Transcript Hálózati alapismeretek

Hálózati ismeretek
Miért jó a hálózat
• Erőforrás megosztás
• Nagyobb megbízhatóság (pl. tükrözés)
• Takarékosság
- sok kis gép, pár szerver (kis gépek ár/érték aránya jobb)
- kliens – szerver modell alkalmazása (kérés a szervertől)
• Skálázhatóság
- egyszerűbben fejleszthető számítógéppark
- nincs kiesés fejlesztéskor
• Kommunikáció
Hálózati hardver csoportosítása
átviteli technika szerint.
• Adatszóró hálózatok
- Egy kommunikációs csatorna
- Csomagokat mindenki megkapja
- Adatszórás (broadcasting) & többesküldés (multicasting)
pl. sin, gyűrű, rádiós
• Kétpontos hálózatok
- Párosával kapcsolt képek
- Csomagok állomásokon keresztül mennek
- Forgalomirányítás szükséges
pl. csillag, gyűrű, teljes, fa, szabálytalan
LAN (Local Area Network)
(Helyi hálózat)
– Átviteli távolság tipikusan:
10…1000m
– Adatátviteli sebesség:
10…1000Mbit/sec
– Többnyire egy tulajdonos fennhatósága alá tartozik.
– Jellemzően homogén adatátviteli technológiát alkalmaz.
MAN (Metropolitan Area Network)
(Városi hálózat)
– Tipikus kiterjedése:
1…100km
– Jellemző adatátviteli sebesség:
2…155Mbit/sec
– Sokszor egyetlen városra korlátozódik. (pl. egyetemek)
– Több tulajdonos fennhatósága alatt van.
– Gyakran eltérő adatátviteli technológiák.
– pl. Városi kábel TV
WAN (Wide Area Network)
(Nagyterületű hálózat)
– Átviteli sebesség:
28…2000Kb/sec
– Gerincvezetékek esetén:
34…600Mbit/sec
– Több tulajdonos/szolgáltató felügyelete alá tartozik.
– Eltérő technológiák együttese.
Összekapcsolt hálózatok
Egymással sokszor nem kompatibilis, hálózatok
összekapcsolása egy átjárónak nevezett
számítógép segítségével történik (gateway).
Feladata biztosítani az átjárhatóságot mind
hardver, mind szoftver szempontjából.
Így összekapcsolt hálózatokat internetworknek,
röviden internetnek hívjuk.
Adatátvitel szerinti csoportosítás
• Szimplex: Adatok az egyik végpontból a
másikba áramolhatnak.
• Félduplex (half duplex): Mindkét irányba
áramolhatnak az adatok, de egyszerre
csak az egyikbe.
• Duplex (full duplex): Adatok mind a két
irányba egyszerre haladhatnak.
Csoportosítás átviteli közeg szerint
• Vezetékes átvitel
- Sodort érpár – UTP (Unshielded Twisted Pair)
- Koaxiális kábel
- Üvegszálas
• Vezeték nélküli átvitel
- Fény (lézer)
- Rádiós
- Szórt spektrumú (kis távolság)
- Mikrohullámú
- Műholdas
Csavart érpár
Két (d=1mm) rézhuzalból áll, melyek spirálszerűen egymás
köré vannak tekerve. (Csökkenti az elektromágneses
kölcsönhatást)
Főleg távbeszélőrendszereknél használják.
3-as kategóriájú UTP: Két finoman egymás köré tekert
vezeték. (Általában négy pár / burkolat)
5-ös kategóriájú UTP: Több csavarás egységnyi hosszon,
telefonos szigetelés. (Hosszabb lehet)
Koaxiális kábel (koax)
- 50Ω digitális átvitel.
- 70Ω analóg átvitel.
Mivel árnyékolással rendelkezik, nagyobb távolságot lehet
vele áthidalni.
1 km-es kábelen akár 1-2 Gbit/sec is elérhető.
Hosszabbaknál erősítés szükséges!
Ma már inkább optikai kábelt használnak, csak a kábel
TVknék maradt meg.
Szélessávú koaxiális kábel
Analóg átvitel (kb. 300MHz), 100km áthidalására is
alkalmas.
Fényvezető szálak
Felépítés: fényforrás – átviteli közeg – fényérzékelő.
Az anyag lehetővé tenne akár 50Tbit/sec-ot is, de a
mostani átalakító elektronikák csak 1Gbit/sec körüli
értéket tudnak. (50 mikron)
Többmódusú szál: Vastagabb, a fény a falán visszaverődik.
Egymódusu szál: Néhány fényhullámhossz ármérőjű, így
hullámvezetőként viselkedik. Drágább, de nagyobb
távolságra képes adatot átvinni (30km). (8-10 mikron)
Kábel hasonlít a koax kábelre. Csatlakoztatása
csatlakozókkal (-10-20%), mechanikai illesztés (-10%),
forrasztás. (Van egy kis visszaverődés)
Fényforrás: LED (Light Emitting Diode), félvezető lézer.
Fényérzékelő: fotodioda.
Elektromágnesen spektrum
felhasználása a távközlésben
f [Hz]
104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016
Műholdas adás
Csavart érpár
Fényvezető szál
Koaxiális kábel
Hajózás
TV
AM rádió
LF
MF
FM rádió
HF VHF
Földi mikrohullámú adás
Infravörös átvitel
UHF SHF EHF THF
Rádiófrekvenciás átvitel
Egyszerűen előállítható, minden irányba terjedő jel.
Nagy távolságra jut el, és áthatol az épület falain.
Az elektromos berendezések zavarhatják.
Alacsonyfrekvencián:
•
Minden akadályon áthatol
•
Követi a föld görbületét
•
Forrástól távolodva, nagy mértékben gyengül
Nagyfrekvencián:
•
Egyenes vonal mentén terjed (Ionoszféráról
visszaverődik)
•
Tárgyakról visszaverődik
•
Eső elnyeli
Mikrohullámú átvitel
• 100 MHz feletti egyenesen terjedő hullámokat, ha egy
parabolatükör segítségével egy kis nyalábba fogjuk
össze, sokkal jobb lesz a jel-zaj arány.
• Irányított nyaláb miatt interferencia nélkül működik.
• Föld görbülete miatt nem lehetnek túl távol az
adótornyok. (50km)
• Időjárási viszonyok „elhalkulást” okozhatnak. (eső, kioltás)
• Nem drága technológia.
• Optikai kábelek kezdik kiszorították a földi távközlésből.
• Engedély nélkül használható sáv a világon mindenütt,
egyedül 2,400 - 2,484GHz. (pl. garázsnyitó)
Infravörös átvitel
•
•
•
•
•
Kistávolságú átvitelre használják előszeretettel.
Jól irányítható, olcsó, könnyen előállítható.
Szilárd testeken nem képes áthatolni.
Nincs szükség hivatalos engedélyeztetésre.
Szabadban nem használható, mivel a Nap infra
tartományban is erősen süt.
Látható fény (lézer)
• Nagy sávszélességű olcsó megoldás, engedélyt nem
igényel.
• Esőn, sűrű ködön nem képes áthatolni.
• Napsütés önmagában nem zavarja, de a hatására
keletkező hőáramlás igen!
• Nehéz vele a pontos célzás, ezért egy lencse
segítségével kicsit szórják a fényt.
Protokollhierarchiák
Bonyolultság csökkentésére a legtöbb hálózatot rétegekbe
(layers), vagy szintekbe (szervezik), melyek egymásra
épülnek.
A két gép n. rétege párbeszédet folytat egymással. Ennek
szabályit protokollnak nevezzük.
A szomszédos rétegeket interfész (interface) (más néven
SAP (Service Access Point))köti össze, ami definiálja,
hogy az alacsonyabban levő réteg milyen
szolgáltatásokat nyújt a felette levő számára.
A rétegek, és protokollok halmazát hálózati architektúrának
nevezzük.
Az egyes rétegek üzenetének azonosítására a fejrész
(header) szolgál.
OSI modell
(Open System Interconnection)
ISO (International Standards Organization) ajánlásán
alapul.
7 rétege van. A felosztás elvei a következők:
• Rétegek különböző absztrakciós szinteket képviseljenek
• Minden réteg jól definiált faladatot hajtson végre
• Rétegek feladatainak definiálásakor a nemzetközileg
szabványosított protokollokat vegye figyelembe.
• Rétegek közti információcsere minimális legyen.
• Eltérő feladatok ne kerüljenek ugyan abba a rétegbe.
Nyílt rendszer
protokol
7.réteg
Application
Alkalmazás
6.réteg
6.réteg
Presentation
Megjelenítés
5.réteg
5.réteg
Session
Viszony
4.réteg
4.réteg
Transport
Szállítás
3.réteg
3.réteg
Network
Hálózat
2.réteg
2.réteg
Data Link
Adatkapcsolat
1.réteg
1.réteg
Physical
Fizikai
7.réteg
Interfész
Fizikai közeg
Fizikai réteg
Feladata a bitek továbbítása a kommunikációs csatornán.
Következőkkel foglalkozik:
• Elküldött 1-es bit 1 ként is érkezzen meg
• Mekkora feszültséget használjon
• Átvitel megvalósítható-e egyszerre mindkét irányba
• Hogyan hozza létre, és bontja az összeköttetést
• Hány érintkezője van a hálózati csatlakozónak
Tervezésénél a használni kívánt fizikai átviteli közeg
jellemzőit kell figyelembe venni.
Adatkapcsolati réteg
Feladata a fizikai réteg által fel nem ismert hibáktól mentes
átvitel biztosítása.
• Adatokat adatkeretekre (data frames) bontja
• Megérkezett kereteket összerakja és nyugtázó kereteket
(acknowledgement frames) küld vissza
• Keretek többszörözésének kezelése
• Forgalomszabályzás (gyors adó, lassú vevő)
• Adatok, és nyugtázó keretek kezelése
• Közeghozzáférési alréteg (adatszóró hálózatokhoz)
Hálózati réteg
Az alhálózat működését irányítja. (Milyen úton jutnak el a
csomagok a forrástól a célig) Az útvonal megválasztása
történhet statikus táblázatok alapján, vagy dinamikusan
a forgalmat figyelembevéve.
• Torlódások kivédése
• Egymástól eltérő hálózatban lehetővé tegye a csomag
haladását (hossz, protokoll, stb.)
Adatszóró hálózatokban elég vékony ez a réteg, vagy nem
létezik, mivel nem jelentős a szerepe.
Szállítási réteg
Adatokat fogadja a viszony rétegtől, és azokat feldarabolja,
továbbítsa a hálózati rétegnek, és biztosítsa, hogy azok
hibátlanul megérkezzenek a másik oldalra.
• Összeköttetések számának megválasztása
• Adatszolgálat típusának meghatározása
• Csak a végpontok közti összeköttetéssel fogéaékozik.
• Több összeköttetés kezelése (melyiknek szól)
• Forgalomszabályzás
Viszony réteg
Felhasználók közti viszony létesítését teszi lehetővé.
(belépés távoli rendszerbe, fájlok mozgatása gépek közt)
• Egy irányú adatforgalom esetén az aktuális irány
figyelése
• Vezérjelkezelés (token managemant)
• Szinkronizálás (ellenőrzési pontok az adatfolyamban)
Megjelenítési réteg
Gyakori feladatok általános megoldása.
Pl.: Szabványos kódolás. (ASCII, Unicode)
Alkalmazási réteg
• Virtuális hálózati terminál a terminálok közti
kompatibilitási gondok megoldására
• Nem kompatibilis gépeken fájlkezelés megoldása
• Elektronikus levelezés
• stb.
TCP/IP
ARPANET (Internet elődje) protokollja.
Kezdetben megfogalmazott célok:
• Tetszőlegesen sok hálózat zökkenőmentes
összekapcsolása
• „Új” hálózatokkal való együttműködés (műholdas, rádiós)
• Hálózaton folyó kommunikáció megszakítása nélkül át
tudja vészelni az alhálózat működési hibáit.
TCP/IP - OSI
Alkalmazás
Alkalmazási
Megjelenítési
Viszony
Szállítási
Szállítási
Hálózati
Internet
Adatkapcsolati
Hoszt és
hálózat közötti
Fizikai
Protokollok és kapcsolatok a
kezdeti TCP/IP modellben
TELNET
FTP
SMTP
TCP
DNS
UDP
ARPANET
SATNET
Transport
Internet
IP
Csomagkapcsolt
rádió
Application
LAN
Network
Interface
Hoszt és hálózat közötti réteg
Modell nem köti ki mi legyen itt, csak tudjon IP csomagokat
továbbítani.
Internet réteg
Összeköttetés nélküli internetwork réteg, amely az egész
architektúrát összefogja. Feladata csomagok küldése,
továbbítása (sorrend függetlenül) a célba.
Meghatároz egy szabványos csomagformátumot, és egy
protokollt: internet protokoll (IP).
Szállítási réteg
Feladata hasonló az OSI modell szállítási rétegéhez.
Két különböző szállítási protokoll:
• Átvitelvezérlő protokoll (Transmission Control Protocol,
TCP) feladata, hogy hibamentes bájtos átvitelt
biztosítson, forgalomirányítás. (Megbízható
összeköttetés alapú protokoll)
• Felhasználói datagram protokoll (User Datagram
Protocol, UDP), jelentősége akkor van, ha nem kell
forgalomirányítás, és üzentek sorba rendezése. (Gyors,
nem pontos) Pl. hang, kép valósidejű átvitele.
Alkalmazási réteg
Ez tartalmazza az összes magasabb szintű protokollt:
• TELNET virtuális terminál
• FTP fájl transzfer
• SMTP elektronikus levelezés
• DNS (Domain Name Service) hoszt nevek leképzése
• NNTP hírlevelek szétküldése
• HTTP Web oldalak letöltése
Novel NetWare
Világ (PC-s) legkedveltebb hálózati rendszere (cégek
számára).
• Minden felhasználónak saját PC-je van (kliens)
• Egy-két nagyobb teljesítményű gép (szerver)
Xerox Network System (XNS) rendszeren alapul.
Korábban jelent meg, mint az OSI, ezért nem hasonlít rá.
Alkalmazási
Szállítási
SAP
NCP
Hálózati
…
Fájlszerver
SPX
IPX
Adatkapcsolati
Ethernet
Token ring
ARCnet
Fizikai
Ethernet
Token ring
ARCnet
• Fizikai és adatkapcsolati réteg bármely szabvány lehet.
(Ethernet, Token ring …)
• IPX (Internet Packet eXchange) egy nem megbízható,
összeköttetés nélküli hálózati protokoll. 12 bájtos
címzést alkalmaz (szemben a 4 bájtos IP-vel).
• NCP (Network Core Protocol), hálózati mag protokoll, az
adatok átvitelén kívül még számos szolgáltatást nyújt.
(„NetWare lelke”).
• SPX (Sequencied Packet eXchange) csak szállítási
funkciót lát el.
• SAP (Service Advertising Protokol) használják a
szerverek, melyek nagyjából másodperecenként
szétküldenek egy csomagot, ami a címüket, és
szolgáltatásaikat tartalmazza. Ezt a router „megjegyzi”.
Kliens bejelentkezésekor a router megküldi neki a
legközelebbi szerverről az információkat
ARPANET
• Nagykiterjedésű hálózat
• 60-as évek közepén az amerikai védelmi minisztérium
(DoD) kutatási részlege (ARPA) hozta létre.
• Megépítését a BBN tanácsadó cégre bízták.
• Alhálózatokból, és hosztokból álló csomagkapcsolt
hálózat
• Alhálózatokat az átviteli vonallal csomóponti gépek
(Interface Message Processor, IMP) kapcsolják össze
• Később a termináloknak lehetővé tették speciális
csomóponti gépekhez (Terminal Interface Processor,
TIP) történő csatlakozást, illetve több hoszt
csatlakozását egy csomóponti géphez.
• Protokolljainak fejlődésének csúcspontja a TCP/IP.
• 80-as évektől a kiterjedt hálózatok miatt szükségessé
vált a DNS (Domain Naming System) bevezetés
NSFNET
Mivel ahhoz, hogy valaki használhassa az ARPANET-et,
kutatási szerződést kellett kötnie a DoD-vel, ezért az
NFS (US. National Sienc Found) létrehozott egy virtuális
hálózatot (CSNET) amely telefonvonalon keresztül tette
lehetővé az ARPANET-hez való csatlakozását más
hálózatoknak.
1984-ben 6 szuperszámítógép összekapcsolásával
létrehoztak egy gerinchálózatot, amit később újabbak
követtek.
A MERIT, MIC, és IBM létrehozott egy szervezetet, ami
megnyitotta az utat a kereskedelemnek.
Adatátviteli csatornák
felhasználása
Adattovábbítás módjai:
• Párhuzamos (parallel): Több vezeték felhasználásával
egy időben továbbítjuk az adatokat. Adatátviteli és
gyakorlati korlátok miatt nem terjedt el.
• Soros (serial): Egy csatornában egymás után küldjük az
adatokat.
– Aszinkron (asyncronous): Adó és a vevő időbeli stabilitása csak
rövid időre biztosítható. (start/stop bitek) Kisebb a hasznos átvitt
információ.
– Szinkron (syncronous): A kapcsolat teljes ideje alatt az adó, és a
vevő összehangoltan működik. Ehhez az időzítés szigorú
betartása szükséges. (szinkron karakterek)
Adatátviteli csatornák
felhasználása, multiplexálás
Adatátviteli csatornák létrehozása költséges, így azokat
igyekeznek maximálisan kihasználni.
Megoldás: Gerincvezeték kiépítése (back-bone) úgy, hogy
rajtuk egy időben több adatátviteli csatorna is
fenntartható legyen, vagyis alcsatornákra osztják
(multiplexelik).
– Frekvenciaosztás (Frequency Division): Egy alcsatorna jelét
különböző vivőfrekvenciákra „ültetjük rá”. Pl.: rádió
– Időosztás (Time Division): Minden alcsatorna egy időszeletet
kap. Pl.: PCM (Pulse Code Modulation)
További multiplexelési módszerek
• Statisztikus multiplexelés: Gerincvezeték alcsatornáinak
száma kisebb, mint a kiosztott csatornák száma.
• Vonalkapcsolás (Circuit Switching): Két hoszt kiépül egy
vonal, amit csak azok használhatnak. Pl.: telefonhálózat
• Csomagkapcsolás (Packet Switching): Adatokat kis
csomagokban küldik. (Egyeduralkodónak tekinthető a
számítógép hálózatokban)
Keretképzés
• Karakterszámlálás: A keret elején a keretet alkotó
karakterek száma áll. (Adatátviteli hibák miatt, a vevő
előbb, vagy utóbb elrontja a számolást.)
• Vezérlőkarakterek: Keretek elejét spec. jelsorozattal
jelöljük. Ha a „kritikus” karaktersor előfordul az üzenetbe,
akkor azt átalakítjuk. (karakterbeszúrás, bitbeszúrás)
pl. 111111 a flag, akkor 1111111 -> 11111011
(Kihasználatlan vonalon lehetséges flag-ek küldése.)
Hibajavítás
1.
2.
3.
Mivel nem bízhatunk abban, hogy a vevő hibátlanul
vette az adatokat, a szokásos eljárás a következő:
Az adó keretekbe tömöríti az információt. Az elejére
sorszámot, a végére ellenőrzőszámot (CRC, Cyclic
Redundancy Check) illeszt. Elküldésekor elindít egy
időzítőt.
Vevő a keret tartalmát összeveti a CRC-vel. Nyugtázó
keretet (ACK, Acknowledgement) küld. (Az adott
sorszámú keret helyes/helytelen vételét jelzi.)
Az adó a beérkező nyugtából (vagy annak hiányából)
tudja, hogy meg kell-e ismételnie a küldést.
Forgalomvezérélés
Gyors adó, és lassú vevő esetén szükségesé válik a
vezérlés, hogy az adó ne árassza el adatokkal a vevőt.
Egyik módszer, hogy az adó csak korlátozott számú keretet
küldhet el egymás után (ezt a korlátot ablaknak (window)
nevezik). Ennek kimerülése után csak akkor küldhet
újból, ha a vevőtől kap engedélyező jelzést.