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” jelzõt. A fejlõdéssel azonban megjelent az igény a számítógépek összekapcsolására.
A számítógép-hálózatok alatt az egymással kapcsolatban lévõ önálló számítógépek rendszerét értjük. A meghatározás nagyon egyszerû, de mint sok más dolog ez is bonyolultságot rejt magában.
Milyen elõnyökkel jár a gépek hálózatba kapcsolása?
Ezen elõnyök mellett a hálózatba kapcsolás a számítógépek használati körének kibõvülését sõt kiterjesztését is lehetõvé teszi.
Lehetõvé válik adatbázisok elérése, a benne lévõ adatok felhasználása, sõt az adatbázis sok pontról történõ bõvítése. Erre példa lehet egy multinacionális vállalat rendelési rendszere. Olyan programok is futtathatók ilyen módon, amelyek erõforrásigénye nagyobb mint ami egy gépen rendelkezésre áll.
A jelenlegi egyik legizgalmasabb kibõvítés 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 fejlõdése ebbe az irányba mutat. A hálózati kapcsolatok egyre bõvülõ lehetõsége azt is lehetõvé 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 betûvel NC-nek nevezett (Network Computer) hálózati számítógépnek a jövõje.
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 részbõl: az átvitelt biztosító vonalakból más néven csatornákból (ahol a bitek “áramlanak”, szokták még vonalnak, áramkörnek, vagy trönknek nevezni) és a kapcsolóelemekbõl 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 alapvetõen két nagy csoportra oszthatjuk: két pont közötti, illetve közös csatornát használó alhálózatok.
Két pont közötti csatornával rendelkezõ 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 vevõ megkapja a csomagot és az nem neki szól, akkor azt továbbadja egy következõ 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 elõnye az, hogy a két pont közötti kapcsolatból adódóan a kommunikációs problémákat elsõdlegesen ezen pontok közötti csatorna hordozza, és hibák behatárolásánál is elõnyös 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 rendelkezõ 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 címzõ - címinformáció hordozza.
A csatornán küldött csomagot minden gép elõször olyan mértékben dolgozza fel, hogy a címmezõ 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 lehetõséget biztosít, amely segítségével több gépnek (csoportnak) szóló üzenetet csak egy példányban kell elküldeni. Az ilyen módon mûködõ hálózatok esetén a jellegzetes topológiák:
3. ábra: Üzenetszórásos topológiák
Az ilyen kialakításnál már a csatorna használata nem olyan egyszerûen kezelhetõ mint pont-pont összeköttetése esetén. Ugyanis elképzelhetõ, 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 elõzõre épül.
Hálózati kapcsolatnál az egyik gép k.-adik rétege a másik gép ugyanilyen szintû rétegével kommunikál. Ezt olyan módon teszi, hogy minden egyes réteg az alatta lévõ elhelyezkedõ rétegnek vezérlõinformációkat 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 felsõnek nyújtott elemi mûveleteket és szolgálatokat határozza meg. A legfontosabb, hogy ez az interfész minden réteg között tiszta legyen olyan értelemben, hogy az egyes rétegek egyértelmûen definiált funkcióhalmazból álljanak. Ez egyszerûvé teszi az adott réteg különbözõ megoldásainak a cseréjét, hiszen a megoldások az elõbbiek alapján ugyanazt a szolgáltatást nyújtják a felettük levõ 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 következõ elvek alapján:
Megjegyzés: egyes terminológiák esetén szokásos a fentiekre a szimplex-duplex-full duplex elnevezéseket használni, ami elég zavaró az ugyanazon duplex szó eltérõ 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 késõbbiek leírt megoldások sokszínûségét igazolja.
1.fejezet folytatása: Hálózatszabványosítás, Az OSI modell, Szolgálatok a rétegek között, Ellenõrzõ kérdések
2.fejezet: Fizikai átviteli jellemzõk és módszerek
3.fejezet: Közeg-hozzáférési módszerek
4.fejezet: Adatkapcsolati protokollok
8.fejezet: A TCP/IP protokoll és az Internet