.1.2.Üzenetek száma Mivel összesen egyetlen vezeték van a kommunikációra, így sajnos egy időben egyszerre csak 1 üzenet küldhető el a rendszeren - itt jön képbe a busz szó. Képzeljünk el egy olyan busz vonalat, amin csak 1 busz teljesít szolgálatot, így arra kell minden esetben felpakolni az utasokat (üzenetet) és elszállítani a következő megállóhoz (számítógéphez). 3 INFORMATIKA KASSITZKY TAMÁS!3
1.2. KÖR, GYŰRŰ Az elrendezés alapja, hogy ezúttal a vezetékek géptől gépig vannak, vagyis olyan hálózati kártya van beléjük építve, melybe 2 vezetéket lehet csatlakoztatni. Ilyen esetben a számítógépek (hálózati kártyájuk) a postás 2 4 szerepét, azaz az üzenet továbbítását is el kell végezzék. 1.2.1.Szakadás problémája A szakadásokkal sokkal toleránsabb már ez a hálózat, mivel 1 vezeték elszakadása 3 nem akadályozza meg a kommunikációt, hiszen ezek a vezetékek egymástól függetlenek, valamint senki sem korlátozza azt a lehetőséget, hogy az üzenet a körön belül a másik irányba haladjon, ezáltal eljutva a korábban nem elérhető számítógépet. 1.2.2.Üzenetek száma Ha csak azt gondoljuk meg, hogy ezúttal 4 db vezeték áll rendelkezésre az üzenetek továbbítására, máris láthatjuk, hogy valóban elhárult az eredeti probléma, mivel most több üzenetet tudunk egy időben elküldeni. 1.2.3.Hibás üzenetek Minden elrendezés hordozhat magában valami korábban nem előforduló problémát, ilyen a hibás üzenetek problémája. A kommunikációban rejlő hibák és a zaj sok problémát okozhat. Tételezzük fel az egyszerű szemléltetés kedvéért, hogy az 1. gép próbál üzenetet küldeni a 3. gépnek, de mikor elküldi a zaj hatására megsérül ez az üzenet, és a címzettje megváltozik, és az üzenet így az 5. gépnek szól. Ebben az esetben a gépek a postás szerepét betöltve mindig továbbítják az üzenetet, hiszen nem nekik szól. Ez így körbejutva elér az 1. géphez, aki mivel nem ellenőrzi (nem is tudja, nem ilyen a rendszer), hogy ő adta fel az üzenetet, simán csak továbbítja. Ez a keringés a végtelenségig folytatható. 1.3. CSILLAG A csillag topológia napjaink legelterjedtebb elrendezése, mivel ebben az esetben a számítógépek visszakapják eredeti szerepüket (üzenet küldés és fogadás) azaz, nem postáskodnak. Ezt a szerepet egy úgynevezett hálózati eszköz végzi, mely középen helyezkedik el. Ilyen hálózati eszközből 4 félét kell ismerjünk, ahhoz, hogy minden hálózati helyzetet le tudjunk fedni. 1 3 1 X 2 4 INFORMATIKA KASSITZKY TAMÁS!4
Hálózati eszközök: Jelismétlő - REPEATER - két csatlakozási felülettel rendelkezik, melyet úgy használ, ha valamelyikről érkezik egy jel, azt a másik irányba nagy erősséggel megismétli. Jelátalakító - MODEM - két csatlakozási felülettel rendelkezik, melyből az egyik ilyen (pl.: kábel TV antenna) a másik olyan (pl.: LAN) amik között átalakításra kerül a jel. Kapcsoló - SWITCH - mely több csatlakozási felülettel rendelkezhet és a beérkező jelet (üzenetet) mindenki számára továbbítja. Útválasztó - ROUTER - mely több csatlakozási felülettel rendelkezhet és a beérkező üzenetet megvizsgálva a helyes címzettnek továbbítja, valamint hibás üzenet esetén újraküldést kér, vagy törli az üzenetet. A fenti leírásból könnyen kiderül, hogy a legalkalmasabb eszköz a csillag elrendezésben a router. 1.3.1.Szakadás problémája Szakadás esetén a hiba helye azonnal megtalálható, hiszen az az egy gép nem tud kommunikálni senkivel, ráadásul nincs is hatással a rendszer többi tagjára. Amennyiben senki sem tud kommunikációt végezni, akkor a középen lévő hálózati eszköz lehet a hibás. 1.3.2.Üzenetek száma Hasonlóan a kör topológiához itt is több független vezeték van, melyen egyszerre ugyan csak egy üzenet halad át, de mivel több van így nem gond ezek egy időben való küldése. Ha minőségi hálózati eszköz van középen, akkor ezek feldolgozása sem jelenthet az átvitelben lassulást. 1.3.3.Hibás üzenetek Amennyiben router-t választunk középre, akkor a hibás üzenetek tőle már nem kerülnek továbbításra, így nem terhelik a rendszert. Sőt a router még az újra küldetést is megoldja. 1.3.4.Pénz Sajnos ennek a rendszernek is létezik hibája, ami szerencsére már nem technológiai jellegű, hanem kizárólag anyagi, mivel a korábbi topológiákban nem kellette hálózati eszközök, míg itt ezek ára elég magas lehet. Emiatt bátran kijelenthetjük, hogy a csillag topológia a legmegfelelőbb hálózati elrendezés napjainkban. 2. Viszony szerinti csoportosítás A számítógépek a hálózati kommunikáció során különböző szerepeket tölthetnek be, ha a viszonyokat tekintjük. Vannak különleges számítógépek is, melyek mindig csak egy szerepet töltenek be. 2.1. Szerver - Kliens A leggyakrabban internetes körülmények között előforduló viszony, mely esetében egy erőforrásokkal felvértezett szerver (SERVER) számítógép kiszolgálja a tőle erőforrásokat igénylő ügyfeleket (CLIENT). A viszony ebben az esetben nem INFORMATIKA KASSITZKY TAMÁS!5
egyenrangú. A legsűrűbben előforduló szerver gépek - valójában szerver gépek, amik különböző erőforrásokat tudnak megosztani a hálózaton - a WEBszerverek (pl.: a facebook.com), a Nyomtató szerverek (, mint az iskolai nyomtatás megoldása - egy nyomtató, de több tanári gépről lehet nyomtatni), valamint a DNS szerver. A DNS szerver segít abban, hogy ne kelljen a bonyolult IP címeket megjegyezni, hanem helyettük egyszerű, emberközeli számítógépneveket kell csak észben tartani. 2.2. Egyenrangú hálózatok Idegen néven a PEER-TO-PEER hálózatokról van szó, mely esetében a résztvevő feleknek nincsen nagyobb erőforrása, mint a másiknak csak éppenséggel más-más, így ők azonos rangú félként vesznek részt. Ilyen például a különböző CHAT programok, miután kiépült a kapcsolat, valamint a TORRENT rendszer alapja is ez. 3. Hálózat mérete szerinti csoportosítás A hálózatok méretét az éppen a hálózaton működő, érvényes IP címmel rendelkező gépek számát szoktuk venni. Mivel ez sehol sincsen lerögzítve, így csak nagyságrendi sorrendet tudunk állítani, de minden esetben az ésszerűség dönt, hogy a hálózat méretétől függően mennyi egyéb hálózati eszközt kell beszereljünk. 3.1. PAN A legkisebb hálózat az, amelyben 2 db számítógép vesz részt. Ezek a hálózatok a legtöbb esetben rövid ideig kizárólag az aktív kommunikáció lezártáig maradnak fenn. Legjobb példa, mikor mobiltelefonról képet küldünk a számítógépünknek (nem USB kábel segítségével). Az betűk jelentése: Personal Area Network, azaz Személyes Területű Hálózat, vagy röviden Személyes hálózat. 3.2. LAN - WLAN Amennyiben 2-nél több gépünk van, vagy hosszabb távon is fenntarthatónak szeretnénk a hálózatunkat tudni, akkor már a LAN azaz Local Area Network, vagyis Helyi hálózatra van szükségünk. A legelterjedtebb módja ez a hálózatoknak, mivel ezeket könnyű kiépíteni, és könnyű őket összekapcsolni további LAN hálózatokkal. Alternatív változata a WLAN, ahol a W a wireless, azaz vezeték nélküli megoldást jelenti. Otthonainkban rendszeresen egy Router segítségével LAN hálózatban veszünk rész, mely Router egyben Modem is szokott lenni, sőt gyakran vezetéknélküli rádiójeleket is tud küldeni/fogadni. 3.3. MAN-WAN-GAN Amennyiben növeljük a gépek számát, akár úgy, hogy több LAN hálózatot kötünk össze, akkor előbb a MAN (metropolitan - városi) majd a WAN (wide - széles) végül a GAN (global - Földi) hálózatot kapjuk. Érdekesség, hogy a mindenki által világháló - nak hívott internet, csak egy része ennek a globális hálózatnak. Gondoljunk csak bele, hogy a katonai vagy egyéb titkos információknak is át kell jutni a világ két távol eső pontja között, mégsem hinnénk, hogy mindenkire tartozik, aki csak számítógéppel rendelkezik és be van kötve az internet hozzá. INFORMATIKA KASSITZKY TAMÁS!6
4. Átviteli közeg szerinti csoportosítás Mivel az emberi életben is - a történelem során - számos eszközt használtunk arra, hogy üzeneteinket egyik pontból a másikba juttassuk, így nem meglepő, ha az informatikában is számos átviteli közegből választhatunk. 4.1. Vezetékes megoldások A vezetékeket más néven kábeles megoldásnak is szoktuk hívni, ilyenkor valódi fizikai kapcsolat van a hálózat elemei között. 4.1.1.UTP kábel A manapság hagyományosnak mondott UTP kábel egy 8 érből álló réz vezeték, melynek árnyékolását is megoldották, így akár zajos környezetben is alkalmazhatóak. Eredeti sebességük 100 mbit/s, de vannak már 1000 mbit/s változatok is (Cat5 vagy újabb típus). A másik érdekes tényezőjük a hosszúság, melynél a 100 méterben maximalizálták, mivel a belső ellenállása addigra legyőzi a terjedő üzenetek biztonságos továbbítását. 4.1.2.Optikai kábel Az optikai kábelek működési elve, hogy egy hosszú vékony üvegszál belsejében a fényt használjuk az adatok továbbítására. Mivel ilyenkor a fény sebességét használjuk ki, így mondhatjuk a korábbi megoldásoknál ez jóval gyorsabb. Az adattömörítések miatt a jelenlegi állapotába még nem érte el a végsebességét, de akár 100 gbit/s-ra is képes. Sajnos a gyártás miatt itt sem lehet korlátlan hosszban hiba nélkül használni, így a 2000 km-es hosszban maximalizálták. 4.2. Vezeték nélküli megoldások Számtalan módja van, hogy vezeték nélkül továbbítsunk adatokat, de az informatikában már nem használható mind (pl.: füst jelek, postagalamb ). Közös tulajdonsága mindegyiknek, hogy nem kell valódi fizikai kontaktus az adó és vevő között. 4.2.1.INFRA (IrDa) Az infravörös fényt használó átvitel sok helyen létezik, de leggyakrabban távirányítóknál szoktuk használni. Előnye az olcsó kiépíthetőség (egy infravörös hullámhosszon világító LED és egy vevő szükséges), hátránya, hogy ráláthatóság kell, azaz a vevőnek mindig látnia kell az adót, hogy foghassa az üzenetet. Természetesen a fénytörést kihasználva, akár tükrökkel is megoldható a távolabbra, rejtettebb helyre történő üzenetküldés. (Az optikai egerekben lévő infravörös LED nem használható ilyen célra!) 4.2.2.Bluetooth A kékfog technológiát nem olyan régen találták ki, és igazi jelentősége abban rejlik, hogy a rádió hullámokat használva rövid ideig, de rendkívül gyors hálózatot lehet kiépíteni. Leggyakrabban mobil-pc kommunikációban használjuk fényképek, zenék küldésére. Hatékonysága abban is megmutatkozik, hogy a jelenlegi mobil készülékek mindegyike fel van ezzel szerelve, hiszen a meglévő mobil kommunikációra használt antennával is INFORMATIKA KASSITZKY TAMÁS!7
működik, és nagyon kevés energiát fogyaszt, még aktív használat közben is (Bluetooth 4.0). Használják még a különböző játék konzolok kontrolleréhez is. 4.2.3.WiFi A WiFi technológia napjaink legelterjedtebb vezeték nélküli megoldása. A jelenleg kapható laptopok, mobiltelefonok, tábla gépek mindegyike fel van szerelve az ehhez szükséges hálózati kártyával valamint antennával. Egy dolgot azonban ne felejtsünk, hogy mivel ez a technológia is rádió jelekkel működik, ráadásul 2.4GHz vagy 5GHz tartományban, így az árnyékolás és a jelterjedésre oda kell figyelnünk, ha minőségi hálózati kommunikációt szeretnénk folytatni. A különböző WiFi változatok általában sebességben térnek el egymástól és a szabvány szám (IEEE802.11) végén szereplő betű segítségével lehet megkülönböztetni. A sebességeket és betűket a következő táblázat tartalmazza: Wifi Technológia betűje Sebessége mbit/s-ban b 11 g 54 n 108 / 300 ac min.: 1000 INFORMATIKA KASSITZKY TAMÁS!8
Miután megismertük a hálózatok csoportosítását meg kell ismerkednünk néhány fogalommal, melyek ezt a témát egészítik ki, és a későbbiekben is sűrűn előfordulnak. Ezek felsorolás szerűen: IPv4 cím: pl.: 192.168.0.2 - egy 4 tagból álló számsorozat, melyek között pont van és 0-255 közötti számokból áll. Minden hálózatra csatlakozó számítógépnek van, és egyedi - tehát nincs 2 egyforma egy hálózaton belül. A technológia korlátai miatt ( maximális 1 hálózatban lévő gépek kombinációval kiszámolhatóak, azaz 256 4 -n darab) kerül bevezetésre az IPv6 változat, mely már 6 db tagból áll. DHCP: egy Router vagy Szerver program mely garantálja, hogy a hálózathoz csatlakozó számítógépek különböző IP címeket kapjanak, így nem fordulhat elő, hogy 2-en ugyanazzal próbálnának csatlakozni. Dinamikus változata nem tárolja adott számítógéphez az IP címet, így újra csatlakozásnál már másik IP címet kaphat az eszköz. DNS: Domain Name Server - egy olyan szerver számítógép, mely a meglévő IP címekhez neveket társít, így böngészéskor, erőforrás eléréskor nem kell az IP címet megjegyezni, hanem elegendő a szerver gép nevét. pl.: oktatas.hu -ot kell megjegyezni nem pedig: 193.6.241.88 IP címet. 2G/3G - EDGE, GPRS, LTE/4G: különböző mobil átviteli technológiák, melyek segítségével internet elérésünk lehet a mobil készülékeinken. Manapság a 4G technológia a leggyorsabb lehetőségünk. WPA/WPA2/WEP Personal/Enterprise: Wifi hálózatok titkosítására szolgáló technológiák, melyeket a jelszó megadásakor látunk, illetőleg a Wifi Routerek beállításánál kell megadnunk. Otthoni használatban a WPA2 Personal a legbiztonságosabb technológia jelenleg. TCP/IP, FTP: különböző átvitelnél használatos protokoll-ok, melyek segítségével különböző erőforrások érhetőek el - ezzel értik meg egymást a számítógépek, mint a nyelv az embereknél. Port szám: ahhoz, hogy a hálózati kommunikációban küldött üzenetek ne keveredjenek össze a többi üzenettel szükséges, hogy az átvitelnél más-más port számot használjunk. Az internet böngészéshez a 80-as portszám kell. Tűzfal: a hálózaton érkező üzeneteket folyamatosan ellenőrzi a tűzfal és keresi a kártevő program részleteket, vírusos adatokat. Amennyiben ilyet talál, akkor törli azokat. Szükséges a felügyelete, mert bizonyos programok internet csatlakozását akár teljesen megakadályozhatja, amennyiben veszélyesnek ítéli, de ha mégsem lenne az, akkor emberi beavatkozással engedélyezni kell (port szám nyitás). INFORMATIKA KASSITZKY TAMÁS!9
Utolsó módosítás dátuma: 11/11/2016. INFORMATIKA KASSITZKY TAMÁS!10