Perifériák (FK_1191/031) Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 2012.11.18.
Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék... 1 1. Bevezető... 2 2. Kommunikáció felépítése... 2 2.1. OSI modell... 2 2.2. TCP/IP modell... 3 3. A hálózat működését biztosító eszközök... 4 3.1. Modem... 4 3.2. Jelismétlő vagy Repeater... 7 3.3. Hub... 8 3.4. Switch vagy Kapcsoló... 9 3.5. Router, vagy forgalomirányító... 11 3.6. ISR (Integrated Services Router)... 13 3.7. Kábeltípusok... 14 4. Hálózati végberendezések... 21 4.1. Hálózati csatolók különböző formái... 21 4.2. IP telefon... 22 4.3. IP kamera... 23 4.4. NAS-meghajtó... 24 5. Felhasznált Forrás... 25 Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 1
1. Bevezető A hagyományos kommunikációban legalább egy adó, átviteli közeg és vevő van. Az adó és a vevő szerepe természetesen felcserélhető, ezáltal a kommunikáció máris kétirányúvá válik. Az informatikai hálózatokban ez ugyanígy létezik. Zavaró tényezők az átviteli közegben, az adó túl sok információt közöl, amit a vevő nem tud feldolgozni, vagy csak nem figyel, másra koncentrál. Azonban az informatikai hálózatokban a kommunikáció minősége és gyorsasága szinte nélkülözhetetlen. Az információveszteség, az adatforgalom lassulása súlyos károkat okozhat. Legyen az egy átlagfelhasználó, vagy egy multinacionális vállalat, bank, tőzsde. Fontos a kapcsolatok megfelelő kiépítése és kialakítása. A hálózat kiépítése, üzemeltetése és hibaelhárítása során két modellt tudunk alkalmazni. Ezek a TCP/IP és az OSI modell. 2. Kommunikáció felépítése 2.1. OSI modell Az OSI (Open System Interconnection) modell azért jött létre, hogy szabványosítsa a kommunikációs rendszerek rétegekre leosztva. Egyszerű hálózati funkciók logikai rétegekbe vannak sorolva. A modell hét rétegből áll és minden réteghez tartozik protokoll. Alkalmazási Megjelenítési Viszony Hálózati Szállítási Adatkapcsolati Fizikai 1. ábra OSI modell Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 2
Fizikai réteg Ez a réteg fogja a biteket továbbítani. Továbbá felelős az elektromos jelszint kialakításáért, a kábel specifikációjára is odafigyel. Adatkapcsolati réteg Olyan funkciókat és eljárásokat biztosít, amelyek lehetővé teszik az adatok átvitelét és hálózati elem között. Esetlegesen korrigálja a fizikai réteg hibáit. Hálózati réteg Az útvonal kiválasztását teszi lehetővé. Az adatok szegmentálását, illetve az adatfolyam folyamatosságát ellenőrzi. Szállítási réteg A kapcsolat megbízhatóságáért felelős. 2.2. TCP/IP modell Az angol Transmission Controll Protocol/Internet Protocol rövidítése. Ez az Internet felépítő struktúrát takarja. Felépítése rétegződés elven alapul. Adott réteg csak a vele szomszédos réteggel képes kommunikálni. Alapvetően 4 rétegre tagozódik, de ezt 5-re bővítették. Adatkapcsolati réteg Szállítási réteg Internet réteg Adatkapcsolati réteg 2. ábra TCP/IP modell Adatkapcsolati réteg A legalacsonyabb réteg. Úgy lett megtervezve, hogy hardware független legyen. Az adatcsomagok mozgatásáért felelős két host között. Az adatcsomag fejrészének címzéséért felelős. Internet réteg Felelős az adatcsomagok több hálózaton keresztüli mozgatásáért. Szükséges hozzá az adat küldése forrás és cél között. Ezt hívják az útvonal kiválasztásának (routing). Szállítási réteg Kialakítja a host-host kapcsolatot, majd a kapcsolat lezárásakor felelős a kapcsolat lezárásáért. Tartalmazza az átvitel részleteit. A kapcsolat irányultságát ebben a rétegben definiálják. Erre példa, hogy folyamatos, vagy ellenőrzött (TCP vagy UDP). Alkalmazási réteg Hálózati alkalmazások által használt magasabb szintű protokollok találhatóak itt. Például fájlok átvitelekor használt FTP, vagy a levelézéskor használt SMTP Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 3
protokoll található itt. Az adatok itt kerülnek kódolásra és beágyazásra az adott protokollnak megfelelően. Az alkalmazási réteg az alatta található szállítási réteget szabályozza. Az OSI modellben meg a megjelenítési rétegnek felelne meg. 3. A hálózat működését biztosító eszközök 3.1. Modem A modem (a modulátor és demodulátor szavakból összetett szó) egy olyan berendezés, ami egy vivőhullám modulációjával a digitális jelet analóg információvá, illetve a másik oldalon ennek demodulációjával újra digitális információvá alakítja. Az eljárás célja, hogy a digitális adatot analóg módon átvihetővé tegye. A modem egy másik modemmel működik párban, ezek az átviteli közeg két végén vannak. Szigorú értelemben véve a két modem két adatátviteli berendezést köt össze, azonban a másik végberendezés tovább csatlakozhat az internet felé. Néhány elterjedtebb modem, amik különböző átviteli közegben működnek: Telefonos modem ADSL modem Kábelmodem Rádiós modem Mikrohullámú modem Akusztikus modem 3.1.1. Telefonos modem A telefonos modem a számítógép által használt digitális 1 és 0 jeleket úgy alakítja át hangfrekvenciává, hogy az telefonvonalon továbbítható legyen. A telefonvonal sávszélessége 3,1 KHz (300 Hz és 3400 Hz között visz át). Shannon tételéből következően minimum 6,2 KHz mintavételre van szükség; a gyakorlatban 8 KHz-et használnak, 8 bites kódokkal. Így jön ki a 64 Kbit/s sebesség, mint a telefonos modemek sebességének elvi felső határa. Szabványos sebességei: 14kbps, 28,8kbps, 33,6kbps, 56kbps. Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 4
3. ábra Fax/Modem kártya 3.1.2. ADSL modem Az ADSL modem szintén telefonvonalon működik, azonban működése más, mint a telefonos modemé, az átvitelre nem hangfrekvenciát használ. Átviteli sebességei jellemzően: 512kbps, 1024kbps, 2048kbps, 4096kbps, 8192kbps, 4. ábra ADSL Modem 3.1.3. Kábelmodem A kábelmodem egy olyan modem, amely a kábeltelevíziós hálózaton képes kommunikálni. A kábelmodemeket elsősorban szélessávú internetkapcsolat megvalósítására használják. Szigorúbban véve a kábelmodem nem is modem, hanem egy hálózati híd. Egyes internetszolgáltatók a hálózati hidat routerrel vagy network hub-bal kombinálva forgalmazzák, illetve adják bérbe, s a kombinált eszközt nevezik kábelmodemnek. A kábelinternetnek két potenciális hátránya van: 1. Egy adott sávszélességen több előfizető osztozik, gyakran egy ház, háztömb vagy egy Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 5
egész utca. Ezért a kapcsolat sebessége függ attól is, hogy éppen hányan használják azt a hálózatot egyidejűleg. 2. Sok kábeles internetszolgáltató nem szívesen ad kábelmodem hozzáférést kábeltelevíziós szolgáltatás nélkül. Ez egy hasonló termékkapcsolásos trükk, mint az úgynevezett meztelen ADSL szolgáltatás hiánya, amikor az ADSL szolgáltató csak telefonszolgáltatással együtt kínálja az ADSL-t (időközben a Gazdasági Versenyhivatal kötelezte a vezetékes telefonszolgáltatókat a telefonelőfizetés nélküli ADSL szolgáltatás bevezetésére). 5. ábra Kábel Modem 3.1.4. Rádiós modem A rádiós modemek az adatokat mikrohullámú rádiós vonalakon továbbítják. Átviteli sebessége jellemzően 512kbps, azonban a profi mikrohullámú modem átviteli sebessége eléri a millió bit per másodperces értéket. Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 6
3.1.5. Optikai modem Optikai modemek az adatokat optikai szálakon továbbítják. Az optikai szálakat optikai kábelekbe fogják össze. A földrészek közötti adatátviteli kapcsolatoknál optikai modemeket használnak a tengeralatti optikai kábeleken az adattovábbításra. Az optikai modemek átviteli sebessége gbps nagyságrendű. 6. ábra Optikai Modem 3.1.6. Mikrohullámú modem A mikrohullámú modemek hasonlóan működnek mint a rádiós modemek, de a profi mikrohullámú modemek átviteli sebessége eléri a millió bit per másodperces értéket. 3.1.7. Akusztikus modem Az akusztikus modemek hang segítségével kommunikáltak a 70-80-as években. Ezek egy másodperc alatt 300 jelet továbbítottak. A telefonvonalra kellett csatlakoztatni és a kézibeszélő segítségével küldte és fogadta az adatokat (hangokat). 3.2. Jelismétlő vagy Repeater A nagy távolságra történő adatátvitel során fellépő zavarok kiküszöbölésére használt aktív hálózati eszköz. A jelismétlő a fogadott analóg jeleket digitális adatsorrá alakítja vissza, majd az ez alapján újból előállított analóg adatsort küldi tovább a célállomás felé. Az átvitel során fellépő zavarokat újból és újból kiszűrve a jelismétlők sorozatai nagy távolságok között is biztonságosan teszik lehetővé a digitális kommunikációt. Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 7
7. ábra Repeater 3.3. Hub A hub (ejtsd: háb) a számítógépes hálózatok egy hardvereleme, amely fizikailag összefogja a hálózati kapcsolatokat. Másképpen szólva a hub a hálózati szegmensek egy csoportját egy hálózati szegmensbe vonja össze, egyetlen ütközési tartományként láttatja a hálózat számára. Leegyszerűsítve: az egyik csatlakozóján érkező adatokat továbbítja az összes többi csatlakozója felé. Ez passzívan megy végbe, anélkül, hogy ténylegesen változtatna a rajta áthaladó adatforgalmon. 3.3.1. Típusok 8. ábra Hub A hubok között 2 alaptípust különböztetünk meg: aktív hub: az állomások összefogásán kívül a jeleket is újragenerálja, erősíti, tehát ebben a formában valójában egy többportos repeater passzív hub: csupán fizikai összekötő pontként szolgál, nem módosítja vagy figyeli a rajta keresztülhaladó forgalmat. Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 8
A legelterjedtebbek a 8, 16, 24 portos eszközök, de találkozhatunk kisebb, 4 portossal is. A passzív hubok elektromos tápellátást nem igényelnek. Az intelligens hubok aktív hubként üzemelnek, mikroprocesszorral és hibakereső képességekkel rendelkeznek. 3.4. Switch vagy Kapcsoló Az adatátviteli kapcsoló vagy switch (ejtsd: szvics) egy aktív számítógépes hálózati eszköz, amely a rá csatlakoztatott eszközök között adatáramlást valósít meg. Többnyire az OSI-model adatkapcsolati rétegében (2. réteg, esetleg magasabb rétegekben) dolgozik. Magyar jelentése: vált, kapcsol. A fizikai rétegbeli feladatokat ellátó hubokkal szemben az Ethernet switchek adatkapcsolati rétegben megvalósított funkciókra is támaszkodnak. A MAC címek vizsgálatával képesek közvetlenül a célnak megfelelő portra továbbítani az adott keretet; tekinthetők gyors működésű, többportos hálózati hídnak is. Portok között tehát nem fordul elő ütközés (mindegyikük külön ütközési tartományt alkot), ebből adódóan azok saját sávszélességgel gazdálkodhatnak, nem kell megosztaniuk azt a többiekkel. A broadcast és multicast kereteket természetesen a switchek is floodolják az összes többi portjukra. Egy switch képes full-duplex működésre is, míg egy hub csak half-duplex kapcsolatokat tud kezelni. Különbség még, hogy a switchek egy ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) nevű hardver elem segítségével jelentős sebességeket érhetnek el, míg a HUB nem más mint jelmásoló, ismétlő. A fontos funkciók közé tartozik még a hálózati hurkok elkerülésének megoldása (lásd STP), illetve a VLAN-ok kezelése. Ethernet switcheken kívül léteznek még például ATM, Frame Relay és Fibre Channel kapcsolók is. Fibre Channel kapcsolók SAN hálózatokban használatosak, általában optikai kábelezéssel. 3.4.1. Feladata Alapvető feladata: csomagokban található MAC címek megállapítása MAC címek és portok összerendelése (kapcsoló-tábla felépítése) a kapcsoló-tábla alapján a címzésnek megfelelő port-port összekapcsolása adatok ütközésének elkerülése, adatok ideiglenes tárolása Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 9
A programozható switchek további feladatokat is elláthatnak: Virtuális hálózat kezelése A végpontokra kötött eszközök MAC cím szerinti azonosítása A végpontok prioritásának meghatározása A végpontokhoz tartozó sávszélesség korlátozása A végpontok használatának időbeli korlátozása Ezen felül típustól függően szinte bármilyen adatáramlással kapcsolatos szabály beállítható lehet. 3.4.2. Részei portok: itt lehet rácsatlakoztatni a hálózat további eszközeit dedikált-port(ok): kiemelt interface, amelyen további switchek összekapcsolására van lehetőség, többnyire nagyobb sávszélességű mint az általános portok. állapotjelző LED-ek 3.4.3. Kiegészítő szolgáltatások Tipikusan az alábbi szolgáltatások fordulhatnak elő: adott portok ki- és bekapcsolása port sebességének korlátozása port prioritásának beállítása MAC címek szűrése - biztonsági okokból adott MAC címmel rendelkező eszközök kizárása bizonyos port(ok)ról SNMP rendszeren keresztüli eszköz- és portfigyelés portok tükrözése (adott port másolása további port(ok)ra) virtuális hálózatok kezelése Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 10
9. ábra SZTE-TIK-ben található switch 3.5. Router, vagy forgalomirányító Az útválasztó vagy router[1] a számítógép-hálózatokban egy útválasztást végző eszköz, amelynek a feladata a különböző például egy otthoni vagy irodai hálózat és az internet, vagy egyes országok közötti hálózatok, vagy vállalaton belüli hálózatok összekapcsolása, azok közötti adatforgalom irányítása.. A számítógépes hálózatok működésének leírására több elméleti modell is létezik, az általánosan elterjedt OSI (Open Systems Interconnection) modell réteges struktúrájában a router a harmadik hálózati rétegben helyezkedik el. Útvonalválasztási döntéseinek alapját az ezen rétegbeli általában IP- címek adják. 3.5.1. Működése A számítógépes hálózatok forgalma különböző típusú adatcsomagokban zajlik. Ezen csomagok utaznak a feladótól a címzettig, akár több eszközön is keresztül, például az Internet esetében. Útjuk során minden érintett eszköznek ismernie kell, hogy merre továbbítsa a fogadott csomagot, hogy az eljusson a címzettig, és döntéseket kell hoznia amennyiben például több útvonal is ismert. A routerek végzik ezen csomagok megfelelő irányba való továbbítását, és végzik ezen döntéseket. A mai routerek nagy része az IP protokoll-alapú hálózatok forgalmát irányítják, de több más protokoll kezelésére is alkalmasak lehetnek. IP Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 11
protokoll esetén egymás és a hálózatok azonosítására a harmadik rétegbeli IP-címet alkalmazzák. 3.5.2. Típusai Szolgáltatói (ISP Internet Service Provider) Az Internetre csatlakozást mindig valamilyen szolgáltatón keresztül lehet megvalósítani. A szolgáltatók által üzemeltetett hálózatokat és a szolgáltatókat magukat is routerek kötik össze, általában ezeket a hálózatokat nevezhetjük az Internet gerincének. Vállalati, nagyvállalati A cégek és vállalkozások mai alapvető követelménye, hogy az internetre csatlakozzanak. Ehhez is routereket használnak, azonban nagyobb vállalatok esetében szükséges lehet a hálózat tagolása, akár logikailag adminisztratív szempontból, akár fizikailag elhatárolódott, országos vagy akár kontinens méretű kiterjedés esetén. Ebben az esetben a külön egységek külön helyi hálózatokkal (LAN) rendelkeznek, melyeket routerekkel lehet összekötni, így lehetővé téve a kommunikációt közöttük. SOHO (Small Office, Home Office), Otthoni-Irodai (kisvállalati) Kisebb cégek illetve otthoni felhasználók Internetre való csatlakozásához használatosak ezen routerek, melyek teljesítménye is ennek megfelelően jóval kisebb. Alapvető feladatuk a belső, saját hálózat Internetre való csatlakoztatása. 3.5.3. Útvonalválasztó protokollok A routerek útvonaldöntéseket hoznak a hálózati réteg címei alapján. Minden interface-ük más-más alhálózatra vagy alhálózatokra csatlakozik, melyeket az IP-cím és hálózati maszk határoz meg. Az útvonalválasztó protokollok határozzák meg az útvonalválasztás szabályait, valamint biztosítják az egyes routerek között az útvonalakra vonatkozó információcserét. Ilyen protokollok például: TCP/IP routing: EIGRP, OSPF, BGP, RIP, ISIS Novell routing: Novell RIP, EIGRP, NLSP Az útvonalválasztó protokollokat többféle módon is besorolhatjuk, ilyenek többek között az alábbi kategóriák: Statikus/Dinamikus Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 12
Single-path/Multipath Distance vector/link State 3.5.4. Mai routerek Néhány a legnagyobb router gyártók közül (nagyvállati, szolgáltatói): Avaya, Cisco, Juniper, Huawei, Fujitsu, Foundry, NEC. Néhány a SOHO routerek gyártói küzül: D-Link, Linksys (a Cisco leányvállalata), ZyXEL, 3Com, Trendnet, Netgear, TP-LINK. A mai számítógépek általában maguk is használhatók routerként, ha több hálózati kártya van bennük. A Unixalapú operációs rendszerek esetén a pf (BSD) illetve az iptables (Linux) a szokványos eszköz, Windows alatt az Internet Connection Sharing szoftver képes ellátni az útvonalválasztási feladatokat. 10. ábra Router 3.6. ISR (Integrated Services Router) Ez az eszköz szinte mindenki otthonában megtalálható. Ebben az eszközben található router és switch. Általában egy port található rajta, amelyiket a modemmel kapcsoljuk össze(wan felirat), amely az eszköz routere, mert egy másik hálózattal kapcsolódik össze. Adatokat tud továbbítani különböző hálózatok között. A többi portjához pedig a saját eszközünkkel van lehetőségünk összekapcsolni. Ezen keresztül kaphatunk hálózatra vonatkozó beállításokat (DHCP). Az újabb ISR-ekben megtalálható az vezetéknélküli funkció, amellyel kényelmesen tudunk csatlakozni a laptokunkkal, táblagépünkkel, okostelefonunkkal. Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 13
11. ábra Integrated Services Router 3.7. Kábeltípusok 3.7.1. Koaxiális kábel 12. ábra Koaxiális Kábel Ez a széles körben használt átviteli közeg egy tömör rézhuzalból áll, amely körül szigetelõ van. A szigetelõt egy külsõ hengeres vezetõ veszi körbe, amelyet egy védõ mûanyagburkolat zár körül. Felépítésének köszönhetõen nagyon védett zajokkal szemben, és hosszú távú átvitelre is alkalmas. Könnyen meghosszabbítható, a különféle kábeltoldók, szétválasztók, csatolók és jelismétlõk segítségével. Két fajta koaxiális kábel létezik: Alapsávú: 50 ohm -os kábel, digitális átvitelt tesz lehetõvé Szélessávú: 75 ohm -os kábel, analóg átvitelt tesz lehetõvé 3.7.1.1. Jellemzői A koaxiális kábel legfőbb jellemző tulajdonsága a hullámimpedancia. A koaxiális kábel megfelelő használatához a kábel mindkét végén megfelelő illesztés szükséges, ami azt jelenti, hogy a jel forrásánál, a lezárásnál és a jelúton sem változhat az impedancia. Ennek hiányában a jel egy része visszaverődik a belső érre, ez például analóg televíziós adásnál szellemképet okoz. A fáziskésleltetés miatt az is előfordulhat, hogy a visszaverődő jel kioltja a továbbított Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 14
jelet, ami a jelszint csökkenéséhez vezet. 3.7.1.2. Típusai Alapsávú koaxiális kábel Ezeket a koaxiális kábeleket elterjedten használják lokális hálózatokban, valamint távbeszélőrendszerekben is nagytávolságú átvitelre. A mindenkori sávszélesség a kábel hosszától függ. 1 km-nél kisebb távolságon 10 Mbit/s-os átviteli sebesség valósítható meg. Ezt az átviteli közeget napjainkban igen elterjedten alkalmazzák az Ethernet hálózatokban, ahol megkülönböztetünk vékony koaxiális (10Base2) és vastag koaxiális (10Base5) kábeleket. A típusjelzésben szereplő 2-es és 5-ös szám az Ethernet hálózatban kialakítható maximális szegmenshosszra utal: vékony kábelnél ez 200 méter, vastagnál 500 méter lehet. A digitális átviteltechnikában vékony koaxiális kábelek használatakor csatlakozásra BNC (Bayone-Neil-Councelman) dugókat és aljzatokat használnak. Az így kiépített hálózatokban a számítógépek csatlakoztatása kétféleképpen oldható meg. Az első módszer a T-dugó behelyezésével, amely a kettévágott kábel két végét kapcsolja össze, és egy harmadik vezetékkel a számítógép csatlakozását is megoldja. A másik módszert a vámpír-csatlakozást a vastag koaxiális kábeleket alkalmazott Ethernet hálózatok kialakításánál alkalmazzák. A vastag kábel előnye, hogy lényegesen kisebb a csillapítása, mint a vékony változatnak, ezért nagyobb távolságok hidalhatók át vele. A vámpírcsatlakozó egy nagyon pontos kábelbe fúrt lyuk, amelynek a rézmagban kell végződnie. Ennek a T-dugóval szemben egy előnye van, hogy a kábelt nem kell elvágni. E két megoldásnak sok előnye és hátránya is van: A T-dugó előnye, hogy egyszerű csatlakoztatást biztosít, viszont mivel a beszerelése a kábel kettévágását igényli, elkerülhetetlen a hálózat néhány percre való leállítása, és ez bizonyos rendszerek esetén nagy kárral járhat. Továbbá, minél több ilyen csatoló van egy hálózatban, annál nagyobb a valószínűsége a rossz összeillesztés miatt keletkező érintkezési hiba jelentkezésének. A vámpír-csatlakozás esetén sokkal megbízhatóbb a létrehozott kapcsolat, de nagyon nehézkes az egyes újabb gépek hálózatba helyezése. Ugyanis, ha a lyukat túl mélyre fúrják, akkor előfordulhat, hogy a rézmag két egymással nem érintkező darabra válik szét. Ha viszont nem elég mély, akkor az érintkezési hibára emlékeztető jelenséget Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 15
produkálhat. És ehhez a csatlakozáshoz használt kábelek sokkal vastagabbak és drágábbak, mint a T-dugó esetében. Szélessávú koaxiális kábel Ez a fajta kábelrendszer a kábeltelevíziózás szabványos kábelein keresztüli analóg átvitelt teszi lehetővé. A szabványos kábeltelevíziós technikából adódóan az ilyen szélessávú hálózatok esetén az analóg jelátvitelnek megfelelően, amely sokkal kevésbé kritikus, mint a digitális, a kábelek akár 100 km-es távolságra is 300 MHz-es, de akár néha 450 MHz-es jelek átvitelére is alkalmas. A digitális jelek analóg hálózaton való átviteléhez minden interfésznek tartalmaznia kell egy konvertert, amely a kimenő digitális jeleket analóg jelekké, és a bemenő analóg jeleket digitális jelekké alakítja. A szélessávú rendszereket általában több csatornára osztják. Az alapsávú és szélessávú technika közötti egyik legfontosabb különbség az, hogy a szélessávú rendszerekben analóg erősítőkre van szükség. Ezek az erősítők a jelet csak az egyik irányba tudják továbbítani, ezért csak szimplex adatátvitelt képesek megvalósítani. A probléma megoldására kétféle szélessávú rendszert találtak ki: az egykábeles, amelyben egyetlen kábelen két különböző frekvenciatartomány van az adó és a vevõ között, és a kétkábeles rendszert, amelyben két azonos kábel fut egymás mellett. A két kábelen ellentétes irányú az adatforgalom. 3.7.2. Csavart érpár 13. ábra UTP kábel A legrégebbi és még ma is elterjedt átviteli közeg a csavart érpár vagy más néven sodrott érpár (Unshielded Twisted Pair = UTP). Ez a vezetéktípus két szigetelt, egymásra spirálisan felcsavart rézvezeték. Ha ezt a sodrott érpárat kívülről egy árnyékoló fémszövet burokkal is Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 16
körbeveszik, akkor árnyékolt sodrott érpár-ról (Shielded Twisted Pair = STP) beszélhetünk. A ma használatos kábelek több, általában 4 érpárból állnak, amelyek 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. A sávszélesség a huzalok vastagságától és az áthidalni kívánt távolságtól függ, de akár a Gbit/sos nagyságrendű sebesség is elérhető. A legtöbb telefonkészüléket sodrott érpár köti össze a telefonközponttal. Analóg és digitális átvitelre egyaránt alkalmas. Manapság a számítógépeket a LAN hálózatban is ez a vezetékfajta köti össze. A sodrott érpáras kábel nem lépheti túl a 100 méteres hosszúságot a hub és a számítógép között. Strukturált hálózat építéséhez UTP, FTP, S-FTP kábel használható. Az UTP olcsóbb, mint az FTP, S-FTP, viszont nem rendelkezik zavarvédelemmel. Egy irodában rengeteg berendezés kelthet zavart. Például a villanymotorok (gépek ventillátora, szellőztető berendezések stb.) különböző rádiófrekvenciás alkalmazások (pl.: mobiltelefon), valamint az elektromos hálózat. Szerencsés esetben ez csak a rendszer sebességére van kártékony hatással, rosszabb esetben hibás adattovábbítást, adatvesztést okoz. Az FTP, S-FTP kábelezés ezt hivatott kiküszöbölni. Ez a kábelfajta árnyékoló fóliával, míg az S-FTP szőtt harisnya-árnyékolással is el van látva. Ez a megoldás biztonságos és gyors átvitelt tesz lehetővé. Nagy elektromos zajszintű munkahelyeken használata feltétlen szükséges. Az FTP, S-FTP rendszerek hátránya a magas építési költség, hiszen a megfelelő működéshez nem csak a kábeleknek, de a tartozékoknak is megfelelőnek kell lenniük. Megfelelő teljesítményüknek és alacsony áruknak köszönhetően széleskörűen használtak. Említést kell tenni a patch panelről és a patch kábelről. A patch panel egy olyan segédtábla, amely UTP-s hálózatoknál a felhasználói gépek felől bejövő kábelek rendezését szolgálja. A patch kábel viszont egy olyan viszonylag rövid, sodrott érpárú, UTP csatlakozóval ellátott kábel, amely a fali hálózati csatlakozó és a számítógép hálózati kábelének csatlakozója közti összeköttetést biztosítja. Az AT&T legutolsó fejlesztési eredményei azt mutatják, hogy a megfelelő sodrási technológiával készült árnyékolatlan sodrott érpárú (UTP) kábelek ugyanolyan vagy nagyobb zavarvédettséget is nyújtanak, mint az árnyékolt kábelek. A kategóriák közötti lényeges különbség a csavarás sűrűsége. Minél sűrűbb a csavarás, annál nagyobb az adatátviteli sebesség. A szigetelés, áthallás minőségétől függően a szabványügyi intézetek (EIA/TIA) Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 17
több kategóriába sorolják a kábeleket (a kábelek megnevezése category, cat vagy level is lehet, ahol a lényeg a megnevezés utáni számban rejlik): EIA/TIA kategória 3 (CAT 3): Átviteli paramétereit 16 MHz-ig adják meg. Tipikusan hang és maximálisan 10 Mbit/sec adatátvitelre használják. EIA/TIA kategória 4 (CAT 4): Átviteli paramétereit 20 MHz-ig adják meg. Általában hang és maximálisan 16 Mbit/sec adatátvitelre használják. EIA/TIA kategória 5 (CAT 5): Átvitel paramétereit 100 MHz-ig adják meg. Tipikusan nagy fontosságú alkalmazásoknál használják, maximálisan 1 Gbit/sec adatátviteli sebességig. A csavart érpárak közül a legújabb a gigabites kábel, melynek paramétereit 1 Ghz-ig adják meg. A CATEGORY 6 típusú termék szabványosítása az utóbbi években történt meg. 3.7.3. Üvegszálas kábel 14. ábra Optiaki kábel A jelenlegi legkorszerűbb vezetékes adatátviteli módszer az üvegszál vagy más néven optikai technológia alkalmazása. Üvegszálas hálózat kiépítésére akkor kerül sor, ha különösen nagy elektromágneses hatások érik a vezetékeket vagy nagy távolságokat kell áthidalni. Itt a fényáteresztő anyagból készült optikai szálon tovahaladó fényimpulzusok szállítják a jeleket. Az optikai kábel egy olyan vezeték, amelynek közepén üvegszál fut. Ezt az üvegszálat gondosan kiválasztott anyagú burkolat veszi körül. A különleges anyag tulajdonsága, hogy az ide-oda cikázó fény sohasem tudja elhagyni a kábelt. Ezért a fény a vezeték elején lép be és a végén lép ki belőle. De így is meg kell erősíteni és újra kell rendezni a fényt. A legnagyobb áthidalható távolság manapság 80 kilométer, ami lényegesen hosszabb táv a hasonló rendű kábelekhez képest. Az adó, ami lehet LED vagy lézer, elektronikus adatot küld át a kábelen melyet előzőleg fotonná alakítottak. A fotonok hullámhosszai az 1200-1500-ig terjedő Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 18
nanométer spektrumban lehetnek. Az optikai átviteli rendszer három komponensből áll: az átviteli közegből (hajszálvékony üveg vagy szilikát), amit egy szilárd fénytörő réteg véd (szintén üveg vagy műanyag), a fényforrásából (LED vagy lézerdióda) és a fényérzékelőből (fotodióda). Az átvitel a fénysugár különböző közegek határán történő törésén alapul. A törés mértéke a két közeg tulajdonságaitól függ. Ha a beesési szög elér egy kritikus értéket, akkor a fénysugár már nem lép ki a levegőbe, hanem visszaverődik az üvegbe. A kritikus szögnél nagyobb beesési szöggel érkező sugarak a szálon belül maradnak. Az optikai szálak átviteli sebessége az alkalmazott fénytörési technikától függ, amelynek két módozata ismert: a multimódusú és a monomodusú szál. A multimódusú szál esetében rengeteg fénysugár halad ide-oda verődve, különböző szögekben, a szálban. A jelenleg kapható multimódusú optikai szálak 1 km-es távolságon 1300 nm hullámhossznál 500 Mbit/s-os, 850 nm hullámhossznál 160 Mbit/s-os átviteli sebességet érnek el. Amennyiben a szál átmérője éppen a fény hullámhosszával egyenlő, akkor a szál hullámőrzőként működik, s a fény visszaverődés nélkül egyenes vonalban terjed, és csak egy módus alakul ki. A monomódusú szálak meghajtása (drága) lézerdiódákat igényel, de ugyanakkor sokkal hatékonyabb, és alkalmasabb nagyobb távolságok áthidalására. Az optikai kábelezés sebessége és zavartűrése a ma ismert legjobb adatátviteli megoldássá teszi. Ára igen magas, hiszen egy irányba megy a fény, ezért dupla annyi egyébként is drága kábelre van szükség, és emiatt elsősorban nagy távolságok áthidalására érdemes alkalmazni. Kis távolságra való alkalmazása is indokolt lehet bizonyos környezetben, például orvosi munkahelyeken, speciális gyártóhelyeken, ipari környezetben, energetikai létesítményekben, kutató laboratóriumokban, valamint nagysebességű rendszereknél. Az optikai kábel előnyei, hogy érzéketlen az elektromágneses zavarokra, nincs földpotenciál probléma, és nagy a sávszélessége, valamint erősítés nélkül igen nagy távolságra vihető el a jel vele. És még egy nagy előnye biztonságtechnikai szempontból, hogy nem hallgatható le. Az adat továbbításának sebességével nincs gond, csakhogy az adatokat rendezni kell bizonyos távolságonként. A kábelen keresztül folyó fényt, manapság még át kell alakítani elektron folyammá, hogy azt felerősítsék. A fotonról elektronná, majd elektronról vissza fotonná Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 19
alakítás nagyon lelassítja a folyamatot. Napjainkban már létezik olyan erősítő, amely nélkülözi a lassú foton, elektron, foton átalakításokat. Ezáltal nemcsak hogy gyorsabb és olcsóbb lesz az optikai kábelek piaca, de egyszerre több frekvenciát is tudnak erősíteni. Ezek után szükségszerű, hogy minél több hullámhosszt tudjanak belepréselni egyetlen kábelbe. Ez az eljárás a DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing - sűrített hullámhossz többszörözés). A többszöröző technológiával a kábel kapacitása a hullámhosszok számával növekszik. Ezek közül egyetlen egy több adatot képes szállítani, mint régebben egyetlen kábel. Képesek vagyunk akár 160 frekvenciát egyszerre elküldeni. Így a befogadóképesség 400 Gbit/s-ra növekedhet. Ezzel a technológiával az optikai kábelt használó társaságoknak nem kell több kábelt lefektetniük, ha sávszélesség növekedést akarnak elérni. Sajnos a telekommunikációs hálózatokban A és B pont között nem egyetlen vonal fut. Ezért szükség van váltókra, amelyek elirányítják az adatokat a végállomás felé. Az IP (Internet Protokoll) megoldást használják jelenleg. Ebben az esetben az adatcsomagok rendelkeznek egy kézbesítési címmel, így a váltó könnyen leolvashatja ezeket. Ezt IP-címnek hívjuk. De ezek a váltók csak elektron folyamokat képesek kezelni. Ha azt akarjuk, hogy az adat A és B pont között minél kevesebb megszakítással, végig optikai kábelen fusson, meg kell oldani a hullámhosszok címzését. A gyors optikai kábelek által nyújtott lehetőséget egyelőre csak az Internet2 névre hallgató tömörülés használja ki. A nonprofit társaságot 1996-ban alakították az Internetet lassúnak találó amerikai egyetemek és kutatóintézetek, amelyek honlapjain számos, a jelenleg ismert világhálón aligha végrehajtható projekt szerepel. A tagok között több mint 170 egyetem található, amelyek az internetes adatátviteli sebesség növelését, illetve hatékonyságjavítását kutatják, együttesen évi 80 millió dolláros ráfordítással. A projektbe - egyenként egyszeri 30 millió dollár befizetésével - olyan, a világháló fejlődésében érdekelt vállalatok is beszálltak, mint a Microsoft szoftveróriás, az Internet kapcsolóelemeinek zömét gyártó Cisco Systems vagy a Nortel Networks. Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 20
4. Hálózati végberendezések 4.1. Hálózati csatolók különböző formái 4.1.1. NIC Network Interface Card Ez a hálózati csatoló kártya, amely a vezetékes kapcsolaton keresztül biztosít kommunikációt a hálózat több elemével. Manapság minden számítógépes alaplapra integrálják. Amennyiben szüksége telepíteni újabb hálózati kártyát, azt a számítógép PCI, vagy PCI-E 1X portjába kell beszerelni. Meghatározott fizikai réteget és adatkapcsolati réteget használ, mint például az Ethernet, Wi- FI. Ezzel biztosítja az egységes kommunikációt kisebb hálózatokban. Minden hálózati csatolónak van egy 48-bites egyedi azonosítója, amelyet egy csak olvasható memóriában tárol. Ezek nem egyezhetnek meg, ennek érdekében a gyártók az IEEE-től (Institue of Elentronics and Electronics Engineers) kérnek blokkokat. Ebből megállípítható, hogy az adott MAC címet birtokló csatolót melyik gyártó készíti. 15. ábra Hálózati Kártya 4.1.2. WNIC Wireless Interface Card Működési alapja az NIC. Rádió jeleket használ az adatok továbbítására. Ez is a fizikai és az adatkapcsolati rétegeket használja a kommunikációra. PCI buszon, vagy USB porton keresztül lehet csatlakoztatni a számítógéphez. Normál módban kell egy hozzáférési pont (access point), amelyben egy vezeték nélküli hálózati nevet (SSID) állítunk be. Ebben az esetben titkosítás nélkül láttuk el a hálózatot és Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 21
bárki tud kapcsolódni. A vezeték nélküli hálózatok esetében ügyelni kell a távolságra, mert elektromos berendezések hűtő, klíma. Tökéletes sebességet 7,5 méteren belül tudunk biztosítani. 16. ábra Vezeték nélküli hálózati kártya 17. ábra Vezetéknélküli hálózatok elérése képes hálózati csatoló 4.2. IP telefon Az IP-telefon olyan eszköz, amely a hang továbbítását IP hálózaton keresztül biztosítja. Az IP alapú hangszolgáltatások összefoglaló neve VoIP (Voice over IP). 4.2.1. Típusai Az IP-telefont alapvetően két nagy csoportra bonthatjuk, a szoftveres, és a hardveres változatra. A számítógépen, vagy egyéb eszközön (PDA, mobiltelefon) futó, VoIP telefonálásra alkalmas programot softphone-nak hívják. Ma már számos hardveres megoldás is létezik, melyek formailag, és az alkalmazott protokollok tekintetében is jelentősen különbözhetnek egymástól. A jelenleg kapható modellek jellemzően Wi-Fi segítségével kapcsolódnak az internetre, és valamely már elterjedt alkalmazás protokollját használják hívásra és hangátvitelre, gyakran a Skype cég termékét. Ezek a készülékek küllemükben rendkívül változatosak, a hagyományos, vezetékes telefonokra hasonlító modellektől, a mobilszerű formákon át az MP3 lejátszóig találkozhatunk variánsokkal. Egy, a számítógépek USB portjára csatlakozó kiegészítő segítségével akár hagyományos mobiltelefon is Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 22
használható IP-telefonnak. 4.2.2. Széles körű felhasználás Az IP-telefonok és kliensek egy kiszolgáló segítségével közös hálózatba kapcsolhatók. Az ilyen kiszolgálót a H.323 világában ezt tipikusan gatekeepernek, míg a SIP világában proxynak hívják. Az összekapcsolt eszközök rövid hívószámokon keresztül is elérik egymást a nehezen megjegyezhető IP-szám helyett. Megfelelő átjáró (gateway) használatával az IP-telefon képes kapcsolatot teremteni más telekommunikációs hálózatokkal. Ezt a lehetőséget a mobilszolgáltatók már évek óta elérhetővé tették. IP alapú hívást az előfizetők egy előhívószám beütésével kezdeményezhetnek. Az így indított hívásokkal nemzetközi irányokban gyakran jelentős anyagi megtakarítás érhető el. 18. ábra Cisco gyártmányú IP telefon 4.3. IP kamera Hétköznapi használtban vesznek részt, többnyire megfigyelésre. Interneten keresztül menedzselhető. Ezeknek a kameráknak a többsége webkamera. Két fő típusa a centralizált és a decentralizált. A centralizált kamera esetében a felvétel tárolása egy úgynevezett hálózati videó felvevő, amely a felvételt kezeli, riaszt. A decentralizált kamerák esetében a felvételt a kamerán belül egység tárolja, vagy egy hálózatra csatolt meghajtó (NAS). Az IP kamerák nagy előnye, hogy könnyen mozgathatók a hálózaton belül. Nagy felbontású Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 23
képet tudnak készíteni. Biztonságos adatkapcsolatot tudnak kialakítani az átvitelre. Hátránya a magas kezdeti költség, szükséges egy nagy sávszélességű hálózat. Amennyiben nyílt hálózaton keresztül kommunikálnak a kamerák, akkor a bűnözők egy kihasználva tudják felhasználni a saját céljaikra (kémkedés). 19. ábra IP Kamera 4.4. NAS-meghajtó Ez egy hálózatra kötött meghajtó, amely egyfajta fájlszerverként üzemel. Ezeket a meghajtókat speciálisan erre a célra készítik. Hálózati fájlmegosztó protokollokat használ. Ezeken a meghajtókon speciális operációs rendszer működik, mint például a FreeNAS. A fájlok biztonságos tárolása miatt egyszerre több meghajtó is található ezekben az eszközökben. Hátrányai közé sorolható, hogy a hardware szempontjából nem tudunk módosítani rajta és nem konfigurálható, mint egy általános kiszolgáló. Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 24
20. ábra Hálózati Adattároló 5. Felhasznált Forrás Wikipédia SZTE Klebelsberg Könyvtár Várkonyi Zoltán - Juhász Árpád 25