2. Modul A hálózatkezelés alapjai

Hálózatok története 1940-es évek: a számítógépek hatalmas, meghibásodásra hajlamos elektromechanikus készülékek voltak 1947: félvezető tranzisztorok feltalálása 1950-es évek: lyukkártyával működő nagygépek 1950-és évek vége: első integrált áramkör 1960-as évek: integrált áramkörből épült nagygépek, terminálok 1970-es évek eleje: miniszámítógépek 1977: Apple, Macintosh 1981: IBM, PC 1980-as évek: modemek használata, BBS-ek 1960-90: ARPANET, majd Internet

Készülékek Azokat az eszközöket, amelyek kapcsolódnak egy hálózathoz készülékeknek nevezzük. Fajtái: Végfelhasználói berendezés: olyan készülék, mely közvetlenül a felhasználónak nyújt szolgáltatásoknak Hálózati készülék: olyan készülékek, amelyek összekapcsolják a végfelhasználói berendezéseket kommunikáció céljából Állomásnak nevezzük azokat a végfelhasználói berendezéseket, amelyek biztosítják a felhasználó számára a hálózati kapcsolatot. Az állomások a hálózati kártyán keresztül kapcsolódnak az átviteli közeghez

Végfelhasználói készülékek PC Laptop Macintosh Nyomtató File-kiszolgáló

Hálózati készülékek I. Szerepük: Szállítási lehetőség biztosítása végfelhasználói berendezések között Kábeles összeköttetés meghosszabbítása Összeköttetések összefogása Adatformátumok átalakítása Adatátvitel kezelése

Hálózati készülékek II. Jelismétlő (repeater) Hub (többportos jelismétlő) Híd (bridge) Kapcsoló (switch) Forgalomirányító (router) Hálózati felhő

Hálózati kártya I. Más néven: LAN adapter, vagy NIC (Network Interface Card) Kommunikációs készséggel ruházza fel a számítógépet és a különböző eszközöket Nyomtatott áramkör, amely az alaplap aljzatába van elhelyezve Lehet beépített (pl. laptop) vagy külső (pl. számítógép). Laptopokhoz ún. PCMCIA kártyák kapható külső NIC-nek Megszakításkérés (IRQ), bemeneti/kimeneti (I/O) cím és a felső memóriaterület segítségével működik együtt az operációs rendszerrel

Hálózati kártya II. Minden hálózati kártya rendelkezik egy a világon egyedi azonosítóval a közeghozzáférési címmel (MAC cím) A MAC cím egy 6 byte-os szám. A gyártók megkapták a lehetséges értékek egy-egy tartományát és abban dolgozhatnak. Beszerzésekor az alábbi tulajdonságokat kell figyelembe venni: Protokoll: Ethernet, Token Ring vagy FDDI Átviteli közeg típusa: UTP, koaxiális, üvegszál vagy vezeték nélküli átvitel A rendszerbusz típusa: PCI vagy ISA

Jelismétlő (repeater) Feladata a nagy távolságokra küldött jelek felerősített formában való továbbküldése Két portja van, az egyik a beérkező jelek fogadására, a másik a kimenő jelek továbbítására A két port szerepe értelemszerűen felcserélődhet az idők folyamán, mivel full duplex adatátvitel megvalósítható rajta keresztül Manapság már nem használják, mivel a két port nagyon kevés

Hub (többportos jelismétlő) Mint a neve is mondja, feladatát tekintve megegyezik a jelismétlőkkel, csak több portja van Mikor egy hub valamelyik portjára adatok érkeznek, akkor az összes portján továbbítja azokat Típusai: Passzív: nem erősítik fel a jeleket, koncentráló szerepe van Aktív: felerősíti a kapott jeleket Intelligens: nemcsak felerősítik a kapott jeleket, hanem hibafelismerést és javítást is végeznek

Híd (bridge) A híd egyik szerepe, hogy a hálózatot két részre, ún. szegmensre ossza Másik szerepe, hogy a különböző protokollokkal működő szegmensek között biztosítsa a kommunikációt Manapság már alig használják a portok kis száma miatt Jelentősége még a második szerep betöltésénél lehet

Kapcsoló (switch) A kapcsolók alapfeladata megegyezik a hidak szegmentáló szerepével, a különbség csak annyi, hogy a hálózatot kettőnél több szegmensre lehet bontani velük A kapcsolók és a hidak a beérkezet adatok közt megkapják a küldő és a fogadó fél MAC címét A fogadó MAC címét összevetik saját felépített táblázatukkal, és meghatározzák, hogy melyik szegmens felé kell továbbküldeni az adatokat Ha még nincs bejegyzés a fogadó MAC címére, akkor mindegyik portjukra felhelyezik az adatokat, kivéve oda, ahonnan kapták Ez alapján a hálózatot több ütközési tartományra bontják

Forgalomirányító (router) A forgalomirányítók elsődleges feladata, hogy az egymástól nagy távolságra lévő adó és vevő között optimális útvonalat válasszon ki az adatok küldéséhez Az útvonalkiválasztáshoz a küldő és fogadó fél logikai hálózatcímét (pl. IP cím) használják fel A routerek nem csak több ütközési tartományra bontják a hálózatokat, hanem több ún. szórási tartományra is. Szórási tartománynak nevezzük azon hálózati eszközök halmazát, amelyben lehetőség van egy általános címre való adatküldésre, és az elküldött adatokat ezen eszközök mindegyike megkapja

Hálózati felhő Hálózati felhőnek azokat a hálózati eszközöket nevezzük, amelyek nem érdekesek az adott hálózat szempontjából Általában azokat az eszközöket jelezzük így amelyek a szolgáltatóknál helyezkednek el

Hálózati topológia A hálózati topológia a hálózat struktúráját adja meg A topológia egyik összetevője a fizikai topológia, amely a vezeték vagy az átviteli közeg tényleges elrendezése A másik része a logikai topológia, amely azt határozza meg, hogy hogyan érik el az állomások az átviteli közeget adatküldés végett

Busz, vagy sín topológia Az eszközök egy közös átviteli közeget használnak Előnye: Kevés kábel, olcsó Hátránya: Ha a közeg megsérül, akkor a teljes kommunikáció leáll Átviteli közeg: Koaxiális kábel

Csillag topológia Az eszközök egy központi eszközre vannak rákapcsolva Előnye: Kevés kábel, olcsó Hátránya: Központi eszköz meghibásodásakor a teljes kommunikáció leáll Átviteli közeg: UTP, STP vagy koax kábel

Egykörös gyűrű topológia Az eszközök gyűrű alakban vannak összekapcsolva egymással. Egy irányban zajlik a kommunikáció Hátránya: Közeg sérülése esetén a hiba mögötti részek kimaradnak a kommunikációból Közeg miatt drága Átviteli közeg: Üvegszál

Kétkörös gyűrű topológia Két gyűrű van a hálózatban, egymásnak ellentétes továbbítási iránnyal Előnye: Egyik gyűrű meghibásodásakor a másik átveheti a szerepét Hátránya: Közeg miatt drága Átviteli közeg: Üvegszál

Fa topológia Az eszközök fa struktúrába vannak elrendezve Előnye: Hiba esetén csak részfák maradnak ki a kommunikációból Hátránya: A fa gyökere felé nő az információmennyiség Átviteli közeg: UTP, STP

Teljesen összefüggő topológia A hálózat minden eszköze össze van kapcsolva a többi eszközzel Előnye: Megbízható Hátránya: Átláthatatlan, kiépíthetetlen Átviteli közeg: UTP, STP vagy koax kábel

Részben összefüggő topológia A teljesen összefüggő topológiából néhány összeköttetés elhagyása Előnye: Megbízható Hátránya: Átláthatatlan, kiépíthetetlen Átviteli közeg: UTP, STP vagy koax kábel

Kiterjesztett csillag Napjaink leggyakrabban használt topológiája. Hasonlít a fa topológiához. Csillag topológiájú hálózatok összekapcsolása csillag topológia alapján. Az egyes csillagok központja valamilyen hálózati berendezés

Logikai topológiák Szórásos topológia: Az állomások minden adatot elküldenek minden, a hálózati közeghez csatlakozó állomásnak Semmilyen sorrendet sem kell betartani a hálózat használatában Pl.: Ethernet hálózatok Vezérjeles topológia: Minden állomás megkap egy elektronikus vezérjelet Ez a vezérjel ad jogot az állomásnak adatok küldéséhez Ha egy állomás nem akar adatokat küldeni, átadja a vezérjelet a következő állomásnak Pl.: Token Ring, FDDI

Helyi hálózatok Local Area Network (LAN) Jellemzői: Földrajzilag korlátozott nagyságú területen működnek (általában < 1 km) Nagy sávszélességű átviteli közeg, melyet egyszerre többen használnak A helyi rendszergazda felügyeli Nonstop hozzáférés a helyi szolgáltatásokhoz Lehetővé teszi: File-ok megosztását Nyomtatók hatékony megosztását Belső kommunikáció

Városi hálózatok Metropolitan Area Network (MAN) Nagyvárosnyi méretű területet fog át Legalább két, azonos földrajzi területen található LAN-ból áll Általában szolgáltatót használnak arra, hogy magántulajdonú kommunikációs vonal vagy optikai szolgáltatás segítségével összekössék a két vagy több LAN helyet

Nagytávolságú hálózatok Wide Area Network (WAN) Jellemzői: Nagy földrajzi terület lefedése Hozzáférés lehetővé tétele lassú, soros kapcsolaton keresztül Folyamatos és időszakos csatlakozás biztosítása Lehetővé teszi: Távoli számítógépek, kiszolgálók elérését Vállalatok közötti kommunikáció Csoportmunka-szoftverek támogatása Távértekezletek megtartása Távmunka

Tároló hálózatok Storage Area Network (SAN) Dedikált, nagyteljesítményű hálózat, amely a kiszolgálók és a tároló-erőforrások közötti adatmozgatásra szolgál Nagysebességű összeköttetést biztosít a kiszolgáló és a tárolóeszköz, két tárolóeszköz, illetve két kiszolgáló között Jellemzői: Nagy teljesítmény: nagy sebességgel elért tároló eszközök Rendelkezésre állás: beépített katasztrófatűrési megoldások Skálázhatóság: különféle technológiák alkalmazása

Virtuális magánhálózatok Virtual Personal Network (VPN) Magánhálózat, amely nyilvános infrastruktúrán belül jön létre Alkalmas arra, hogy a távdolgozó távolról hozzáférjen a vállalatközpont hálózatához Biztonságos alagút építhető ki a távdolgozó számítógépe és a vállalat központjában működő VPN forgalomirányító között Előnyei: Biztonságos, megbízható összeköttetés Biztonsági, felügyeleti szabályok alkalmazhatók Költséghatékony összeköttetés a távdolgozó és a központ között

VPN típusok Hozzáférési VPN: Megosztott infrastruktúrán keresztül biztosítanak távoli hozzáférést a távdolgozónak Technológiák: telefonos, ISDN, DSL, kábeles, mobil IP Intranetes VPN: Megosztott infrastruktúrán keresztül, dedikált kapcsolattal kötnek össze regionális és távoli telephelyeket egy belső hálózattal Extranetes VPN: Megosztott infrastruktúrán keresztül, dedikált kapcsolattal kötik össze az üzleti partnereket egy belső hálózattal

Intranet LAN-ok egyik gyakori konfigurációja Kívülállók csak a szükséges engedélyek és jelszavak birtokában férhetnek hozzá a szervezet intranetjéhez Az intraneten belül webkiszolgálók vannak üzembe helyezve a hálózaton A kiszolgálón elhelyezett különféle információkat (pénzügyi adatokat, grafikus adatokat és szöveges adatokat) egységesen böngészős technológiával lehet elérni

Extranet Az intraneten alapuló olyan alkalmazások és szolgáltatások, melyek biztonságos hozzáférést nyújtanak a külső felhasználóknak és vállalatoknak Jelszavak, felhasználói azonosítók, egyéb, alkalmazási szintű biztonsági funkciók Két vagy több intranet stratégiai kiterjesztése Biztonságos kommunikációt tesz lehetővé a részt vevő vállalatok és intranetjeik között

Sávszélesség Sávszélesség: az az információmennyiség, amely egy adott időtartam alatt át tud haladni egy hálózati kapcsolaton. Jellemzői: Véges: korlátozott információátviteli kapacitás Folyamatosan nő: új technológiák, infrastruktúrák jelennek meg, melyek nagyobb teljesítményre képesek Nincs ingyen: a sávszélességért WAN-okban fizetni kell. Minél nagyobb a sávszélesség, annál drágább Teljesítőképesség: meghatározza a hálózat teljesítőképességét és bővíthetőségét (skálázhatóságát)

Csatorna, jelek A csatorna biztosítja az adatátvitelt Csatorna lehet bármi, pl. levegő (hanghullámok, füstjelek továbbítása), fal (kopogás továbbítása), vezetékek (elektromágneses hullámok továbbítása) Zajtalan csatorna nincs. Zaj lehet például a moraj, egy zavaró elektromágneses impulzus A csatornán az adatok jelek formájában továbbítódnak Egy jel lehet: Analóg: valamilyen hullám (elektromágneses, rádió, fény) segítségével továbbítódnak Digitális: a digitális jeleket meghatározott feszültségszintek jelölik a csatornán

Analóg csatorna sávszélessége Az analóg jelek sávszélességét a frekvencia határozza meg. Mértékegysége a Hertz (Hz), és annak többszörösei. Az analóg csatorna sávszélessége a felső és az alsó frekvencia különbsége. Pl.: az emberi beszéd alsó frekvenciája 300 Hz, a felső frekvenciája 3400 Hz. Így a sávszélessége 3.1 KHz. Egy analóg átviteli közeg sávszélessége meghatározza, hogy mely analóg jelek továbbítódhatnak rajta, ezért nem annyira általánosan használható, mint a digitális csatorna

Digitális csatorna sávszélessége Digitális csatorna esetén bitek továbbítódnak, ezért sávszélességét az határozza meg, hogy mennyi bit tud áthaladni a hálózati kapcsolaton egy másodperc alatt. Mértékegysége: bit/s, illetve ennek többszörösei (Kbit/s, Mbit/s, Gbit/s). A digitális csatorna előnye az analóg csatornával szemben, hogy kicsi a hibaarány. A jelek torzulnak a csatornákon. Digitális csatorna használatával a jelek tökéletesen helyreállíthatóak, míg analóg csatornák esetében nem

Korlátozások A sávszélesség nagymértékben függ: Átviteli közeg fajtájától: Koaxiális kábel: 10 Mbps Csavart érpár: 10, 100, 1000 Mbps Üvegszál: 1000 Mbps Alkalmazott LAN és WAN technológiáktól Modem: 56 Kbps T1: 1,544 Mbps E1: 2,048 Mbps T3: 44,736 Mbps E3: 34,368 Mbps Hálózati eszközöktől

Átbocsátóképesség A tényleges, mért sávszélesség Gyakran jelentősen elmarad az adott átviteli közegre jellemző maximális sávszélességtől Meghatározó tényezők: A hálózat-összekapcsoló készülékek Az átvitt adatok típusa A hálózati topológia A hálózaton levő felhasználók száma A felhasználó számítógépe A kiszolgáló számítógép Az áramellátás

Átviteli idő = file mérete/sávszélesség Átvitt adatmennyiség Becslést a hálózat teljesítményének számos fontos összetevőjéről: Átviteli idő = file mérete/sávszélesség Nem tartalmazza a rétegek közötti műveletek idejét Optimális esetben elérhető átviteli időt adja meg Pontosítható ha az átbocsátóképességet használjuk osztóként

Hálózati architektúra A mai modern számítógépes hálózatok tervezését strukturális módszerrel végzik, azaz a hálózat egyes részeit rétegekbe (layer) szervezik. Minden réteg jól definiált funkciót tölt be a hálózatban. A rétegek egymásra épülnek. A rétegek között ún. rétegintefész húzódik, amely meghatározza a felsőbb rétegnek nyújtott elemi műveleteket és szolgálatokat. Hálózati kapcsolatnál a két gép azonos rétege kommunikál egymással. Erre a kommunikációra szolgáló szabályokat és megállapodásokat a protokoll írja le. A rétegek és protokollok összességét hálózati architektúrának nevezzük.

Általános hálózati architektúra 2-3 réteginterfész 1-2 réteginterfész Fizikai közeg „A” host 3. réteg 2. réteg 1. réteg „B” host 1. réteg protokoll 2. réteg protokoll 3. réteg protokoll

Életbeli „architektúra” Bob, amerikai tudós Tudomány nyelve Igor, orosz tudós Angol-francia tolmács Francia-orosz tolmács Francia nyelv Bob titkárnője Igor titkárnője Csomagküldés Federal Expressz

Rétegbeli műveletek I. A rétegek a felsőbb rétegtől kapott adatokat nem módosíthatják, viszont kiegészíthetik és keretezhetik azt. Kiegészítés: az egyes rétegek a kiegészítések révén érik el, hogy a kommunikációban speciális információkat osszanak meg, valamint hibaellenőrzést lehessen végrehajtani. Fejrész (header) elhelyezése az adatok elé Farokrész (trailer), vagy zárórész elhelyezése az adatok mögé Keretezésre akkor van szükség, ha a felsőbb rétegtől kapott adatmennyiség túllép egy meghatározott korláton, és a küldés hatékonysága miatt célszerűbb kisebb darabokra, keretekre feltördelni.

Rétegbeli műveletek II. „A” host 3. réteg 2. réteg 1. réteg 4. réteg 5. réteg „B” host 3. réteg 2. réteg 1. réteg 4. réteg 5. réteg Adat Fejrész eltávolítása Fejrész hozzáadása 4.H Adat Fejrész és farokrész eltávolítása Fejrész és farok hozzáadása 4.H Adat 3.H 3.T Keretek összerakása és fejrész eltávolítása Keretezés és fejrész hozzáadása 4.H Adat 3.H 3.T 2.H 4.H Adat 3.H 3.T 2.H 4.H Adat 3.H 3.T 2.H Bináris jelek fogadása a fizikai közegről Bináris jelek kirakása a fizikai közegre 01010001101110111000... Fizikai közeg

OSI modell OSI (Open System Interconnect – nyílt rendszerek összekapcsolása): ISO (International Standard Organization – Nemzetközi Szabványügyi Szervezet) ajánlása 1984-ben. Nem szabvány és nem is architektúra. Megvalósítani komplexitása miatt soha nem valósították meg, viszont mint modellt minden hálózati eszközt gyártó vállalat felhasználja.

Elvek Minden réteg feladata jól definiált legyen, és ez a nemzetközileg elfogadott szabványok figyelembe vételével történjen. A rétegek közötti információcsere minimalizálásával kell a rétegek határait megállapítani. Elegendő számú réteget kell definiálni, hogy a különböző feladatok nem kerüljenek feleslegesen egy rétegbe. Ne legyen túl sok réteg definiálva, mivel akkor a feladatok felaprózódhatnak.

OSI modell rétegei Alkalmazási Megjelenítési Együttműködési Szállítási Hálózati Adatkapcsolati Fizikai IMP APDU PPDU SPDU TPDU csomag keret bit Cserélt adat-egységek PDU : Protocol Data Unit

Fizikai (Physical) réteg Feladatai Feszültségszintek meghatározása Átviteli sebességek meghatározása Csatlakozók definiálása Vezetékek definiálása Vezeték nélküli átvitel definiálása Fizikai eszközök: Csatlakozók és kábelek Jelerősítő (repeater) Hub

Adatkapcsolati (Datalink) réteg Feladatai: Adatkapcsolat vezérlés Megbízható szállítás a fizikai rétegen A hálózat ütközési tartományokra való osztása. Keretezés Fizikai címzés Fizikai eszközök: Hálózati kártya (NIC – Network Interface Connection) Bridge (híd) Kapcsoló (switch)

Hálózati (Network) réteg Feladatai: Megbízható szállítás biztosítása a fizikai közegen. Hálózati címek meghatározása Állomások közötti útvonalak meghatározása Csomagkézbesítésnél a legjobb útvonal meghatározása Fizikai eszközök: Router (forgalomirányító) Gateway (átjáró)

Szállítási (Transport) réteg Feladatai: Végponttól végpontig történő kapcsolatok kialakítása, kezelése Állomások közötti adatátviteli hibák érzékelése, helyreállítása és az adatáramlás vezérlése Virtuális áramkörök létrehozása és kezelése

Együttműködési (Session) réteg Feladatai: Alkalmazások közötti viszonyok létrehozása, kezelése és lezárása

Megjelenítési (Presentation) réteg Feladatai: Adatformátumok és adatszerkezetek definiálása Különböző adatformátumok közötti konverziók végrehajtása. Pl.: ASCII és Unicod kódolású karakterek BDC, EBCDIC, fixpontos, lebegőpontos számok közötti konverziók

Alkalmazási (Application) réteg Feladatai: Hálózati szolgáltatások az alkalmazások számára. Pl.: Weboldalak böngészése Elektronikus levelezés File-átvitel Terminál-emuláció

OSI modell előnyei A hálózati kommunikációt kisebb, kezelhetőbb részekre osztja. Szabványosítja a hálózati összetevőket, így több gyártó is együttműködhet a fejlesztésben és a támogatásban. Különféle típusú hálózati hardverek és szoftverek is kommunikálhatnak egymással. Megakadályozható, hogy az adott réteget érintő változtatások megzavarják a többi réteg működését. A hálózati kommunikáció kisebb részekre osztásával a technológia könnyebben megérthető.

TCP/IP modell Az Internet történelmi és műszaki szabványa. Az Amerikai Védelmi Minisztérium definiálta. Nyílt szabvány Mindenki szabadon hozzáférhet, felhasználhatja, ezért gyorsan elterjedt és szabvánnyá fejlődött. Ráadásul az Amerikai Védelmi Minisztérium kezdetben anyagilag támogatta azokat, akik ezt a modellt használták Számtalan protokollt definiál, ezért hálózati architektúra.

TCP/IP modell rétegei Alkalmazási Szállítási Internet TCP/IP modell Hálózat elérési Alkalmazási Megjelenítési Együttműködési Szállítási Hálózati Adatkapcsolati Fizikai OSI modell

Protokollfa HTTP FTP SMTP DNS TFTP TCP UDP IP Internet LAN Sok WAN

Hasonlóságok Mindkettő rétegekből tevődik össze. Mindkettőben található egy alkalmazási réteg, bár ezek funkciója igencsak különböző. Mindkettőben van szállítási és hálózati réteg, amelyeknek hasonló a funkciójuk. A hálózati szakembereknek mindkét modellt ismerniük kell. Mindkettő a csomagkapcsolás elvén működik. Ez azt jelenti, hogy az egyes csomagok más-más útvonalon is elérhetik ugyanazt a célt. Ezzel szemben léteznek vonalkapcsolt hálózatok, amelyekben minden csomag ugyanazon az útvonalon halad.

Különbségek A TCP/IP-ben az alkalmazási rétegben egyesülnek a megjelenítési és a viszonyréteg funkciói. A TCP/IP a hálózatelérési rétegben vonja össze az OSI modell adatkapcsolati rétegét és fizikai rétegét. A TCP/IP kevesebb rétege miatt egyszerűbbnek látszik. A TCP/IP protokolljaira épült az Internet, tehát a TCP/IP modell csak a protokolljai miatt nyert létjogosultságot. Ezzel szemben az OSI modellre épülő protokollokat általában nem használják a hálózatok, bár mindenki az OSI modell alapján gondolkodik.