Hálózati alapismeretek műszaki szemmel

Ebben a kis tömör jegyzetben szeretném taglalni a hálózatok általános felépítését, a leggyakrabban

használt rövidítések mögötti tartalmak jelentését és néhány dolgot amelyet elengedhetetlennek

tartok ahhoz, hogy ha valaki hálózatokkal foglalkozik akár csak elméleti szinten akkor ne ismerjek

meg ezeket.

Természetesen kitérek a mindenkor emlegetett OSI modell felépítésére, és a nem emlegetett, de

folyamatosan használt TCP/IP modell jelentőségére.

Első körben nézzük meg a hálózatok topológiai csoportosítását, amely annyit takar magában, hogy a

hálózati struktúra tagjai, eszközei milyen úton tudnak egymáshoz csatlakozni, tehet milyen a hálózati

fizikai felépítése:

Topológia neve Jelölés Leírás

gyűrű (ring)

A gyűrű modell a lánc modell egy biztonságosabb változata, mert egy kommunikációs csatorna kihullásával még a rendszer egysége nem esik szét.

háló (mesh)

A háló topológia egy valósághű modell, ahol a kommunikációs redundanciák meglehetősen esetlegesek, úgy, mint az Interneten. A modell többszörös hurkokat is tartalmazhat.

csillag (star)

A csillag kapcsolat egy pontból kiinduló kommunikációs vonalakat jelent.

teljes (fully connected)

A legtöbb kapcsolattal rendelkező, legstabilabb, de jellemzően csak elméletben létező modell.

lánc (line)

A legegyszerűbb és egyben legsérülékenyebb modell, hiszen bármilyen kommunikációs kapcsolat kiesése két részre szakítja a hálózatot.

fa (tree)

A fa szerkezet egy elemmel indul, és elemenkénti továbbvezetéssel vagy elágaztatással bővül. Jellemzően a hierarchizált

rendszerek jellemző topológiája. Bármelyem elem kiesése az onnan induló szerkezet leválásával jár.

busz (bus)

Gyakorlatilag megegyezik a lánc topológiával, azzal az eltéréssel, hogy minden résztvevőnek saját kommunikációs „kiállása” van.

pont-pont (peer-to-peer: p2p)

A pont-pont kapcsolat nem hálózati topológia, hanem 2 állomás közvetlen összekötése egy kommunikációs vonallal.

A táblázatban az alaptopológiák kerültek felsorolásra, melyek tipikusan egy hálózat egyes részelemeit

jelenti. A teljes rendszert szokás hibrid topológiával jellemezni.

Második körben essünk neki a hálózatok topográfiai felépítésének, melyet általánosságban szokás

kiterjedés szerinti csoportosításnak nevezni:

Rövidítés Megnevezés Leírás

PAN Personal Area Network – Személyes hálózat

Ez a közvetlen közelünkben lévő hálózat kiterjedését jelenti amely pár méterig tart.

LAN Local Area Network – Lokális (helyi) hálózat

Helyi hálózat, ahol a távolságot 5km-ig szokás tekinteni, azonban telephelyek összekapcsolásával beszélhetünk belső LAN-ról a távolságtól eltekintve.

MAN Metropolitan Area Network – Városi hálózat

Egy városon belüli állomások összekapcsolása, a távolságot 1-100 km közelében szokás említeni.

WAN Wide Area Network – Nagy kiterjedésű hálózat

Földrajzilag távol lévő állomások összekapcsolása, ahol a távolság „korlátlan”

GAN Global Area Network – Globális kiterjedésű hálózat

Teljes egészében a bolygót lefedő hálózat.

Hálózati szempontból a legtöbbet emlegetett és leggyakrabban kezelt hálózati forma a LAN, ezért itt

egy pontos, hivatalos meghatározás az IEEE szabvány meghatározása alapján:

„Olyan adatkommunikációs rendszer, amely lehetővé teszi, hogy számos független eszköz egymással

közvetlenül kapcsolatot tartson, közepes kiterjedésű földrajzi területen belül, közepes sebességű,

erre a célra telepített fizikai kommunikációs csatornán.”

Ennek néhány eleme:

- egyenrangú (peer-to-peer) kommunikációt támogat, tehát nem centrális és nem hierarchikus

- eltérő típusú eszközök lehetnek a hálózatban, és ezek egyenrangúak

- közepes kiterjedésű területen van, tipikusan egy épületen belül, vagy egymáshoz közeli

épületekben levő eszközök között teremt kapcsolatot

- az adatátvitel erre a célra kiépített, telepített közegen valósul meg (nem úgy, mint a WAN

esetében, ahol csak a távközlési hálózatot veszik igénybe)

- közepes sebességű (1Mbps-100Mbps) az átvitel, persze ez eltérő lehet a felhasznált eszközök

függvényében

Nézzük meg adatátvitel szempontjából a hálózatokat.

Adatátviteli mód (signaling mode) tekintetében a fizikai adatátviteli közegen (adatátviteli csatorna)

kétféle adatátvitel mód használatos:

- digitális (alapsávú)

- analóg (szélessávú)

A jelátvitelre használt fizikai közegen jellemző villamos vezetéken a villamos feszültség, fénykábelen

pedig a fényintenzitás.

Alapsávú adatátvitel (baseband signaling):

A jelátvitel diszkrét elektromos- vagy fényjelek formájában történik. A jelek az állomástól

közvetlenül digitális feszültségjel formájában kerülnek a jelátviteli közegre, modulációs

eljárás nem kerül alkalmazásra. Ezáltal azonban közvetlenül maga az információs jel fog

torzulni (zaj) és csillapodni.

A jeltorzulás (zaj) kevéssé probléma, mint a jelszint változás. Ugyanis a 0 és 1

megkülönböztetése csak a feladat, így nagyobb átviteli távolságok eseté jelerősítésekre,

jelismétlésekre van szükség. Ezek esetenként maguk az állomások is lehetnek. Az alapsávú

átvitel alkalmazása a kisebb távolságok esetén ajánlott.

Az alapsávú átvitelnél egy csatornán egyidőben egyetlen jel továbbítása történik. Amikor

több eszköz időben osztozik a kommunikációs csatornán, azt időosztásos üzemmódnak

(Time-Division Multiplexing – TDMA) nevezzük. Ez időben multiplexált átvitelt jelent az

egymás után átviendő információk szempontjából. Azt, hogy melyik időpillanatban melyik

eszköz fér hozzá az átviteli csatornához az alkalmazott hozzáférés-vezérlési mód határozza

meg.

Az átvitt jel a csatornán terjedhet csak egy irányba (simplex), vagy időben osztott két irányba

(half-duplex), vagy 2 csatorna használata esetén egy időben két irányba (full-duplex).

Mivel az információ a közegen át modulációs eljárás nélkül kerül átvitelre, modulációs

eszközre nincs szükség, az állomás és a jelátviteli közeg között adó-vevők segítik az átvitelt.

Szélessávú adatátvitel (wide-band signaling):

A szélessávú átviteli csatorna általános célú megoldás, elsősorban akkor használják, amikor

többféle információt is kívánnak egy időben egy átviteli közegen továbbítani. Tipikusan ilyen

a kábel TV (CATV) rendszere. Ez az alapsávú jelátvitelnél szélesebb frekvenciasávot nyújt.

Az átvitel analóg feszültségjellel történik. Az információt hordozó digitális jelet az analóg

vivőhullámmal juttatjuk át a közegen. A (szinuszos) vivőhullámra való „ráültetés” a

vivőhullám jellemzőinek az átviendő jellel való változtatását jelenti. A változtatási eljárásokat

modulációs eljárásoknak nevezzük. A moduláció 0 és 1 jelnek más-más fajta változtatást

feleltet meg, így az átviendő 0-1 jelfolyam a vivőhullám szisztematikus és folyamatos

modulációját eredményezi.

A szinuszos vivőhullám ezen jellemzői a következők lehetnek:

- a jel amplitúdója (AM)

- a jel frekvenciája (FM)

- a jel fázishelyzete

Így az átvitt analóg jelnek sorban az amplitúdója, frekvenciája vagy fázisa hordozza az

információt. A zavarokra jellemzően az AM érzékenyebb, mint az FM.

OSI (-ISO) referencia modell Két egység között – mielőtt egy buszon elindulna a kommunikáció – az átvitel és a hozzáférés módját

meg kell határozni. Erre a célra született az International Standardization Organization (Nemzetközi

Szabványügyi Hivatal – ISO) által meghatározott 7 rétegű (7 layer) modell, az OSI (Open System

Interconnection).

Az OSI modell felépítése:

A táblázat alapján bemutatott OSI-ISO modell sok esetben nem igazán működőképes, túl elméleti,

melyet a gyakorlat rendszeresen cáfol a saját referencia modelljeivel, például a TCP/IP referencia

modellel. Viszonyítási alapként viszont mindig egy visszatérő pontja a kommunikáció-leírásoknak, az

alábbi rétegeivel:

Az adatátvitellel foglalkozó rétegek:

1. Fizikai réteg (physical layer)

A bitek kommunikációs csatornára való kibocsátásáért felelős. Biztosítania kell, hogy az adó

által küldött jeleket a vevő is azonosként értelmezze. Tipikus villamosmérnöki feladat a

tervezése.

2. Adatkapcsolati réteg (data link layer)

Alapvető feladata a hibamentes átvitel biztosítása a szomszéd gépek között, vagyis a hibás,

zavart, tetszőlegesen kezdetleges átviteli vonalat hibamentessé transzformálja az

összeköttetés fennállása alatt. Az adatokat adatkeretekké (data frame) tördeli, továbbítja, a

nyugtát fogadja, hibajavítást és forgalomszabályozást végez. Meghatározza a forgalmazás

módját.

3. Hálózati réteg (network layer)

A kommunikációs alhálózatok működését vezérli, feladata az útvonalválasztás forrás és

célállomás között. Ha az útvonalban eltérő hálózatok vannak, akkor fregmentálást, protokoll

átalakítást is végez. Az utolsó olyan réteg, amely ismeri a hálózat topológiáját.

4. Forgalmazási/szállítási réteg (transport layer)

Feladat a végpontok közötti hibamentes adatátvitel biztosítása. Már nem ismeri a topológiát,

csak a két végpontban van rá szükség. Feladat az összeköttetések felépítése, bontása,

csomagok sorrendbe állítása.

A logikai összeköttetéssel foglalkozó rétegek

5. Viszonlati réteg (session layer)

Lehetővé teszi, hogy két számítógép felhasználói kapcsolatot létesítsenek egymással.

Jellegzetes feladata a logikai kapcsolat felépítése és bontása, párbeszéd szervezése.

Szinkronizációs feladatok is ellát, ellenőrzési pontok beépítésével.

6. Megjelenítési réteg (presentation layer)

Az egyetlen olyan réteg, amely megváltoztathatja az üzenet tartalmát. Tömörít, rejtjelez

(adatvédelem, adatbiztonság), kódcserét (pl.: ASCII – EBCDIC) végez el.

7. Alkalmazási réteg (application layer)

Széles körben igényelt szolgáltatásokat tartalmaz, mondhatni a legtöbb protokoll itt

helyezkedik el.

Alkalmazott OSI táblázatok: Ethernet-OSI, profibus-OSI, 3964R-OSI, BACnet-OSI, Sinaut ST1 OSI,

Sinec-H1 OSI

TCP/IP referencia modell Az előbb tárgyalt szempont szerint az OSI-ISO modell meglehetősen elméleti, melynek kifejezetten az

Internet és annak valóban egymásra épülő protokolljai mondanak ellen.

A TCP/IP modell részben egyszerűsíti, részben pedig bonyolítja az OSI-t. Egyszerűsíti, hogy a 7 szint

helyett csak négyet határoz meg úgy, hogy az OSI felső 3 szintjét egy rétegbe tömöríti, továbbá az

alsó két réteget is összevonja a modell, de kijelenti, hogy az adatkapcsolati réteg helyén két szint

található meg, az LLC és a MAC. Nem egyszerűsíti a helyzetet az IEEE 802 alkalmazása sem (erről

később), ami voltaképpen a két alsó OSI szinttel definiálható kommunikációs formákat tartalmaz.

Rétegek besorolása az OSI-ISO és TCP/IP modellek alapján:

Az IEEE 802 arról rendelkezik, hogy az adatkapcsolati réteg két részre oszlik (LLC, MAC). Ezt a TCP/IP

referencia-modell magába foglalja.

Először tisztáznunk kell az adatbeágyazás (encapsulation) fogalmát:

Az egymásra épülő rétegek protokollegyedei adategységekkel kommunikálnak (PDU – Protocol Data

Unit, SDU – Service Data Unit), melyeket saját fejrésszel ellátva a következő rétegnek adnak tovább.

A távoli oldalon a fejrész eltávolításával érhető el az adat, melyet szokás payload-nak nevezni az

adott szinten. A fejrész leíró és szabályzó információkat tartalmazhat az adatról, az átvitelről.

Az ethernetes adatátvitel jellemzője, hogy az információt a küldő oldalon a különböző protokollok

lépésről-lépésre csomagolják be, a fogadó oldalon pedig ugyanez zajlik le, csak kicsomagolás

művelettel. Az etherneten az információ matrioska-baba jelleggel utazik, csak itt a rétegeket a

protokollokhoz tartozó fejrészek (header) szimbolizálják.

Egy egyszerű felépítés szimbolizálása:

A fenti példában a TCP/IP-s egymásba ágyazott telegrammok láthatóak. A fogadó oldalon a

különböző szinteket kezelő protokollok lehámozzák a számukra szükséges információkat a beérkező

csomagokról, és a sor végén a böngésző számára is olvasható információ marad. (A teljes oldalt

jellemzően több telegramm tartalmából kell összepakolni).

Az adatbeágyazásra jellemző, hogy a referencia-modell minden szintjén (az utolsót kivéve) egy-egy

fejrésszel (header) bővül a telegramm tartalma:

Adatstruktúra szempontjából a fenti adategységeket logikus módon eltérő nevekkel illették, hogy jól

elkülöníthetők legyenek a kódolási/feldolgozási folyamat különböző szintjein található

adatstruktúrák.

Az egymásba ágyazás (encapsulation) egy jól tagolt ábrája:

A megnevezések a TCP és UDP jellegű struktúráknál különböznek:

Csomagok nevei:

- az alkalmazási rétegen az adattartalom TCP esetében stream, UDP szállítás esetében

message

- a szállítási rétegen a fejrésszel kiegészített csomagot TCP esetében segment (szegmens), UDP

esetében packet (csomag, vagy datagram)

- az Internet rétegen a szállítási rétegtől átvett adatot az IP fejrésszel kiegészítve datagram-nak

nevezzük

- a hálózati vagy fizikai rétegen pedig frame (keret) nevet kapja a csomag

Multiplexálás és demultiplexálás:

Egy multiplexer (vagy mux vagy ritkán muldex) egy speciális logikai eszköz amely két vagy több

bemenő jel közül a címező (vezérlő) jel alapján egyet a kimenetére ad. Az analóg és digitális jelek

multiplexálására külön analóg és digitális multiplexer áramkörök szolgálnak.

A vételi oldalon szükség van egy olyan egységre, amely elvégzi a visszaalakítás műveletét, ez a

demultiplexer. Ilyen funkciók lehetnek a zajszűrés, jelhelyreállítás stb. A demultiplexáláshoz szükség

van ugyanarra a vezérlő jelre, amit a multiplexer is használt. Ez a vezérlő jel mondja meg, hogy melyik

be- kimenetet használja.

Az előbb említett funkció a réteg struktúra következménye, amelynél a hálózati rétegek prezentálják

a felettük álló rétegek számára a nekik szóló csomagokat. (Egy végberendezésen belül akár a TCP/IP

mellett más protokollok is keveredhetnek).

Az IEEE 802 szabványcsalád

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers

Lokális hálózatokra az IEEE – követve az OSI modellt – kialakított a 802-es szabványcsaládját, az alsó

két rétegmegvalósításaként. Az adatkapcsolati rétegben ez a szabvány a már említett két, jól

elkülöníthető funkciókkal rendelkező alréteget különbözteti meg (LLC, MAC). A MAC alrétegben az

IEEE 802-es szabványai a CSMA/CD-t, a vezérjelgyűrűt és a vezérjelbuszt támogatják vezérlési

módként.

LLC (Locigal Link Control): ez ellenőrzi a vett keretek épségét, kéri és végzi az újraküldést és szervezi a

kapcsolatot, a MAC réteg szolgáltatásainak (keret adás és vétele) felhasználásával.

MAC (Medium Access Control): ezen alréteg feladata a közeghez való hozzáférés, a kereteknek a

kábelre való juttatása (az adási jog megszerzése és az adása).

A fizikai rétegben pedig három közeget (sodrott érpár vezeték, koaxális vezeték, száloptikai vezeték)

adnak meg, meghatározva a vezeték és átvitel típusát, a kódolási módot, adatsebességet.

Az IEEE 802 szabvány családot az IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee (LMSC) gondozza. A

legszélesebb körben használt szabványok az Ethernet család, a IEEE 802.3, a token ring, a vezeték

nélküli LAN-ok a bridzslelt és virtuálisan bridzselt LAN-ok.

A különböző munkacsoportok:

IEEE 802.1 Magas szintű LAN protokollok

IEEE 802.2 Logical link control és Media Access Control

IEEE 802.3 Ethernet

IEEE 802.4 Token bus (feloszlatva)

IEEE 802.5 Token Ring (vezérjeles gyűrű)

IEEE 802.6 Városi hálózatok (feloszlatva)

IEEE 802.7 Koaxiális kábelt használó alapsávi LAN-ok(feloszlatva)

IEEE 802.8 Fiber Optic TAG (feloszlatva)

IEEE 802.9 Integrált LAN szolgáltatások(feloszlatva)

IEEE 802.10 Együttműködő LAN-ok biztonsága(feloszlatva)

IEEE 802.11 Wireless LAN (Wi-Fi zárójelentés)

IEEE 802.12 igény prioritások

IEEE 802.13 (nem használt)

IEEE 802.14 kábel modemek (feloszlatva)

IEEE 802.15 Wireless PAN

IEEE 802.15.1 (Bluetooth zárójelentés)

IEEE 802.16 Alapsávi vezetéknélkü hozzáférés (WiMAX zárójelentés)

IEEE 802.16e (Mobil) alapsávi vezeték nélkül hozzáférés

IEEE 802.17 rugalmas csomag gyűrű

IEEE 802.18 Rádió szabályozási TAG

IEEE 802.19 Coexistence TAG

IEEE 802.20 Mobil alapsávi vezeték nélküli hozzáférés

IEEE 802.21 Média független kezelés

IEEE 802.22 Vezeték nélküli regionális hálózatok

Közeg hozzáférési eljárások

Lokális hálózatok egyik fontos közös tulajdonsága, hogy sok eszköz akar használni egyetlen átviteli

közeget. Ezért a közeghez való hozzáférést vezérelni kell.

A vezérlési módszerek a hálózatok egyik csoportosítási alapját adják, és ennek fajtái:

p2p full duplex: Ez a kategória csak a teljesség kedvéért került a listába, ugyanis a full-duplex

megvalósítás esetén minden résztvevő esetén saját csatornáról beszélünk, így nem kell a

közeghozzáférésért versengeniük. Előnye, hogy nincsenek ütközések, így a forgalmazás zavartalan

rajta, hátránya, hogy kb. kétszer annyi vezetéket igényel, mint a half-duplex kommunikáció.

CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collosion Detection (ütközést jelző vivőérzékeléses

többszörös hozzáférés), hosszú ideje használják, jellemzően busz és fa topológiákhoz, az Ethernet és

az IEEE 802-es szabvány egyik hozzáférési módja. Ha egy állomás adni akar, „belehallgat” az átviteli

közegbe és meghatározza, hogy van-e állomás, ami éppen ad (vivőérzékelés).

Ha a közeg „csendes” akkor elkezdi az adást. Ez az üzenet minden állomáshoz eljut. A vételi állomás

az üzenetben levő címből megállapítja, hogy neki szól-e az üzenet, Ha igen, átveszi az üzenetet.

Ha két állomás egyszerre ad, akkor ütközés keletkezik és az adat elveszik. Ezt valamennyi állomás

figyeli és érzékeli.

Az ütköző állomások leállítják az átvitelüket és várni kezdenek. A várakozási idő azonban nem

egyforma, hanem véletlenszerű. A beállított várakozási idő elteltével (most már vélhetőleg nem

egyszerre) újrakezdik az eljárást.

A várakozási algoritmus olyan, hogy gyenge forgalom esetén a várakozás, zsúfolt forgalom esetén

pedig az egymás utáni ütközések számra legyen minimális.

CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance (ütközést elkerülő vivőérzékeléses

többszörös hozzáférés), jellemzően a WLAN hálózatoknál előforduló közeghozzáférési eljárás,

ugyanis ezeknél az alábbi okok miatt nem célszerű az Ethernet elterjedt CSMA/CD eljárást alkalmazni:

- Collosion Detection eljárás megvalósítása full-duplex rádiós képességeket igényelnek, ami

jelentősen növelné az árakat

- ütközés érzékelése nehézkes, mert a saját jel elnyomja az esetleg távoli másik terminál kis

teljesítményű jelét

- vezetéknélküli környezetben nem tételezhetjük fel, hogy minden állomás hallja a többit (ez a

CD alapja), így a tény, hogy egy állomás szabadnak érzékelte a közeget, nem jelenti azt, hogy

a vevőnél csakugyan szabad is

A CSMA/CA menete:

1. az adni kívánó állomás érzékeli a közeget, ha foglalt, akkor elhalasztja az adást

2. ha szabad egy előre definiált ideig (DIFS: Distributed Inter Frame Space) adhat

3. a vevő állomás ellenőrzi a vett csomag CRC-jét és nyugtát küld SIFS (Short Interframe Space)

idő után (acknowledgement packet, ACK, MAC nyugta)

4. a nyugta vétele jelzi az adónak, hogy nem történt ütközés, ha az adó nem kapott nyugtát,

akkor újra küldi a csomagot amíg nyugtát nem kap, vagy el nem dobja adott számú

próbálkozás után

A SIFS azért kisebb, mint a DIFS, hogy a harmadik állomás ne kezdhessen el adni a nyugta elküldése

előtt.

Itt fontos megjegyezni, hogy az egynél több célcímű csomagokra nincs nyugta, ilyen terület a

multicast kommunikáció.

CSMA/CR: Carrier Sense Multiple Access/Collision Resoultion, a CAN-bushoz kifejlesztett eljárás, ahol

az úgynevezett arbitrációs eljárás dönti el két, egyszerre és egyidejűleg induló telegramm esetén,

hogy melyik élvez elsőséget. A busz sajátosságaiból adódóan az adást több állomás egyidejűleg is

elkezdheti, de az arbitráci lefutása után csak egy forgalmazhat. Tipikus felhasználási terület a

járműipar és a gyártósorok technológiai rendszerei.

token ring: vezérjelgyűrű, melyet a gyűrű topológiánál (pl. IBM Token Ring hálózat) alkalmazott

eljárás. Lényeg a vezérjel-továbbítás: egy jel (token) a gyűrű menetén állomásról állomásra vándorol.

Ha a vezérjel szabad, akkor az aktuális állomás (akinél a jel van) adhat. Elküldi az üzenetet, foglaltra

állítja a jelet és hozzá illeszti az üzenetet. Ez halad tovább, minden állomás veszi, lemásolja és beállít

egy jelzőbitet, hogy sikeres volt-e a vétel. Ha az üzenet visszaér eredeti helyére, a küldő állomás törli

az üzenetet és szabadra állítva a jelet továbbküldi. Lehet alkalmazni felügyelő funkciókkal ellátott

gépet, amelyik figyeli, jó volt-e az adás, szabadra állítja a jelet…

token bus: vezérjel busz, ahol a token jellemzően egy speciális távirat, melyet az azonos szinten

kommunikáló master-ek küldözgetnek egymásnak, jól definiált metódus szerint. Ezt a metódust

jellemzően az OSI adatkapcsolati rétege írja le. A token felett rendelkező master kommunikálhat a

többi, az adott hálózaton tartózkodó master-rel. Ilyenkor ez a master az aktív, míg a többek a

készenléti (stand-by) módba kerülnek. Tipikus felhasználása a „Profibus”, amely egy univerzális ipari

kommunikációs rendszer.

polling: lekérdezés, ebben az esetben a master egymás után üzenetet küld a slave-eknek, ebből

megtudja, van-e azoknak „mondanivalójuk”. Ha egy slave nem akar forgalmazni, negatív értelmű

üzenetet küld vissza. Ha viszont akar, elküldi üzenetét, és azt a master továbbítja a címzettnek vagy

feldolgozza. Jellemzően egy telegram kis mennyiségű adatot továbbít, ezért a nagyobb adatokért a

kommunikációnak többet kell fordulnia, így ezek a nagyobb méretű adatok viszonylag lassan

frissülnek.

circuit switching: vonalkapcsolás, amely csillag topológiánál illetve automatikus hívású

alközpontokban (Private Branch Exchange – PBX) a telekommunikációs iparban használják. Mielőtt

egy állomás adni akar, kéri a központot, létesítsen kapcsolatot közte és a célállomás között. A

központ dönt arról, hogy ez lehetséges-e vagy sem. Pozitív válasz esetén létrejön a fizikai kapcsolat, a

két állomás kommunikálhat. Ha végeztek, bomlik a kapcsolat. A központ támogatja több állomáspár

összekapcsolódását is. Digitális vezérlésnél megoldható nagyszámú kapcsolat osztott hozzáférése az

átviteli berendezésekhez.

TDMA: Time-Division Multiple Access (időosztásos többszörös hozzáférés), busz topológiánál

használatos, ahol minden állomás előre meghatározott időszelettel rendelkezik, és ebben az

időrésben adhat. A folyamat időzítést kíván, ezt a szinkronizálást egy főállomás végzi. Új állomás

esetén az időintervallumot újra fel kell osztani.

Fizikai átviteli közeg jellemzői:

- adatátviteli sebesség: amely az egyik legfontosabb paraméter és nagyban függ:

1. az alkalmazott protokolltól, annak beállításaitól

2. a szegmensben található állomások számától, a szegmens hosszától és adatterhelésétől

3. a vezeték minőségétől

4. a környezeti (indukciós) terheléstől

Az átviteli sebesség meghatározására is több metódus létezik, nagyjából átfedik egymást, de

átszámolásuk nem olyan egyszerű. A leggyakoribb meghatározás az adatráta (bit/s)

- adatráta / sávszélesség: az adatráta valójában az átvitt adatmennyiség jellemzője szemben a

sávszélességgel, ami a potenciális átvihető adatmennyiséget (pl. csatornakapacitás) jellemzi.

Mindkét esetben a mérés az egy másodperc alatt átvitt adatmennyiséget határozza meg. A

kommunikációban leegyszerűsítve 1 kbit/s = 1000 bit/s.

A készülékeknél a sávszélesség csak nagyon ritkán kerül megjelölésre, hiszen a sávszélességet

az alkalmazott hálózat határozza meg, az ebből felhasználásra kerülő adatrátát pedig a

készülék.

Az adatterhelést nem lehet kiszámolni az adatráták összességéből, mert a pillanatnyi

terhelést leginkább az alkalmazott protokoll határozza meg.

- baudráta: (baudrate), az adatrátával szemben a baudráta a jelarány mértékét határozza meg,

azaz, egy másodperc alatt hány baud-ot, azaz modulált jelet továbbít a vezeték. A ráta

névadója Émile Baud, a Baud-kód kidolgozója.

A baud ráta fontos tulajdonsága, hogy 1 baud hány bitből áll össze.

Amennyiben 1 baud 1 bit, akkor a baudráta és az adatráta megegyezik (1 baud = 1 bit/s).

Adatátviteli jellemzők:

- irány alapján:

1. simplex: ebben az esetben a kommunikáció csak egy irányba zajlik, ezért mondhatjuk,

hogy a csatorna csak egyirányú kommunikációra képes.

2. half-duplex: a kommunikáló felek közül egyidejűleg az egyik küld adat, míg a másik

fogad, a csatorna kétirányú forgalmazásra alkalmas.

3. full-duplex: itt mindkét partner egyszerre forgalmazhat

- szinkronitás alapján:

1. szinkron átvitel (syncron data flow): az adatátvitel megkezdése előtt a küldő és fogadó

állomáson biztosítani kell, hogy az egy adott tempóban elküldött információhalmazt a

másik fél azonos módon tudja olvasni. Ehhez az állomásokat össze kell szinkronizálni, és

ennek jellemzően két metódusa létezik.

Ilyenkor az állomások vagy külső jellel szinkronizálnak (ebben az esetben jellemzően egy

független vonalon mindkét állomás azonos frekvenciát kap), vagy a fogadó állomás

szinkronizál (az adatfolyamban található szinkronjelek alapján)

2. aszinkron átvitel (asynchronous communictaion): az aszinkron kommunikáció főként

karakter-szervezésű adatok átviteli módja. Általában csak a rövid adatátvitel eszköze.

Mindkét félnek saját frekvencia-generátora van, és a fogadó állomás minden adatátvitel

alkalmával szinkronizálja magát a küldő állomás által diktált tempóra a start / stop bitek

segítségével. Az adatátvitel jellemzően karakteres formában történik. Az aszinkron

adatátvitel egyik fontos eszköze az UART. Az UART (universal asynchronous receiver

transmitter): egy olyan hardver, amely fordítás végez a soros és párhuzamos interfészek

között.

3. izoszinkron átvitel (isochronous communication): itt az adatok (ciklus)idő szenzitív

átvitelét jelenti, és leginkább a hang- és képátvitelnél alkalmazzák.

Kódolási eljárások részletes jellemzésére ebben a jegyzetben nem térek ki, lentebb egy összefoglaló

táblázat látható, amely alapján mindenki utána olvashat a keresett kódolási formának.

Itt amit fontos megemlítenünk a fizikai réteggel kapcsolatosan az a jel előállítás (moduláció), itt 2

csoportot emelnénk ki, a PWM (pulse-width modulation – impulzus-szélesség moduláció), és a PCM

(pulse-code modulation – impulzus-kód moduláció).

Az adatátvitel következő tulajdonsága a forgalmazási kategóriák:

- unicast: az üzenet továbbítása csak egy kijelölt állomás felé történik.

- multicast: az üzenet továbbítása egyszerre több, kijelölt állomás felé történik.

- broadcast: az üzenet továbbítása kivétel nélkül minden állomás felé történik.

- anycast: az üzenet továbbítása bárki felé megtörténhet.

- p2p: közvetlen kapcsolat két állomás között

- multipont: a kommunikáló egysége száma rögzített, de az azok által betöltött (master-slave)

szerep (funkcionalitás) nem.

Hálózati eszközök

Jelen fejezetben a leggyakrabban használt hálózati eszközök általános leírása található. Minden

eszköz specifikációjának és típusának részletesebb bemutatására nem térek ki.

repeater (hálózati jelismétlő): a hálózati összekapcsolásra

használt legegyszerűbb eszköz a jelismétlő. A

jelismétlőket nem eltérő hálózatok összekötésére, hanem

hálózati szegmensek összekapcsolásához használják, hogy

nagyobb, kibővített hálózatot kapjanak. A jelismétlőnek az

a feladat, hogy az üzenetet fogadja, majd a jelek eredeti

szintjét helyreállítva újraadja.

A LAN-ban a hálózati szegmensek fizikai méretkorláttal

rendelkeznek. Ezt a korlátot a fizikai közeg és az

alkalmazott átviteli eljárás határozza meg. Ha jelismétlők

alkalmazásával a hálózat mérete meghaladja egy hálózati

szegmens méretét, akkor kiegészítő-kábelekkel bővített

hálózat alakítható ki. A hálózati architektúra általában az egymás után kötött jelismétlők számát is

korlátozza. A jelismétlőket elterjedten a busz topológiájú LAN-oknál használják, hiszen gyűrű

topológia esetén minden állomás eleve jelismétlőként működik. fogadja az üzenetet, és a szintjére

visszaállított jelet küld tovább.

Jelismétlők használatánál mindkét hálózati szegmensnek ugyanolyan típusúnak kell lennie.

Minden rétegszinten ugyanazokat a hálózati protokollokat kell használni, beleértve a

közeghozzáférés-vezérlést és az átviteli eljárást is. Így például jelismétlőt lehetne felhasználni két

olyan hálózati szegmens összekapcsolására, amelyek szélessávú CSMA/CD-vel dolgoznak. a

különböző szegmenseken lévő állomások között nem lehet egyező című, a bővített hálózatban

minden állomásnak egyedi címmel kell rendelkeznie.

bridge (hálózati híd): egy másik eszköz, amit a hálózati

szegmensek összekötésére használhatunk, a (belső)

hálózati híd. Hálózati híd segítségével össze lehet

kapcsolni fizikailag eltérő hálózatokat is (külső híd). A

hálózati híd különálló eszköz is lehet, de többnyire egy

állomás, amely egy időben egy vagy több hálózathoz

tartozik.

A hálózati híd minden hálózat üzenetét veszi, amelyiknek részese. Ellenőrzi a rendeltetési címet és ha

megállapítja, hogy az üzenet egy másik hálózathoz tartozó állomásnak szól, arra a hálózatra küldi az

üzenetet. Így tegyük fel hogy A, B, C és D állomás az 1. hálózat tagjai, D, E, F, G pedig a 2. hálózat

tagjai, vagyis a D állomás mindkét hálózatnak eleme. Ekkor ha B üzenetet küld a G állomásnak, a D

állomás veszi az 1. hálózat tagjaként az üzenetet, és a 2. hálózat tagjaként továbbadja az üzenetet G-

nek. Ez az összeköttetés-típus az úgynevezett „tároló-és-küldő” (store-and-forward) működést valósít

meg. Az üzeneteket egy kis időre a hálózati hídban tárolódnak el, és utána kerülnek át a másik

hálózatba.

router (csomóponti forgalomirányító): a hálózati

összeköttetés alkalmasabb kialakításához

forgalomirányító csomóponti számítógépnek (router)

vagy közvetítőrendszernek (intermediate system)

nevezett eszközt használnak. A forgalomirányító

használata azon az elgondoláson alapszik, hogy

egyetlen lokális hálózaton belül sincs általánosan

alkalmazott módszer a közvetítő csomóponton

keresztüli üzenet irányítására.

A LAN-on belül, amikor egy üzenet adásra kerül, azt a

hálózat valamennyi csomópontja venni fogja. A

vevőcsomópont az üzenetben található rendeltetési

címből határozza meg, hogy kell-e fogadnia és feldolgoznia az üzenetet. Ha egy LAN más

hálózatokkal, WAN-okkal vagy egyéb LAN-okkal kapcsolódik össze, akkor az üzenetküldés irányítása

kritikus kérdéssé válik.

Egyéb hálózattípusok esetén, főleg WAN-oknál, amikor az egyik csomópont üzenetet küld egy másik

hálózat csomópontjához, az üzenetküldés során az üzenet számos közvetítő csomóponton halad

keresztül. Egynél több csomópont-sorozat (egynél több útvonal) is alkalmas lehet az üzenet számára

a forráscsomópontból a célcsomópontba való eljuttatására.

Router feladatai:

- forgalomirányítás

- torlódásvezérlés

- csomagok feldarabolása (útvonal protokolltól függően)

- különböző típusú hálózatok összekapcsolása

- hálózat szegmensekre osztása a sávszélesség védelme érdekében

- hálózat szegmensekre osztása adatvédelem érdekében (csomagszűrés)

Forgalomirányítási módszerek:

1. determinisztikus vagy statikus:

a. véletlen forgalomirányítás: véletlenszám generátor alkalmazásával, kiírja a csomagot

valamelyik alhálózatra

b. elárasztásos forgalomirányítás (flooding): minden beérkező keretet válogatás nélkül

kiküld minden alhálózatra

2. elszigetelt adaptív (csomópont hoz döntést a helyi adatok alapján):

a. „forró krumpli”: a beérkezett csomagot abba a küldési sorba rakja, amelyik a legrövidebb

– és így a legrövidebb ideig „égeti a kezét”

b. fordított tanulás (backward learning): a beérkező keretek alapján egy idő után fel tudja

térképezni, melyik állomás melyik alhálózaton érhető el. Ha a router több portján is

kapott keretet adott eszköztől, akkor az lesz a legjobb út az eszköz felé, amelyik portján a

legkisebb időtényezővel érkezett be a keret

3. elosztott adaptív – kapcsolat alapú (link state routing):

Cél a legkisebb késleltetéssel járó útvonal keresése, késleltetési táblák kezelése. Szinkron

karbantartás (0.67 mp-ként van adatcsere), vagy aszinkron karbantartás (forgalom vagy

topológia változás esetén van adatcsere)

Működése:

a. a szomszédok megismerése HELO csomag küldésével, ezek alapján kialakítható a hálózat

feszítőfája

b. a vonalak késleltetését ECHO csomaggal mérik fel a routerek

c. a mérési eredmények szétküldése

d. az új útvonalak számítása

Az Interneten ez a jellemző forgalomirányítási algoritmus.

4. központosított adaptív:

A routerek az aktuális – saját magukról szóló – információkat a forgalomirányító központba

(RRC – Routing Control Center) küldik, ami az adatok kiértékelése után minden routernek

megadja a routolási táblákat, paramétereket.

gateway (hálózati zsilip): a legbonyolultabb hálózat-

összekapcsolási módszer. A gateway az egymástól

teljes mértékben különböző hálózatok

összekapcsolására alkalmas. Ha eltérő hálózati

architektúrákat használnak, a protokollok

különbözhetnek bármelyik vagy minden hálózati

rétegen. A gateway minden átalakítást elvégez, ami

az egyik protokollkészletből a másikba való átmenet

során szükséges (üzenetformátum átalakítás,

címátalakítás, protokoll-átalakítás).

switch (hálózati kapcsoló): a switch egy aktív

számítógépes hálózati eszköz, amely a rá

csatlakoztatott eszközök között adatáramlást

valósít meg. Többnyire az OSI-modell

adatkapcsolati rétegében (2. réteg, esetleg

magasabb rétegekben) dolgozik.

A fizikai rétegbeli feladatokat ellátó hubokkal szemben az Ethernet switchek adatkapcsolati rétegben

megvalósított funkciókra is támaszkodnak. A MAC címek vizsgálatával képesek közvetlenül a célnak

megfelelő portra továbbítani az adott keretet; tekinthetők gyors működésű, több portos hálózati

hídnak is. Portok között tehát nem fordul elő ütközés (mindegyikük külön ütközési tartományt alkot),

ebből adódóan saját sávszélességgel gazdálkodhatnak, nem kell megosztaniuk azt a többiekkel. A

broadcast és multicast kereteket természetesen a switchek is floodolják az összes többi portjukra.

Egy switch képes full-duplex működésre is, míg egy hub csak half-duplex kapcsolatokat tud kezelni.

Különbség még, hogy a switchek egy ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) nevű hardver elem

segítségével jelentős sebességeket érhetnek el, míg a HUB nem más mint jelmásoló, ismétlő. A

fontos funkciók közé tartozik még a hálózati hurkok elkerülésének megoldás, illetve a VLAN-ok

kezelése.

hub (hálózati jel-erősítő): a hub a számítógépes hálózatok

egy hardvereleme, amely fizikailag összefogja a hálózati

kapcsolatokat. Másképpen szólva a hub a hálózati

szegmensek egy csoportját egy hálózati szegmensbe vonja

össze, egyetlen ütközési tartományként láttatja a hálózat

számára. Leegyszerűsítva: az egyik csatlakozóján érkező

adatokat továbbítja az összes többi csatlakozója felé. Ez

passzívan megy vége, anélkül, hogy ténylegesen változtatna

a rajta áthaladó adatforgalmon. A repeatertől eltérően

jelerősítést nem végez.

Típusai:

- aktív: az állomások összefogásán kívül a jeleket is újragenerálja, erősíti

- passzív: csupán fizikai összekötő pontként szolgált, nem módosítja vagy figyeli a rajta

keresztülhaladó forgalmat

A legelterjedtebbek a 8, 16, 24 portos eszközök. A passzív hubok elektromos tápellátást nem

igényelnek. Az intelligens hubok aktív hubként üzemelnek, mikroprocesszorral és hibakereső

képességekkel rendelkeznek.

hálózati kártya (network card): minden hálózatban megtalálható

eszköz, ami a gépeket a hálózati kábelekhez illeszti. Minden

kártyához tartozik egy úgynevezett MAC (MAC/OUI) cím, ami a

hálózatban a használt protokolltól függetlenül egyértelműen

azonosítja a kártyát.