1. fejezet: A hálózatok célja, alkalmazása, alapfogalmak
A számítógépek megjelenésekor mindegyik egymástól elkülönülve önállóan dolgozott. Még a személyi számítógép, a “personal computer” nevében is hordozza az elkülönültségre utaló “személyi” jelzőt. A fejlődéssel azonban megjelent az igény a számítógépek összekapcsolására.
A számítógép-hálózatok alatt az egymással kapcsolatban lévő önálló számítógépek rendszerét értjük. A meghatározás nagyon egyszerű, de mint sok más dolog ez is bonyolultságot rejt magában.
Milyen előnyökkel jár a gépek hálózatba kapcsolása?
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. Erre példa lehet egy multinacionális vállalat rendelési rendszere. Olyan programok is futtathatók ilyen módon, amelyek erőforrásigénye nagyobb mint ami egy gépen rendelkezésre áll.
A jelenlegi egyik legizgalmasabb kibővítés az, amikor a hálózati rendszert kommunikációs közegként használjuk. Ez azt jelenti, hogy a rendszer használói egymásnak üzeneteket, leveleket vagy egyéb információt tudnak küldeni. Jelenleg a számítástechnika fejlődése ebbe az irányba mutat. A hálózati kapcsolatok egyre bővülő lehetősége azt is lehetővé teszi, hogy olyan számítógépeket készítsünk, amely a futtatandó programjait, adatait nem saját maga tárolja, hanem a hálózat valamelyik kiszolgáló gépén van elhelyezve. Ez a megoldás nagymértékben csökkenti egy számítógépben elhelyezett egységek számát, és ezért nagyon olcsó. Érdekes kérdés ennek, a két betűvel NC-nek nevezett (Network Computer) hálózati számítógépnek a jövője.
Azokat a számítógépeket amelyeket egy számítógépes rendszerben összekötünk hosztoknak (host) nevezzük. Ezt magyarul gazdagépnek hívjuk, itt futnak a felhasználói programok, helyezkednek el az adatbázisok. Ezeket a gépeket kommunikációs alhálózatok kötik össze, amelyek feladata a hosztok közötti kommunikáció megvalósítása, azaz üzenetek továbbítása.
Általában ezek az alhálózatok két jól szétválasztható részből: az átvitelt biztosító vonalakból más néven csatornákból (ahol a bitek “áramlanak”, szokták még vonalnak, áramkörnek, vagy trönknek nevezni) és a kapcsolóelemekből állnak.
Ez utóbbi elterjedt neve IMP (Interface Message Processor) azaz interfész üzenet feldolgozó. Az IMP-ek vagy a hoszt részei (pl. hálózati kártya és a programja) de sokszor valójában speciális számítógépek, amelyek a vonalak kapcsolását végzik, az a bemenetükre jutó adatot valamelyik meghatározott kimenetre kapcsolják (pl. routerek, hálózati átjárók).
A jelenlegi hálózati terminológia További szokásos nevük: hálózati kapcsoló pontok (internal network switching node).
1. ábra: Kommunikációs alhálózatok
Az alhálózatokat alapvetően két nagy csoportra oszthatjuk: két pont közötti, illetve közös csatornát használó alhálózatok.
Két pont közötti csatornával rendelkező alhálózat (pont-pont összeköttetés).
Ebben az esetben a két kommunikációs végpontot pl. egy kábellel kötik össze, és az üzenetek (más néven csomagok (packet) ) ezen a kábelen keresztül haladnak. Amikor egy vevő megkapja a csomagot és az nem neki szól, akkor azt továbbadja egy következő pont-pont összeköttetésen keresztül. Ezért az ilyen típusú hálózatokat más néven szokták két pont közötti (point-to-point), vagy tárol és továbbít (store-and-forward ) hálózatoknak nevezni.
Az ilyen kialakításnak lényeges előnye az, hogy a két pont közötti kapcsolatból adódóan a kommunikációs problémákat elsődlegesen ezen pontok közötti csatorna hordozza, és hibák behatárolásánál is előnyös ez a kialakítás. Hátrányának lehet felróni, hogy több pontot tartalmazó hálózatban a pontok közötti kommunikáció csak a közvetlen összeköttetések kialakításával lehetséges.
Általában igaz, hogy N pontot tartalmazó hálózatban ahhoz, hogy minden állomás minden állomással közvetlenül tudjon kommunikálni N*(N-1)/2 darab pont-pont összeköttetést kell kialakítani. Több pont-pont kapcsolatú végpont összeköttetése különféle módokon valósítható meg. A 2. ábrán néhány lehetséges elrendezést mutatunk be.
Üzenetszórásos csatornával rendelkező alhálózatok (multipont összeköttetés)
Ilyen típusú hálózatoknál ténylegesen egy kommunikációs csatorna van, és ezen az egy csatornán osztozik az összes hálózatba kapcsolt számítógép. A küldött csomagokat a hálózat minden állomása veszi, (ami nehezíti az adatvédelmet) és azt hogy a csomag kinek szól a csomagban elhelyezett egyedi - gépet címző - címinformáció hordozza.
A csatornán küldött csomagot minden gép először olyan mértékben dolgozza fel, hogy a címmező értelmezésével eldönthesse hogy a csomag neki szól-e.
Ezek után a csomag feldolgozását csak az az állomás folytatja, amelynek címe megegyezett a csomagbeli címmel. Ez a kialakítás az egyedi gépcímek mellett csoportcímzés (multicasting) használatára is lehetőséget biztosít, amely segítségével több gépnek (csoportnak) szóló üzenetet csak egy példányban kell elküldeni. Az ilyen módon működő hálózatok esetén a jellegzetes topológiák:
3. ábra: Üzenetszórásos topológiák
Az ilyen kialakításnál már a csatorna használata nem olyan egyszerűen kezelhető mint pont-pont összeköttetése esetén. Ugyanis elképzelhető, hogy egyszerre egynél több állomás akar adni a csatornán, versenyhelyzetet alakítva ki. Ki kell találni olyan ún. közeghozzáférési eljárást, amely ezt a versenyhelyzetet feloldja.
Fontos két hasonló kifejezés megkülönböztetése: a topográfia kifejezés arra utal hogy a hálózat fizikailag (és pl. a térképen) hogyan helyezkedik el, míg a topológia az összekapcsolás struktúráját jelenti.
A hálózatok más típusú osztályozása is lehetséges: vannak nyilvános hálózatok, mint a telefon, telexhálózat és vannak magánhálózatok amelyeket egy intézmény, vagy szervezet tart fenn pl. MÁV, HM, BM, stb.
A mai modern számítógép-hálózatok tervezését struktúrális módszerrel végzik, azaz a hálózat egyes részeit réteg-ekbe (layer) vagy más néven szint-ekbe (level) szervezik, amelyik mindegyike az előzőre épül.
Hálózati kapcsolatnál az egyik gép k.-adik rétege a másik gép ugyanilyen szintű rétegével kommunikál. Ezt olyan módon teszi, hogy minden egyes réteg az alatta lévő elhelyezkedő rétegnek vezérlőinformációkat és adatokat ad át egészen a legalsó rétegig, ami már a kapcsolatot megvalósító fizikai közeghez kapcsolódik.
A kommunikációnál használt szabályok és megállapodások összességét protokollnak (protocol) nevezzük.
A szomszédos rétegek között egy réteginterfész húzódik, amely az alsóbb réteg által a felsőnek nyújtott elemi műveleteket és szolgálatokat határozza meg. A legfontosabb, hogy ez az interfész minden réteg között tiszta legyen olyan értelemben, hogy az egyes rétegek egyértelműen definiált funkcióhalmazból álljanak. Ez egyszerűvé teszi az adott réteg különböző megoldásainak a cseréjét, hiszen a megoldások az előbbiek alapján ugyanazt a szolgáltatást nyújtják a felettük levő rétegnek, segítve a nyílt rendszerek kialakítását.
4. ábra: Általános rétegmodell
A rétegek és protokollok halmazát nevezzük hálózati architektúrá-nak.
Az architektúra kialakításakor meg kell tervezni az egyes rétegeket a következő elvek alapján:
Megjegyzés: egyes terminológiák esetén szokásos a fentiekre a szimplex-duplex-full duplex elnevezéseket használni, ami elég zavaró az ugyanazon duplex szó eltérő értelmezése miatt.
Ilyen és ehhez hasonló kérdésekre kell választ adni a tervezés során, és talán kezd világossá válni hogy ezekre a kérdésekre nincs együttesen optimális válasz, ami a későbbiek leírt megoldások sokszínűségét igazolja.
1.fejezet folytatása: Hálózatszabványosítás, Az OSI modell, Szolgálatok a rétegek között, Ellenőrző kérdések
2.fejezet: Fizikai átviteli jellemzők és módszerek
3.fejezet: Közeg-hozzáférési módszerek
4.fejezet: Adatkapcsolati protokollok
8.fejezet: A TCP/IP protokoll és az Internet
