{autotoc}

A számítógép hálózatok kialakulásának okai

Erőforrás-megosztás

Célja az, hogy a hálózatban levő programok, adatok és eszközök- az erőforrások és a felhasználók fizikai helyétől függetlenül - bárki számára elérhetők legyenek.

Nagyobb megbízhatóság

Minden adat két vagy több gépen is megtalálható, így ha valamelyik adathoz nem férünk hozzá az egyik gépen (pl. hardverhiba következtében), akkor ugyanannak egy másolatát elérhetjük egy másik gépen. Több CPU használata miatt nő a megbízhatóság, mert ha az egyik leáll, akkor a teljesítmény csökken, de a rendszer üzemképes marad.

Takarékosság

A kis számítógépek sokkal jobb ár/teljesítmény aránnyal rendelkeznek, mint nagyobbak. Az erőforrásgépek kb. tízszer gyor­sabbak, mint az egyetlen chipből álló mikroprocesszorok, ugyanakkor kb. ezerszeres az áruk. Ez az aránytalanság arra késztette a rendszertervezőket, hogy olyan rendsze­reket építsenek ki, amelyekben minden felhasználónak saját személyi számítógépe van, és az adatokat egy vagy több, közösen használt szerveren tárolják.

Skálázhatóság

Annak a biztosítása, hogy a rendszer teljesítményét a terhelés növekedésével oly módon lehessen fokozatosan növelni, hogy újabb processzorokat adunk hozzá.

Hatékony kommunikációs eszköz

Pl.: az alkalmazottak könnyen megírhassanak egy közös cikket (on-line módosításokkal).

Lokális hálózat (Local Area Network, LAN)

Olyan magánhálózat, amely egyetlen épületen belül vagy egy legfeljebb néhányszor tíz kilométer kiterjedésű területen található.
A hagyományos LAN-ok 10 Mb/s és 100 Mb/s közötti sebességgel működnek, kicsi a késleltetésük (néhányszor tíz mikro szekundum), és nagyon keveset hibáznak.
Az újabb LAN-ok még nagyobb, akár több száz Mb/s-os sebességgel működnek.

Előnyök

  • Erőforrások megosztása: nyomtatók, háttértárak
  • Teljesítmény egyenletesebb megosztása: párhuzamosíthatóság
  • Nagyobb megbízhatóság: pl. DNS
  • Költségmegtakarítás
  • Központosított adatbázisok
  • Gyorsuló kommunikáció

Hátrány

  • Új biztonsági kérdések (adatbiztonság)

Nagyvárosi hálózat (Metropolitan Area Network, MAN)

Lényegében a Lokális hálózat nagyobb változata, és általában hasonló technológiára épül. Összeköthet egy­máshoz közel fekvő vállalati irodákat vagy akár egy egész várost. Lehet magánhálózat vagy nyilvános hálózat.
A MAN-okat azért soroljuk mégis külön kategóriába, mert kidolgoztak számukra egy szabványt. Ez a hálózat a DQDB (Distri­buted Queue Dual Bus), IEEE 802.6. A DQDB két egyirányú sínből (kábelből) áll, ezekhez csatlakozik valamennyi számítógép, ahogy mindez az 1.4. ábrán is látható. Mindkét sín rendelke­zik egy főállomással (head-end), amely az átviteli tevékenységeket kezdeményezi. A küldőtől jobbra eső gépeknek szánt üzenetek a felső sínt, az attól balra levő gépeknek szánt üzenetek pedig az alsó sínt használják.

A MAN-ok esetében kulcsfontosságú az, hogy legyen egy olyan adatszóró közeg (a 802.6 esetén ez két kábelt jelent), amelyhez az összes gép csatlakozni tud. Ez ugyanis nagymértékben leegyszerűsíti a tervezést a többi hálózathoz képest.

Nagy kiterjedésű hálózat (Wide Area Network, WAN)

Nagy földrajzi kiterjedésű területeket, általában egy országot vagy egy földrészt fed le. Olyan gépeket foglal ma­gába, amelyeket felhasználói (azaz alkalmazói) programok futtatására terveztek. Ezeket a gépeket a hagyományoknak megfelelően hosztoknak (hosts), végrendszereknek (end systems) nevezzük. A hosztokat egy alhálózat kapcsolja össze. Az alhálózat feladata az, hogy továbbítsa az üzeneteket a hosztok kö­zött. 

A legtöbb nagy kiterjedésű hálózatban az alhálózat két különböző komponensből áll: az átviteli vonalakból és a kapcsolóelemekből. Az átviteli vonalak (más néven áramkörök, csatornák) a biteket szállítják a számítógépek között.
A kapcsolóelemek olyan speciális számítógépek, amelyeket kétvagy több átviteli vonal összekapcsolására használunk. Amikor adatok érkeznek az egyik bejövő vonalon, a kapcsolóelemnek ki kell választania egy kimenő vonalat, hogy azokat továbbítsa.

A WAN-ok fajtái

  • Két pont közötti (point-to-point)
  • Tárol-és-továbbít (store-and-forward)
  • Csomagkapcsolt (packet-switched)
  • Műholdas vagy földi rádiós rendszerek

A tárol-és-továbbít típusú alhálózatok a legelterjedtebbek (kivéve a műholdast), ezek lehetnek: csillag, fa, gyűrű, teljesen összekötött, egymást metsző gyűrűk, szabálytalan.

A nagy kiterjedésű hálózatok másik jelentős csoportja a műholdas vagy földi rádiós rendszerek. Ezekben a rendszerekben minden routernek antennája van, amelyen keresztül adni és venni tud.

Számítógép hálózattal kapcsolatos alapfogalmak

Ezek a fogalmak mind vonalmegosztással kapcsolatos fogalmak.

A vonalak megosztása történhet

  • Multiplexelés (frekvencia vagy időosztásos): a fizikai közeget osztjuk meg több csatorna között.
  • Üzenet és csomagkapcsolás: az átviendő információt kisebb egységekre bontjuk és részekben továbbítjuk.
  • Vonalkapcsolás: az adatvezetéket nem egy adóhoz és egy vevőhöz rendeljük, hanem kommunikációs szükségletük alapján kapják meg a felek.

Vonalkapcsolás

A kapcsolatot felépítjük a két végpont között (hívás). Ha a fizikai kapcsolat megvan, akkor átvisszük az adatokat, majd bontjuk a vonalat.

Üzenetkapcsolás

Nincs előre kiépített út az adó és a vevő között. A teljes üzenet utazik, de mindig csak a következő állomásig. A legalapvetőbb korlátozás az üzenetet továbbító eszközök (IMP=Interface Message Processor) üzenettároló kapacitása.

Csomagkapcsolás

Az üzenetet adott méretű csomagokra bontjuk, és azt továbbítjuk.

Hálózati topológiák

A hálózati topológiát a kábelek lerendeződése, a csomópontok földrajzi elhelyezkedése határozza meg. Ez a „hálózat alakja”. (Az Ethernet lineáris vagy sín hálózati ill. csillag topológiát alkalmaz.) 

  • Sín: a hálózatnak van egy gerince (bachbone) (közös adatátviteli vonal), amihez az összes csomópont csatlakozik. A gerinc minkét vége ellenállással van lezárva, a rendszer elemei sorba vannak fűzve egy kábelre. Minden csomópontnak egyedi címe van. Olcsó, kevés kábel kell hozzá. Hiba esetén az egész hálózat működésképtelen lesz.
  • Csillag: a csomópontok egy közös elosztóba (hub) vannak bekötve, ezek továbbítják egy-egy gépcsoport jeleit a központ felé. A csillag topológia előnye az, hogy egy új elosztó beépítésével újabb és újabb gépcsoportokat lehet a rendszerhez kapcsolni. Szakadás esetén megbízhatóbb viszont sok kábel kell hozzá, ezért drága.
  • Gyűrűs: a csomópontokat közvetlenül egymáshoz csatlakoztatják soros elrendezésben, így azok egy zárt hurkot alkotnak. Az üzenetek fogadása egy alkalmas csatoló eszköz segítségével történik. Olcsó, mint a sínes viszont lassú. Logikai biztonság szempontjából megjósolhatatlan, hogy ki hallgatja le. Ha egy ponton megszakad, átmegy sínbe, ekkor is még mindenki mindenkivel kapcsolatba tud lépni. Új csomópont hozzáadása, vagy elvétele megbonthatja a hálózatot. Az adatáramlásnak meghatározott iránya van. Amíg az adatot nem szedik le, addig tárolódik a gyűrűben. Ez nem túl jó, ezért küldőnek kell leszedni és nyugtázni, hogy ne keringjen a végtelenségig.
  • Fa: a busz topológia fa topológiává egészíthető ki, amelyben a többszörös buszágak különböző pontokon kapcsolódnak össze, így alkotva egy fastruktúrát. Meghibásodás esetén csak a csomópont és a hozzátartozó gyökerek esnek ki. Összefüggő körmentes gráf. Hierarchikus szerkezetű. Az egy szinten lévő gépek kommunikálnak a legtöbbet.
  • Teljes: biztonságos logikailag, legdrágább, technikai szempontból is jó.
  • Szabálytalan: sok gép között sokféle kapcsolat van, de nem az összes.

Réteg

Célja viszont minden hálózatban az, hogy a felette levő réteg számára szolgálatokat nyújtson oly módon, hogy közben a szolgálatok imple­mentálásának részleteit azok elől elrejtse.

Protokoll

A protokoll lényegében olyan megállapodás, amely az egymással kom­munikáló felek közötti párbeszéd szabályait rögzíti.

Interfész

Az egymással szomszédos rétegek között interfész (interface) található. Az inter­fész azt definiálja, hogy az alacsonyabban levő réteg milyen elemi műveleteket és szolgálatokat nyújt a magasabban levő réteg számára.

Hálózati architektúra

A rétegek és protokollok halmazát hálózati architektúrának (network architec­ture) nevezzük.

Réteges modell elvi működése

A számítógép hálózatok tervezésénél a hálózat egyes részeit réteg-ekbe (layer) szervezik, amelyik mindegyike az előzőre épül. Hálózati kapcsolatnál az egyik gép valamelyik rétege a másik gép ugyanilyen szintű rétegével kommunikál oly módon, hogy közben minden réteg az alatta lévő rétegnek vezérlőinformációkat és adatokat ad át. Így minden réteg a felette lévő réteg alapját képezi.