Számítógépes hálózatok

Az előadások a következő témára: "Számítógépes hálózatok"— Előadás másolata:

1 Számítógépes hálózatok
Benes József IV.G

2 Kezdőlap DEFINICIÓ FELOSZTÁS TOPOLÓGIA OSI MODELL KLIKK A WEBOLDALRA

3 Számitógépes hálózat tovább
A számítógép-hálózat egy olyan speciális rendszer, amely a számítógépek egymás közötti kommunikációját biztosítja. A számítógép-hálózat lehet fix (kábelalapú, állandó) vagy ideiglenes (mint például a modemen vagy null modemen keresztüli kapcsolat). A drót nélküli internet általában vagy a cellás (mobil) szolgáltatásra vagy a wifi megoldásra épül.A számológépek és a korai számítógépek közötti utasítások továbbítását kezdetben maguk az emberek végezték szeptemberében George Stibitz telexgépet használt arra, hogy a K Model nevű gépével kapcsolatos problémákkal összefüggő utasításokat küldjön a New Hampshire-ben lévő Dartmouth College-ból a New Yorkban üzemelő Complex Number Calculator nevű gépéhez, illetve az eredményeket hasonló módon küldte vissza. A számítógépek kimeneti perifériáinak (telexgépek) összekapcsolását először 1962-ben, az Advanced Research Projects Agency ARPA keretében végzett el J. C. R. Licklider az Intergalactic Network nevű munkacsoporttal. A kutatók 1964-ben Dartmouthban kifejlesztették az időosztásos rendszert, ami lehetővé tette egy nagy számítógép szolgáltatásainak nagyszámú felhasználó közötti megosztását. Még ugyanebben az évben, az MIT, valamint a General Electric és Bell Labs fejlesztőiből álló csoport egy számítógépével (a DEC PDP-8-as) megvalósította egy telefonközpont vezérlését. tovább

4 Paul Baran 1968-ban tett javaslatot egy olyan hálózati rendszerre, amelyben adatcsomagokat, ún. datagramokat továbbítottak. Ez a rendszer lett az alapja a csomagkapcsolt számítógépes hálózatoknak ben a University of California (Los Angeles), az SRI (Stanford), a University of California (Santa Barbara) és a University of Utah kialakították a gépeik összekapcsolásával az ARPANET hálózatot, amely még 50 kbit/s hurok használatával működött. A hálózatok és a technológiák fejlődése, a különféle összeköttetési lehetőségek bővülése, a számítógépek egymással és egymáson keresztüli kapcsolatai iránti igények növekedése ösztönözte az iparág egyes területeinek fejlesztéseit és fejlődését (hardver, szoftver, perifériák)). Ez a fejlődés abban tükröződik ma, hogy ugrásszerűen megnőtt a hálózatot használók száma, mind az üzleti területeken, mind pedig az otthoni alkalmazásoknál, és napi gyakorlattá válik a hálózati szolgáltatások növekvő méretű használata. A számítógépes hálózatoknál használt technológiáknak két típusa van: az adatszórásos hálózatok és a pont-pont hálózatok. tovább

5 Az adatszórásos hálózatok (broadcasting) egyetlen kommunikációs csatornával rendelkeznek, amelyet a hálózatra csatlakozó összes gép közösen használ. Ez a gyakorlatban azt jelenti, ha a gazdagép (host) egy rövid üzenetet küld, akkor azt a hálózat összes gépe megkapja. Ezeket a rövid üzeneteket a használt protokolltól függően csomagnak (packet), keretnek (frame) vagy cellának (cell) nevezik. A feladót és a címzettet a rövid üzeneten belüli címmezőben lehet azonosítani. Ha egy gazdagép kap egy ilyen üzenetet, akkor megnézi a címmezőt. Ha az üzenet nem neki szól, akkor nem tesz vele semmit, ellenkező esetben viszont feldolgozza. Az adatszóró rendszerek általában lehetővé teszik, hogy a címmező speciális beállításával az adott üzenetet minden gép megkapja és feldolgozza, ez az adatszóró (broadcasting) működési mód. Egyes rendszerek megengedik, hogy a hálózati gépek egy bizonyos csoportja kapja csak meg az üzenetet. Ez az üzemmód a többesküldés (multicasting). A gazdagépek „előfizethetnek” bizonyos címcsoportokra, de akár az összes címcsoportra is. Azok, akik nem „fizettek elő” egy címcsoportra, azok hiába kapják meg az üzenetet, az számukra olyan, mintha nem nekik szólna. A multicasting mód használata esetében a címmező n bitjéből 1-et fenntartunk az üzemmód jelzésére, n-1 bit pedig a csoport(ok) címzésére használható. tovább

6 A pont-pont hálózatok (point-to-point network) sok olyan kapcsolatból állnak, amelyek géppárokat kötnek össze. Ez azt jelenti, hogy egy üzenet továbbítása egy, esetleg több csomóponton keresztül történik, és lehetséges, hogy egynél több lehetséges úton is eljuthat egy üzenet a céljához. Ezekben a hálózatokban az útvonal optimális megválasztása alapvető fontosságú. Ezt a hálózati technológiát nevezik még egyesküldésnek (unicasting) is. főoldal

7 Felosztásuk A személyi hálózatok a PAN-ok (Personal Area network) olyan számítógép-hálózatok, amelyet egyes embereknek szántak. Például egy vezeték nélküli hálózat, amely az egeret összeköti a számítógéppel. De állhat a PAN két, egymással vezetékes (USB, párhuzamos port) vagy vezeték nélkül összekapcsolt számítógépből is. A lényeg: a 10 méter körüli kiterjedés. Ugyancsak személyi hálózat a személyi számítógéppel összekapcsolt PDA (Bluetooth vagy WiFi kapcsolattal). Egy Bluetooth alapú PAN-t gyakran neveznek piconetnek, ami legfeljebb 8 aktív berendezés master-slave típusú összekapcsolását teszi lehetővé ("parkoló" módban legfeljebb 255 berendezés csatlakoztatható). A piconet hálózatban az első Bluetooth berendezés a vezérlő, a "master", és az összes többi berendezés "slave" módon kommunikálhat a "master"rel. Egy piconet hálózat kiterjedése 10 méter, ennek ellenére ideális körülmények esetén a 100 méter is elérhető. A Bluetooth antennák területén történt újabb fejlesztések megengedik, hogy a berendezések egymástól távolabb kerüljenek, mint ahogyan azt eredetileg tervezték. A DEF CON 12 esetében, amit a hackerek a "flexibilis" névvel láttak el, sikerült a kapcsolatfelvétel fél mérföld távolságból is. Az antenna egy házi kivitelezésű Yagi antennához hasonló antenna volt. A hackerek az antennát "The BlueSniper"-nek (a kék orvlövész) nevezték el. Egy másik PAN technológia, Skinplex, az emberi bőr kapacitív terét használja adattovábbításra. A "Skinplex" képes érzékelni és kommunikálni az emberi testtől egy méterre. Már használják is hozzáférés ellenőrzésre (ajtózárak) és autók rádiózavarás elleni védelemnél (nem lehet lehallgatni embereket nyitható tetejű kocsikban). tovább

8 A helyi hálózat (általánosan használt rövidítéssel: LAN az angol Local Area Network kifejezésből) olyan számítógépes hálózat, amely egyetlen épületen belül vagy néhányszor tíz kilométer kiterjedésű területen található. Többnyire irodákban, gyárakban, üzemekben található, és alkalmas szerverek, személyi számítógépek, munkaállomások összekapcsolására, ezzel lehetővé téve a nyomtatók megosztott használatát, a levelezést és az üzenetküldést. Napjainkban az egyre olcsóbbá váló hálózati eszközök, az internet hatalmas vonzereje, és az egyre gyorsabb elérési lehetőségek a családokhoz is eljuttatták a LAN kiépítésének lehetőségét, így egyre gyakoribbak a családi házak, kis közösségek helyi hálózatai is. A helyi hálózatokat három dolog különbözteti meg a többi hálózattól: kiterjedésük átviteli módjuk topológiájuk. tovább

9 A nagyvárosi hálózat (MAN, Metropolitan Area Network) a számítógép- hálózatok egyik fajtája. Nagyobb távolságra lévő gépek, helyi hálózatok (LAN-ok) összeköttetéséből alakult 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. tovább

10 Nagy kiterjedésű hálózat (általánosan használt rövidítéssel: WAN az angol Wide Area Network kifejezésből) egy olyan számítógép-hálózat, mely nagyobb területet fed le (azaz olyan hálózatok, melyek nagyvárosok, régiók, országok közötti kommunikációt valósítanak meg), szemben a személyi hálózatokkal (PAN), helyi hálózatokkal (LAN), egyetemi hálózatokkal (CAN) vagy a városi hálózatokkal (MAN), melyek jellemzően egy szobára, épületre, egy egyetem területére vagy egy városra vannak területileg korlátozva. főoldal

11 Topológiájuk Egy hálózati topológia a számítógép-hálózatok esetén a hálózathoz tartozó csomópontok közötti kapcsolatokat határozza meg. Egy adott csomópont vagy egy másik csomóponthoz, vagy több másik csomóponthoz kapcsolódhat, különböző minták szerint. A legegyszerűbb kapcsolat két csomópont között az egyirányú kapcsolat. Egy újabb kapcsolat hozzáadásával már kétirányú kapcsolat valósítható meg a csomópontok között. A hálózati topológia esetében a csomópontok közötti összeköttetések ténye érdekes mindössze: sem az összeköttetés módja, átviteli sebessége, a csomópontok távolsága, az összeköttetés fizikai módja, irányultsága(i) stb. nem érdekesek, az összeköttetéseket irányítatlannak tekintjük, így a hálózati topológia a gráfelmélet eszközeivel tárgyalható. Egy adott topológia alapján megvalósított hálózat esetében természetesen már lényegesek a csomópontok közötti távolságok, a fizikai összeköttetési módja, az átvitel sebessége, de a hálózat topológiájára nincsenek hatással, az csak egy adott mintát követhet. tovább

12 A busztopológia tulajdonképen egy olyan csillagtopológia, amelyben nincsen központi csomópont. A csillag topológia csökkenti a hálózati meghibásodás esélyét azzal, hogy minden csomópont kapcsolatban áll a központi csomóponttal. Ha alkalmazzuk ezt a megoldást egy busz hálózatra, akkor ez a központi hub minden kapott üzenetet szétküld minden csomópont számára, ami azt jelenti, hogy két "perifériális" csomópont mindig a központi csomóponton keresztül tud kommunikálni. A központi csomópont és egy "perifériális" csomópont közötti átviteli vonal meghibásodása ugyan elszigeteli a hálózattól az adott csomópontot, de a hálózat többi részének a működőképességére ez nincsen hatással. A központi csomópont viselkedhet passzívan, ekkor a küldő csomópontnak képesnek kell lennie arra, hogy kezelje azt az esetet, amikor a saját, már egyszer elküldött üzenetét bizonyos késleltetéssel (a központi csomópontig és vissza út ideje, plusz a központi csomópont feldolgozási ideje) ismételten megkapja. Ezt nevezik üzenet visszhangnak. Aktív hálózati csomópont esetén ez előző jelenség nem lép fel. tovább

13 A fatopológia ( hierarchikus topológia) látszólag hierarchikusan rendezett csillag topológiák gyűjteménye. Minden fatopológiában létezhetnek egyedülálló, perifériális csomópontok, ezek az úgynevezett "levelek". A csillag topológiától eltérően, ahol az üzenetek közvetítését a központi csomópont végzi, a fa topológiában ez a funkció nem központosított, az ágaknál lévő csomópontok valósítanak meg hasonló funkciót. Egy hagyományos csillag elrendezés esetén a meghibásodás egy csomópontot elszigetelhet a hálózat többi részétől, amelyek azonban működőképesek. Egy fa elrendezésnél egy levél szintén izolálódhat, a fennmaradó rész üzemképes marad; egy ág leválásával viszont a hálózat esetleg jelentős része izolálódhat a maradéktól. Annak érdekében, hogy csökkenthető legyen a hálózaton belüli forgalom mennyisége, különös tekintettel a minden csomópont felől küldött üzenetekre, néhány fejlettebb központi csomópont már alkalmazkodik a hálózat topológiájához. Ezek a hálózati switchek az első szétküldött üzenetekre kapott válaszok után mintegy „megtanulják” az aktuális hálózati topológiát. tovább

14 A legegyszerűbb topológia a lánctopológia, ahol a hálózati csomópontok között egy kapcsolat van csak. Ez a topológia egyszerű, viszont a hálózat egy kapcsolat kiesése miatt két önálló "szigetre" esik szét. Ha egy lánc hálózat első és utolsó csomópontját is összekötjük, akkor a gyűrűtopológiát kapjuk. Mindkét eddig felsorolt hálózati topológiának van hurkolt változata is, a hurkolt lánc, illetve a hurkolt gyűrű: ekkor a csomópontok között két kapcsolat van, ami a nagymértékben megnöveli a hálózatok hibatűrő képességét. A lánc hálózat esetében a lánc nem szakad szét szigetekre, a gyűrű pedig nem alakul át lánc topológiává, ha egy kapcsolat megszakad. Egy hurkolt topológia esetében van legalább két olyan hálózati csomópont, amelyek két vagy több csomóponton keresztül érhetők el. Egy hurok egy speciális esete, amikor korlátozott a két csomópont közötti "közbülső" csomópontok száma, egy hiperkocka. A villa esetében a "közbülső" csomópontok száma tetszés szerinti, az ilyen hurkolt típusú hálózatok tervezése és megvalósítása igen bonyolult, ugyanakkor a decentralizált természetük miatt nagyon praktikusak. Bizonyos szempontból hasonlóak a rácsos hálózatok, ahol egy gyűrű vagy lánc topológiák kapcsolódnak össze több kapcsolattal. Egy több dimenziós gyűrű topológia például a toroid (tórusz) topológia. tovább

15 Egy teljesen összekapcsolt, teljes topológiájú vagy teljesen hurkolt topológia olyan hálózati topológia, amelyben minden csomópont pár össze van kapcsolva. Egy n csomópontból álló, teljes hálózat n(n-1)/2 közvetlen csomóponti kapcsolatot tartalmaz. Az ilyen topológia alapján tervezett és megvalósított hálózatok általában nagyon drágák, cserébe viszont kimagaslóan megbízhatók, ami annak köszönhető, hogy több kapcsolaton is eljuthatnak az információk a csomópontok között. Fentiek miatt ezek a hálózati topológiák a katonai célú hálózatokban terjedtek el. tovább

16 A hibrid hálózatok bármilyen két, vagy több hálózati típus összekapcsolásával kialakíthatók, ha azok egyik sztenderd formára sem hasonlítanak. Például, fa hálózatok összekapcsolása újabb fa hálózathoz vezet, viszont két csillag hálózat összekapcsolása (nevezik kiterjesztett csillag hálózatnak) már hibrid hálózatot eredményez. Egy hibrid hálózat minden esetben előállítható két különböző típusú hálózat összekapcsolásával. Például vegyük a következő két hibrid hálózatot: a csillag gyűrű hálózatot és a csillag busz hálózatot: Egy csillag gyűrű hálózat két vagy több csillag topológiájú hálózatból áll, amelyeket egy multistation access unit (MAU) használatával, mint központi hubbal valósíthatunk meg. Egy csillag busz hálózat két vagy több csillag topológiájú hálózatból áll, amelyek központi csomópontjait egy busz hálózat kapcsol össze. Amíg a rács hálózatok egyre népszerűbbek lettek a nagy teljesítményű (multiprocesszoros)számítógépek illetve alkalmazások területén, néhány rendszert genetikus algoritmusok alapján terveztek meg, hogy minél kevesebb olyan csomópontja legyen a hálózatnak, amelyek csak egymással állnak kapcsolatban. Néhány ilyen hálózat, annak ellenére, hogy nem teljesen átfogó, igen jól működik. főoldal

17 OSI modell Rétegek: 1 2 3 4 5 6 7 Modell ábra főoldal
Az Open Systems Interconnection Reference Model, magyarul a Nyílt rendszerek Összekapcsolása, referencia modell (OSI Modell vagy OSI Referencia Modell röviden) egy rétegekbe szervezett rendszer absztrakt leírása, amely a számítógépek kommunikációjához szükséges hálózati protokoll határozza meg, amelyet az Open Systems Interconnection javaslatban foglalt össze. A leírást gyakran az OSI hét rétegű modell néven is emlegetik. Az OSI modellje a különböző protokollok által nyújtott funkciókat egymásra épülő rétegekbe sorolja. Minden réteg csak és kizárólag az alsóbb rétegek által nyújtott funkciókra támaszkodhat, és az általa megvalósított funkciókat pedig csak felette lévő réteg számára nyújthatja. A rendszert, amelyben a protokollok viselkedését az egymásra épülő rétegek valósítják meg, gyakran nevezik 'protokoll veremnek' vagy 'veremnek'. A protokoll verem mind hardver szinten, mind pedig szoftveresen is megvalósítható, vagy a két megoldás keverékeként is. Tipikusan csak az alsóbb rétegek azok, amelyeket hardver szinten (is) megvalósítanak, míg a felsőbb rétegek szoftveresen kerülnek megvalósításra. Rétegek: 1 2 3 4 5 6 7 Modell ábra főoldal

18 vissza Fizikai réteg – Physical Layer az 1. szint
A fizikai réteg feladata a bitek kommunikációs csatornára való juttatása. Ez a réteg határoz meg minden, az eszközökkel kapcsolatos fizikai és elektromos specifikációt, beleértve az érintkezők kiosztását, a használatos feszültség szinteket és a kábel specifikációkat. A szinten "Hub"-ok, "repeater"-ek és "hálózati adapterek" számítanak a kezelt berendezések közé. A fizikai réteg által megvalósított fő funkciók: felépíteni és lezárni egy csatlakozást egy kommunikációs médiummal. részt venni egy folyamatban, amelyben a kommunikációs erőforrások több felhasználó közötti hatékony megosztása történik. Például, kapcsolat szétosztás és adatáramlás vezérlés. moduláció, vagy a digitális adatok olyan átalakítása, konverziója, jelátalakítása, ami biztosítja, hogy a felhasználó adatait a megfelelő kommunikációs csatorna továbbítani tudja. A jeleket vagy fizikai kábelen – réz vagy optikai szál, például – vagy rádiós kapcsolaton keresztül kell továbbítani. Paralell SCSI buszok is használhatók ezen a szinten. A számos Ethernet szabvány is ehhez a réteghez tartozik; az Ethernetnek ezzel a réteggel és az adatkapcsolati réteggel is együtt kell működnie. Hasonlóan együtt kell tudni működnie a helyi hálózatokkal is, mint például a Token ring, FDDI, és az IEEE vissza

19 vissza Adatkapcsolati réteg – Data-Link Layer a 2. szint
A adatkapcsolati réteg biztosítja azokat a funkciókat és eljárásokat, amelyek lehetővé teszik az adatok átvitelét két hálózati elem között. Jelzi, illetve lehetőség szerint korrigálja a fizikai szinten történt hibákat is. A használt egyszerű címzési séma fizikai szintű, azaz a használt címek fizikai címek (MAC címek) amelyeket a gyártó fixen állított be hálózati kártya szinten. Megjegyzés: A legismertebb példa itt is az Ethernet. Egyéb példák: ismert adatkapcsolati protokoll a HDLC és az ADCCP a pont-pont vagy csomag-kapcsolt hálózatoknál és az Aloha a helyi hálozatoknál. Az IEEE 802 szerinti helyi hálózatokon, és néhány nem-IEEE 802 hálózatnál, mint például az FDDI, ez a réteg használja a Media Access Control (MAC) réteget és az IEEE 802.2 Logical Link Control (LLC) réteget is. Ez az a réteg, ahol a bridge-ek és switch-ek működnek. Ha helyi hálózat felé kell a kapcsolatot kiépíteni, akkor kapcsolódást csak a helyi hálózati csomópontokkal kell létrehozni, a pontos részleteket a „2.5 réteg” írja le. A 2.5 réteg Ez a réteg valójában nem része az eredeti OSI modellnek. A „2.5 réteg” kifejezés jelzi, hogy a kategóriába tartozó protokollok a 2-es és 3-as réteghez egyaránt kapcsolhatók. Ilyenek például a Multiprotocol Label Switching (MPLS) műveletek az adatcsomagokkal (2. réteg) illetve az IP protokoll címzése (3. réteg) amely speciális jelzéseket használ az útvonalirányítás során. vissza

20 vissza Hálózati réteg – Network layer a 3. szint
A hálózati réteg biztosítja a változó hosszúságú adat sorozatoknak a küldőtől a címzetthez való továbbításához szükséges funkciókat és eljárásokat, úgy, hogy az adatok továbbítása a szolgáltatási minőség függvényében akár egy vagy több hálózaton keresztül is történhet. A hálózati réteg biztosítja a hálózati útvonalválasztást, az adatáramlás ellenőrzést, az adatok szegmentálását/deszegmentálását, és főként a hiba ellenőrzési funkciókat. Az útvonalválasztók (router-ek) ezen a szinten működnek a hálózatban – adatküldés a bővített hálózaton keresztül, és az internet lehetőségeinek kihasználása (itt dolgoznak a 3. réteg (vagy IP) switch-ek). Itt már logikai címzési sémát használ a modell – az értékeket a hálózat karbantartója (hálózati mérnök) adja meg egy hierarchikus szervezésű címzési séma használatával. A legismertebb példa a 3. rétegen az Internet Protocol (IP). vissza

21 vissza Szállítási réteg – Transport layer a 4. szint
A szállítási réteg biztosítja, hogy a felhasználók közötti adatátvitel transzparens legyen. A réteg biztosítja, és ellenőrzi egy adott kapcsolat megbízhatóságát. Néhány protokoll kapcsolat orientált. Ez azt jelenti, hogy a réteg nyomonköveti az adatcsomagokat, és hiba esetén gondoskodik a csomag vagy csomagok újraküldéséről. A legismertebb 4. szintű protokoll a TCP. vissza

22 vissza Viszony réteg – Session layer az 5. szint
A viszony réteg a végfelhasználói alkalmazások közötti dialógus menedzselésére alkalmas mechanizmust valósít meg. A megvalósított mechanizmus lehet duplex vagy félduplex, és megvalósítható ellenőrzési pontok kijelölési, késleltetések beállítási, befejezési, illetve újraindítási eljárások. (A mai OSI modellben a Viszonylati réteg a Szállítási rétegbe lett integrálva.) vissza

23 vissza Megjelenítési réteg – Presentation layer a 6. szint
A megjelenítési réteg biztosítja az alkalmazási réteg számára, hogy az adatok a végfelhasználó rendszerének megfelelő formában álljon rendelkezésre. MIME visszakódolás, adattömörítés, titkosítás, és egyszerűbb adatkezelések történnek ebben a rétegben. Példák: egy EBCDIC-kódolású szöveges fájl ASCII-kódú szövegfájllá konvertálása, vagy objektum és más adatstruktúra sorossá alakítása és XML formába alakítása vagy ebből a formából visszaalakítása valamilyen soros formába. A mai OSI modellben az Adatmegjelenítési réteg az Alkalmazási rétegbe lett integrálva. (A mai OSI ezért valójában 5 rétegű mivel a régi 7 rétegű modell 5. rétege a 4. illetve a 6. rétege a 7. rétegbe integrálódott. ) feladata: két számítógép között logikai kapcsolat létesítése párbeszéd szervezése vezérjelkezelés szinkronizálás vissza

24 vissza Alkalmazási réteg – Application layer a 7. szint
Az alkalmazási réteg szolgáltatásai támogatják a szoftver alkalmazások közötti kommunikációt, és az alsóbb szintű hálózati szolgáltatások képesek értelmezni alkalmazásoktól jövő igényeket, illetve, az alkalmazások képesek a hálózaton küldött adatok igényenkénti értelmezésére. Az alkalmazási réteg protokolljain keresztül az alkalmazások képesek egyeztetni formátumról, további eljárásról, biztonsági, szinkronizálási vagy egyéb hálózati igényekről. A legismertebb alkalmazási réteg szintű protokollok a HTTP, az SMTP, az FTP és a Telnet. vissza

25 vissza