Vezetékes számítógépes hálózatok


A számítógép-hálózat fogalma

A számítástechnika rohamos fejlődése a számítógépek széleskörű elterjedésével, s ezáltal a felhasználók táborának növekedésével járt együtt. A számítógépek összekötése iránti igény először akkor merült fel, amikor egyes csoportok némely erőforrást, azaz háttértárolót, nyomtatót, adatbázist vagy programot közösen szerettek volna használni. Ehhez szükség volt a számítógépek fizikai összekapcsolására, valamint néhány olyan gépre, amely rendelkezett ezekkel az erőforrásokkal, és így ezeket a csoport minden tagja ugyanolyan formában tudta használni.

A számítógép-hálózatok kialakítását követelő másik kihívás a helyi hálózatok összekapcsolása annak érdekében, hogy lehetővé váljon üzenetek, elektronikus levelek, valamint nagy adattömegek gyors és megbízható továbbítása akár kontinensek között is. Ugyancsak célszerűnek látszott lehetővé tenni, hogy egy-egy szuperszámítógép kapacitását ne csak a rákapcsolt gépekről lehessen használni, hanem megfelelő jogosultság esetén a világ távoli pontjairól is hozzá lehessen férni. Ezek után tisztázzuk a számítógépes hálózat fogalmát:

A hálózatok önállóan is működőképes 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.

A számítógép-hálózat céljai

Lehetőséget ad a különböző berendezések, perifériák, programok és az adatok közös használatára, vagyis a külön-külön is meglévő erőforrások megosztására. Tehát ezek az erőforrások a hálózati felhasználók fizikai helyétől függetlenül bárki (valójában a megfelelő jogosultságokkal rendelkezők) számára elérhetőekké válnak.

Lehetőséget ad a rendszerben lévő eszközök teljesítményének egyenletesebb megosztására.

A kialakított rendszer nagyobb megbízhatósággal működik. Például egy nyomtató hibája nem azonos egyúttal a nyomtatási lehetőségek megszűnésével, mivel szerepét a rendszerben lévő másik nyomtató is átveheti. A fontosabb programok, adatok a rendszer több számítógépének lemezegységén is tárolódhatnak, és így az egyik tárolt példány megszűnésével nem történik helyrehozhatatlan károsodás. Központilag figyelemmel kísérhető a hálózat működése, forgalma, a hibák felderítése és elhárítása hatékonyabban elvégezhető. Ezt közös néven hálózat menedzsmentnek hívjuk.

Anyagi vonzata a költségmegtakarítás. Az eszközöket (nyomtatók, háttértárak, stb.) elég így kevesebb példányban megvásárolni.

Ezen előnyök mellett a hálózatba kapcsolás a számítógépek használati körének kibővülését, sőt kiterjesztését is lehetővé teszi. Lehetővé válik adatbázisok elérése, a benne lévő adatok felhasználása, sőt az adatbázis sok pontról történő bővítése.

A jelenlegi egyik legizgalmasabb kibővítés az, amikor a hálózati rendszert kommunikációs közeg-ként használjuk. Ez azt jelenti, hogy a rendszer használói egymásnak üzeneteket, leveleket vagy egyéb információt tudnak küldeni. Jelenleg a számítástechnika helyzete ebben az állapotban van.



Szerver

A 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. Néha a szolgáltatást nyújtó programokat is szerverként szokták emlegetni, jó példa erre a web-szerver, amely a belső hálózat számára és a külvilág felé szolgáltatja az Internetes dokumentumokat.

Fájlszerver, nyomtatószerver

Nagy tárolókapacitású számítógépek. Feladatuk a közösen használt állományok, adatbázisok, alkalmazások, levelezés stb. biztosítása. A nyomtatószerverek végzik a hálózaton keresztüli nyomtatással kapcsolatos feladatokat, a hozzájuk kapcsolt nagy teljesítményű nyomtatók vezérlését.
A hálózat sebessége

A különböző hálózatok adatátviteli sebessége eltérő, sőt nagyságrendbeli eltérés is elképzelhető, amit az adott hálózati struktúra, topológia határoz meg. Nagy szerepet játszik a számítógép-hálózatok átviteli képességének az alakulásában a hálózat topológiája, az adatátvitelt vezérlő protokoll típusa, a hálózat strukturális kialakítása, s nem utolsó sorban az aktív, passzív eszközök sebessége is. E paraméterek határozzák meg a hálózat maximális átviteli sebességét.

A számítógép-hálózatok sebességének a mértékegysége bit/sec, illetve bps. Az egy másodperc alatt átvitt bitek számát határozza meg. Ez egy elméleti érték, mellyel a hálózat maximális átviteli képessége határozható meg.

A számítógépben az információ alapegységei a bit, digit, byte. Egy bit (binary digit) 0 vagy 1 értékű lehet, melynek 1 - 1 feszültségi szint felel meg. A digit 4 bitből áll, a byte 8-ból. A tárolókapacitást általában byte-okban szoktuk megadni. Magasabb mértékegységei:
1 Kbyte (kilo-byte) =1024 byte
1 Mbyte (mega-byte) =1024 Kbyte
1 Gbyte (giga-byte) =1024 Mbyte.
1 Tbyte (tera-byte) =1024 Gbyte
Az átviteli sebességtől meg kell különböztetni a baud-ban mért sebességet, amely a másodpercenkénti jelváltások számát adja meg. 1 baud = 1 jelváltás/s. A jelsorozat sebessége és az adatátviteli sebesség számértéke csak akkor egyezik meg, ha az alkalmazott jelkódolási eljárás egy-egy bitnek egy-egy jelváltást feleltet meg.

Hoszt

Számítógépes hálózaton lévő "munkaállomás", amely valamilyen szolgáltatást is nyújt egy hálózatba építve. Itt futnak a felhasználói programok, helyezkednek el az adatbázisok. Ezeket a gépeket kommunikációs alhálózatok kötik össze, amelyek feladata a hosztok közötti kommunikáció megvalósítása, azaz az üzenetek továbbítása.

Alhálózat

A hálózat az összekötött alhálózatok összessége. Az alhálózatokat kapcsolóeszközök (routerek) kötik össze egymással. Az alhálózat adattovábbítás szerint lehet pont-pont kapcsolat vagy broadcast típusú.


Két pont közötti csatornával rendelkező alhálózat (pont-pont kapcsolat)

A két kommunikációs végpontot egy kábellel kötik össze, és az üzenetek ezen a kábelen keresztül haladnak. Amikor egy vevő megkapja a csomagot, és az nem neki szól, akkor továbbadja egy következő pont-pont összeköttetésen keresztül. Pont-pont összeköttetésekből felépülő nagyobb hálózat struktúrája lehet: csillag, gyűrű, fa, teljes vagy szabálytalan. A gyűrű topológia a működési biztonságot növeli. A fastruktúra előnye a hosztok (alhálózatok) közötti minimális routerszám, hátránya a forgalom torlódása. A teljes összeköttetésű hálózat mindkét előnnyel rendelkezik, azonban rendkívül drága.

A pont-pont kapcsolatokból felépülő hálózatokkal kapcsolatos további fogalmak:
Tárol és továbbít (store-and-forward)
A csomag a routerben tárolásra kerül, amíg a következő adatvonalon lehetségessé nem válik a továbbítás.

Packet switch
Az adatcsomag tartalmazza a célállomás címét, ennek alapján a router (csak) a megfelelő adatvonalon továbbítja a csomagot.

Broadcast típusú alhálózat


Más néven üzenetszórásos alhálózatnak is nevezik. Jellegzetessége, hogy egy csatornán (átviteli közegen) sok állomás osztozik. Minden adás minden eszközhöz eljut. Az állomások a csomagban lévő cím alapján választják ki a nekik szólókat, a többit figyelmen kívül hagyják. Topológiai kialakítása lehet busz, gyűrű vagy csillag.


Hálózati hierarchia

Aszerint, hogy hálózatunkban milyen viszonyban állnak egymással a számítógépek, három típusra oszthatjuk őket.

Hoszt-terminál alapú hálózatok

A hálózat magját egy vagy több, egymással összeköttetésben lévő központi számítógép (hoszt) alkotja. Itt fut az operációs rendszer. 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.

Egyenrangú (peer to peer) hálózatok

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. A torrent-ezés is peer to peer hálózattípust valósít meg.

Szerver-kliens hálózatok

Ötvözik a peer to peer hálózatok olcsóságát, egyszerűségét a hoszt-terminál hálózatok nagy teljesítőképességével. Ebben a hálózatban találunk kiemelt számítógép-et (szerver), amely csak a kérések kiszolgálásával van elfoglalva. Itt fut a hálózati operációs rendszer. Az alkalmazói programok futtatása a kliens gép-ek 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.


Hálózati egységek


Egy számítógépes hálózat az alábbi egységekből épül fel:

Munkaállomások vagy workstation
Azok a számítógépek, amelyeken az egyes felhasználók dolgoznak. Itt fut az alkalmazás, ezek a gépek használják a hálózat erőforrásait. Operációs rendszerük sokféle lehet. Leggyakoribbak: régebben DOS, manapság Windows XP, Windows 7, sőt Apple OS X, és különböző Linux disztribúciók is lehetnek. A munkaállomás a hálózati kártyán keresztül éri el a hálózatot.

Kiszolgáló egységek és szerverek
Ide tartoznak azok az egységek, amelyek kielégítik a felhasználói igényeket (adathozzáférés, nyomtatás, stb., ennek megfelelően beszélhetünk fájl-szerverről vagy printer-szerverről), szervezik, adminisztrálják a hálózat munkáját.

Hálózati perifériák
Azok az eszközök, amelyek a szerverekhez kapcsolódnak, s amiket a hálózat tagjai közösen használnak.(pl.: nyomtató).

Hálózati csatoló kártya
Az az egység, amely minden számítógépben megtalálható. A hálózati kártya teszi lehetővé, hogy a hálózat fizikai közegéhez (legtöbbször kábelezés) kapcsoljuk a számítógépünket. Magyarországon elsősorban az Ethernet hálózatok terjedtek el kb. 90 %-ban, ezért itt ezen megvalósításhoz használt kártyával, azaz az Ethernet kártyával foglalkozom. Sok gyártója létezik, de a szabványosítás miatt bármelyik összekapcsolható egymással. Nincs viszont szabványosítva a számítógép - hálózati kártya felület, ezért gyártóspecifikus driver-t (meghajtó program) kell használni a kártya működtetésére.

Hálózati átviteli eszköz
Az az eszköz, amelyen keresztül az adatforgalom lebonyolódik.


A számítógép-hálózatok történeti fejlődése

A nyolcvanas években a személyi számítógépek (PC) robbanásszerűen kezdtek elterjedni, de már az első számítógépek megjelenése után felmerült az igény ezek távolról történő használatára, majd a gépek összekapcsolására. Annak érdekében, hogy a tudományos kutatómunka fejlődését ne akadályozza a földrajzi elhelyezkedés, a tudósoknak új, gyors és továbbfejleszthető kommunikációs eszközre volt szükségük. A számítógépeknek ilyen célú felhasználása logikus megoldásnak tűnt. A szöveg rugalmas kommunikációs közeg, amelyet a számítógép - már abban az időben is - meglehetősen jól tudott tárolni és feldolgozni, valamint szükség esetén papírra nyomtatni. Ebből logikusan adódott a következő lépés: ha az egyik számítógép a másikkal beszélni tudna, a szöveget az egyik számítógépről a másikra el lehetne juttatni.

ARPANET

A számítógépek hálózattá való összeköttetésének gyökerei a hidegháború éveire nyúlnak vissza. 1957-ben a Szovjetunió fellőtte Szputnyik nevű műholdját. Válaszként 1958-ban az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumon belül működő Korszerű Kutatási Programok Intézete létrehozta az ARPA (Advanced Research Projects Agency) nevű szervezetet, amelynek az volt a célja, hogy tudományos és technikai kutatásainak eredményeként az Egyesült Államokat vezető szerephez juttassa a hidegháborúban. Éppen ezért kísérletsorozatot folytattak, hogy létrehozzanak egy olyan számítógépes rendszert, amely ellenáll a különböző katasztrófáknak, az egész országot átfogja, és amelyben a katonaság üzeneteket, adatokat adhat és kaphat, bármi is történjék Felmerült a kérdés, hogy egy esetleges nukleáris háború esetén az amerikai kormányszervek hogyan tudnák fenntartani a kommunikációt egymás között.

A RAND Corporation, az Egyesült Államok első számú hidegháborús szervezete a probléma megoldására egy olyan hálózatot képzelt el, amely képes városokat, államokat, bázisokat összekötni, de nincs központja, hiszen ha lenne, az lenne az első célpont, amit megsemmisítenének.A hálózatnak különböző pontokból kell állnia, a csomópontoknak egyenlő értékűnek kell lenniük, így önállóan alkothatnak, küldhetnek és fogadhatnak üzeneteket. Az üzenetek csomagokra oszlanak, minden csomagnak külön címe van. Minden csomag egy adott forráscsomóponttól indul, és egy adott célcsomóponthoz érkezik.

1967-ben megrendezték a RAND, az NPL (National Physical Laboratory) és az ARPA találkozóját, azzal a céllal, hogy továbbfejlesszék a hálózatot.

1968-ban az ARPA kezdeményezte, hogy az akkori szuperszámítógépek alkossanak egy olyan masszív hálózatot, amelyen keresztül hatékonyan le lehet bonyolítani az országos kutatási és fejlesztési terveket. E masszív hálózat első csomópontját (node) a Kaliforniai Egyetemen állították fel 1969. szeptember elsején. A második csomópontot október elsején a Stanford Kutatóintézetben (SRI) kötötték be. Az év végére bekötötték a harmadik csomópontot a Kaliforniai Egyetem Santa Barbara-i (UCSB) egységében, és a negyediket az Utah-i Egyetemen. A négy csomópontból álló hálózatot ARPANET-nek keresztelték el.

Az ARPANET-nek köszönhetően a tudósok, nagy sebességű közvetítővonalakon, távolból is megoszthatták egymással eredményeiket. A csomópontok száma egyre nőtt: 1971-ben 15, 1972-ben már 37 működött. A hálózatra a NASA, valamint neves amerikai egyetemek is kapcsolódtak.

1971-ben Ray Tomlinson kifejlesztette az e-mail programot, amely üzenetek küldését tette lehetővé a hálózat csomópontjai között. 1972. márciusban Tomlinson bevezette a @ jelet, mely az angol at prepozíciót jelölte (arra utalt, hogy az illetőt hol lehet elérni). Tomlinson írta a legelső e-mail üzenetet a világon. Egy irodában található két, az ARPANET-en keresztül összekötött számítógépen próbálta ki, hogy működik-e a rendszer. Az üzeneteket saját magának küldte. A legelső üzenet ezt tartalmazta: QWERTYUIOP. Ez nem más, mint a számítógép billentyűzetének a felső betűsora.

Tomlinson találmányának akkora sikere volt, hogy két évvel később az ARPANET-en bonyolított információcsere 75 százaléka e-mailen keresztül folyt már. Azonban még néhány évnek el kellett telnie ahhoz, hogy a fejlesztők felismerjék, hogy a számítógépes kommunikációra kifejlesztett hálózat közhasználatú, elektronikus postává válhat. Miután ezt felismerték, az emberek saját "account"-ot és személyre szóló e-mail címet szereztek az ARPANET-számítógépekhez, így megkezdődhetett a privát levelezés, csevegés a hálózaton keresztül. Megjelentek a hírlevelek is, amelyeket egyszerre több felhasználónak tudtak elküldeni.

1979-ben már felbukkantak az úgynevezett "emoticon"-ok (más néven smiley) Kevin MacKenzie javaslatára (túl unalmasnak találta az e-mailek száraz, egyszerű felületét), melyek akár e-mailben, akár csevegéskor az érzelmek egyszerű kifejezésére alkalmasak.

Az ARPANET másik hatalmas előnye az volt, hogy bármilyen számítógépet hozzá lehetett kapcsolni az új csomagkapcsolt hálózathoz, amely ismerte annak közvetítőnyelvét. Az ARPA kezdeti kommunikációs szabványrendszere az NPC (Network Control Protocol) volt, melyet felváltott a TCP/IP (Transmission Control Protocol), mely az üzeneteket keletkezési helyükön csomagfolyamokká alakítja, majd újra üzenetté rendezi őket a célállomáson. Az IP (Internet Protocol) a címzésért felel, vagyis azért, hogy a csomagok többféle csomóponton és többféle hálózaton haladjanak keresztül, amelyek a legkülönfélébb szabványrendszerek alapján működnek.

1981-ben létrejött a CSNET (Computer Science Network) azzal a céllal, hogy olyan egyetemi tudósok is hozzáférjenek a hálózaton található információkhoz, akiknek nincs ARPANET-elérhetőségük. A CSNET később a Számítógép és Tudomány Hálózataként lett ismert.

1983-ban az ARPANET-ről levált a MILNET elnevezésű katonai szegmens. Az akkor létező 113 csomópontból 68 a MILNET hatásköre alá került.

1984-ben a Nemzeti Tudományos Alap (National Science Foundation, NSF) tovább akarta fejleszteni a hálózatot, magasabb szintű technikát alkalmazva. Az NSFNET nagyobb tudású számítógépeket csatlakoztatott egymáshoz, növelte a telefonvonalak teljesítményét. A hálózatok egyre szaporodtak és ezzel megkezdődött az Internet terjesztése az egyetemek felé. Ezzel párhuzamosan a NASA és más állami ügynökségek is ''bekapcsolódtak'' az Internet világába. A külföldi számítógépeket elhelyezkedésük alapján jelölték meg, a többi számítógépet a hat fő internetágazat szerint csoportosították: gov, mil, edu, com, org és net (1985).

Az ARPANET 1989-ben formálisan megszűnt, de az a folyamat, amit elindított, tovább fejlődött.

BITNET/EARN

A BITNET (Because It's Time to NETwork, It's there) építése 1981-ben kezdődött a City University of New York (CUNYVM) és a Yale University (YALEVM) szervezésében. A hálózatban mintegy 2000 számítógépet kötöttek. 1996. év végére megszületett a határozat, hogy megszűnjön. Integrált szolgáltatásai miatt azonban érdemes említést tenni róla. A BITNET magába foglalta az USA-t és Dél-Amerikát (BITNET U.S.), Kanadát (NetNorth), Ázsiát (Asrianet) és Európát (EARN) lefedő hálózatokat. Fő szolgáltatásai: az elektronikus levelezés, levelezési listák kezelése, adatállományok átvitele, távoli munkabevitel. Az alapprotokoll a Network Job Entry (NJE), amely szimmetrikus és pár protokoll. Az NJE megengedi job-ok (egy távoli számítógépnek kiadott feladat), parancsok, üzenetek mindkét irányú adását, vételét és tárolás-továbbítását (store and forward). A legjellemzőbb szolgáltatás a LISTSERV computer konferencia rendszer, amely közel 2800 konferenciát tartalmaz

Az EARN (European Academic Research Network) a BITNET európai része. 1985-ben alapították, 38 ország tagja. Az 1991-es forgalom 7,4 milliárd rekord volt. Egyetemi környezetben ideális, mert nem csak a számítógép-hálózati alapszolgáltatásokat nyújtja, hanem több hasznos alkalmazást is, amelyek az alapszolgáltatásokra épülnek. Szolgáltatásait más hálózatok veszik át.

Internet

A legnagyobb előrehaladást a napjainkra járványként terjedő világhálózat, az Internet hozta. A fejlődés következtében a táv-adatátviteltől, terminál-számítógép kapcsolattól eljutottunk a videokonferenciáig, s ezzel még biztosan nem ért véget a hálózatok fejlődésének korszaka. Az Internet a számítógépek világhálózata, amely milliók számára teszi lehetővé az adatok azonnali cseréjét. Életünket szinte már elképzelhetetlennek tartjuk nélküle, hiszen óriási mértékben megkönnyíti az információszerzést

Az Internet 1983-ban kezdte működését, amikor az ARPANET két elkülönült hálózatra bomlott: MILNET és ARPANET. Mindkettő kapott hálózati címet (network number), és átjárókat (gateway) tettek közéjük, amelyek információcsomagokat tudnak továbbítani egyik-ről a másikra.

Ekkor a DCA (Defense Communications Agency) meghatározta, hogy minden ARPANET hoszt a TCP/IP protokollt használja. Mivel így az információ-csomagok formája szabványosítva lett, ez azt jelentette, hogy új hálózatokat lehet hozzákapcsolni a rendszerhez anélkül, hogy az eddigi felépítést meg kellene változtatni. Az Internet tehát az ARPANET-ből indult, s magába foglalt más hálózatokat, úgymint az NSFNET-et, a NEARNET-et s másokat. Több más hálózat, mint például a BITNET kapcsolódik az Internethez, de nem része annak.

Később az NSFNET egyetemek és kereskedelmi intézmények szuperszámítógépei között teremtett nagy kapacitású összeköttetést, amelyek köré helyi hálózatokat szerveztek. Így az NSFNET is a "hálózatok hálózata" lett, mint az Internet, amelynek részét képezi.

Ahogy az évek telnek, úgy kezd a tudományos jelenlét az Interneten egyre inkább háttérbe szorulni azzal szemben, hogy a felhasználók özöne lepi el a hálót, akik információkhoz, kommunikációhoz, szórakozáshoz vagy üzleti lehetőségekhez akarnak jutni az Internet révén. Az Internet bőven meghaladta eredeti céljait, amelyeket a 60-as években elképzeltek. Mára egy nagy világhálózattá nőtte ki magát, amelyhez a csatlakozó számítógépek száma túllépi az egymilliót. Ezen a legváltozatosabb intézmények számítógépeit kell érteni, pl. egyetemek, kutatóintézetek, számítógépgyártó cégek, kormányzati-államigazgatási hivatalok, rendőrségek, könyvtárak stb.


A hálózatok tipizálása


Földrajzi elhelyezkedés alapján (topográfia)

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:

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. Ez ellentétes a távolsági hálózatokkal, amelyek gyakran a nyilvános távközlés-technikai berendezéseket, a vonalkapcsolt vagy csomagkapcsolt adathálózatokat veszik igénybe kommunikációs csatornaként. 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 1 és 50 km között van.

Nagy kiterjedésű hálózat (Wide Area Network, WAN)

Egymástól nagy távolságra elhelyezkedő hálózatokat köt össze, akár az egész világot behálózhatja. A helyi hálózatok több millió bit/s-os átviteli sebességéhez képest a nagy távolságokra szolgáló átviteli közeg, és az átviteli sebesség sokkal kisebb.


A hálózat elrendezési módjai (topológia)

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

A legelső topológiák közé tartozik, mivel ezáltal könnyen megoldható volt a korai időkben az általánosan elterjedt központosított vezérlés. A csillag topológia esetén a munkaállomások közvetlenül tartanak kapcsolatot a szerverrel, így a központi erőforrások gyorsan és egyszerűen elérhetők. Ha nincs szükség folyamatos adatátvitelre, akkor a csomagkapcsolt eljárást alkalmazzák, különben pedig a klasszikus vonalkapcsolást. Ha az egyik számítógép kapcsolatba akar lépni a hálózat egy másik számítógépével, akkor a központi vezérlő létrehozza az összeköttetést, vagy legalábbis kijelöli a másik berendezés elérési útvonalát, s miután ez megtörtént, elkezdődhet a kommunikáció. Az összeköttetést követően az információcsere úgy bonyolódik le, mintha közvetlen kapcsolatban állna egymással a két számítógép. Ekkor a központi vezérlőnek már nincs feladata, tehát mintegy közvetítőként működik.

Ezt a központi vezérlő berendezést nevezik HUB-nak. A szakirodalom a hálózat egyes számítógépeit csatlakozási pontnak, angol kifejezéssel node-nak nevezi. A csillag topológia esetén az adatcsomagok az egyes csatlakozási pontoktól a központi hub felé haladnak. A központi hub az adatcsomagokat rendeltetési helyük felé továbbítja. Egy hub-ot használó rendszerben nincs közvetlen összeköttetés a számítógépek között, hanem az összes számítógép a hub-on keresztül kapcsolódik egymáshoz. Minden node egyetlen kábelen csatlakozik a hub-hoz. Mivel mindegyik gép külön kábelen csatlakozik a hub-hoz, ezért meglehetősen sok hálózati kábelre van szükség, ami adott esetben drágává teheti a telepítést.


HUB:

A számítógépes hálózatok egy hardvereleme, amely fizikailag összefogja a hálózati kapcsolatokat.

Az egyik csatlakozóján érkező adatokat továbbítja az összes többi csatlakozója felé. Itt nincs közvetlen címzés mint a SWITCH-nél vagy ROUTER-nél. A beledúgott összes gép megkapja úgyanazt az információt.

Azt a változatát amelyik úgy küldi tovább az információt, hogy közben a jelet felerősíti aktív HUB-nak nevezik, amelyik pedig erősítés nélkül teszi ugyanezt, azt passzív HUB-nak nevezik.


A csillag topológiához használhatunk árnyékolatlan csavart érpárú huzalt (UTP) vagy árnyékolt csavart érpárú huzalt (STP).

A csillag elrendezés egy összetettebb változata a hópehely (snowflake) topológia, amely nagyobb kiterjedésű hálózatok esetén több csillag topográfiájú hálózat kapcsolatát biztosítja úgy, hogy a hálózatok közé egy közös csomópontot, egy újabb központi vezérlőt iktat, ami lehetővé teszi két különböző hálózatban levő gép összeköttetését.

A csillag topológia legfőbb előnye az, hogy ha megszakad a kapcsolat a hub és bármelyik számítógép között, az nem befolyásolja a hálózat többi csomópontját, mert minden node-nak megvan a saját összeköttetése a hub-bal. A topológia hátránya az, hogy a központ meghibásodásával az egész hálózat működésképtelenné válik. Másik hátránya, hogy ha az egyik gép üzen a másiknak, előbb a központi gép kapja meg a csomagot, majd azt a célállomásnak továbbítja. Emiatt a központi gép gyakran túlterhelt. Strukturált kábelezéssel csökkenthető a központi gép és a hálózati szegmensek leterheltsége.


Csillag topológia felépítése:





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. A hálózattervezők a meghibásodások ellen néha tartalék útvonalak kialakításával védekeznek. Ezenkívül hátránya még az is, hogy az adat a hálózat minden számítógépén keresztülhalad, és a felhasználók illetéktelenül is hozzájuthatnak az adatokhoz.

A gyűrű alakú topológia esetén a hálózati kommunikáció lehet csomagkapcsolt és vezérjel elve alapján működő. Ezen az elven működik a vezérjeles gyűrű (Token Ring). Itt egy vezérjel kering körbe a vonalon, és csak az a gép küldhet üzenetet, amelynél éppen a vezérjel van. A küldő gép csak az üzenetküldés után továbbítja a vezérjelet.


Gyűrű topológia felépítése:





Sín (busz) 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.

Ha úgy döntünk, hogy busz topológiájú hálózatot alakítunk ki, akkor korlátozott a buszhoz köthető gépek száma. Ez amiatt van, mert ahogy a jel a kábelen halad, egyre inkább gyengébb lesz. Ezt azzal magyarázhatjuk, hogy minden egyes hoszt felfűzésével a T-dugók illesztésénél kábelszakadások keletkeznek. Ha sok hosztot fűzünk fel egy szegmensre, akkor sok szakadás keletkezik, ezáltal megnő az ellenállás és gyengébb lesz a jel. Ez okból kifolyólag, ha több számítógépet csatlakoztatnunk a hálózathoz, akkor használnunk kell egy jelerősítőnek (repeater) nevezett speciális hálózati eszközt, amely a busz mentén meghatározott helyeken felerősíti a jeleket. Előnye az egyszerűsége és olcsósága, hátránya viszont, hogy érzékeny a kábelhibákra.


Busz topológia felépítése:





Fa topológia

A fa topológiájú hálózat jellemzője a központi, kiemelt szerepkört betöltő számítógép. A központi gép ún. közvetítő 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. Előnye a kis kábelezési költség, valamint, hogy nagyobb hálózatok is kialakíthatók. Hátránya viszont, hogy egy kábel kiesése egy egész alhálózatot tönkretehet.


Fa topológia felépítése:






A következő táblázat az egyes topológiák összehasonlítását tartalmazza, olyan kritériumok alapján, mint a megbízhatóság, összetettség, rugalmasság, bővíthetőség, költségek, kapacitás.



Topológiák összehasonlítása:


Csillag

Sín

Osztott sín

Gyűrű

Megbízhatóság

Közepes

Nagy

Nagy

Közepes

Összetettség

Alacsony

Közepes

Közepes

Alacsony

Rugalmasság

Közepes

Nagy

Nagy

Közepes

Bővíthetőség

Közepes

Közepes

Nagy

Közepes

Költségek

Nagy

Közepes

Közepes

Közepes

Kapacitás

Kicsi

Közepes

Nagy

Nagy



Vegyes toplógia: többféle topológia alkalmazása egy hálózatban.

Celluláris toplógia: ez már vezeték nélküli hálózatoknál van.

IP-cím


Valamennyi hálózatban, amelyben a kommunikáció a TCP/IP-protokoll szerint folyik, a szervergépek IP-címmel, azaz azonosítószámmal rendelkeznek, amelyek az adott gépek hálózaton keresztüli azonosítását teszik lehetővé. Tudvalévő, hogy minden hálózatra kapcsolt számítógép rendelkezik IP címmel, amelyen keresztül beazonosítható.


Többféle IP-cím osztály létezik, aszerint felosztva, hogy egy alhálózatba hány számítógép tartozthat.


MAC address, MAC cím vagy fizikai cím, hardvercím

Egy hexadecimális számsorozat, amellyel még a gyártás során látják el a hálózati kártyákat. A hálózat többi eszköze a MAC-címet használja a hálózat előre meghatározott portjainak azonosítására.


DNS (Domain Name System)

A hálózaton elosztott adatbázis, mely az internetre kapcsolódó számítógépek domain neveit tartalmazza, és lehetővé teszi a nevek átfordítását IP címekre. Azért van rá szükség, hogy a szerverekhez rendelt neveket a számítógépes rendszerek megtalálják az interneten.


Domain név például: www.suzuki.hu

IP cím például: 194.149.10.31


Egyszerűbben a DNS arra jó, hogy nekünk a böngészőbe ne a 194.149.10.31 számú IP címet kelljen beírnunk amikor a suzuki weboldalát akarjuk elérni, hanem sokkal egyszerűbb a www.suzuki.hu-t megjegyezni és használni.


Ethernet hálózatok

egy hálózati példa:





1: hálókártyába csatlakozó 8 eres UTP kábel

2: az UTP kábel a router vagy switch portjába csatlakozik

3: coax kábel csatlakozik T-dugóval a router vagy switch koaxiális csatlakozójára (a T-dugó gépbe már nem menő része le van zárva egy véglezáró ellenállással)

4: a coax kábelre T-dugóval vannak rácsatlakoztatva a számítógépek hálókártyái

A fenti ábrán látható két Ethernet-topológia. A bal oldalon a számítógépek egyetlen kábelen kapcsolódnak össze, ez a routerbe / switchbe érkezik. Ezt a baloldali Ethernet topológiát nevezik busz vagy sín topológiának.

A sín topológia 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. Az összecsatlakoztatott rövid szakaszok (láncok) együtt törzset vagy gerincet alkotnak. A törzs 2 végének zártnak kell lennie, tehát ha már nem csatlakozik T-csatlakozóval újabb gép, akkor úgynevezett hálózati véglezáró ellenállással le kell zárni a kábelt. A sín vagy busz topológia nagyon érzékeny a kábelhibákra. Kábelhiba esetén az egész hálózat megbénulhat.


Hálózati véglezáró ellenállás és mellette a T-dugó

Egy speciális hardverelemet kell használnunk 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 információ. Az adat vizsgálata után a számítógép vagy fogadja az adatot, vagy figyelmen kívül hagyja, ha nem neki szól. Ha feltételezzük, hogy a számítógépek egymáshoz közel helyezkednek el, akkor a busz kialakítású hálózat telepítése olcsó, és egyszerű. A busz topológián alapuló számítógép-hálózat kiépítéséhez a kábelt az egyik számítógépről a másikra csatlakoztatjuk és végül a kábelt mindkét végén lezáróval látjuk el. 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. A kábelprobléma mellett, ha egy számítógép hálózati kártyája elromlik és zajos jeleket küld a buszra, a hibás jelek hatására az egész hálózat működése hibássá válik. Ha hálózatunkhoz busz topológiát választunk, akkor korlátozott a buszhoz köthető gépek száma is. Ez azért van így, mert ahogy a jel a kábelen halad, egyre gyengébb lesz. Ha több számítógépet kell csatlakoztatnunk a hálózathoz, akkor használnunk kell egy jelerősítőnek (repeater) nevezett speciális hálózati készüléket, amely a busz mentén meghatározott helyeken felerősíti a jeleket. Mivel minimális mennyiségű kábelt és speciális hardvert használ, a busz topológiájú hálózat olcsó, és telepítése viszonylag egyszerű.

Az ábra jobb oldalán lévő topológiánál minden egyes számítógép közvetlenül csatlakozik a routerbe / switchbe. A legtöbb mai Ethernet topológiára ez jellemző. Ez az úgynevezett csillag topológia. Ennél a topológiánál a hálózat utólagos módosítása egyszerűbb (például eszközök hozzáadása és
eltávolítása), mert egy központi elembe csatlakoznak. Egyszerűbben jut el az információ egyik számítógéptől a másikig (nem kell másik számítógépen is átmennie az információnak, ha például az nem a szomszédos gépnek szól, vagyis közvetlen címzés lehetséges). Azonban több központosított kábel szükséges. Ha az egyik számítógép hálókártyája vagy hálókábele megy tönkre, a hálózat működik tovább. Itt már 8 eres UTP kábelt szoktak használni.

A fenti ábráktól eltekintve vannak egyéb topológiák is, például gyűrű topológia, fa topológia. Gyakran keverednek a különböző topológiák. Ezek bridge-en (hídon) keresztül kapcsolódnak egymáshoz.

A fenti példában a router vagy switch hidat valósít meg, mert lehetővé teszi, hogy 2 különböző elrendezésű, működésű és kábelezésű topológia (itt a sin és a csillag) összekapcsolódhasson egymással.

A router és a switch között az az alapvető különbség, hogy a router alkalmas - a hálózat gépeinek összecsatlakoztatása mellett - Internet kapcsolatot is megosztani, míg a switch önmagában csak a hálózat gépeinek összecsatlakoztatására alkalmas.



Kábelek, csatlakozók, hálókártyák

Ethernet hálózatoknál a legelterjedtebb kábeltípusok:

UTP kábel készítése kivánt méretben



Vissza a Cikkeink oldalra




Vissza a Cikkeink oldalra